分析机械设计中的材料选择及应用

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　　摘 要：本文以机械设计中材料的选择及应用为中心，首先分析了机械设计材料选择的重要性，其次介绍了机械设计中材料选择的原则，再次从机械设计材料选择与实际应用等方面进行全面研究，最后达到推动机械设计科学选择机械材料、落实生态节能设计理念的目的，为机械制造行业发展创造更多优势。
　　关键词：机械设计;金属材料;复合型材料;荷载水平
　　机械设计中材料的选择及应用直接影响到机械设计的发展。尤其是在科学技术迅速发展背景下，机械设计科学化与现代化发展成为主要方向，机械设计在不断努力下取得更多突破。机械设计专业人员数量增加，队伍的不断壮大在很大程度上为机械设计发展奠定了扎实的人力资源基础。机械设计中材料選择作为关键，必须一改传统过度消耗的选择以及应用理念，进一步解决稀缺材料不足现象做好材料选择及应用创新工作。
　　1 机械设计中科学选择材料的重要性
　　机械设计中之所以不断提高对材料选择的重视，主要因为工业化发展进程中，机械设计要求不断提高，加上现代化机械设计理念创新，机械设计关系着我国经济发展与技术进步，材料决定机械设计质量，所以必须重视机械设计中材料的选择以及应用。改革开放为机械设计带来巨大发展机遇，经济迅速发展需要机械设计的支持。机械设计期间，材料决定机械设计与应用的质量。现代化机械设计创新标准提高，机械制造产品质量越来越受到重视，在此基础上，机械设计必须选择正确的材料，才能更好地制造与现代化发展相匹配的机械产品。机械材料的选择与合理应用，对机械设计来讲具有不可替代的作用[1]。在生态化、可持续、环保发展理念下，机械设计必须进行设计理念创新，从绿色节能角度出发去选择适当的机械材料，并且充分应用，减少资源、能源消耗，保证机械产品功能性，防止机械制造对环境造成巨大污染，威胁生产资源平衡。材料选择注重环保性、经济性、适用性，利用机械材料的科学选择，落实机械设计环保理念，从而提高机械制造产品质量，推动机械制造业发展。
　　2 机械设计材料选择及应用原则
　　2.1 必须满足机械设计需求
　　机械材料的选择主要目的是满足机械设计要求，将机械设计理念付诸于实际制造，所以机械设计中必须严格遵循满足机械设计需求的原则。机械设计期间根据机械设计基本内容，选择与之相匹配的材料，重视材料性能、使用途径。不同的机械设计材料，在机械设计中承担着不同的使用功能[2]。机械材料种类繁多，材料与材料之间存在着本质性的功能差别，在具体选择中，必须结合机械设计需求，分功能地选择机械材料。
　　2.2 注重荷载水平高的材料的选择
　　机械设计中材料的选择，还要遵循荷载水平高的材料选择原则。机械设备一般情况下都是长时间工作，设备的组成构件在长时间运转下会出现磨损或者功能减弱等状况，这种现象的出现主要原因是机械设计中，选择的机械材料荷载承受能力低，无法满足长时间工作需求，使用寿命缩短、功能丧失[3]。面对这种情况，必须从荷载水平角度出发，在机械设计中，重视评估机械材料的荷载承受力，尽量选择荷载水平高的材料。当然荷载水平评定需要根据机械行业限定标准为主，应用频率高的机械材料相对来讲荷载水平高，符合机械设计选择要求。常见的荷载水平高的机械材料评定，包括低碳钢渗碳处理工艺。根据此工艺对机械材料（钢材质量）进行荷载水平测试，为机械设计选择适合的钢材。
　　2.3 环保、无毒无害机械材料原则
　　机械设计中环保理念的指导，要求选择机械材料期间必须遵循环保、无毒无害机械材料原则。机械材料作为机械制造的关键环节，机械设计期间需要从前期阶段提高对材料选择的重视，在诸多机械材料中制定环保选择标准。机械设计中涉及到一些放射性元素设计，尤其是工业生产加工中，对于这种情况机械设计材料选择必须提前做好环保处理，以无污染处理的方式，通过节能、环保、无毒无害材料的应用，减少机械设计制造对生态环境造成的影响，也可保证机械制造中员工的安全。
　　2.4 可循环再利用优先选择原则
　　机械材料选择过程中，还要遵循可循环再利用材料优先选择原则。机械设计中材料类型多样化，不同的机械设计功能需要不同的材料。那么在材料选择期间，首要材料选择多为金属材质，但是在实际生产加工中，因为工艺需求差异，部分机械设计会提出特殊材料要求。对于这种情况就必须以可循环再利用材料作为首选，根据材料功能对其采取综合性处理[4]。机械材料组成的零构件拥有固定的使用生命周期，使用生命周期结束将材料及时回收处理，重新投入机械设计中，以此来提高机械设计与生产制造的资源使用率，同时发挥出材料的最大价值，在节省材料资源基础上，保护机械制造生态环境。
　　2.5 低能耗、轻污染材料选择原则
　　环保是当前机械设计重要理念，机械材料环保设计中材料选择首要以低能耗、轻污染类型为主，低能耗材料选择是机械设计以及生产制造生命周期规划的关键内容，同时也是核心所在。低能耗、轻污染与回收再利用不同，很多机械材料不能回收利用，所以必须从其适用性、经济性、低能耗方面着手，尽可能将机械材料生产加工难度降低，缩短材料加工时间，减少材料加工成本。以低能耗、轻污染材料选择原则为指引，实现机械设计的科学规划。
