机械设计加工中的材料选择问题分析

苏文婷 吴凡 王震 王大号 曲格

[摘    要]行业的崛起发展有力的加快了机械行业的发展步伐。材料是机械设计中最基本、最重要的部分。因此，材料的质量将直接影响到设计的整体效果。目前，企业越来越重视材料在机械设计中的应用和选择。因此，为了有效地选择合适的材料，主要总结了与材料有关的原则、常用材料、材料的重要性以及材料选择中的注意事项。

[关键词]机械设计;材料选择;应用

[中图分类号]TH122 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）04–00–03

Analysis of Material Selection in Mechanical Design and Processing

Su Wen-ting，Wu Fan，Wang Zhen，Wang Da-hao，Qu Ge

[Abstract]The rise and development of the industry has effectively accelerated the pace of development of the machinery industry. Material is the most basic and important part of mechanical design. Therefore， the quality of the material will directly affect the overall design effect. At present， companies are paying more and more attention to the application and selection of materials in mechanical design. Therefore， in order to effectively select suitable materials， this article mainly summarizes the principles related to materials， commonly used materials， the importance of materials， and the precautions in material selection.

[Keywords]mechanical design;material selection;application

我國工业化得到了快速有效的发展，这也给机械行业带来了更多的发展机遇。在机械设计中，材料是基础。因此，如何应用和选择材料是业界需要关注和思考的问题。受我国节能环保可持续发展理念的影响，材料不仅要有很强的实用性能，还要有一定的经济性和环保性，合适的材料可以有效地保证机械工业的发展，优良的品质和综合的功能是机械设备设计的关键目标，相关设计师不断更新和探索机械材料的选择。在实际应用中发现，机械材料是决定机械产品质量和功能的关键，材料的适用性直接关系到设备的安全运行。随着社会的不断发展和进步，原材料供应一直处于“紧急状态”。因此，绿色环保节能也是选材的关键。在原材料供应有限的情况下实现设备的安全有效运行，对设计人员提出了更高的要求，因此，相关人员在选材时要遵循一定的原则，使选材发挥最大的效果，发挥机械设备的最大价值。

1 机械设计加工材料选择的重要性

在国际竞争力逐步增强的今天，机械发展是国家的发展规划，就机械而言，增强国际市场竞争力是增强综合国力的重要途径。经济的可持续发展离不开机械工业的发展。因此，机械设计是这一过程中的关键节点。加大对材料的审查、筛选和合理应用，将使机械工业得到快速发展。机械设计方案通过材料的应用使图纸成为产品，材料的选择非常重要。设计人员在选材时：①要明确机械设备的使用要求和质量要求，充分考虑材料规格和材料性能。②必须仔细分析材料的用量，避免材料使用过程中不必要的损失。切实改善现状，综合利用物资。材料应用后，需要对机械设备进行试验，以确认设计方案的可行性。在一些测试任务中，测试内容主要包括材料匹配、机械磨损和机械安全性。

在科学技术发展的背景下，大量的设备和工具被应用于机械设计和加工行业。在某些方面，工业的生产效率和经济效益得到了提高和发展。同时，材料的应用和有效选择也得到了重视。不仅要从尺寸、性能等因素对设计进行相应的考虑，还要在加工材料时做好配合加工，才能使其设计质量和效率达到更高的水平。我国作为一个发展中国家，在所有产业中，工业生产的比重是任何一个产业都无法替代的。但伴随着环境污染和严重的能源消耗问题，如何在机械设计服务中使用节能高效的加工材料，是现在需要重点思考的问题。科学合理地选择和应用材料，不仅可以提高设计质量和效率，而且直接影响市场竞争力，有效地降低生产成本，从而获得更高、最大的经济效益。一般来说，材料的有效选择可以使我国工业保持稳定和长期的发展。

