荆红 金怀庆 汪长城
蓬莱巨涛海洋工程重工有限公司 山东省烟台市 265600
摘要：在我国以国民经济为主导的背景下，机械设计水平的不断进步，给我国经济发展提供了有力的保障。对于机械制造来说材料设计需要合理选择、充分利用。文章通过对机械设计材料的常用类型以及相关考虑问题的分析，探析了具体的应用策略，希望给机械设计业内人士提供参考。
关键词：机械设计；材料；选择应用
1机械设计常用材料的应用
1.1高分子的材料
有些塑料和合成类的纤维等，在通常的情况下都被称为是高分子材料，与其他的材料相比较，这种材料具有很广泛的来源，在很多自然界的成分中，都能够将这种材料提取出来，例如，运用天然气将高分子材料进行提取的良好方式。在将高分子材料进行使用时，材料对能源的消耗相对较低，材料自身的密度也比较小，从而使材料的延展性更强。
1.2金属的材料
在很多的工程中，都可以看到金属材料的使用，可以说金属材料已经广泛应用于工程领域中，一些相关人员专门统计了使用金属材料的情况，机械产品中使用的90%以上的材料都是金属材料。针对于大多金属材料而言，大多数选用的是钢铁材料，这就说明钢材具有非常好的自身性，强度和韧性都达到了使用的标准。另外，材料价格也很低，材料可以在生产的许多方面进行使用，这也表示在机械设计材料中使用钢材非度合适。
1.3复合型材料
该材料在通常情况下，是由两种或两种以上的不同材料所构成，运用化学方式制作时，将两种(或以上)不同新型材料进行有机地组合，复合型材料就形成了，许多种生产工艺，复合型材料都可以满足，因此，复合型材料已经比较广泛应用于许多领域。
1.4陶瓷材料
组成陶瓷的主要成分是硅，因此陶瓷材料具有密度低、硬度高、耐腐蚀等特点，因此在一些对密封性要求比较高的机械设计中可以选择陶瓷材料，但是陶瓷材料也有自身的缺点，造价高而且容易破碎，因此应用范围相对较小。
2机械设计材料选择与应用需要考虑的问题
2.1经济性和适用性方面
选择机械设计所用材料时不仅要遵循其经济性和适用性，而且在选择材料时必须要格外的注意，在选择材料时要将机械零件制造的合理性作为基础，对零件的焊接工艺、铸造工艺、热处理工艺以及切削加工工艺等都做出适合机械设计应用的要求。在选择机械材料时尽量选择一些成本比较低廉并且容易获得的原材料。关注材料的利用率也是非常关键的，只有材料的利用率得到保证才能使材料的经济性得到保证，并且保证整个机械设计行业得到长足的发展。
2.2环保性方面
随着全球环境的日益恶化，不仅是我国，世界上各国都纷纷选择具有节能环保性的材料作为未来的发展战略，这也是时代发展的需求。虽然改革开放以来我国取得了巨大的发展成就，但是代价则是消耗了大量的资源，而且破坏了生态环境，这与我国目前要求的绿色发展观是相悖的，尤其是最近几十年，我国的能源在急剧减少，能源短缺已经影响到了我国的发展，而且由于能源的肆意开采，造成了严重的环境污染，极端天气出现的频率也越来越高，因此在今后的机械设计中，材料的选择要将节能和环保理念贯穿其中，实现可持续、绿色、节能的发展道路，从而促进我国的可持续发展。
2.3可持续性方面
在机械设计的选材工作中，要符合可持续性发展策略的要求，从设计整体性出发，运用先进的科学技术，使材料的性能得到充分利用，根据材料的自身特性，合理选择原材料，避免出现材料性能利用率不高的现象。
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3机械设计中材料的选择与应用策略
3.1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，尤其应该注意以下问题：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。
3.2做好工艺性能分析
工艺性能是指材料满足各种加工的能力，它关系到零件的制造成本及生产效率。选取时应在满足使用要求的情况下选取易于加工成形且利用率高的材料。选择加工工艺性好的材料可降低加工能耗、自身材料消耗、降低工时及提高成品率等。是降低零件制造成本一个重要因素。
（1）铸造性能
铸件在重型设备零部件中占有相当大的比重，铸件的质量直接影响零部件的机械强度，因此选择材料时需要在满足机械强度的情况下要考虑材料的铸造性能，易于铸造的材料熔点低、结晶区间小。一般铸铁、铸铝合金、铸铜合金应用比较广泛。同时由于受力状态及强度的要求铸钢件应用也较多，由于碳含量越高越难铸造，一般选用中、低碳钢。
（2）压力加工性能
压力加工性能包括变形抗力、变形温度区间、加热及冷却方面的要求。铸铁件由于比较脆，不能压力加工，碳钢的压力加工能力与含碳量成反比，含碳量越高越难加工。所以一般高碳钢适用于热压力加工。铝合金、铜合金、低碳钢的压力加工形能较好。
（3）焊接性能
在机械产品的零部件中存在大量焊接件，钢材的焊接性能与含碳量及合金含量有很大的关系，含碳量越高越焊接能力越差，中、低碳钢焊接性能较好，要求不高的焊接件常用的焊接材料一般是Q235；合金钢中合金元素含量越高焊接能力也越差，铝合金、铜合金焊接性能差，焊接成本高。
（4）机加工性能
机加工包括切削加工和磨削加工，材料的硬度与机加工性能有直接关系，硬度越高材料越难切削，越容易磨损刀具，机加工性能就越差。一般灰铸铁、铝合金、铜合金和硬度在180～230HBS的碳钢切削性能较好。不锈钢、高碳钢机加工性能较差。
（5）热处理性能
一些零部件需要进行表面热处理来达到需要的性能。经过热处理的零部件在机械零部件中占有比较大的比重。但纯铝、纯铜单向奥氏体不锈钢等材料不能进行热处理。选材时应充分考虑。
3.3选择无害的材料
在机械加工中使用的材料一般都含有一些有危害性的元素，不仅影响人的身体健康，还能给环境带来非常恶劣的影响，因此在机械设计加工前，一定要对材料进行检测，尽可能的不使用含有有毒有害成分的材料，如果由于需要必须使用一些有毒材料，一定要做好保护措施，在实际工作中尽量避免和人的接触，减少对人体的伤害。
3.4选择可回收的材料
在机械设计中所选用的材料大部分都是金属材料，但是有些金属产量很低，如果在机械设计中大量使用含量稀少的金属就会极大的降低此种金属含量， 而如果不能及时找到替代材料，就会影响到行业的发展，因此在机械设计的材料选用过程中， 尽可能选择一些可回收利用的材料，不仅可以促进企业的发展，还能降低环境污染。
4结束语
综上所述，针对于机械设计而言，需要重视的首要问题，就是对机械材料的选择，不但对机器性能起决定的作用，还关系到机器的使用寿命，对于使用机器的互换性和经济性的指标也有很大的影响。所以，若想机械设计能够可持续地发展，选择和应用机械设计过程中的材料，必须要达到基本的合理性。
参考文献：
[1]汪立国.机械设计中的材料选择及使用问题研究[J].科学技术创新,2017(22):58-59.
[2]杨松松,喻翔,赵志超.浅析机械设计及自动化节能设计理念[J].科技创新与应用,2017(16):165.
论文作者:荆红,金怀庆,汪长城
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/3
标签：材料论文; 机械设计论文; 性能论文; 加工论文; 零件论文; 机械论文; 金属材料论文; 《防护工程》2018年第9期论文;