隨著工業(yè)化和全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速，城市化的建設(shè)和發(fā)展也在不斷增長，在這個(gè)過程中機(jī)械設(shè)備發(fā)揮著不可或缺的作用，尤其是在建筑工程規(guī)模越來越大的背景下，對機(jī)械設(shè)計(jì)的要求也越來越高，而機(jī)械化也是社會發(fā)展的必然趨勢。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，材料的選擇與應(yīng)用是基礎(chǔ)也是核心，對其進(jìn)行研究是當(dāng)前各國的主要方向之一。

　　1機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用的重要性

　　在現(xiàn)階段，我國的制造業(yè)已成為世界第一，工業(yè)化發(fā)展的速度非常快，而在各個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，對機(jī)械設(shè)備的利用率越來越高。尤其是作為我國支柱產(chǎn)業(yè)之一的建筑工程產(chǎn)業(yè)，機(jī)械設(shè)備是其核心生產(chǎn)要素之一。這樣的背景下，我國的機(jī)械設(shè)計(jì)水平進(jìn)展非常快，而在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用直接決定了機(jī)械設(shè)備的制造質(zhì)量。科學(xué)合理的應(yīng)用機(jī)械材料可以大大提高設(shè)備利用率和質(zhì)量。因此，在當(dāng)前的機(jī)械設(shè)計(jì)研究過程，應(yīng)將材料的選擇和應(yīng)用作為工作重點(diǎn)。在選擇材料的過程中，不僅必須充分保證材料的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，而且還應(yīng)盡可能地確保最大程度的保證質(zhì)量，以及這些材料不會引起其他問題，例如對環(huán)境的有害影響和資源浪費(fèi)等。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用對于機(jī)械設(shè)備的發(fā)展而言至關(guān)重要。

　　2工程機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的材料

　　2.1金屬材料

　　在建筑工程機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇使用的材料中，最為常見的材料是金屬材料，而金屬材料中最為常用的是鋼材料和鐵材料，使用這兩種材料的原因主要是因?yàn)殇摵丸F具有相對較高的強(qiáng)度和韌性，并且價(jià)格便宜并且資源較為豐富。此外，可以通過在鋼和鐵中適當(dāng)添加其他金屬制造合金來滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。金屬材料是目前建筑工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的主要材料。

　　2.2高分子材料

　　隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高分子材料逐漸出現(xiàn)在人們的生產(chǎn)和生活中，由于高分子材料有非常多的獨(dú)特性質(zhì)和優(yōu)勢，因此在工程機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來越廣泛。最常用的高分子材料是我們生活中隨處可見的塑料和合成纖維等。高分子材料的延展性非常好，且來源廣泛、生產(chǎn)規(guī)模大、生產(chǎn)成本低，因此得以在各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用。但是高分子材料具有不易分解的問題，在近年造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，因此提高其環(huán)保性是未來的主要研究趨勢之一。

　　2.3復(fù)合材料

　　復(fù)合材料是將兩種或者多種材料通過一定方式組合成的新型材料。符合材料一般情況下兼具其組成材料的優(yōu)點(diǎn)，因此，復(fù)合材料的成本較高，但是可以滿足工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的一些特殊構(gòu)建的要求。復(fù)合材料更具組成的不同主要分為金屬材料和非金屬材料等，最常見的金屬復(fù)合材料是合金，而非金屬復(fù)合材料最常見的有樹脂等。

　　2.4陶瓷材料

　　二氧化硅是陶瓷材料的主要成分，因此陶瓷材料的耐磨性非常出色，而且耐腐蝕性較好，且硬度高、密度低、質(zhì)量輕。在工程機(jī)械設(shè)計(jì)中，陶瓷材料主要用于密封件的設(shè)計(jì)和使用，但是陶瓷材料的脆性較高，受到撞擊易損壞，且制造成本較高。

　　3在工程機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇和應(yīng)用的基本原則

　　工程機(jī)械設(shè)計(jì)在選擇和應(yīng)用材料時(shí)，必須從不同的角度檢查材料的性能。選用的材料不僅要滿足機(jī)械使用的實(shí)際需求，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，不會對人體造成傷害。此外，利用可回收材料以充分促進(jìn)工程行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　3.1經(jīng)濟(jì)與實(shí)用相結(jié)合的原則

