摘要：在机械设计材料应用和选取过程中，必须要以行业的向前发展为前提，从而在达到机械设计生产需求基础上，对材料的优良性、实用性、竞技性进行选择。因为只有做到这样，才可以实现机械行业的稳中前进，落实机械设计行业的健康持续发展。本文探讨了机械设计中的材料的选择和应用。
关键词：机械设计；材料；选择；应用
在选择和应用机械设计材料时，机械设计人员要从多个方面进行分析，要在保证机械设计符合相关规范和标准的前提下，更好地顺应时代的发展需求，在此基础上体现经济、环保等特点，更好地促进机械设计行业的多元化发展。
1 机械设计中材料选择的重要性
1.1 材料决定成本
机械设计本质上是将相关的机械产品，包括零部件或者是设备等按照初始的设计要求进行设计，然后投入实际使用中去。众所周知，有的时候，一种机械设备必须要有多种材料才可以充分满足设计要求，然而材料存在差异，且成本也会出现不同[1]。如果实际设计工作中，所选择的材料价格相对较高，则最终的成本也将会居高不下，从而使所生产的机械难以获得市场价格优势。此外，成本不仅仅是保持市场生产竞争力的重要因素，也是企业中设备采购的关键性考虑因素。
1.2 材料决定质量
就机械行业来讲，通常情况下，一个机械产品在设计加工环节中必须要由多种材料配合完成，特别是一整套设备的设计加工。如果机械设计期间所使用到的材料相对合理，则机械产品设计所有环节就能够在产品性能得到保障的基础上，实现所有优点的充分体现，最大限度减少缺点，让机械产品在质量层面获得1+1 ＞2 的价值。反之，若机械产品设计中其中一个环节出现了问题，则会造成整体质量不断降低，最终使机械设备不能够完全达到预设效果。因此，质量因素属于企业采购产品工作时必须要高度重视的因素之一。只有把好质量关，才可以在市场竞争中获得更好口碑，立足于市场。
1.3 材料决定性能
通常情况下，产品材料特性存在差异，则性能也会存在差异，然而有的时候不同材料在特定条件之下也会表现出相同性能，这样就会为材料选择呈现更多思路。所以，机械设计加工中，相关工作人员需要在坚持成本为前提的基础上，重视材料性能，从而使机械材料满足设计要求。
2 机械设计中选材的分类
2.1金属材料
在所有的机械加工类材料中，金属类材料的使用最为广泛，统计结果显示，机械产品中金属材料的使用达到90%。钢铁的韧性和强度较高，并且价格便宜，因此是使用率最高的一种材料，能够较好地满足不同的加工要求。除此之外，两种或两种以上的金属所形成的合金也具有比较优良的特性，也是用来制作机械部件的重要原料之一。
2.2复合材料
通过化学或物理的方法将两种或两种以上的材料进行复合，最终得到的具有特定应用性能、满足不同工艺要求的材料称为复合材料。上述介绍的合金类材料也属于复合材料的一种，如铝合金、镁合金等。非金属类材料中，如树脂和橡胶等。还有碳纤维、玻璃纤维等增强型材料。
2.3高分子材料
高分子材料是指以化合物为基体，根据使用要求向化合物基体中加入与之匹配的添加剂或者助剂，因此高分子材料又称为聚合物材料。生产高分子材料的原料十分丰富，这使高分子材料更加便于获取，像生活中常见的合成纤维以及塑料就是高分子材料的代表。高分子材料可以从自然界中提取，具有可再生与可循环的特性。它和金属材料相比具有很大的优势，金属是不可再生资源，随着机械使用量的增加，金属材料日益减少，高分子材料在很多机械生产可以代替金属材料，例如聚甲醛材料聚甲醛具有很强的耐磨性质，可以拥有齿轮、轴承、螺母等机械设备的生产。因此，在汽车制造业高分子材料被广泛运用，在减少汽车自身重量的同时，也减少了能源的消耗。
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2.4陶瓷材料
