周琪

摘 要：迅猛发展的机械行业由于促进社会经济的发展而倍加受到重视，经济地位也是越来越高，这也是我国在城市化过程中需要机械制造业助力所导致的大趋势。在机械制造行业中势必会涉及到机械设计以及金属材料的选择和应用，经济理念转变的深入也导致机械设计的要求逐步受到重视，所以对于在机械设计中如何选择金属材料和如何应用儼然成为一种课题。本文就是针对这样的问题进行讨论，在金属材料的选择上，以及应用的理念上进行详细的阐述。

关键词：机械设计；金属材料；选择；应用

我国自改革开放是以经济发展为主要工作，而科学技术也是强有力的生产力。建设现代化的工业强国一直是我国的动力，在制造业中机械制造业属于传统行业，也具备引领新行业的发展以及提升。在这样的情况之下，对于发展机械设计显得更加的重要和迫不及待。而机械设计的关键又在选择金属材料以及应用两个关键点上；加之目前国际金属资源日益枯竭以及环境污染的大背景之下，如何能够以可持续发展和保持绿色生态理念的基础之上保持经济和环保、高效的机械设计，是本文讨论的价值。所以，机械设计中必须要树立对金属材料选择和应用进行研究的观念，方能更好的发展。

一、金属材料在机械设计中的选择原则

首先，我们要明白金属材料的发展；何为金属材料，就是由金属元素为主要或者金属元素构成具备金属特性的材料的统称，其中还包含有合金、金属化合物、纯金属以及特殊材料。金属材料依托加工技术和材料的设计进步等条件，彻底从纯金属或者纯合金中摆脱，被开发出高性能的金属材料。比如机械合金化合物、单晶合金、有序金属化合物等新型的材料，并且将它们应用在机械设计中可以获得巨大的经济回报。

其次，才讨论到在机械设计中对金属材料的选择中需要注意的要点，如下：

第一，需要考虑零件的工作环境；环境温度会影响金属材料热胀冷缩，金属材料的体积随着温度改变，松动或者紧缩等都是受到膨胀系数的影响，所以金属材料膨胀系数较少作为选择时必须要考虑的；环境的湿度也会影响金属材料的性能，此时必须要考虑抗腐蚀和防锈性能的金属材料；同理可理解需要选择耐磨性能良好的金属材料。在不同工作环境中要求的金属材料也不同，比如湿热的工作环境对金属零件材料的第一选择是具备耐腐蚀性能的铝、具备良好导电性、延展性的铁广泛被应用在工业中，金属材料中不同的特性体现了对工作环境的承受能力，必须要从零件所处的工作环境作为前提去考虑，从而合理的选择金属材料，有利地运用金属材料的特点。

第二，金属材料的载荷和应力：材料的载荷水平对于机械设计过程中必考虑，这是如果压力够大的话，没有足够的载荷水平的金属材料去支撑，就会在机械制造工作的后期出现使用受到抑制甚至出现失效的情况，机械零件就不能够发挥应有的作用；静载荷的工作情况一般适用在脆性的材料之中，而塑性材料都会用在具备冲击载荷的情况之下，所以需要对各种金属材料是塑性还是脆性进行区分和选择，评估过材料的载荷，机械的外观造型需要考虑材料的可塑性带来的影响，机械制造中如果想要体现完美的造型就必须要各方面都达标才可以。

第三，金属材料的经济性和时效性，成本的控制是企业运行的一大课题，机械设计中选择金属材料的时候必须考虑到经济性的原则，不过前提就是要确保材料的机械性能，供应量大、低成本的加工工艺、价格相对低的金属材料是首选。金属材料的寿命决定机械设计的时效性，机械零件的使用过程中会随着时间推进出现零件损坏的情况，金属材料的时效性可以通过实验来选择较为合适的。

第四，金属材料的复杂结构程度及加工性能：材料的加工性能和复杂程度是机械设计中必须要考虑的问题，铸造、焊接、冲压、切削等性能是金属材料的加工性能，同时需要利用板材冲压的办法来完成复杂零件的焊接、铸造等。如果金属材料想要利用在机械的零件制造之中，就必须符合各项的加工要求，否则就不适合作为零件的金属材料。

