机械设计中材料的选择和应用分析

王楠 杨丽英

摘要：近年来，随着科技水平的提高和领域创新，我国机械设计技术取得了前所未有的突破，一线机械技术研究队伍也逐步壮大，为重工业进步奠定了坚实的人力资源与技术基础。然而，在实际发展进程中，机械制造材料的过度消耗不仅使得稀缺材料供应不足，还与可持续发展观念背道而驰。针对此，本文围绕机械设计中的材料选择与应用展开深度探究。

关键词：机械设计;材料;选择;应用

一、机械设计加工材料选择的重要性

随着科学技术的不断发展，机械设计加工行业的机械设备、工具器具等的使用频率也在不断增加，一定程度上提升了企业的生产效率和经济效益，同时也凸显了机械设计加工材料选择和应用的重要性。设计人员在进行设计时，不仅需要重点考虑材料的尺寸、性能等因素，更要对各项材料的配合加工给予足够的重视，尽可能地提升设计的整体质量和效率。此外，由于我國是发展中国家，工业生产比重较大，工业生产所带来的能源消耗、环境污染等问题日益突出，如何利用环保节能、高效便捷的加工材料为机械设计服务是相关工作人员必须认真思考的问题。此外，科学合理地对机械设计加工所用的材料进行选择，不仅能够保证机械设计加工的质量和效率，增强企业的市场竞争力，而且能够在一定程度上降低企业的生产成本，提升企业的经济效益。总之，做好机械设计加工材料的选择，不仅能够有效提升机械设计加工的效率和整体质量，而且在一定程度上为我国工业的可持续发展打下了坚实的基础，为机械设计行业的进一步发展和壮大做出一定的贡献。

二、机械设计材料选用的基本原则

（一）选择满足设计需求的材料

在选择和应用机械设计所需材料的过程中，应当充分遵照基本设计原则和具体要求，从材料的性能和用途着手。不同零部件在机械设计领域都扮演着不同的角色，因此，材料的特性存在本质性差异。基于此，有必要结合机械设计对零部件性能的标准要求，进行材料的分化选择。

（二）选择荷载水平高的材料

随着机械运转时间的延长，部分构件会失去原有作用，其根本原因在于部分材料的荷载水平较低，导致机械零部件基本功能丧失。针对此，应当确保材料的荷载水平达到标准要求。在复核机械设计环节，应当加大对评估材料荷载水平的重视度，与此同时，针对应用频率较高的材料提高荷载限定标准。其中较为常见的案例就是低碳钢的渗碳处理工艺， 渗碳过程由分解、吸收、扩散三过程组成，三个过程又是同时发生的，全部过程存在着复杂物理化学反应。渗碳是有机物液体在高温下分解，产生活性碳原子，并被加热到奥氏体状态的工件表面吸收，而后向钢内部扩散，加热时间和保温时间长扩散层的厚度也愈深。为确保钢材质量符合出厂标准，需要对材质进行测验和统一处理。

（三）尽量选择无毒害材料

在机械设计的前期规划过程中，会涉及诸多类型的材料，与此同时，具有放射性的元素也会在部分特定的工业生产加工环节出现。采取无污染处理不仅能够避免其对生态环境造成不可逆的危害，还可以保护区域内居民的生命安全，具有相当重要的现实意义。

（四）优先选用可循环再利用材料

当下，机械设计环节所应用的材料以金属材质为主，但由于生产工艺需求差异对材料会有特殊的要求。并且为进一步强化金属的特定功能，也会对多种金属进行综合性处理。而合金材料的选择与应用，能够最大限度满足对机械材料的需求。在机械设计过程中，需要合理规划零部件及各类型材料的生命周期，并着重把控回收处理工作。材料的回收利用不仅能够稳定提升经济效益，还可以提高资源利用率，保护生态环境。例如，在选择金属材料的过程中，要有限选择成分单一的合金材料。

（五）选择低能耗、轻污染材料

实际上，低能耗、轻污染材料的选用原则还应当贯穿整个材料生命周期规划过程。而且在回收再利用阶段也应当保证这一优势特征。从材料本身来说，优先选择经济性、低能耗、轻污染材料是最基本的原则，而在此过程中一旦出现生产加工难度系数加大、短期生产成本剧增等情况，会影响整个工程的决策制定。故而材料的选用需做好科学合理的规划，并综合考量整个材料的生命周期。

三、机械工程设计材料选择环节的注意事项

（一）着重把控材料的经济适用性

在进行机械设计材料选用的过程中，应当着重考量材料的经济适用性。机械设计人员要严格把控设计环节所涉及的生产加工工艺、焊接工艺、装配工艺及铸造工艺等。并且要在满足设计要求的基础上，优先选择性价比高的原材料，进而保证材料利用价值最大化，优化完善机械设计。例如，在机械铸造的过程中，要加强机械材料的流动性、收缩性、吸气性以及偏析性;在焊接过程中，应保证材料的实用性和灵敏度;在加工铸造环节，则需增大材料的冷缩性、抗冲击强度及可塑性。此外，机械材料的性能差异决定了机械设计的材料选择方向，切实了解不同类型材料的特征，可以进一步优化选择。在确保机械设计适用性的前提下，应综合卡量材料的经济性，不仅要让其质量标准达到要求，还应尽可能的节约成本。针对可以循环再利用的材料，则可采取恰当的二次处理，以提高资源的利用率，降低设计成本，稳定经济效益。

（二）加大对材料节能环保性的考虑

随着全面贯彻落实可持续发展理念的日益深化，机械制造领域的材料选择与应用成为社会各界关注的焦点。现阶段，公众的节能环保意识逐步增强，资源消耗及环境污染也成为环保工程的核心内容。要想切实保证可持续发展，首要前提就是加大资源利用率，杜绝过度消耗。为此，在机械设计过程中，确保材料选用的节能性和环保性至关重要。机械设计人员要严格履行可持续发展战略理念，在充分满足设计要求的基础上，优先选择低能耗、轻污染的材料，以节约不可再生资源，促进行业的快速发展。

（三）注重可持续发展理念原则

对机械设计材料的选择遵从的可持续性原则，在一定程度上和绿色环保性原则有着异曲同工之妙，都是在经济社会全新发展的背景下，对机械设计材料选择和利用的全新观念，是对资源的有效利用和对环境的积极保护。在选择机械设计材料的过程中，有关工作人员应在切实了解相关设计要求的前提下，尽可能地选择环保节能、性价比较高的原材料，同时，企业管理人员应科学安排整个机械设计的工艺流程，尽可能地避免加工工艺缺陷造成的材料加工活动的失败和返工情况。此外，企业应建立完善的可持续发展的理念和体制，尽可能地鼓励员工在合理估算有关材料承载能力的基础上，选择经济效益较高的符合机械设计加工需求的加工材料，为企业的可持续性发展做出一定的贡献。

四、结语;

在机械设计过程中，材料的选择和应用是一项意义重大的工作。科学合理地选择适宜的加工材料，不仅能够提升企业机械材料加工的质量和效益，一定程度上降低企业的生产成本，而且还能够帮助企业建立高效环保、节能便捷的工艺流程，在提高企业经济效益的同时提升企业的社会影响力，从而增强企业的市场竞争能力，为企业的可持续性发展做出一定的贡献。因此，相关工作人员在对机械设计材料进行选择时，应在满足相应设计要求和材料承载力的前提下，尽可能地选择经济实用、绿色环保的可持续性加工材料，从加工工艺和企业管理两方面入手，为我国机械设计加工行业的进一步发展和壮大奠定坚实的基础。

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