陶瓷材料是指用天然或者合成化合物用高温烧结而形成的一种非金属材料。目前，陶瓷材料主要分为：氮化硅与碳化硅两种类型。陶瓷材料的硬度很高，通常被用来制作密封零件，并且陶瓷材料具有耐磨、耐腐蚀的特点，很多化学仪器的制造也会采用这种材料。此外，由于陶瓷材料的电特性，通常用来制造电容器，这种电容器在铁电陶瓷的作用下形状会产生变化，能够将电能转换成机械能，像超声仪、声呐、扩音机都是利用陶瓷材料的这种性能。此外，随着纳米陶瓷技术的出现，像航空航天、卫星通讯等高精领域都运用到了陶瓷材料。
3 机械设计中材料的选择和应用
3.1 实用性机械材料的选择应用
在机械设计中，选择应用材料这一活动首先要对机械材料的实用性做出考虑。在设计中，首先要从设计工艺指标来选择材料，并进一步做出铸造、切削、加工、热处理之类一系列活动，而上述工艺又会对其材料特征产生不低的要求，应讲究材料和工艺要求之间的“契合”，一方面保证生产需求，另一方面保证零件加工和设计需求相互符合。其加工活动尤其要讲究材料的耐磨、强度两方面，并且对加工后外观也会产生很多特殊要求，这就要求从零件需求特征出发，遴选能够满足加工需求的材料。
3.2 载荷类型机械材料的选择应用
在相关机械设计中，需要对零件承受的载荷进行有效计算。这种计算的主要目的就是选择具有合适承载能力的材料进行加工装配，因为承载能力过强，材料的加工成本较大，选择这一材料所需要付出的成本较大，不利于降低生产成本，提高产品的价格竞争优势。但是如果选择的材料承载能力较弱，零件在机械设备中的使用将大大受到影响，其设备的使用寿命将大大降低，可能经常性地出现一些机械事故，影响机械的正常使用。因此在进行材料载荷的考虑时，需要重点关注相关载荷的估算，选择与估算结论相匹配的材料，这样才能实现经济性和使用性的统一。
3.3 低消耗机械材料的选择应用
中国大陆各行各业几乎都应用了可持续性发展战略，就机械设计层面而言，其首先要求设计选材和应用要讲究无污染、低消耗。机械设计这一活动中，加工处理材料的活动也应讲究“低消耗”和“环保”。在此过程中，目前对机械材料性能、使用寿命等方面影响最大的加工工艺无过于热处理，且后者也会很大程度上污染环境。因此，在实际操作中应最大限度地避免使用热处理这一工艺，尽量运用冷、热轧状态下性能优良的原材料。若难以有效规避的话，则应选取材料中有更加简便的处理流程者，从而对污染、消耗加以最大程度上的降低。
3.4无害机械材料的选择应用
在整个机械设计与加工的过程里，很多材料会含有一定元素，从而会造成环境乃至人体很大程度的危险。所以在加工之前，应对机械原材料内的含的元素进行检测，杜绝原材料内含有有害元素。
3.5可回收机械材料的选择应用
在机械设计环节中，很多零部件都是金属材质的，而部分金属原材料非常少见，这严重阻碍了建设机械化的发展。在机械设计中钢材的应用比较常见，而类型众多的钢材自然会给回收工作造成很大程度困难。很多“合金”形式的刚才自然会造成材料在回收时有所浪费。所以，为了确保整个机械工程行业能够得到长远发展，应尽量选用那些可以被回收利用的原材料。
综上所述，机械设计中材料的选择要从多方面考虑，既保证机械设计的规定，又要能适应当今的发展需求。
参考文献：
[1] 王森.机械设计中的材料的选择和应用[J].科技展望. 2016(34)
[2] 朱俊.机械设计加工中应注意的几个问题[J].机械管理开发. 2016(11)
[3]王卓宸.机械设计中材料的选择与应用[J]. 时代农机. 2017(05)
[4] 薛万平,赵展鹏.机械设计加工中的材料选择问题研究[J].科技经济导刊. 2017(16)
论文作者:张尊建
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/12
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