　　3 机械设计材料的具体选择
　　3.1 荷载性材料选择
　　荷载性材料选择中，结合机械设计具体内容，分析荷载性材料对于机械产品制造的影响、元件工作作用等，如果荷载性影响到正常工作，则在选择期间需要做好零件失效预防，制定适当的解决方案，选择适合的机械零件，保证材料选择科学性。机械设计中零部件出现失效，主要因为外荷载与零部件之间存在冲突。荷载性材料选择中，必须掌握机械设计中关于荷载性能方面的要求，准确选择适合的材料[5]。具体荷载性材料选择，可以从两方面着手。首先观察材料元件是否会在荷载变化情况下出现磨损或者扭转等情况。机械设计中材料规划极为缜密，如果机械设备所有应力均集中在机械材料的中心或者表面，那么零部件主要控制源为材料表面。这种情况下，就需要从机械材料的碳钢类型加以选择，以此为主要机械部件，帮助机械产品承担荷载力。机械设计中关于材料选择，必须掌握零部件的加工制作，结合荷载性为基础，选择适当的机械材料，从而保证机械设计与零部件加工质量。其次是零部件压缩性方面的选择，机械材料在荷载性应用下都具有很强的承受能力，尤其是压缩性方面。机械设计中材料的选择，必须确保拉升力分布均匀。 　　3.2 合金钢、碳素钢材料选择
　　机械设计中合金钢、碳素钢是材料选择中的常见类型。机械设计期间如果涉及到生产原材料，多数情况下选择碳素钢。碳素钢本身价格低廉，工艺性理想，非特殊情况下生产原材料以碳素钢为主。当然碳素钢在很多方面存在不足，首先是韧性差，不能满足部分机械设计对韧性的要求，其次是强度低。所以碳素钢材料如果在中等形状制作中应用，不能完全加工淬透。這种情况下选择合金钢或者在碳素钢中加入合金成分，改善其韧性、强度方面的不足，增加机械材料的耐磨性，延长其使用寿命，满足机械设计要求，保证机械制造质量。
　　3.3 可回收机械材料选择
　　遵循低能耗、回收再利用等原则，选择可回收机械材料。机械设计中涉及到大量金属材料，最常见的钢材在实际选择上种类达到上百种。这种情况下，要针对机械设计具体要求，使用不同钢材堆砌完成制作[6]。但是实际却无法准确区分可回收钢材、不可回收钢材。可回收钢材区分，需要从循环性角度出发，如果机械设计中涉及到某一种零部件，其主要材料为合金，那么在选择材料中就需要从可回收合金角度出发。这样一来，既可以节省材料成本，又能够解决资源浪费的问题。
　　4 机械设计中材料的科学应用
　　机械设计中材料的具体应用主要从高分子材料、金属材料、复合型材料三方面展开研究。
　　4.1 高分子材料应用
　　高分子材料在机械设计中主要为塑料、合成类纤维等材料。这些材料相较于其他金属材料，适用范围广阔，并且材料制作便捷。高分子材料在实际应用中，利用天然气的方式加以提取并且投入使用，降低高分子材料能耗，加上高分子材料密度小，所以很大程度上提升材料延展性与适用性。
　　4.2 金属材料应用
　　金属材料应用是机械设计与制造的主要材料类型。机械产品中大部分元件均为金属材料类型。实际应用中钢铁材料为主，结合金属材料本身强度、韧性、耐磨性等特点，选择价格低廉、质量达标的材料。当然还可以从合金方面进行功能选择，替代部分钢铁材料，提高其耐腐性。机械使用中必须注意其柔韧度，发挥金属材料最大价值。
　　4.3 复合型材料应用
　　复合型材料应用，复合型材料主要包括两种（以上）材料组成，复合型材料通过化学制作方式有效组合。机械设计中复合型材料应用，是不同材料的功能与组成元素，通过有效的化学处理将其进行升级，并且应用到机械设计中，保证机械设计的功能性、复合材料的实用性。
　　5 结束语
　　综上所述，机械设计是机械制造的基本前提，材料的选择与应用是落实机械设计、完成机械制造的保障。随着科学技术的发展，机械设计对机械材料的选择与应用越来越严格，须结合机械设计具体要求，遵循材料选择基本原则，从材料的种类、荷载力等方面积极选择适合的机械材料，保证机械设计功能性的同时，提高机械制造质量，实现机械设计的可持续、节能发展，减少机械制造对生态环境的破坏。
　　参考文献：
　　[1]孙恒波，刘长亮.化工设备设计中材料的选择和有效运用[J].化工设计通讯，2019，45（06）：131+134.
　　[2]刘璐.机械设计中材料的选择和应用状况分析[J].科技经济导刊，2019，27（11）：79.
　　[3]王景秋.机械设计中材料的选择和应用分析[J].山东工业技术，2019（10）：70.
　　[4]高鹏，韩伟.金属材料在机械设计中的选择与应用分析[J].世界有色金属，2018（21）：29-30.
　　[5]黄信军.机械设计中材料的选择和应用分析[J].世界有色金属，2018（18）：244+246.
　　[6]胡士齐.机械设计中新型材料选用的研究[J].信息记录材料，2018，19（11）：13-14.
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