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1機械設(shè)計中材料選擇應(yīng)用的重要性

材料選用是機械設(shè)計中的基礎(chǔ)保障，只有選擇合理的材料，才能有效保證機械設(shè)計的整體質(zhì)量與性能，保證機械產(chǎn)品發(fā)揮出應(yīng)有價值，并促進企業(yè)經(jīng)濟效益的提升，目前在機械設(shè)計制造中主要應(yīng)用的材料有四種，分別為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料，每種材料的性能與功能都各不相同，所適用的機械設(shè)計產(chǎn)品類型也不一樣，需要謹慎選擇。當前在我國機械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展中，為進一步整合資源，提升資源利用效率，需圍繞可持續(xù)發(fā)展的原則來實施材料選用，以質(zhì)量為中心，以經(jīng)濟性與綠色環(huán)保為目標來開展機械設(shè)計，從而促進我國機械設(shè)計行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。所以關(guān)于機械設(shè)計材料的選擇，不但需要滿足機械產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量與規(guī)格需求，更應(yīng)該符合目前國家的環(huán)保政策要求，盡量使用新型環(huán)保材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不可降解材料，目前社會各行各業(yè)對環(huán)保的重視程度較高，強調(diào)產(chǎn)品的低能耗與環(huán)保性，所以材料的選用對機械設(shè)計來說非常重要，可以直接影響機械產(chǎn)品的整體性能與設(shè)計標準。

2機械設(shè)計中材料選擇與應(yīng)用的原則

2.1質(zhì)量規(guī)格原則

機械設(shè)計的核心就是需要保證產(chǎn)品的整體質(zhì)量，在選用材料的過程中，質(zhì)量永遠是第一標準，根據(jù)機械設(shè)計產(chǎn)品的功能發(fā)揮，來選擇滿足產(chǎn)品質(zhì)量與規(guī)格的材料，如果材料質(zhì)量不符合機械設(shè)計需求，那么產(chǎn)品質(zhì)量必將下滑，進而影響到機械設(shè)計企業(yè)的良好發(fā)展，如果材料規(guī)格尺寸不符合機械設(shè)計需求，那么就無法設(shè)計出符合需要的機械產(chǎn)品，這些材料將被廢棄淘汰，造成經(jīng)濟損失。

2.2經(jīng)濟性原則

經(jīng)濟性材料的選擇直接決定機械制造企業(yè)的經(jīng)濟效益。在進行機械產(chǎn)品設(shè)計的過程中，應(yīng)綜合考慮機械的設(shè)計、制造與裝配過程，了解產(chǎn)品成本價值，根據(jù)機械產(chǎn)品的實際功能發(fā)揮來選擇性價比最高的材料，這樣不但能保證機械設(shè)計質(zhì)量，也可以盡可能的降低成本，提升效益，有效提高企業(yè)的市場競爭力。

2.3環(huán)保節(jié)能原則

“金山銀山不如綠水青山”，在倡導可持續(xù)綠色發(fā)展的今天，國家對環(huán)境保護與資源可持續(xù)利用給予了高度重視，并針對社會環(huán)境治理現(xiàn)狀，出臺了一系列政策方針來提升環(huán)保力度。而機械設(shè)計企業(yè)也應(yīng)響應(yīng)國家的號召，在材料選用環(huán)節(jié)遵循環(huán)保節(jié)能原則，重視新能源材料的使用，確保所設(shè)計出的機械產(chǎn)品更加環(huán)保節(jié)能，符合生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展趨勢。

2.4新型材料優(yōu)先原則

目前我國在材料研究方面取得較大進展，新型材料層出不窮，這些新型材料能夠進一步提升機械產(chǎn)品性能，并且在性價比與能耗方面有著較大優(yōu)勢，新型材料的選用，可以進一步實現(xiàn)機械設(shè)計產(chǎn)品的進步。機械設(shè)計單位應(yīng)重視前沿相關(guān)新型材料設(shè)計的消息，并投入資金大力研發(fā)新型材料，從而不斷促進機械產(chǎn)品設(shè)計企業(yè)的發(fā)展。

3機械設(shè)計中材料的具體選擇與應(yīng)用

3.1實用性材料選用

機械材料設(shè)計往往需要大量不同類型的材料，需要根據(jù)材料的性能與使用標準來選擇，在合理的位置選用正確的材料，才能充分保證機械產(chǎn)品質(zhì)量，這樣的材料為實用性材料。比如鋼材的選用，鋼材是機械設(shè)計中最常用的材料，也是支撐機械設(shè)計產(chǎn)品實用性的最重要材料，目前常見的碳素結(jié)構(gòu)鋼主要有45、Q235A、40Cr和HT150灰鑄鐵等，這些鋼種自身實用性較高，每個鋼種的特性也不一樣，所適用的機械設(shè)計也各不相同，以最常見的中碳調(diào)質(zhì)鋼——45為例，其主要特征為具有良好的綜合力學性能，但是在水淬時容易出現(xiàn)裂紋，常用到強度高的機械部件設(shè)計制造中，比如壓縮機活塞、軸承與齒輪等，能夠保證這些機械部件具有良好的強度來維持機械產(chǎn)品運轉(zhuǎn)。所以對于實用性材料的選用，關(guān)鍵從其本身的性質(zhì)特征，以及在機械產(chǎn)品中所適用的位置來決定。