　　在工程機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇和應(yīng)用中首先要注重經(jīng)濟(jì)性和適用性相結(jié)合的原則。在機(jī)械設(shè)備制造過程中，需要多個(gè)制造環(huán)節(jié)和工藝，不同的制造工藝對材料的要求不同，比如鍛造、焊接、切割等工藝對材料的要求完全不同，這就需要選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的材料避免浪費(fèi)和性能不符合相關(guān)要求。例如，焊接過程需要機(jī)械材料的接頭以完全匹配焊接的靈敏度和特性。工藝鍛造所需的材料必須完全滿足沖壓、吸氣和鍛造后冷卻的要求。此外，在機(jī)械設(shè)備使用期間，每個(gè)組件的操作條件都不同，從而導(dǎo)致對材料的要求不同。一些零件需要具有耐磨性和耐腐蝕性的材料。這就要求設(shè)計(jì)人員充分考慮材料的一般特性，選擇實(shí)用性較強(qiáng)的材料。因此，有必要選擇符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械材料。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，為了保證機(jī)械質(zhì)量，對材料的要求很高。在選擇材料時(shí)，過分注意材料的質(zhì)量，而忽略了它們的成本效益，這會給設(shè)備的銷售帶來很大的困難。因此，設(shè)計(jì)人員在選擇材料時(shí)必須充分考慮用戶的實(shí)際情況。在性能相同的材料中，選擇成本較低的材料，注意材料的經(jīng)濟(jì)性，滿足不同經(jīng)濟(jì)水平的用戶的需求。在機(jī)械制造過程中，加強(qiáng)對制造過程所有部分的監(jiān)督，以確保材料的有效利用，確保機(jī)器的質(zhì)量優(yōu)化機(jī)器制造過程并最小化成本，從而控制機(jī)器的價(jià)格，并為社會提供優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的機(jī)械設(shè)備。實(shí)現(xiàn)科學(xué)節(jié)省成本，保證機(jī)械設(shè)計(jì)的長期發(fā)展[4]。

　　3.2全面貫徹可持續(xù)發(fā)展理念

　　近年來，我國社會快速發(fā)展的過程中，對環(huán)境造成了巨大的持續(xù)破壞，我國乃至世界的不可再生資源正在逐漸枯竭，環(huán)境污染已經(jīng)威脅到了我們的生存。因此，在選擇和應(yīng)用機(jī)械材料的過程中，必須堅(jiān)持環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)性的理念，選擇材料時(shí)，要使機(jī)械設(shè)計(jì)滿足相關(guān)的應(yīng)用要求，并充分發(fā)揮材料的潛力，達(dá)到節(jié)約資源的目的。在材料的選用中要注意材料的環(huán)保型，避免對環(huán)境造成破壞，選擇的材料必須符合國家和有關(guān)部門制定的標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展。

　　3.3優(yōu)先使用新材料原則

　　材料科學(xué)的進(jìn)步使近年來不斷有新型材料出現(xiàn)，與傳統(tǒng)材料相比，新材料在性能、價(jià)格和可用性方面都具有較大優(yōu)勢。使用新材料開發(fā)的機(jī)械產(chǎn)品成本效益。比較高。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)之中要優(yōu)先選擇新材料，有效地提高機(jī)械產(chǎn)品的利潤率，并最大程度地提高機(jī)械設(shè)備制造的質(zhì)量。

　　3.4注意材料的荷載能力

　　在工程機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，很多設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造非常復(fù)雜，很多零件都需要荷載一些重量，這就要求材料具有一定的荷載能力。這些零件的荷載能力直接影響機(jī)器的整體質(zhì)量，如果荷載力不足，在使用過程中容易斷裂。因此，在選擇材料的過程中，應(yīng)注意其荷載力的研究。首先，在選擇用于機(jī)械載荷組件的材料時(shí)，有必要分析各種材料的允許載荷以獲得載荷參數(shù)，并應(yīng)根據(jù)機(jī)器的實(shí)際需求進(jìn)行選擇[4]。其次，需要改進(jìn)荷載部件的制造工藝，升級生產(chǎn)流程，以提高生產(chǎn)效率并避免浪費(fèi)資源。最后，必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)過程。在制造過程中發(fā)現(xiàn)問題，需要及時(shí)解決以確保荷載部件的質(zhì)量，提高工程機(jī)械的整體質(zhì)量。