2 机械设计中常用的材料

2.1 金属材料

在设计中经常使用金属材料，特别是钢和铁。它不仅具有很强的强度和韧性，而且来源广泛，成本低廉，因此常被用于机械零件的设计。

2.2 高分子材料

随着科技的发展，高分子材料应运而生。目前，机械设计中使用了大量的高分子材料，如塑料、合成纤维等。这些材料不仅具有很强的延展性，而且不会造成能源的过度消耗。因此，人们对这种材料有着独特的偏好。然而，由于长期使用和近年来白色污染的不利影响，有必要对这种材料进行环保研究。

2.3 复合材料

在物理和化学方法的帮助下，不同的材料有效地融合形成复合材料。比如合金、树脂就是这种材料的具体体现。这种材料完全满足了机械设计的要求，在金属和非金属复合材料的应用下，可以为机械设计创造更多的价值。

3 机械设计中材料选择与应用的基本原则

不同的机器有不同的设计要求和所需的零件。因此，只有选择合适的材料，才能完成相关设计，保证质量和数量。因此，需要参考以下基本原则。

3.1 材料的荷载水平

如果负载水平过高或过低，将对机械零件产生非常不利的影响。如果后期机械设计失败，则是由于低负荷水平造成的。因此，为了有效防止各种可能的情况，需要评估材料的承载能力。如果不符合机械设计要求，需要进一步加工材料。

3.2 低消耗环保材料的选择

在当今社会发展中，绿色节能已成为整个社会发展的主要趋势。因此，机械行业需要低消耗、环保的材料设计和加工工艺，所以必须选择能满足低能耗、低污染要求的原材料，同时，有效消除和避免工艺过程中可能产生污染的环节。

3.3 绿色无害材料的选择

机械设计材料中会存在有毒物质，这必然影响人们的健康，对人体造成不同程度的危害。在加工过程中，很难保证在有效保护的基础上产生的有害废物不会对人体和环境造成不同程度的危害。因此，在相应的机械设计中，必须选择绿色无害材料，以减少材料对人体和环境的二次污染。

3.4 注意零件的可用性

选择设计材料的最终目的是创造具有一定性能的零件。因此，材料选择的第一步是了解设计零件的最终使用。只有了解零件的设计要求，才能使用最合适的材料。例如，延性、高硬度、耐磨性等是零件设计的基本要求。因此，根据零件的最终不同性能，需要对材料进行具体分析和有效选择。

3.5 可回收材料的选择

金属材料在材料选择中经常使用，因为金属材料的零件效果优于其他材料。但是，一旦这种材料制成的零件不能有效使用，零件将直接报废，同时不能有效回收。因此，使用这种材料，不仅提高成本，而且造成资源严重浪费。因此，在材料选择时，可回收性是一个必须考虑的因素。资源浪费与我国倡导的循环利用发展理念不符。同时，也需要把经济实用的原则应用到材料的选择上。

4 机械设计材料应用领域

4.1 实用机械材料的应用

工业是经济的支柱。在工业中，金属机械材料的应用非常广泛，其中钢是应用最广泛的材料之一。钢材是我国传统的实用机械材料之一，其来源广，价格适中，用途广泛。钢铁材料以其自身的优良性能被广泛应用于船舶、汽车、生产加工等行业。铝金属也是机械设计材料选用中常用的基本材料之一，具有设计灵活、寿命长、耐腐蚀、重量轻等优点，通常用于加工机械设备的小零件。铝是唯一可以在自然状态下保存而无需表面保护的金属。当铝表面暴露在大气中时，会发生化学反应，形成保护性氧化层。这一层的存在意味着金属的结构完整性不受大气的影响，能够适应多种环境。

4.2 环保节能材料应用领域

中国的发展战略目标是可持续发展，这是各行各业必须遵循的。在选材和应用上，要满足低能耗、无污染的特点。一些非金属材料用于机械设计。以碳纤维为例进行机器人设计，一般的机械设计原理认为，减重可以减小惯性，提高作业速度，增加刚度可以减少变形，增加阻尼可以缩短稳定时间。改善这些特性可以提高机械手的控制精度。碳纤维机械旨在满足碳纤维材料的几何尺寸和性能要求，并能满足机械设备的要求。

