张小杰

【摘 要】近年来，随着科技水平的提高和领域创新，我国机械设计技术取得了前所未有的突破，一线机械技术研究队伍也逐步壮大，为重工业进步奠定了坚实的人力资源与技术基础。然而，在实际发展进程中，机械制造材料的过度消耗不仅使得稀缺材料供应不足，还与可持续发展观念背道而驰。针对此，本文围绕机械设计中的材料选择与应用展开深度探究。

【关键词】重工业机械设计；材料选择；标准要求

1 合理甄选机械设计材料的价值体现

全球经济一体化风暴的影响势不可挡，加剧了各国的经济竞争压力。为达到可持续发展的宏伟战略目标，现代化城市建设工作的开展至关重要。在推进和扩张城市建设的进程中，机械设计发挥着不可取代的积极作用。机械制造行业与重工业的蓬勃发展，为我国创造了极大的经济效益，也进一步提高了国民生产总值。众所周知，机械设计领域会涉及多类型的原材料，而现阶段诸多稀缺材料的生产加工已无法供应机械设计实际需求，并严重制约了行业的发展。为此，应当立足于可持续发展视角，深度剖析导致材料供应不足的实质原因，提高选材的科技环保性和经济实用性，降低对生态环境的负面影响，促进国家经济的稳定运行。

根据专业人士的相关调查研究结果显示，在机械设计过程中，材料的合理选择占据着重要的地位。首先，应当结合实际需求，秉承可持续发展的原则理念，尽可能的提高材料利用率，降低资源过度消耗。其次，从全局出发，综合评价机械结构设计的优越性和功能的完整性，选择适用性较强的机械设计材料。最后，机械设计材料的选择应当着眼于宏观角度，从细节入手，密切关注实际应用过程各项重点内容，以保证机械制造行业的快速稳定发展。

2 机械设计材料选用的基本原则

（1）选择满足设计需求的材料。在选择和应用机械设计所需材料的过程中，应当充分遵照基本设计原则和具体要求，从材料的性能和用途着手。不同零构件在机械设计领域都扮演着不同的角色，因此，材料的特性存在本质性差异。基于此，有必要结合机械设计对零构件性能的标准要求，进行材料的分化选择。

（2）选择荷载水平高的材料。随着机械运转时间的延长，部分构件会失去原有作用，其根本原因在于部分材料的荷载水平较低，导致机械零构件基本功能丧失。针对此，应当确保材料的荷载水平达到标准要求。在复核机械设计环节，应当加大对评估材料荷载水平的重视度，与此同时，针对应用频率较高的材料提高荷载限定标准。其中较为常见的案例就是低碳钢的渗碳处理工艺，为确保钢材质量符合出厂标准，需要对材质进行测验和统一处理。

（3）尽量选择无毒害材料。在机械设计的前期规划过程中，会涉及诸多类型的材料，与此同时，具有放射性的元素也会在部分特定的工业生产加工环节出现。采取无污染处理不仅能够避免其对生态环境造成不可逆的危害，还可以保护区域内居民的生命安全，具有相当重要的现实意义。

（4）优先选用可循环再利用材料。当下，机械设计环节所应用的材料以金属材质为主，但由于生产工艺需求差异对材料会有特殊的要求。并且为进一步强化金属的特定功能，也会对多种金属进行综合性处理。而合金材料的选择与应用，能够最大限度满足对机械材料的需求。

在机械设计过程中，需要合理规划零构件及各类型材料的生命周期，并着重把控回收处理工作。材料的回收利用不仅能够稳定提升经济效益，还可以提高资源利用率，保护生态环境。例如，在选择金属材料的过程中，要有限选择成分单一的合金材料。

（5）选择低能耗、轻污染材料。实际上，低能耗、轻污染材料的选用原则还应当贯穿整个材料生命周期规划过程。而且在回收再利用阶段也应当保证这一优势特征。从材料本身来说，优先选择经济性、低能耗、轻污染材料是最基本的原则，而在此过程中一旦出现生产加工难度系数加大、短期生产成本剧增等情况，会影响整个工程的决策制定。故而材料的选用需做好科学合理的规划，并综合考量整个材料的生命周期。

