探讨机械设计中材料的选择和应用
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作者:张威
摘 要：随着社会经济的发展，科学技术也在不断进步，新技术、新设备的出现，更是提升了各行业的工作效率，提升了经济发展的速度。新技术、新设备的价值需要利用机械来体现，因此，对机械设计提出了更高的要求。要想提升机械设计水平，需要机械材料的大力支持。如果缺乏相应的机械材料，机械设计只能是空中楼阁，无法得到实现。因此，机械设计人员应加强对机械材料的选择及应用水平，确保设计机械能够安全、高效运转，为社会经济发展提供更为先进的新设备。
关键词：机械设计 材料选择 材料应用
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（a）-0045-02
自国家改革开放以来，人们生活水平日益提高，为了确保人民的生活质量，家用电器的数量及种类逐步增多，这就给机械行业带来了广阔的需求市场，推动了机械行业的发展。机械的生产过程中，最为核心的就是机械设计，机械设计人员在设计环节不仅需要考虑机械的整体性能，还需要对机械材料做出选择，确保材料的合理应用，提升机械设备的运转效率。与此同时，需要考虑机械对人体的危害、材料的重复利用等问题，确保机械行业的可持续发展。
1 机械设计中材料的选择和应用的意义
全球经济一体化趋势，使得各国之间越来越重视经济的发展，提升国家竞争力，实现国家的可持续发展[1]。国家经济发展中，对于机械的运用是必不可少的，这就为机械行业的发展，指明了前进的方向。机械制造行业是国家工业发展的基础，为国家工业的发展提供了物质保障。机械行业的兴起，带动了行业内部的竞争，各种新型的机械设计方案层出不穷。将机械设计方案化為现实，还需要设计人员选择合适的机械材料。但是现阶段，材料的类型不断增加，而数量却一直在降低，这就为设计人员选用材料提出新的要求，深入分析材料数量降低的原因，尽量提升机械材料的环保性能，确保社会经济发展的稳定。
机械设计人员在设计过程中，对材料的选择是极其重要的，直接影响机械质量及其使用性能。首先，设计人员应充分考虑机械设备的实际需求，坚持可持续发展战略，尽量避免材料的不必要损耗，提升材料的利用率;其次，充分考虑机械设计质量及其功能，在不影响机械设备质量及其性能的基础上，对机械材料合理搭配;最后，对机械设备进行试验，确保设计方案的可行性，测试机械磨损情况，确保材料的科学利用，确保其在使用过程中，不会对人体造成伤害。
2 机械设计中材料的类型
机械行业发展过程中，需要运用大量的机械材料，但由于资源的过度开采，资源数量已经显露出短缺状态，因此，国家提出了可持续发展战略。可持续发展战略的提出，使得机械行业为确保行业的长远发展，在原有基础上，加强了对新型机械材料的研发。新型材料的出现，为机械设计人员提供了更多的选择。
2.1 金属材料
金属材料是最为普遍的材料，贯穿于整个机械行业的发展过程。一般来说，凡是以金属元素为主的材料都可以被称作金属材料。这种材料在自然界中最为普遍，甚至可以说随处可见，截止到现在，已知的金属材料种类就有数十种。因此，金属材料的应用，是现今机械设计人员的首选目标。随着机械设计要求的提升，金属材料在原有的基础上，逐步研发出具有多种金属元素的合金材料。除此之外，合金材料的不同性能不仅可以提升机械的性能，而且扩大了金属材料的应用范围，同时满足设计人员对材料的不同需求。
2.2 复合材料
复合材料是将两种或两种以上不同性质的材料，通过物理技术或化学技术进行复合，使其具有特定性质，满足机械工艺不同需求的材料[2]。不同性质的材料相互之间求同存异，在提升其原有性质的基础上，获得新性质，可以提高材料的利用效率。部分机械设计所需材料是自然界无法形成的，这就需要研发人员，整合不同性质材料，满足设计所需。复核材料的出现，凭借其优势，为设计人员提供更多的灵感，设计出更为科学、更为合理的新方案，新方案的出现，又为复合材料的研发指明了发展方向，二者之间相互补充，共同发展。
2.3 高分子材料
高分子材料，又被称为聚合物材料，是以化合物为主体，通过添加剂或助剂的注入，实现对材料的要求。由于自然界中化合物原料数量较多，高分子材料的应用也被设计人员所接受，例如人们在日常生活中常见的塑料、沥青就是其中代表。由于高分子材料拥有可再生和可循环利用的特征，再加上其性质多样，使其在机械设计中得到了一致好评，实现了广泛应用。由于金属材料的不可再生特性，再加上部分高分子材料具有同金属类似的性质。例如，聚甲醛材料具有很强的耐磨性，可以用来进行轴承的生产。
2.4 陶瓷材料