4.3 高性能复合材料的应用领域

为了满足航空航天对树脂基复合材料综合性能的要求，复合树脂基体不断发展，形成了一系列具有不同韧性和使用温度的高性能树脂基体。环氧树脂是复合材料中最常见的树脂基体，具有组成好、耐腐蚀、力学性能高、韧性好等特点。对于不需要高耐热性的飞机结构，基本上使用环氧基复合材料。对于需要耐热性的飞机和导弹，其主要承重结构主要由树脂基复合材料组成。

4.4 绿色复合材料的应用领域

绿色复合材料是指由天然纤维和其他可生物降解的纤维合成树脂制成的新型复合材料。天然纤维增强复合材料具有环保、重量轻、价格低、可回收利用的特点，并通过使用天然纤维增强可降解树脂的新型复合材料代替现有的树脂复合材料来减少污染。随着能源危机和资源紧缺的迫近，天然纤维及其复合材料正成为高级复合材料的重要研究方向。

5 材料选择与应用在机械设计中的注意事项

5.1 经济和实用

在机械设计中，经济性和实用性的原则必须贯穿始终，因此可以从以下两个方面进行总结：

首先，对于材料的加工必须有效地遵守和结合加工标准，不同的材料所使用的工艺也应该是不同的。比如常用的加工工艺就是切割、焊接工艺等。不同的工艺对应不同的材料，所以在加工时要特别注意;同样的材料有同样的效果，但价格不同时，要根据经济原则选择同样效果的低成本材料。同时，需要对整个过程进行严格的监督，避免过程的不利影响。

5.2 节能和环保

节能环保在机械设计和材料中的应用，可以使生态经济建设得到更好的发展。材料的选用必须贯彻环保的原则，在设计中使用环保材料。绿色低能耗设计的实现离不开成本的降低和环保材料的使用。受全球化和工业化进程的影响，它不仅有效地扩大了机械规模，而且促进了机械设计在国民经济发展中的作用。机械的设计离不开材料，最终的设计结果也取决于材料。但在当前的发展中，面临着资源短缺的问题。随着人们将新的思想、新的观点应用到机械设计中，资源的开发和利用也将变得更加科学。相信在不久的将来，材料的选择和机械的设计会更加环保和低耗。材料的选择和应用必须严格遵守选择，注重使用事项，使机械设计走上一条新的发展道路。

5.3 选材的可持续性发展

不仅要将发展的可持续性贯彻在材料的选择中，更应当将其运用在机械设计方面。结合相应的设计需求，对机械的设计及应用必须有效融合材料的特性，以挖掘材料的巨大潜力。

6 结束语

综上所述，科学技术的飞速發展促进了我国社会经济的建设和发展。随着我国工业化、机械化的发展，也面临着物质浪费、环境污染等挑战。为了促进市场经济的可持续发展以及我国机械工业的发展，应该在发展各行各业的同时，运用合理的设计技术来解决材料浪费问题，设计中时刻牢记避免环境污染。有效减排已成为我国可利用资源的发展现状。资源的短缺和减少严重阻碍了生产工业的发展。生产离不开资源。如果没有资源，就不能再独立生产。机械设备的生产离不开材料，所以在今天的发展中，需要考虑如何有效节约使用材料。因此，对于机械设计行业来说，有必要综合考虑材料，选用的材料必须具有能耗低、实用性强的特点，才能充分体现材料本身的价值。

参考文献

[1] 周明宇.机械设计加工中的材料选择问题分析[J].现在盐化工，2018（2）：83-84.

[2] 王永强，陶亚楠，刘青.机械设计中的材料的选择和应用探析[J].科技创新导报，2012（20）：74.