机械设计对材料的选择与应用

1机械设计中材料选择应用的重要性

材料选用是机械设计中的基础保障，只有选择合理的材料，才能有效保证机械设计的整体质量与性能，保证机械产品发挥出应有价值，并促进企业经济效益的提升，目前在机械设计制造中主要应用的材料有四种，分别为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，每种材料的性能与功能都各不相同，所适用的机械设计产品类型也不一样，需要谨慎选择。当前在我国机械设计行业的发展中，为进一步整合资源，提升资源利用效率，需围绕可持续发展的原则来实施材料选用，以质量为中心，以经济性与绿色环保为目标来开展机械设计，从而促进我国机械设计行业的可持续发展。所以关于机械设计材料的选择，不但需要满足机械产业的质量与规格需求，更应该符合目前国家的环保政策要求，尽量使用新型环保材料代替传统的不可降解材料，目前社会各行各业对环保的重视程度较高，强调产品的低能耗与环保性，所以材料的选用对机械设计来说非常重要，可以直接影响机械产品的整体性能与设计标准。

2机械设计中材料选择与应用的原则

2.1质量规格原则

机械设计的核心就是需要保证产品的整体质量，在选用材料的过程中，质量永远是第一标准，根据机械设计产品的功能发挥，来选择满足产品质量与规格的材料，如果材料质量不符合机械设计需求，那么产品质量必将下滑，进而影响到机械设计企业的良好发展，如果材料规格尺寸不符合机械设计需求，那么就无法设计出符合需要的机械产品，这些材料将被废弃淘汰，造成经济损失。

2.2经济性原则

经济性材料的选择直接决定机械制造企业的经济效益。在进行机械产品设计的过程中，应综合考虑机械的设计、制造与装配过程，了解产品成本价值，根据机械产品的实际功能发挥来选择性价比最高的材料，这样不但能保证机械设计质量，也可以尽可能的降低成本，提升效益，有效提高企业的市场竞争力。

2.3环保节能原则

“金山银山不如绿水青山”，在倡导可持续绿色发展的今天，国家对环境保护与资源可持续利用给予了高度重视，并针对社会环境治理现状，出台了一系列政策方针来提升环保力度。而机械设计企业也应响应国家的号召，在材料选用环节遵循环保节能原则，重视新能源材料的使用，确保所设计出的机械产品更加环保节能，符合生态环境的可持续发展趋势。

2.4新型材料优先原则

目前我国在材料研究方面取得较大进展，新型材料层出不穷，这些新型材料能够进一步提升机械产品性能，并且在性价比与能耗方面有着较大优势，新型材料的选用，可以进一步实现机械设计产品的进步。机械设计单位应重视前沿相关新型材料设计的消息，并投入资金大力研发新型材料，从而不断促进机械产品设计企业的发展。

3机械设计中材料的具体选择与应用

3.1实用性材料选用

机械材料设计往往需要大量不同类型的材料，需要根据材料的性能与使用标准来选择，在合理的位置选用正确的材料，才能充分保证机械产品质量，这样的材料为实用性材料。比如钢材的选用，钢材是机械设计中最常用的材料，也是支撑机械设计产品实用性的最重要材料，目前常见的碳素结构钢主要有45、Q235A、40Cr和HT150灰铸铁等，这些钢种自身实用性较高，每个钢种的特性也不一样，所适用的机械设计也各不相同，以最常见的中碳调质钢——45为例，其主要特征为具有良好的综合力学性能，但是在水淬时容易出现裂纹，常用到强度高的机械部件设计制造中，比如压缩机活塞、轴承与齿轮等，能够保证这些机械部件具有良好的强度来维持机械产品运转。所以对于实用性材料的选用，关键从其本身的性质特征，以及在机械产品中所适用的位置来决定。