陶瓷材料，是指用天然材料或是合成化合物，利用高温烧结而成的材料。这种材料不同于金属材料的不可再生，同样具有可循环利用特性。与此同时，陶瓷材料还具有熔点高、硬度高、耐磨性高、耐氧化等特点。这意味着，陶瓷材料在机械设计过程中拥有特殊的地位。例如，某些特殊的化学仪器制造、超声仪等都是运用陶瓷材料进行生产的。随着对陶瓷材料性质的深入挖掘，纳米陶瓷技术出现，为国家航空航天等高精领域做出了杰出的贡献。
3 机械设计中对材料的要求
机械设计人员，对材料进行选择应用时，应从多方面考察材料性能。所选材料既能满足机械实际需求，又具有经济实用性，而且不会对人体造成伤害。除此之外，还应将材料可循环利用，全面实现机械行业的可持续发展。
3.1 注重材料的节能环保性能
随着国家可持续发展战略的提出，环境污染问题已经越来越受到人们的重视，人们越来越关注机械设计环节中对材料的选用。机械设计环节材料的选择过程，设计人员最为重视的就是材料的节能环保性能。部分机械材料本身是节能环保的，但是在生产过程中，容易受外在因素影响，导致材料失去节能环保性能[3]。因此，设计人员在材料选择过程中，尽量选择无需经过处理即可满足设计需求的材料。除此之外，部分机械材料含有危险元素，不仅会造成环境污染，还会对人的身体造成伤害。例如金属铅、镍等材料。因此，在机械材料选择中，设计人员应提高警惕，尽量选择绿色无污染的环保材料，实现机械行业的可持续发展。 3.2 注重材料的实用性
材料选用过程中，设计人员应根据机械实际需求，选用机械材料，注重材料的实用性。机械材料的多样性，要求设计人员在众多的材料中，从实际出发，不能只顾个别部件质量，而应从机械整体出发，选择较为实用的机械材料。例如，针对热水器等易受腐蚀的设备，可以采用铝制材料进行生产。机械在使用过程中，各部件运行环境的不同，导致其对材料的要求也有所差异。部分部件要求材料同时拥有耐磨性以及耐腐蚀，这就要求，设计人员充分考虑材料的整体性能，对于特殊部件，采用相匹配的特殊材料，使材料性能得到充分发挥。
3.3 注重材料的经济性
机械设计环节，为确保机械质量，对材料的要求较高，选用材料时过于重视材料的质量，而忽视材料的经济性，为机械的销售带来巨大的难度。因此，设计人员在进行材料选用时，应充分考虑使用者的实际情况，在同等性质的材料中，选择性价比含量较高的材料，注重材料的经济适用性，滿足不同经济水平的使用者需求。在机械生产过程中，加强对生产过程各环节的监督，保障材料的利用效率。在确保机械质量的同时，优化机械生产流程，尽量减少成本投入，从而控制机械价格，为社会提供物美价廉的机械设备。
3.4 注重材料的可循环利用
在机械设计环节，由于金属材料同时具有刚性与柔性，而且较为普遍，设计人员依照机械部位的不同，选用合适的合金材料对机械进行生产。虽然金属材料生产的机械，因其刚性功能，暂时满足了实际需求，但是长时间的应用，难免出现问题，若问题出现将会影响机械的整体性，影响机械的使用效率。对机械进行报废处理时，回收难度较大，造成成本增加影响行业发展。为达成材料的循环利用，设计人员对材料进行选择时，应注重材料的可循环利用。在材料选择过程中，选用容易回收再利用的材料进行生产。
3.5 注重材料的荷载能力
机械设计过程中，部分机械结构复杂，需要众多零件支撑。这部分零件的荷载能力，直接影响机械整体的质量，在机械使用过程中，容易出现故障。因此，材料选择过程中，应注重对材料荷载能力的考察。首先，对机械荷载部分的材料选择时，应分析不同材料的荷载能力，获取荷载参数，依据机械实际需求，做出选择[4]。其次，应创新荷载部件生产工艺。荷载型材料力学性能较好，需要创新其生产工艺，提升生产效率，避免资源浪费;最后，应对生产环节进行严格掌控，生产过程中，发现问题及时做出修正，全力确保荷载部件质量，进而提升机械整体质量。
4 结语
材料选择是机械质量的保障，机械质量是机械行业发展的保障，机械行业发展是为其他行业提供高质量机械设备的保障，社会各个行业的发展也是社会经济发展的保障。由此可见，机械设计中材料的选用是社会经济发展中最为重要的基础。设计人员应加强自身专业知识技能，提升对材料的辨识能力，全力确保机械质量，推动社会经济迅猛发展。
参考文献
[1] 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.
[2] 程建磊.机械设计中材料的选择和应用[J].现代商贸工业，2016，37（15）：181-182.
[3] 张军，黄福敏.浅谈机械设计中材料的选择和应用[J].黑龙江科学，2017，8（6）：154-155.
[4] 佟巍.机械设计中材料的选择和应用[J].现代盐化工，2017，44（5）：14-15.
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