3.2荷載型材料選用

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，大量機械制造產(chǎn)品失效的主要原因在于機械材料外載荷性能不符合機械設(shè)計需求，一般可以將機械材料的載荷性能分為這幾個方面。（1）在外載荷力的作用下，機械材料本身發(fā)生彎曲，材料表面需承擔大部分應(yīng)力，這樣的機械材料性能直接影響機械零部件功能的發(fā)揮，針對這種荷載型材料的選用，需要注意材料本身承載荷載的能力，機械設(shè)計人員應(yīng)對機械設(shè)計產(chǎn)品實際使用過程中荷載的變化情況進行分析，防止機械材料在受到交變應(yīng)力影響的情況下產(chǎn)生破壞。（2）具有壓縮性能與單純承受拉伸的機械材料，這些材料需要有良好的韌性與高塑性，保證機械材料在外荷載的作用下可以將應(yīng)力均勻的分布在材料表面上，所以在對這種荷載型材料進行選用的過程中，必須選擇性能分布均勻的機械材料，避免選用高碳鋼制類型的比較脆的材料。（3）合金鋼與碳素鋼，碳素鋼是機械設(shè)計制造中最常用的材料，其加工工藝性能較好，性價比較高，但是缺乏韌性，可以在碳素鋼中加入合金元素形成合金鋼，這種合金鋼具有高韌性、高強度和高耐磨性，但是一般在機械部件外荷載力影響較大的情況下才考慮選用合金鋼，所以在選用合金鋼的過程中需要注意，材料部件本身的荷載型要求與性價比之間的平衡。

3.3無害材料選用

機械材料中一般都會含有一些危害元素，這是難以避免的，這些危害元素不僅難以降解，還會對環(huán)境產(chǎn)生較大危害，同時也會對人體產(chǎn)生不可逆的危害。比如常見的Ni元素，這種元素存在于大多比較常見的機械材料中，自身具有出色的理化性能，耐腐蝕，具有較高的電真空性能與電磁控制性能，在機械制造中可以加工成管棒線板帶箔材產(chǎn)品。針對其本身優(yōu)秀的機械產(chǎn)品性能與污染環(huán)境的問題，需要在兩者中尋找出平衡點，盡量不用或者少用帶毒材料，選擇其他可代替的材料進行加工設(shè)計，如果由于機械產(chǎn)品的性能需求必須采用這些機械材料，那么在實際設(shè)計的過程中需采取針對性措施，減少有害材料對環(huán)境與人體的污染，并在產(chǎn)品使用結(jié)束后，采取一定回收措施，減少危害。

3.4低能耗材料選用

在倡導環(huán)境保護與節(jié)約資源的現(xiàn)代社會中，綠色可持續(xù)發(fā)展是所有行業(yè)需要遵循的生產(chǎn)要求，低能耗材料的引進至關(guān)重要。在機械設(shè)計低能耗目標的實現(xiàn)，不僅可以通過更新設(shè)計手段來達到，還需要從材料上入手，盡量選擇低能耗材料，一般這些低能耗材料體現(xiàn)在能源材料中，機械產(chǎn)品設(shè)計盡量不選用石油作為能源材料，而是需在保證機械制造性能與質(zhì)量的基礎(chǔ)上，選擇新型低能耗材料，以此提升機械產(chǎn)品的環(huán)保性能。在未來的機械行業(yè)發(fā)展中，環(huán)保低能耗必然是行業(yè)發(fā)展大趨勢，所以設(shè)計人員需不斷更新理念，從材料選用入手，實現(xiàn)機械設(shè)備的低能耗與可持續(xù)發(fā)展。

3.5可回收材料選用

循環(huán)利用是當前資源可持續(xù)發(fā)展中的一個重要主題，也是機械設(shè)計制造領(lǐng)域中的一個重難點。由于參與機械設(shè)計制造的材料大部分為金屬材料與化學材料，這些材料均屬于不可再生型材料，用多少就永遠失去多少，在達不到使用標準廢棄之后，也很難進行二次回收利用，從而造成資源的浪費，還會對環(huán)境造成較大污染，使機械設(shè)計制造違背了環(huán)保綠色發(fā)展的原則。為有效提升資源利用效率，在機械設(shè)計制造過程中盡量選用可回收材料，就目前機械材料的可回收性來看，大部分材料的回收利用價值比較低，需要進行二次加工改造才能實現(xiàn)重復利用。當前最常見的可回收材料為廢棄鋼鐵，這些鋼鐵指的是熔煉用廢鋼和非熔煉用廢鋼，不包括合成鋼，這些廢舊鋼材在回收之后進行熔煉，可以作為機械原材料繼續(xù)使用。

4結(jié)語

機械設(shè)計中材料的選用是一個需要漫長研究的過程，機械設(shè)計產(chǎn)品的改進發(fā)展，其材料選用標準也在不斷更新，圍繞當前綠色環(huán)保，節(jié)約資源的生產(chǎn)目標，嚴格按照行業(yè)標準科學選用材料，使我國的機械設(shè)計加工水平得到顯著提高。

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作者：梁先盛 單位：桂林電子科技大學北海校區(qū)