3.2荷载型材料选用

经过研究发现，大量机械制造产品失效的主要原因在于机械材料外载荷性能不符合机械设计需求，一般可以将机械材料的载荷性能分为这几个方面。（1）在外载荷力的作用下，机械材料本身发生弯曲，材料表面需承担大部分应力，这样的机械材料性能直接影响机械零部件功能的发挥，针对这种荷载型材料的选用，需要注意材料本身承载荷载的能力，机械设计人员应对机械设计产品实际使用过程中荷载的变化情况进行分析，防止机械材料在受到交变应力影响的情况下产生破坏。（2）具有压缩性能与单纯承受拉伸的机械材料，这些材料需要有良好的韧性与高塑性，保证机械材料在外荷载的作用下可以将应力均匀的分布在材料表面上，所以在对这种荷载型材料进行选用的过程中，必须选择性能分布均匀的机械材料，避免选用高碳钢制类型的比较脆的材料。（3）合金钢与碳素钢，碳素钢是机械设计制造中最常用的材料，其加工工艺性能较好，性价比较高，但是缺乏韧性，可以在碳素钢中加入合金元素形成合金钢，这种合金钢具有高韧性、高强度和高耐磨性，但是一般在机械部件外荷载力影响较大的情况下才考虑选用合金钢，所以在选用合金钢的过程中需要注意，材料部件本身的荷载型要求与性价比之间的平衡。

3.3无害材料选用

机械材料中一般都会含有一些危害元素，这是难以避免的，这些危害元素不仅难以降解，还会对环境产生较大危害，同时也会对人体产生不可逆的危害。比如常见的Ni元素，这种元素存在于大多比较常见的机械材料中，自身具有出色的理化性能，耐腐蚀，具有较高的电真空性能与电磁控制性能，在机械制造中可以加工成管棒线板带箔材产品。针对其本身优秀的机械产品性能与污染环境的问题，需要在两者中寻找出平衡点，尽量不用或者少用带毒材料，选择其他可代替的材料进行加工设计，如果由于机械产品的性能需求必须采用这些机械材料，那么在实际设计的过程中需采取针对性措施，减少有害材料对环境与人体的污染，并在产品使用结束后，采取一定回收措施，减少危害。

3.4低能耗材料选用

在倡导环境保护与节约资源的现代社会中，绿色可持续发展是所有行业需要遵循的生产要求，低能耗材料的引进至关重要。在机械设计低能耗目标的实现，不仅可以通过更新设计手段来达到，还需要从材料上入手，尽量选择低能耗材料，一般这些低能耗材料体现在能源材料中，机械产品设计尽量不选用石油作为能源材料，而是需在保证机械制造性能与质量的基础上，选择新型低能耗材料，以此提升机械产品的环保性能。在未来的机械行业发展中，环保低能耗必然是行业发展大趋势，所以设计人员需不断更新理念，从材料选用入手，实现机械设备的低能耗与可持续发展。

3.5可回收材料选用

循环利用是当前资源可持续发展中的一个重要主题，也是机械设计制造领域中的一个重难点。由于参与机械设计制造的材料大部分为金属材料与化学材料，这些材料均属于不可再生型材料，用多少就永远失去多少，在达不到使用标准废弃之后，也很难进行二次回收利用，从而造成资源的浪费，还会对环境造成较大污染，使机械设计制造违背了环保绿色发展的原则。为有效提升资源利用效率，在机械设计制造过程中尽量选用可回收材料，就目前机械材料的可回收性来看，大部分材料的回收利用价值比较低，需要进行二次加工改造才能实现重复利用。当前最常见的可回收材料为废弃钢铁，这些钢铁指的是熔炼用废钢和非熔炼用废钢，不包括合成钢，这些废旧钢材在回收之后进行熔炼，可以作为机械原材料继续使用。

4结语

机械设计中材料的选用是一个需要漫长研究的过程，机械设计产品的改进发展，其材料选用标准也在不断更新，围绕当前绿色环保，节约资源的生产目标，严格按照行业标准科学选用材料，使我国的机械设计加工水平得到显著提高。

参考文献：

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作者：梁先盛 单位：桂林电子科技大学北海校区