摘要：随着社会的发展，机械制造业迅速发展起来，机械设计中最为重要的是材料的选择。在选择材料时，既要满足产品设计所需求的机械性能，又要保证该材料满足环境保护的要求。如何在机械设计中选择和应用好材料成为机械设计人员所面临的难题。本文着重介绍了使用型材料、碳素钢与合金钢、载荷类型材料以及低消耗材料的选择和应用，对机械设计中材料应用的注意点进行了讨论。
关键词：机械设计；材料选择；应用
引言
随着我国经济的快速发展，尤其是机械制造业发展迅速，大力推动我国工业化发展，同时对机械制造各方面的要求不断变高。在机械制造过程中，机械材料的选择和应用是最重要的部分之一，选择机械设计材料决定机械设计产品的质量，并且可以实现机械制造可持续发展。因此，机械材料的选择与应用一直是机械制造行业关注的问题：在选择材料时应考虑材料的使用范围和实用性；要考虑材料的环保效益和经济效益，以节约生产成本和保护环境。只有这样才能实现我国机械行业的经济与环境可持续发展，提高广大人民的生活质量和生态环境质量，为我国绿色经济发展贡献力量。
1机械材料选择、应用的必要性
机械设计是保证机械制造性能、质量并实现节能环保等经济和生态效果的关键，而材料是机械制造的基础，只有保证材料设计选择和应用的质量，才能够提高整体机械制造的水平。从意义的角度看：一是现代化进程的加快，对材料需求的数量更多，导致机械设计材料数量出现供不应求的问题，需要在选择和使用上做好控制工作。二是机械生产离不开充足的原材料，在新的发展时期和阶段，制造的技术和手段都发生了变化，传统的材料选择和应用方式出现了些许不适的问题，需要及时地调整，以便促进行业的发展。
2机械设计中材料的选择和应用
2.1实用材料的选择和应用
机械设计中第一个需要考虑的问题是选择和应用材料的实用性问题，进而结合材料的设计标准科学地进行制造和加工。一般来讲，机械设计的标准要求比较严格的材料特性，务必在实现生产需要跟工艺条件下进行加工，根据各种工艺技术加工机械产品，这就需要保障材料的实用性跟机械设计的需要相符合。并且，机械加工应兼顾材料的性能强度与耐磨性等，有些情况下应特殊化地处理加工材料之后的零件外形，从而结合各种零件的特点选用适宜的材料实施加工，最终得到符合设计指标的机械产品。
2.2碳素钢与合金钢的选择
机械设计所用到的金属材料中，使用最为广泛的便是碳素钢了。碳素钢的加工工艺简单，成本较低，但是使用范围有一定的局限性。碳素钢韧性较差，强度较低，不能用来加工尺寸较大的零件。合金钢的出现恰巧解决了此类问题，科研人员在碳素钢生产过程中加入合金元素，形成一种合金钢，提高了碳素钢的韧性和强度，相当于增加淬透性的作用，同时，还提高了材料的耐磨性。在特殊情况下将材料换为性能优异的合金钢既能提高产品的可靠度，又能避免资源的过度浪费。
2.3超硬刀具制作材料在机械部件加工中的应用
2.3.1 车削加工
在加工制作钢件的车削加工时，加工淬硬钢材料必须要进行超硬材料刀具的应用。在超硬材料刀具的应用过程中，超硬材料刀具能够代替原始的磨，通过车的形式促进加工的效果，同时还能够使所加工的零件的切削深度高于磨削制造的十几倍，同时还能够有效地提升加工制造的工作效率和工作质量。
2.3.2铣削加工
在对铝合金产品进行铣削加工制造时，可以使用聚晶立方碳化硼刀具材料制成的硬质材料刀具进行加工。在应用的过程中，将机器的转速提升到4000M/MIN，能够有效地节省加工制造所耗费的时间。
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2.3.3镗削加工
目前，在汽车发动机的缸孔制造中需要进行镗削加工，使用广泛的就是PCBN材质的超硬材料刀具，PCBN刀具材料就是通过利用聚晶立方染化硼材料加工制造而成，这种材质的最大特点就是具有较长的使用寿命、尺寸相对比较稳定、加工的精细度高、生产效率高等。
