张闯 赵建伟
景津环保股份有限公司 山东省德州市 253000
摘要：在机械制造过程中，最重要的部分就是进行机械设计中材料的选择和应用，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成为机械制造行业主要关注问题。首先，在选择材料时应关注材料的使用范围和实用性，其次，就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为主，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巨大力量。
关键词：机械设计过程；机械材料；选择和应用
1机械设计中，机械材料选择和应用的意义
机械行业在国民经济的发展中具有推动的作用，是一项至关重要的支撑型产业。针对于机械设计行业而言，选择和应用机械材料都很重要，尤其是科学发展观要求提出以后，重视选择和应用机械设计的力度加大了。产业化在不断地发展，不能够把眼光只放在机械设计的发展上，还应该注重经济效益和环境保护应该步入可持续发展的道路。我国工业化发展在不断地加快，机械设计所用材料的需求量也在加大，但是，机械设计中可以使用的材料却很少，从世界范围的角度看，社会发展与资源稀缺出现了冲突的情况。为了满足消费者物质文化的需求，使消费者的消费水平得以有效地提升，机械设计行业开始对新型的选材方式进行寻找，这种新型的选择方式既能够使机械设计的经济性和适用性得以有效地满足，又能够使机械设计的可持续发展得以满足。这种新型方式的改进能够充分地利用有限的资源。若想使机械设计深入地发展，必须要将选择和应用机械设计材料协调好，从而使机械行业在社会发展中，做出更大的贡献。
2机械设计中选材的分类
1)选择金属种类。在我国机械加工当中，金属种类的材料是占主要地位的，多数都使用金属材料，甚至在所有的机械加工过程中都有使用，占有率近百分百。金属的最大的优势就是硬度高和成本低，可以满足机械设计各个环节，在生产过程中被广泛应用，特别是，两种金属相互混合合成的合金，也具有极其优秀的特性，在机械加工中也备受关注。2)陶瓷类的材料。陶瓷中的主要包含组分是氮化硅和碳化硅，陶瓷类的材料最大的特点就耐化学腐蚀，具有极高的硬度和较低的密度。在日常的机械施工过程中，一般密封性较强的元件使用陶瓷类材料较多。并且陶瓷类的材料成本非常高、而且还易碎，具有较高的脆性。3)高分子类的材料。类似合成纤维之类的材料被称为高分子类的材料，高分子类材料主要来源面比较广，延伸多个领域，最大优势就是在制备过程消耗很少的能源，甚至可以通过天然气中提取等等一系列优势，使得高分子类材料在机械设计中应用广泛。
3机械设计中材料的选择
3.1选择载型材料
在机械设计的过程中，机械材料外载荷性对机械元件能否正常地工作起决定性的作用，若想对零件失效问题进行预防和解决，就需要有效地运用机械零件的性能进行解决该问题。通常零部件失效现象出现的原因，是因为零部件性能与零件外载荷有冲突情况出现，因此，在对机械材料进行选择时，选择的材料必须要与载何性能相符合，才能够使载荷型的材料达到标准。在具体选择机械材料时，载荷性能分为两个方面:其一，零部件是在外载荷作用力下有扭转的现象出现，通常这时的应力主要集中于材料表层，也就是说材料的表面性能对零部间控制效果起决定性的作用。所以，在对机械设计材料进行选择时，最好选择中碳钢或低碳钢渗碳作为原料，这种原料制成的机械部件，能够将一定的载荷力进行有效地承担。零部件利用这种方式进行选择和加工，通常能够使零部件的质量得以有效地保证。其二，在实际工作中，有些零部件对于一定的压缩作用和拉升力都要承受，因此，材料选择时，必须将材料选择性地均匀分布，从而高效地完成选择材料的任务。
3.2选择合金钢和碳素钢材料
机械设计时，生产原材料选择碳素是比较常见的，购买碳素钢价格通常比较低，加工碳素钢的工艺性比较强，因此，在机械设计中应用比较广泛。但是，碳素钢自身不但韧性差，强度也比较低，将碳素钢用于一些中等形状材料的制造时，很难完全淬透，致使使用碳素钢受到严重的影响，因此，就需要在碳素钢中加入合金成分，来进行改进，从而使一种新型的合金钢材料形成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种合金钢材料不但淬透性比较强，韧性和强度都与碳素钢大致一样，另外，与碳素钢相比，这种合金钢的耐磨性也在很大程度上提高了。
3.3选择可回收利用材料
制造机械是，金属材料可以选用的种类比较多，钢材就已达到百种以上。但是，机械设计时，很多种材料都需要堆砌在一起，因此，使用机械材料时，很难区分材料，利用和回收材料的难度也非常大。在对机械材料进行选择时，注重利用材料的循环性，利用单一零部件或者有些合金的材料来作为使用材料，如此这样，既能够减少材料元件，又能够将材料对环境的压力有效地解决，从而提升材料循环利用的可回收性。
4机械设计中材料的选择与应用策略
4.1明确机械设计要求
为保证机械设计中机械材料选择的科学、合理，设计人员应明确机械设计要求，把握设计工作的重点与难点，保证设计工作的顺利进行，尤其应注意以下问题：一方面，明确设计零件用途。机械零件用途不同，对零件性能的要求差别较大，直接影响材料的选择，因此，设计人员应结合零件用途，分析零件所处的运行环境，以及运行中的影响因素，对比分析不同材料的适用性。必要情况下，对零件所处的运行环境进行仿真模拟，掌握零件各种受力参数，选择针对性机械材料。另一方面，做好材料经济性分析。不同机械材料不仅性能差别较大，而且价格有较大差异，因此，机械设计中应做好成本的控制，对各待选材料的经济性进行分析，认真分析零件生产所需工艺，以及在生产中的人力、财力投入情况，确定最佳的机械材料应用方案。
4.2做好材料性能分析
机械材料性能对机械零件性能及使用寿命造成的影响最为直接，因此，设计过程中应将材料性能分析作为重点工作加以落实，具体可从以下内容入手：首先，做好物理性能分析。机械材料的物理性能较多，包括导热性、导电性、熔点和密度等，要求设计人员结合零件所处环境，对比各机械材料的物理性能，尤其应分析制造工艺复杂性情况，确定最佳的机械材料。例如，当机械零件的重量有限制时，可考虑使用铝、镁等轻金属材料。其次，做好化学性能分析。机械材料的化学性能包括化学稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性等。例如，部分零件在高温条件下运行，为延长其使用寿命应考虑使用耐高温、抗氧化性强的机械材料。最后，做好工艺性能分析。
4.3选优合理处理工艺
机械零件生产时，为提高零件综合性能往往采用相关工艺进行处理，促进机械生产工作的顺利进行，设计人员应分析不同机械材料所用处理工艺的复杂度，确定最佳的处理方案。接下来以钢材料的热处理为例进行分析。钢热处理分为普通热处理、表面热处理，其中普通热处理包括退火、正火、淬火等，表面热处理有渗碳、渗氮、高频淬火等。如机械材料硬度较大，不利于切削、生产时，需要进行退火处理，以降低材料硬度。与之相反，如想提高机械材料硬度，可对钢进行正火处理。
5结论
机械设计是机械制造的关键环节，专业性强，对设计人员的综合水平要求较高，为保证设计方案科学、合理，方便后期的零件生产，设计人员应做好机械材料选择与应用研究。
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论文作者:张闯,赵建伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/16
标签：材料论文; 机械设计论文; 机械论文; 碳素钢论文; 零件论文; 性能论文; 载荷论文; 《防护工程》2018年第14期论文;