机械产品设计中材料的选择及应用探讨

毕永强

摘要：机械产品制造是中国制造业经济的重要组成部分，而机械设计是机械产品制造的关键环节。当今对机械设计要求越来越高，材料的选择及应用有了更高的要求，逐渐成为机械设计工作的重点，环保和节能成为重点关注的内容。本文从机械产品设计中材料的选择原则出发，对今后机械产品设计中的实用性、载荷性、低耗无害、可回收性的材料的选择提出了几点建议。

关键词：机械设计;材料选择;应用

0  引言

随着我国现代工业、制造业的发展，机械设计取得了极大的发展。在机械产品的设计过程中，不断采用新技术，应用新材料，对机械产品性能的提高有着非常重要的作用。在机械产品设计过程中，材料的选择及应用作为设计的主要环节，直接影响到机械产品的整体质量，甚至于影响到机械工业的稳定与可持续发展。因此，在新经济新形势下，制造业企业必须提高机械设计过程中的选材水平，实现机械材料的合理选用和可持续利用，促进机械产品设计产业的进一步发展。

1  机械产品设计中材料的选择原则

1.1 绿色环保节能原则

随着科学技术和社会经济的快速发展，人们对大自然的索取和对自然的破坏日益严重，环境保护问题日渐成为社会热点问题。自然环境与人类生存息息相关，如果一个社会想实现更理想的发展和可持续发展，那么这个社会必须以保护环境为前提。否则，过度的剥削只会造成更大的灾害。因此，在机械设计过程中，材料的选择要特别注意环保与节能。另一方面，作为机械设计师，要坚持走可持续发展的道路，选择绿色环保节能材料，尽可能使用低消耗、无公害材料，减少对不可再生资源的依赖。这不仅是现在的经济发展状况的必要条件，也是企业发展不可避免的选择。随着社会经济的不断发展，人民生活水平不断提高，同时也造成了严重的环境污染和能源资源枯竭等诸多问题。对于这些问题，生产活动很难继续发展下去。控制环境污染，防止能源枯竭，是一个重要的研究课题。为了实现可持续发展，我们需要控制生产过程中的资源消耗。在满足设计要求的前提下，为了实现可持续发展，为了节约不可再生资源，必须尽可能选择污染少、能源消耗少的材料。

1.2 经济适用高效原则

为了使所选择的材料在机械设计过程中发挥更大的作用，机械设计师需要选择适合于机械产品运行条件的高性能材料。机械产品制造中常用到的铸造工艺应具备良好流动性，锻造工艺使用的材料必须具备良好的延展性、可塑性，而周围焊接过程中使用的材料必须具备良好的灵敏度和易用性。不同工艺掌握所需的材料不同。另一方面，在材料选择过程中，机械设计师要注意把握经济原理，选择的材料要基于更多的经济利益，才能满足使用和设计的需要。材料选择尽可能降低整个机械设计过程的成本，提高经济效率。在机械设计中，需要优先考虑材料的经济性和适用性。设计者应充分理解设计过程，选择最经济和最适宜的材料与设计要求相结合，使材料的性能最大化，满足设计要求。不同的材料有不同的特性，可以满足不同的机械要求。在规定的技术条件下，根据材料性能科学选择和应用，确保机械制造工程的健康可持续发展。

1.3 可持续利用原则

机械产品设计过程中，材料的选择在满足最基本的机械设计要求的同时要坚持可持续利用的原则。基于现实情况，从实际设计需求出发，充分挖掘所选材料的可行性和应用效果，结合材料特性，启动机械设计的目标应用程序。机械制造的工序中使用的材料是金属并在机械制造工程中大量使用时，这种资源会逐渐减少。如果找不到可替代的材料，就会影响机械制造企业的发展。钢是一般的材料，在机械制造中，回收比较困难。为了进一步减少环境污染和资源损失，需要选择可回收材料。从目前来看，中国的机械设计材料的再利用系统变得困难。因此，在机械材料的选择过程中，有必要考虑材料的再利用。这样不仅可以降低成本，还能减轻环境损害以及对资源和环境的压力，对资源的可持续利用有着重要意义。

2  机械产品设计中材料应用案例分析

2.1 汽车生产设计中的材料选择和应用

塑料材料通常使用在发动机附近的零件以及发动机的内侧和外侧的配件。该零件均匀的制造可以有效的降低数值偏差。同时，它具备高弹性和耐冲击性，能适应所有的气候和温度，在温度变化下它的外观和性能不会发生变化。塑料材料比较便宜，与所有的材料相比较，是最佳的塑料材料。聚合物材料适用的机械设计过程中，聚合物材料是被用于所有的仪表板、车门面板、座椅的维修配件，具有良好的耐热性，所以汽车相关的副材料作为高分子材料被使用。金属材料作为汽车发动机相关材料的使用，在实行过程中发动机的温度比较高，油污染比较大，外部环境的变化比较大，因此，综合比较来看，目前汽车发动机的相关配件大都使用金属材料。

2.2 电梯设计中的材料选择

在电梯的设计中，电梯箱底部的负荷性能是主要的考虑事项。负荷性能不高的情况下，电梯整体的功能会受到影响，不能满足正常工作的要求。在电梯的设计中，要充分考虑电梯的工作特性。如果对箱子的底面施加很强的压力的话，有部件变形的情况。这个弯曲变形恢复，一部分的变形不能复原。这种情况下，如果电梯发生了特定的损失，就不能继续操作了。为了减少电梯底部变形的可能性，相关设计人员要确认电梯部件有很强的变形阻力，选择相对坚硬的材料，保持电梯应力的平衡，进而保证电梯正常运行。