　　4工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇和應(yīng)用

　　4.1明確機(jī)械設(shè)計(jì)要求

　　在工程機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用一定要明確機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，清楚機(jī)械設(shè)備的使用環(huán)境與性能要求，明確設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。由于機(jī)械在使用過程中由于使用環(huán)境不同，對性能的要求也不同，因此材料的選擇也不同，因此，工程機(jī)械設(shè)計(jì)一定要集合零件的應(yīng)用條件，綜合分析各種影響因素，并對不同的材料進(jìn)行比較選擇，最終選擇合適的材料進(jìn)行應(yīng)用。在材料環(huán)境應(yīng)用分析中，可以使用計(jì)算機(jī)分析軟件，將材料參數(shù)、環(huán)境參數(shù)以及其他影響參數(shù)輸入其中，通過計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際應(yīng)用情況以實(shí)現(xiàn)對材料的合理選擇。

　　4.2做好材料性能分析

　　不同材料的性能不同，其應(yīng)用條件也有所不同。機(jī)械工程設(shè)計(jì)中材料的理化性能分析尤為重要，物理性能分析主要指的是材料的硬度、密度、導(dǎo)熱率、導(dǎo)電率以及熔點(diǎn)等物理指標(biāo);化學(xué)性能分析主要指的是材料的耐酸性、耐堿性、抗氧化性以及化學(xué)穩(wěn)定性等。一般情況下工程機(jī)械設(shè)計(jì)的材料的理化性能選擇要與工作條件相匹配，盡量選擇硬度高、耐腐性好、抗氧化性強(qiáng)的輕質(zhì)材料。除理化性能之外，工程機(jī)械設(shè)計(jì)選擇材料要要注意材料的機(jī)械加工性能，這是由于在機(jī)械設(shè)備制造過程中要進(jìn)行多次工藝加工，因此機(jī)械加工性也決定了材料的應(yīng)用情況。機(jī)械加工工藝主要包括焊接、鍛造以及切割等，根據(jù)不同的工業(yè)不同的材料其易加工性也有所不同，需要更具實(shí)際應(yīng)用條件盡量選擇成本低和易加工的材料。

　　4.3選擇合適的加工工藝

　　工程機(jī)械設(shè)計(jì)中，加工工藝也是材料選擇和應(yīng)用重要參考之一。合適的加工工藝可以有效保證材料順利的進(jìn)入生產(chǎn)之中，成為機(jī)械設(shè)備的一部分。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要對各種機(jī)械的加工工業(yè)進(jìn)行確定，制定完成的加工方案。比如在鋼結(jié)構(gòu)加工時(shí)，首先要分析鋼的熱處理，熱處理又分為多種加工工藝，比如淬火、退火、氮化等。如果機(jī)械材料的硬度高，則不利于切割和生產(chǎn)，則需要通過退火適當(dāng)降低硬度，以使切割順利進(jìn)行。而如果需要在機(jī)械構(gòu)建的表面體現(xiàn)出不同的特性或者提高其一些性能，比如耐腐蝕性、耐熱性以及硬度等，可以通過氮化處理以加強(qiáng)。

　　4.4盡量選擇環(huán)保材料

　　實(shí)際上，不僅在材料的使用過程中需要低能耗，環(huán)保的材料，而且在材料的整個(gè)生命周期中必須貫徹這一原則。這就要求在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮盡量使用環(huán)保材料，在使用階段盡量降低能源消耗以及對環(huán)境造成的影響，并且要確保在使用壽命到期后可以較好的回收再利用。但是環(huán)保材料通常在制造期間短期投入較大，體現(xiàn)的是長期效益，這一定程度上影響了這類材料的應(yīng)用。所有應(yīng)該將機(jī)械設(shè)計(jì)的材料設(shè)計(jì)作為一個(gè)長期規(guī)劃工作來看，考慮整個(gè)材料應(yīng)用周期的效益，而不是短期效益。

　　結(jié)語

　　在現(xiàn)階段，我國工程機(jī)械設(shè)計(jì)在材料選擇上仍然存在許多問題，比如材料的選擇不科學(xué)，選擇的材料不符合要求等。不同材料的選擇將直接決定機(jī)械設(shè)計(jì)的最終質(zhì)量。因此，選擇材料時(shí)，必須注意實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)，全面貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念。科學(xué)的材料選擇應(yīng)基于其使用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境價(jià)值，從而最大程度地提高機(jī)械設(shè)計(jì)的價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[3]徐榮剛,肖金健.論化工機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇和應(yīng)用[J].化工管理2017(24).

　　[4]劉玉成.淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用[J].工程技術(shù):引文版,2016,(26):202.

　　《機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用分析——建筑工程領(lǐng)域》來源：《中國住宅設(shè)施》，作者：孫逸飛