太原锅炉集团有限公司 030008
摘要：现代经济的飞速发展，为机械业提供了强大的动力。金属材料的选择是机械设计中的重要一环，应该加强对这项工作的重视度。本文首先介绍了在机械设计中选择金属材料的原则，接着结合材料的实际应用，总结机械设计中金属材料应用的注意事项，即金属材料应用的经济性、环保性、节能性。
关键词：金属材料；机械设计；材料选择与应用
引言：机械设计为接卸制造提供根本的保障，而材料的选择与应用则是其中较为重要的一部分。因为材料自身的特性，所以要求设计人员在工作中能够充分发挥材料的优势，提升机械设计的水平。目前，机械业处于高转速发展的状态，导致出现材料短缺的情况，设计师们应该提高材料的利用率，实现它的最大价值。
一、在机械设计中选择金属材料的原则
（一）材料的荷载力与性质
在选择金属材料时最应该关注的就是材料的荷载力情况，它决定着设计的可行性。材料具备优质的荷载力和塑性能力，机械设计就会发挥最好的效果，设计出来的机械设备就会拥有优质的使用性能，具有使用寿命长、机械运转迅速的特点。所以，只有选者具有较大荷载力的材料才能够提高设备的运行效率、运行的时间、创造的成效。避免发生应材料的荷载力过低而引发的设备运行故障、工作效率较低的情况。所以，设计师在设计之前应该充分了解材料的荷载力情况，进行仔细的筛选工作，采用抽样调查的方式，对零件进行检验，保障其在机械建筑中发挥它的最大作用。同时，还应该结合机械设备的需求，综合考虑金属的使用性能。
（二）材料的精准度与质量
机械制造需要极高的精准度和契合度，但是在零件制造时会存在一定的误差，因为没有配置适宜的材料，导致出现两个零件无法衔接的情况，出现资源浪费的情况，加大了企业经济支出的成本，影响了机械制造工作的顺利开展。所以在挑选金属材料时应该格外注意，充分了解它的尺寸和质量情况，认真做出选择。
（三）材料的结构以及使用性能
通常情况下，结构较为复杂的零件在制作的过程中需要更加复杂的工序才能够完成，例如，进行焊接工艺、由毛坯阶段开始制作、板材切割等。此外不同的金属材料拥有不同的物理参数和内步性质，所以在加工时应该充分考虑金属材料的特性，结合不同的设备选取不同结构的材料[1]。至于材料的使用性能，就应该充分结合材料的抵抗冲击的能力、接受磨损的能力、建造的能力，对金属材料进行判断与检验，选出最适宜的材料。
（四）零件的工作环境
在选择某一金属零件进行机械加工时，必须要考虑其加工的工作情况。在进行金属材料选择时应该充分考虑压力的变化情况。因为当压力值变化较大时，会对金属零件造成破坏。当温度过高时有可能会影响材料的表面状态，导致其出现损伤。以杨氏模量系数作为参考，判断金属材料的抗压能力。工作原理为：
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图 1 杨氏模量示意图
一条长度为L，横截面积为S的金属材料在力F的作用下逐渐伸长ΔL时，应受力与应变量的比值就是杨氏模量。应为在实际生活中机械设备需要反复多次的进行使用，所以就涉及到金属材料的抗腐蚀与抗氧化的性能。质量较好的金属材料可以在空气中或者湿润的环境下保持良好的状态，保障设备运行的灵活性。此外还应该考虑设备的使用频率。在其多次运转之后，必然会造成零件的磨损，摩擦不断的叠加，从而导致及部件间的结构失衡，影响设备的正常运行。所以在挑选零部件时还应该考虑材料的磨损情况。所以在选择零件时应该把控好零件的抗压力、抗腐蚀力和抗磨损力。其中的每一个影响不断的严重会波及到另外一个，从而引发更大的问题，导致整个机械运行受到干扰。所以，在进行机械设计时应该加强对材料选择的把控，全方面多角度的进行考虑充分结合设计的需求，制定出最佳的设计模板。
二、机械设计中金属材料应用的注意事项
（一）金属材料应用的经济性
金属材料的使用是机械设计实施的重要环节，为接下来的制造奠定了基础。在对金属材料即兴应用时，机械设计师应该明确设计的目的，即设备在现实生产中的实用性，其是否能够发挥最大作用，促进企业的经济发展。所以，金属材料应该具有一定的经济实用性。第一，在正式选择制作工艺之前应该对现有的设计图纸进行综合考量。要根据市场中工艺的发展态势、操作问题、材料价格、材料的存储量等，判断设计稿件实施的可能性。第二，设计师应该在确定好工艺后选择适宜的材料，保障设备的实用性。例如，结合图纸要求需要某种工艺，在进行材料选择时有A、B两个选项，A的使用效果较好，但是较为短缺价格昂贵，B的效果不及A但是可以满足基本的使用需求，这时设计者就应该结合机械设备制造的整体成本支出做出取舍，选择最符合设计要求的材料。目前，在所有的金属材料中碳钢和合金钢材的经济实用性较高，他们具价格低廉且焊接性和冷成性交强的特点。
（二）金属材料应用的环保性
社会的不断发展，对机械业的要求越来越高，应该在维护生态平衡的基础上进行设备制造，所以在应用时应该注重金属材料的环保性。第一，我们应该选择在制造时不会对周围环境造成污染的材料。应该始终践行可持续发展的观念，避免在加工时产生大量的有毒气体、工业废料等，应该提高资源的利用率降低对环境的破坏。应该协调好设备制作与环境保护的关系，尽量避免加热处理，减少空气的污染和能源的损耗[2]。第二，在选择金属材料时应该优先选者可再生的材料。机械在运行中腐蚀与磨损是无法避免的，所以应该使用可再生的资源，减少资源的浪费，提高材料的利用率，保障机械行业的发展。第三，采用安全性较高的材料。在进行机械设计时难免会对施工人员造成一定的伤害。所以应该在保证机械设计的前提下，不断创新采用绿色安全的材料。例如，金属泡沫，它属于不易燃物品，且具有可再生的特性。它可以多次利用，并且不会对人体健康造成伤害。在选择时应该牢牢把控好金属材料的环保性，维护生态环境的稳定，保障施工人员的健康与安全。
（三）金属材料应用的节能性
最后在选择金属材料时还应该考虑它的节能性。应该以降低能源消耗和避免资源浪费为根本要求。所以在实际的过程中应该减少热处理的工作程序，因为大部分金属材料在进行热处理时会消耗很多的能源。为了贯彻节能的要求，应该使用只需要进行热轧或冷轧就能处理的材料。这样符合环保的要求，同时还可以减少资源的损耗，减低在机械设备制造时出现风险的概率。
结论：综上所述，在金属设计的过程中应该严格按照原则进行金属材料的选择，综合考虑金属材料的性能、荷载力、结构、质量以及应用环境。此外在应用的过程中，还需关注材料的经济性、环保性、节能性，提高金属材料的利用率，减少资源的浪费，推动机械行业整体的革新与发展。
参考文献：
[1]黄建明，陈俐.浅析有色金属材料在机械设计中的选择与应用[J].世界有色金属，2019（14）：21+23.
[2]高鹏，韩伟.金属材料在机械设计中的选择与应用分析[J].世界有色金属，2018（21）：29-30.