3  未来机械产品设计中材料的选择及应用建议

3.1 实用型机械设计材料的选择及应用

机械设计过程中，材料的选择及应用通常需要根据工艺指标在一定程度上执行鑄造、处理和其他工艺操作，这些特殊的处理技术本身对材料的选择就非常严格。不同的工艺必然选择不同的材料，在确保生产的前提下，使材料的选择更加符合设计要求。

例如，在零部件的处理中，所选择的材料必须具有足够的强度和耐磨性。铝塑料面板是一种新型的建筑装饰材料，广泛使用在外墙、幕墙面板、材料照明、室内墙壁、天花板的装饰、广告显示板、展示柜中。其结构由多层材料构成，上层和下层是高纯度铝合金板，中央是聚乙烯芯板，正面也贴有保护膜。在实际生产中，铝塑料面板按规格切割后，会产生残留的材料。为了再利用，可以剥下铝条和塑料条。

3.2 载荷性机械设计材料的选择及应用

在机械设计和加工的过程中，机械材料发生故障的可能性很高，但是在机械部件的使用和机器操作的过程中，这种情况会在一定程度上得到抑制。为了正常使用机械设计，需要严格控制材料。根据设计要求和组合的耐负荷估计，选择更高的性价比和更合理的原材料。在机械设计的过程中，机械材料的外部负荷在机械组件的正常操作中起着决定性的作用。如果想要防止和解决机器故障，就必须有效地使用机器部件的性能来解决问题。

一般来说，零件故障的理由是因为有冲突，在部件性能和部件外部负载之间选择机械材料时，选择的材料必须符合负载性能，负载类型的材料必须符合标准。在机械材料的选择上，负载性能可以分为两个方面。一是组件在外部受力下被扭转，应力通常集中在材料表面。也就是说，材料的表面性能在控制中起决定性作用。因此，在机械设计材料的选择上，选择中碳钢或低碳钢的浸煤作为原材料比较好。用这个原材料制作的机械零件，可以有效地承受特定的负荷。可以有效地保证零件的质量。二是，在实际操作中，一些部件需要一定的压缩力和拉伸力。为了有效地完成选择材料的任务，需要有选择地均等地分配材料。

3.3 低耗无害机械设计材料的选择及应用

可持续发展的概念，适用于所有行业。在机械制造中，可持续发展意味着材料的选择必须低成本、无公害。因此，在设计的初期阶段，材料的选择有必要检验其耐用年限和性能的热处理，减少引起的环境污染。在实际设计过程中，应尽量避免热处理的加工工艺，尽可能选择能够在冷间和热间压延中发挥非常突出作用的材料。如果无法避免，需要选择最简单的材料来减少热消耗和污染。在机械设计的过程中，会选择很多具有特定危险因素的材料，这种物质不仅会对环境造成危害，但会对人体造成永久性的伤害。因此，在选择物质的过程中，必须特别注意对物质的检测，以免对有害物质造成伤害。考虑经济成本是选择机械设计材料的重要要求。机械设计过程中，设计人员根据设计的特定的阶段有必要分析过程，材料的使用性能，详细理解各工艺的设计特点和组合，具有最高性价比的机械材料选择、材料的使用价值的最大化。

此外，还需要考虑整体的预算和阶段。基于机械设计预算、详细分析、满足标准的机械设计标准。选择的材料性价比最高，尽可能降低材料成本。特别是可循环利用的机械材料，可以从根本上降低了能源消耗，有效控制了机械设计过程中的成本，提高了机械项目的整体经济效益。

3.4 可回收性机械设计材料的选择及应用

参与机械设计过程的部件中有相当一部分是金属材料，但实际上，金属的输出是有限的。随着时间的推移和机械制造的快速发展，金属材料的蕴藏量也越来越少。考虑到这一点，设计师可以加强对可回收材料的选择，不仅是为了节约，也是为了环保。机械设计有很多种类的材料，其中很多都可以循环利用。有很多种类的金属材料，有低碳钢、中碳钢、高碳钢、各种合金钢等，有很多种类的钢。每个金属材料的回收难度不同。有容易恢复的，也有难以恢复的。在机械设计中，在相同的条件下，有必要选择容易回收利用的材料。通过回收利用，不仅节约了成本，避免了浪费，而且提高了资源利用率，促进了机械领域的可持续发展。

4  结语

在机械产品设计过程中，相关材料的选择及应用必须综合考虑，不仅要保证所选择的材料能够切实满足设计和生产的要求，还要确保优良的绿色环保性能和经济性，尽量选择机械设计产业稳定的发展可回收材料。只有这样，才能在机械设计过程中，让再利用的材料发挥其作用，可以减轻环境污染，大大提高了资源利用率，对机械制造业企业效益的提高和对机械领域的可持续发展有着重要的意义。正确的对机械设计材料的选择和应用还可以响应国家绿色、可持续发展的战略，切实贯彻保护环境的基本国策。

参考文献：

[1]高阳，毛林林.机械设计中的材料的选择和应用分析[J].信息周刊，2019（13）：0033.

[2]張建巧，孙旋，罗兆伟.探究机械设计中材料的选择和应用[J].民营科技，2018（7）：15.

[3]刘刚.浅谈机械设计中对材料的选择与应用[J].名城绘，2019（8）：0030.

[4]梁矗军.计算机技术在机械设计制造自动化中的应用分析[J].内燃机与配件，2019（23）：232-233.