3.机械设计中选材的分类

（1）金属材料。在我国机械加工当中，金属材料占主要地位，多数都使用金属材料，甚至有的机械加工过程中都在使用，占有率近百分百。金属的最大优势就是硬度高和成本低，可以满足机械设计各个环节，在生产过程中被广泛应用。2 种金属相互混合合成的合金，也具有极优秀的特性，在机械加工中也备受关注。

（2）陶瓷类材料。陶瓷材料的主要组分是氮化硅和碳化硅，其最大特点就耐化学腐蚀，具有极高的硬度和较低的密度。在机械施工过程中，一般密封性较强的元件选用陶瓷类材料较多。不过，陶瓷类材料成本高、易碎，具有较高的脆性。

（3）高分子类材料。高分子类材料是类似合成纤维之类的材料，其来源面比较广，延伸到多个领域，最大优势就是制备过程消耗很少的能源，甚至可以通过天然气中提取等，在机械设计中广泛应用。

（4）复合型材料。复合型材料是指将 2 种或 2 种以上的材料，以化学方式或物理方式相互融合，最后得到的产物。可以根据机械加工不同的施工要求，选择相应的复合材料。其实合金材料也是属于复合型材料的一种。复合型材料的种类多，性能各有不同，适合各种机械加工要求，受到高度好评。

4 机械工程设计材料选择环节的注意事项

（1）着重把控材料的经济适用性。在进行机械设计材料选用的过程中，应当着重考量材料的经济适用性。机械设计人员要严格把控设计环节所涉及的生产加工工艺、焊接工艺、装配工艺及铸造工艺等。并且要在满足设计要求的基础上，优先选择性价比高的原材料，进而保证材料利用价值最大化，优化完善机械设计。例如，在机械铸造的过程中，要加強机械材料的流动性、收缩性、吸气性以及偏析性；在焊接过程中，应保证材料的实用性和灵敏度；在加工铸造环节，则需增大材料的冷缩性、抗冲击强度及可塑性。此外，机械材料的性能差异决定了机械设计的材料选择方向，切实了解不同类型材料的特征，可以进一步优化选择。在确保机械设计适用性的前提下，应综合卡量材料的经济性，不仅要让其质量标准达到要求，还应尽可能的节约成本。针对可以循环再利用的材料，则可采取恰当的二次处理，以提高资源的利用率，降低设计成本，稳定经济效益。

（2）加大对材料节能环保性的考虑。随着全面贯彻落实可持续发展理念的日益深化，机械制造领域的材料选择与应用成为社会各界关注的焦点。现阶段，公众的节能环保意识逐步增强，资源消耗及环境污染也成为环保工程的核心内容。要想切实保证可持续发展，首要前提就是加大资源利用率，杜绝过度消耗。为此，在机械设计过程中，确保材料选用的节能性和环保性至关重要。机械设计人员要严格履行可持续发展战略理念，在充分满足设计要求的基础上，优先选择低能耗、轻污染的材料，以节约不可再生资源，促进行业的快速发展。

（3）注重可持续发展理念原则。在选择机械设计材料的过程中，必须坚定不移的贯彻落实可持续发展战略方针，充分重视机械设计的稳步发展。机械设计人员需在满足设计需求的前提下，全面增大选用材料的利用率，拓展材料应用方向，挖掘潜力，以发挥材料的最大性能，有针对性的开展设计应用。

结语

综上所述，在机械设计过程中，秉承可持续发展的基本原则，优先选用低能耗、轻污染材料，提高资源利用率，这不仅可以让机械行业稳步前进，还能够维系生态平衡，保持人与自然的和谐共处、

参考文献：

[1] 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）.

（作者单位：浙江晨雕机械有限公司）