第五，金属材料的环保及可循环性：金属材料如果含有对人体健康产生不良影响的元素，比如铬、铅、镍等，尽量要不使用此类的金属材料。因为金属材料运用在机械加工制造之中，废物对外排放会造成环境的污染，直接或者间接通过生物链的原理对人体的健康产生恶劣的影响，所以在选择此类的金属材料时候一定要谨慎，切勿采取“杀敌一千自损八百”的愚昧想法。可持续发展是我国发展经济时候明白其的重要性。对于金属材料而言，如果报废的材料不能合理的回收那是多可惜的一件事情。单合金相对多金属合金要容易回收，尽管混合多种金属为合金来达到金属材料性能的预期效果，但是其回收成本太高不适合可持续的发展。为了金属材料的可持续利用，首要考虑单个的合金以及组成元素种类少的合金。

二、机械设计中对金属材料的应用研究

金属材料的选择再机械设计之中是需要考虑到其经济性与环保性的。经济性原则一直是企业需要考虑的问题，在考虑经济学的问题基础之上要明白其是否符合适用性的原则。就是在机械设备满足加工中的经济原则之后，需要发挥到金属材料自身的性能。在金属材料应用自重，碳素钢和合金钢是应用较为广泛的金属材料，这是良好的高性价比的加工材料，不足之处就是强度不高以及韧性低，所以需要往碳素钢之中加入适量的合金成为合金钢。合理的制造工艺的保障才能够考虑金属材料的经济性能，不止是金属材料的价格，还有利用的程度、加工的费用等经济性问题需要考虑，最后再选择合适的金属材料。环保和节能往往都是互相包括的，再机械加工制造过程之中产生的废物有多大的危害，取决于金属材料是否具备少污染或者低能耗的特性，否则环保的概念就无法保证；然后需要保证金属材料使用的种类，以可回收、再生或者易降解材料为首要的选择；最后可以考虑新型的金属材料，达到安全、环保、节能为目的的金属材料为最佳选择。

最后，我们以铜金属的材料应用研究来阐述说明。选择铜金属材料一定要保证对铜加工过程中污染小的原则，这样才能够保证环保性原则；以低能耗的铜金属材料为最佳选择。

为了避免铜金属材料在加工过程中对环境的污染，应该会尽可能选择简单工艺的铜金属材料来处理，首先会选择替代那种对人体有副作用或者环境有影响的金属材料，就是筛选到对人体没有危害的铜金属材料；另外，也会对新型铜合金材料进行替代传统材料的考虑。利用铜金属泡沫来充当填充材料，主要应用在大强度、轻质量的空心夹层板上面。利用铜的加固物件来对骨架架构进行填充，不仅能够吸收外界的冲击力，还能够对骨架弯曲情况的避免，能够起到保护支撑体和表面的作用。铜金属材料具备优良的导热性能，可以对热量进行有效的传递，普遍应用在高效率的热交换器当中。同理，铜金属泡沫因为不能够被燃烧而作为良好的防火材料。以回收再利用的概率来看铜金属材料的话，其对人体或者环境的影响都不是很大，很适合用在机械设计的金属材料选择之中。

结语：机械设计会随着经济的发展而受到社会上的广泛关注，也是推动经济的动力之一。对于影响机械设计中的金属材料的选择，对于业内也是越来越受到关注。机械设计工作之中，必须要合理地对金属材料进行选择，这是一道重要的环节，完成这样的环节必须要从多方面去考虑清楚。不仅从完成机械制造过程中的性能、适用性，还要从环保、节能以及经济性能等方面去综合去考虑清楚，从而择优选择符合自己目前情况的金属材料。如此才可保证机械设计下的产品的性能和质量，也能为机械制造业的发展贡献自己的绵薄之力。

参考文献：

[1]陈坤.浅析铜金属材料在机械设计中的应用[J].世界有色金属，2017（11）：57+59.

[2]李春艳.金属材料在机械设计中的选择与应用[J].中国金属通报，2016（10）：48-49.