郭正来 仝敬泽 赵红利
青海聚能钛业股份有限公司 青海 西宁 810007
摘 要：机械设计中材料的选择是关键，材料的环保、荷载能力、耐腐蚀性等都是材料选择需要考虑的重点。因此，在材料选择与应用上要注重选择原则和策略的应用。本文首先以材料选择的意义与原则出发，阐释了机械设计材料应用的类型和范围，以期为机械设计以及机械应用领域提供一定的理论参考。
关键词：机械设计；材料选择；应用策略
前言
质量过硬、功能全面是机械设备设计的关键目标，相关设计人员在机械涉及材料的选择上不断的进行更新与探索。在实际的应用之中发现，机械材料是机械产品质量、功能的关键，并且，材料的适合与否直接关系到设备能否安全运行。随着社会不断发展进步，原材料供应也已经出现了“告急”的状态，因此，绿色环保节能也是材料选择的关键。在有限的原材料供应上实现设备的安全有效运行，对设计人员提出了更高要求，因此，相关人员在才选择上遵循一定的原则，使所选择的材料发挥最大效果，发挥机械设备的最大价值。
一、机械材料选择原则
（一）荷载要求
机械设计产品材料的质量安全保障特性中，荷载要求是关键。因此，设计人员应优先选择荷载符合要求的材料，荷载要求不仅要符合设计要求，而且在及时试验运行中也要时刻关注材料荷载情况，全方面的考虑才会使设计安全系数达到基本要求。机械设计应考虑到机器的荷载、抗弯曲力能力，如果机器的荷载、抗弯曲力能力不足，则整个设备运行失效，并且无法满足机械设备正常运行的要求。
（二）对周围环境的变化不敏感
不同的机械设备被运用在不同的环境之中，因此，对于环境变化没有较大变化的材料应该成为设计选择的首选。因环境引起变化的材料被运用在设备上会造成较大的安全隐患，因此选择材料时，必须考虑机器运行的环境，结合机器要执行的工作，然后选择材料作为机器设计中材料选择中可靠性实验的标准。例如，一些金属材料在潮湿的环境中会发生锈蚀，严重影响设备的正常运作。
（三）绿色节能环保要求
随着原材料的过度开采，人们对节能环保的材料需求越来越明显。过去使用的一些金属材料逐渐被一些轻型可再生的复合型材料所替代。这类材料的应用是机械设计上的一次创新尝试，，并取得很大的成效，已经逐步在一线机械设备上应用。遵循环境保护和生态平衡的原则，达到满足环保要求的材料选择和应用目的，有效保护人类赖以生存和发展的环境。以金属泡沫原材料为例，该类材料具有可再生的特性，并且实用特性与传统金属并无不同，而且价钱低廉，有利于企业成本节约，有利于环保。同时要避免使用高污染性的材料，例如比如，Ni元素会给环境带来极大的污染，对人体也有极大的伤害。
（四）经济性原则
所有企业都是为了利润和收入而运营，因此用于机械设计的材料选择也必须满足成本合理条件。成本是企业长久生存关键节点，经济性也是机械设计材料选择中的重要环节，在机械设备的设计环节，既要保障质量，也要考虑经济性。机械设备投入市场，价格也是有效的竞争手段之一，毕竟“物美价廉”性价比高的产品才会获得最大的市场份额，拥有市场竞争力。在竞争日益激烈的今天，机械设备设计人员应非常注意材料选择和应用的经济性。设计人员在充分考虑用户的实际需求，还要使材料经济性得以最大程度的展现。在机械材料的生产中，生产过程可以严格监督过程中的每个环节，以提高材料使用效率，优化机械设备的生产并降低投资成本[1]。
二、机械设计材料选择及其应用的意义
随着国际竞争力逐渐增强的今天，机械发展是国之发展大计，在机械方面提升国际市场竞争力是提升综合国力的重要途径。
经济的可持续发展离不开机械工业的发展，因此，机械设计是其中环节的关键节点，在材料上加大审查、筛选、合理应用力度会使机械工业发展快速发展。机械设计方案通过材料的应用使图纸变成产品，材料的选择是至关重要的。在材料的选择中，设计人员必须首先弄清机械设备的使用要求和质量要求，并充分考虑材料规格和材料性能。其次，设计人员必须仔细分析所用材料的数量，以避免在材料使用过程中造成不必要的损失。有效改善局面，综合利用材料。材料应用之后，有必要对机械设备进行测试工作，以确认设计计划的可行性。在某些测试任务中，测试内容主要包括材料匹配、使用后的机械磨损和机械安全性[2]。
