機械設計過程中材料的選擇和應用

李剛

鶴崗斯達機電設備制造有限責任公司 黑龍江鶴崗 154100

機械設計作為機械設備制造過程中較為關鍵的一個環(huán)節(jié)，在重視外觀基礎上，還需要對整體構造和應有范圍的設計給予充分的重視。而且在機械設計過程中，材料的選用至關重要，其直接關系到機械設備的性能和壽命。因此宜選擇具有較高契合度的機械材料，在保證材料經濟性和適用性的基礎上，還要能夠最大化的發(fā)揮出機械設備的性能，延長機械設備的使用壽命。

1 機械設計中應用到的主要材料

金屬材料和非金屬材料作為機械設計中需要用到的主要材料。金屬材料中涉及到的種類較多，如鑄鐵、鋼和銅等材料。鑄鐵具有較好的液體流動性，熔點較低，易于切割，容易形成鑄造條件，具有較好的減震和抗壓能力，在當前機械設備零件中應用十分廣泛。鋼作為一種金屬合金，以合金鋼和碳素鋼為主，其中在碳素鋼以其良好的性能和經濟性在機械制造行業(yè)中受到普遍青睞。銅在延展性、導電性、導熱性和耐腐蝕性方面表面優(yōu)異，而且將其他一些化學元素加入其中形成銅合金，具有較好的耐腐蝕和抗磨損等性能，在機械設備制造中應用具有較好的效果。非金屬材料以塑料及橡膠、陶瓷材料和復合材料為主。這其中塑料在機械設計中應用最多，橡膠多用于減震及彈性零件設備上。陶瓷材料在磨具、刀具及燃燒瓶噴嘴上應用十分廣泛。復合材料有效的彌補上高分子材料和陶瓷材料的不足，但造價較高，因此多在武器和航空領域中進行應用。但隨著科學技術的發(fā)展，機械設計中復合材料的應用也會不斷增加[1]。

2 機械設計中材料的選擇和應用

2.1 載荷類型機械材料

在實際機械設計加工過程中，材料失效是較為常見問題，導致這種情況發(fā)生的主要原因在于機械設計選擇材料時對于材料負荷能力方面考慮不足。因此在實際機械設計材料選擇和應用過程中，需要針對材料整體荷載性能進行具體的分析和系統(tǒng)評估，并與機械設計要求相結合，選擇高質量和高性價比的材料。

2.2 實用性機械材料

在材料選擇和應用過程中，還需要考慮到機械材料的實用性，具體要根據設計工藝指標來科學對機械材料進行處理。由于在具體鑄造、加工和熱處理等工藝中對于機械材料屬性具有嚴格的要求，因此要求選擇的材料要滿足機械工藝要 求，在保證基本生產要求的基礎上，還要保證零件加工要能夠滿足中相關機械設計的要求。在零件加工過程中，需要綜合分析機械設計材料的耐磨性和強度，還要保證材料外觀情況能夠滿足加工要求，因此要保證選擇的材料具有較好的實用性。

2.3 低消耗機械材料

在當前大力提供節(jié)能減排的新形勢下，機械設計過程中選擇和應用材料過程中，宜以低消耗和無污染作為基本原則，并嚴格按照低消耗和無污染來對材料進行技術處理。在當前機械加工材料處理過程中，熱處理是較為重要的一道工序，其會對自然環(huán)境帶來較大的危害性。因此需要有效的規(guī)避熱處理加工工藝，宜在機械設計選擇和應用材料時需要將冷熱狀態(tài)下材料能夠有效的保持自身性能作為優(yōu)先選用的標準。在無法規(guī)避熱處理加工的情況下，宜選擇簡單處理的機械加工材料，有效的控制資源的損耗率，降低可能會對環(huán)境帶來的污染[2]。

2.4 無害機械材料

機械設計加工過程中使用的材料很多具有潛大的危害性，因此在具體選擇和應用材料過程中，盡量選擇無害機械材料。同時還要提前針對機械材料實施專業(yè)性檢測，避免有害材料的應用，重視綠色材料的使用。

2.5 可回收機械材料

機械設計中金屬材料占較大的比例。但金屬產量有限，在當前機械化工程損耗量不斷增長的情況下，機械化發(fā)展也受到一定的制約。而且在機械設計中，鋼材的選和應用也十分常見，但鋼材種類具有多樣性，這也增加了回收工作的難度。因此在機械設計過程中，宜選擇可回收的機械材料，實現(xiàn)資源的節(jié)約和高效利用。

3 機械設計材料選擇和應用的注意事項

3.1 機械材料的單價

在機械設計過程中選擇材料時，需要綜合分析成本，重視材料的經濟性和耐用性。在具體確定設計方案之前，還要考慮加工過程中鑄造溫度和制造工藝等因素，并結合機械設備的用途來選擇適宜的材料。所選的材料要保證其性能滿足加工需要的基礎上選擇單價最低的材料。即所選擇的材料要滿足加工要求的情況下，還需要保證材料的經濟性。盡量選擇可循環(huán)使用的材料，以此來實現(xiàn)機械設計和加工成本的降低[3]。

3.2 機械材料的環(huán)保性能

目前資源短缺已成為世界性的問題。在機械制造行業(yè)發(fā)展過程中，需要將環(huán)境保護理念有效的融入到機械行業(yè)發(fā)展中來。因此要機械設計過程中選擇和應用材料過程中，需要以環(huán)境保護為基礎和前蝗，盡量選擇節(jié)能和無污染的材料，在保證機械性能良好的基礎上，進一步優(yōu)化機械設計，促進不可再生資源的利用率，從而使機械制造業(yè)的發(fā)展能夠與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相符合。

3.3 原材料的可持續(xù)性

材料的選擇和應用對于機械設計具有極為重要的作用。在具體選擇材料，要求所選擇的材料要滿足社會可持續(xù)發(fā)展要求。同時還要與機械設計整體情況出發(fā)，重視先進技術手段的應用，最大化的發(fā)揮出材料的實際性能。并通過選擇更為合理的材料，實現(xiàn)材料的高效利用。

4 結語

機械設計是機械制造的核心所在，而材料的選擇和應用也是機械設計的重中之重。因此對于機械設計人員，需要針對機械設計要求進行全面了解，并仔細分析機械材料的性能，選擇最具經濟性、合理性的材料，并運用先進的處理工藝，全面提高機械制造的整體水平，為機械制造行業(yè)的健康發(fā)展打下堅實的基礎。