探究机械设计中材料的选择和应用
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[摘 要]设计机械时，必须要对设计材料进行合适地选择，将科学制造工艺有效运用到生产中，从而使节能和环保以及经济之间的效益进行统一，机械设计向可持续发展的方展开展。
[关键词]机械设计；机械材料；选择；应用
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0095-01
1机械设计中材料的选择和应用注意事项
1.1注重材料的经济适用性
对机械材料选用来说，首先就应该注重经济实用性。设计人员应当从机械设计整体构造及它的生产、装配和铸造工艺进行综合性分析，然后结合实际情况来选择一些高质量、低价值的材料，最大程度开发出材料价值，而且还要保证设计需求的满足，将应有功能发挥出来。比如某项机械铸造中需要材料拥有流动、吸气及收缩等性质，而锻造工艺则需要材料具有的冲压、可锻性及断后冷却性良好，焊接在工艺上则要求敏感性与适用性较高，机械加工因材料的不同特性和设计工艺需要，因此它们的工艺需求都不一样，应当在满足其需求的情况下，考虑经济适用性。
1.2注重材料的环保节能性
今时今日，当今时代中占据一席之地的便是节能环保这一话题，随着社会经济与科学发展的不断进步，人们普遍意识到资源的剧烈消耗与破坏问题，所以开始渐渐加强环保意识，环境保护一度是焦点问题。环境问题中包括很多类型问题，资源的过度消耗便是其中非常明显的一种。所以，我国机械发展也开始在材料选择上重视起节能与环保性，机械设计人员的设计理念必须与国家可持续发展相吻合，这样一来，低能耗污染的工程材料变为实现资源利用高效性的发展首选，起到着对不可再生资源的节约作用。
2机械设计中材料的选择
2.1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。
2.2選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。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。
2.3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。
3机械设计中材料的应用策略
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 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。另外，经退火或正火处理，机械材料硬度、强度应无法满足设计要求时，此时应考虑使用淬火与回火进行处理，以获得优异的力学性能，及脆、硬的马氏体。如需要机械零件表面至心部具有不同的性能时，则需对其进行表面热处理。例如，为提高零件表面的耐腐蚀性、热硬性、硬度时，可对其进行氮化处理。如需获得表面的高碳回火马氏体，而信不为低碳回火马氏体，则需进行钢的渗碳处理。如需表面层为淬火组织，而内部为淬火前组织时，可考虑采用高频淬火进行处理，其中电流频率越高获得的淬透层越薄。
4 结束语
无论是机械设计，还是机械制造，关键的环节都是尺寸的配合，尺寸配合的好坏，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
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