三、机械设计材料应用领域
（一）实用性机械材料应用
工业仍然是我国经济的“中流砥柱”，在工业中，金属机械材料的应用最为广泛，其中钢材料是运用最为广泛的一种材料。钢材来源广泛，价格适中，运用范围广，是我国传统的实用性机械材料之一。钢材料以其自身的优良性能被用在诸多实业之中，例如，船舶、汽车、生产加工等行业。铝金属也是机械设计材料选择中常用到的基础材料之一，铝金属具有设计性灵活，金属寿命长，耐锈蚀、质量轻等优点，通常被设计在机械设备的小零件加工中。铝的表面处理铝是仅有的几种可以自然状态保留而没有表面保护的金属之一。当铝表面暴露于大气中时，会发生化学反应，从而形成保护性氧化层。该层的存在意味着金属的结构完整性不受大气影响，可以适应多种环境[3]。
（二）环保节能性材料的应用领域
我国的发展战略目标是可持续发展，在各行各业的应用中也必须遵循。在材料的选择和应用上就需要满足能源消耗程度低、无污染等特性。一些非金属性的材料被运用到机械设计之中，以碳素纤维在机器人设计领域中为例，一般机械设计原理认为，减少质量可以减少惯性并提高操作速度。增加刚度可以减少变形。增加阻尼可以减少稳定时间。改善这些特性可以提高机械臂的控制精度。碳纤维机械旨在满足几何尺寸和碳纤维材料特性的要求，可以满足机械设备的要求[4]。
（三）高性能复合材料的应用领域
为了满足航空和航天领域对树脂基复合材料综合性能的要求，复合树脂基体不断发展，并已形成一系列具有各种韧性和使用温度的高性能树脂基体。环氧树脂是复合材料中最常用的树脂基体，其特点是具有良好的组成，耐腐蚀性，高机械性能和良好的韧性。对于不要求高耐热性的飞机结构，基本上使用环氧树脂基复合材料。对于要求耐热性的飞机和导弹，主要承重结构主要由树脂基复合材料组成[5]。
（四）绿色复合材料的应用领域
绿色复合材料是指由天然纤维和其他可生物降解的纤维合成树脂制成的新型复合材料。天然纤维增强复合材料具有环保、重量轻、价格低、可回收利用的特点，并通过使用天然纤维增强可降解树脂的新型复合材料代替现有的树脂复合材料来减少污染。随着能源危机和资源紧缺的迫近，天然纤维及其复合材料正成为高级复合材料的重要研究方向[6]。
结语
综上所述，科学技术的飞速发展我国促进了社会经济的建设和发展。我国随着工业化机械化建设进入新的发展领域，它也面临着诸如材料浪费和环境污染等挑战。发展各行各业的同时，运用合理设计技术解决物质浪费，并在设计中时刻牢记避免环境污染，才能促进市场经济的可持续发展，为我国机械工业发展做出贡献。
参考文献：
[1]方伟涛.试论机械设计中金属材料的选择及应用[J].内燃机与配件,2020(06):224-225.
[2]孟华.关于机械设计中材料的选择及其应用研究[J].广西农业机械化,2019(06):50+92.
[3]刘亦晴.分析机械设计中的材料选择及应用[J].科技经济市场,2019(10):21-22+31.
[4]于永正,石明明.机械设计中材料的选择和应用剖析[J].内燃机与配件,2019(12):247-248.
[5]王熙婷.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].中国新技术新产品,2018(02):42-43.
[6]李跃峰. 典型一次性机械零件设计及其应用研究[D].哈尔滨工业大学,2013.
作者简介；
郭正来（1986.1.26），性别：男；籍贯：青海；民族：汉；学历：本科、学士；职称：助理工程师；研究方向：机械设计；