2.4选用低能耗和低污染材料
无论选择哪类材料，首先要求低能耗和低污染，但不适用需要提前进行预热处理的材料，因为后期进行预热反应的材料，稍有不慎就会缩短材料的使用寿命，或者性能消失等。而且材料后期预热还会污染空气，尤其是机械加工的周边环境，所以，最适合的机械材料是在热轧状态和冷拔状态可以发挥最佳性能，或者在无法避免的情况下，需要选择预热处理的材料，尽量少用预热处理材料或者选择预热处理步骤较少的材料。最常用的手段是使用低淬透性的钢材对机械零件锻造，使得机械材料在锻造之后会形成一层淬硬层。
2.5符合国家的可持续发展原则
可持续发展原则实质就是实现经济资源可循环发展，深入挖掘机械设计的基本要求，熟悉掌握机械材料的潜在内容，分析机械材料的基本特性如何才能正确使用，并最大化的发挥机械材料最佳性能，真正做到低能耗、低污染的机械工程。保护自然环境，环保节能是现代社会的重要发展理念，是我国可续发展的重要方针。随着我国经济的高速发展，人们对周边生存环境有了更好的要求。因此，机械工程需要结合能源消耗与污染环境相结合，有效控制机械材料的能源消耗，提高材料的使用率，降低环境污染，以可持续发展为引导选择环保节能的机械材料，最大程度减少不可再生资源在各个领域的应用。
3注意事项
3.1经济性与适用性
在机械设计过程中我们设计人员要对整个机械设计的原理、材料、使用环境以及功能搞清楚，尤其在生产工艺、制造工艺、焊接、装配工艺等方面会有所涉及，所以设计人员要对这些进行一个整体的规划，这样才能在材料的选择与应用时得心应手，才能选择出既符合实际要求，又性价比高且适用性强的材料，才能尽可能发挥出材料自身的价值，把好钢用在刀刃上。举几个例子，在材料锻造时要选取拥有良好可锻性、冲压性、锻后冷却性以及冷镦性等等，但是紧固件的传统冷镦性能又存在变脆、易断的缺陷，所以这便要求我们设计人员能够充分了解材料性能；在铸造工艺中又要求材料具备优良的收缩性、吸气性、偏折性和流动性；在焊接工艺中则要考虑到材料的适用性以及对温度的敏感性等等。不同材料的不同特性会对各个机械设计环节产生不同的影响，同时又为设计人员提供了多样化的选择，所以设计人员要充分了解材料的性能与缺陷，如此才能使得机械工程朝着正确的方向发展，这便是适用性对整个机械行业的影响。经济性则体现在：第一，尽量选择价廉质优的材料，既能满足机械设计的要求，又能在适用性基础上把成本降到最低；第二，根据工程预算合理选择材料；第三，考虑可循环材料的使用，因为可循环材料可在设计环节中得到多次利用，提高了材料的利用率，降低了资源消耗，减少了机械设计成本，从而使得整体经济效益得到了提高。
3.2实现机械零件的应用标准
在选择和应用机械设计材料的情况下，务必保证零件不会形成扭曲，保证其实用价值，结合比较坚固的材料实现设计，从而可以均匀分散机械的受力，实现材料抗变特性的优化。例如，在设计加工机械的情况下，能够实施低碳钢掺碳或者是中碳调制的加工手段，从而使材料的特性提高，最终实现机械零件的应用标准。
结语
机械设计中的材料选择和应用是至关重要的环节，有助于解决机械材料供需失衡等问题，在设计的过程中，可以从选择和应用两个层面，有针对性的进行材料选择并以经济实用性和环保性作为应用要点，推进机械设计的发展。
参考文献：
[1]薛正福.机械设计与机械制造的技术分析[J].考试周刊，2017（90）：29.
[2]郑云鹏，张宏伟.机械设计中材料选择与应用的意义与要点［J］.南方农机，2017，48（24）：98.
论文作者:李强,张亚乔
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
标签：材料论文; 机械设计论文; 加工论文; 机械论文; 碳素钢论文; 刀具论文; 机械制造论文; 《基层建设》2018年第31期论文;