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摘要：在机械产品的生产中除科学加工技术外，金属材料的应用也十分重要，是整个机械设计环节的重点，对产品的质量和机械行业的发展有着重大意义。因此，这就需要在机械产品生产前细致挑选金属材料，不仅要保证材料符合设计和后期的加工需求，同时还要保证材料的实用性、经济性、节能性，才能在后期的应用中发挥最大性能。对此，本文就对机械设备生产设计中金属材料的选择及应用做出详细论述。
关键词：机械设计；金属材料；选择；应用；研究
0引言
科技的发展带动了工业化水平的提高，同时也带动了机械制造业的发展，使得机械设备功能愈加丰富、质量也越来越高。在未来的发展中工业制造水平会愈加完善，基于此，对于机械材料来说也需要不断地发展，才能跟得上制造业的脚步。但就目前的机械材料市场来说，仍然有很大的空缺，尤其是一些稀缺材料，多行业的需求和竞争较大，对机械行业产生一定的影响，如机械设计的材料受到很大限制。因此，这就需要在进行机械设计时，科学选择原材料，最大程度的发挥材料的作用。
1机械设计中选择材料的意义及重要性
在时展的带动下，科技、工业化也在不断完善，这对制造业来说是一次机遇也是挑战，就机械产品的需求量来说，市场需求越来越高，使机械制造业赢得了经济发展机会。机械制造企业也加大了生产目标，这就会因市场竞争出现原材料短缺。因此，面对这一问题，就必须要提高机械设计材料质量，最大程度的发挥其性能，延长机械产品的使用寿命。
2机械设计中金属材料选择的基本原则
机械设计金属材料的选择中要综合考虑材料的性能，例如荷载大小、工作环境、金属材料与零件尺寸和质量是否符合、加工性能及经济性。以下对机械设计选择的基本原则做出阐述。
2.1载荷的大小和性质
荷载大小在机械设计中有着重要意义，在进行设计时，要充分考虑材料荷载的承受能力，并根据材料自身的荷载能力进行选择，如此才能满足机械设计的需求。除此之外，在选择中还要根据机械设计的实际需要，对材料的性质进行综合分析。
2.2零件的工作环境
机械设计的工作环境对金属材料也会带来影响，因此，这就需要根据实际的设计环境选择材料。例如，位于湿热的环境中，金属材料很容易因外部环境受到腐蚀，因此，在这一环境的中应选择抗腐蚀性强的金属材料，这样才不会因环境的影响对材料造成损害，保护其性能不受影响。除此之外，还要考虑材料自身的力学性能。
2.3零件的尺寸及质量
在机械设备的生产中，对零件有着严格的要求，具体体现在零件的尺寸和质量上。因此，为了保证零件的制造符合机械设备的生产需求，就需要重视材料挑选。此外，一些特殊的金属材料无法满足尺寸和质量要求，那么就不可使用。
2.4零件结构及材料的加工性能
机械设备的生产中，机械零件发挥着重要作用，而机械零件是由原材料加工而成，直接关系着机械零件的整体质量，如果所选择的材料无法通过后期加工中的各个技术环节，就无法满足机械设备生产中的零件质量。所以在进行机械材料的选择时要重视材料的整体结构和加工性能，满足各个阶段的技术操作。
2.5材料的经济性
材料的经济性直接影响着经济效益，因此，在选择中就需要根据所需材料性能进行细致分析，对材料设计中的所有环节进行计算，此外，还可以适当采用组合机构，降低生产成本。另外，还要对所需材料的市场进行了解，在保证质量和需求的基础上，选择经济性较高的金属材料。
3机械设计中应用的技术手段
在机械设计中要根据相关工艺和要求进行，才能保证设计质量，以下对此做出论述。
3.1调制工艺以及有关设计应用分析
传统的机械材料的加工处理方式无法改变后期零件的重量和截面，可能会导致机械设备的体积和重量较大。而通过热处理方式可以优化这一点，例如较为常用的调质技术（热处理方式），提高材料的拉伸强度和屈服度，增强材料的可塑性，有助于增强零件的整体性能。与此同时，经过这种处理方式后，在进行设计时可优化零件的截面使得机械产品的重量有所减少。但在实际的应用中还需要特别注意以下几点：①注明调质：在进行机械材料的热处理时，如果单纯的只是进行热处理，则可以使用这种方式。例如，进行调质技术，通过正回火工艺可以大大提高材料硬度，但还需注意的是，正回火技术会降低材料的冲击强度，增加材料的断裂率。②注明调质硬度范围：在进行调质工作时要表明材料的硬度范围，将其标注后便于后期的生产，以免在生产中超出标准范围，与生产条件不符合。③材料要求要适应：使用调质技术时，要严格按照标准规范进行，材料、操作要求都要符合规范。
3.2表面硬化技术以及选材
机械设计材料后期需要进行加工处理，如表面硬化技术处理，从而提高零件的耐磨性和抗蚀性。在实际中较常使用的表面硬化处理技术主要分为两种：渗碳技术、氮化技术。两种技术的处理方式和特点也大不相同。具体来说，处理方式主要依托渗碳炉，在操作中将材料放置渗碳炉，增加钢材材料的碳含量，然后再进行淬火处理，提高材料的硬度，最后通过低温回火技术消除应力，提高稳定性。在使用该技术中由于主要使用渗碳钢，对此，就需要在前期设计时根据材料设计的具体要求，如确定零部件的尺寸、芯部强度来选择适用的深度，要注意不应过度使用材料，否则会增加生产成本。一般来说，有效的截面面积小于50毫米的话，就可以选择20Cr；截面面积在50-150平米并且重量小于50千克的话，就可以选择20Crmnti。对于渗碳层度的深度来说要根据具体的实际需求来确定，这样一来可以有效节约成本，增加层深就意味着要延长渗碳的时间；氮化处理技术的处理方式实适用性较广，可用于任何钢制材料，是较为常见的处理技术，可提高设计质量和机械材料的稳定性。在进行氮化处理时，最常用的氮化处理技术是45型号，在氮化炉中进行，用这种技术的处理优势可以减少变形率。另外，使用氮化处理技术后可以省去后期的加工环节。但经过氮化处理技术的材料硬度并不会都得到提高，具体还需要根据材料质量完成。另外，通过氮化处理技术，可以提高加工处理质量，省去有可能再次处理的时间、资源。此外，进行该技术时，为了避免材料受到伤害，可对材料的局部进行保护，待加工完成后再去除保护层，通过这种方式可以提高材料的硬化层，若再结合调制技术使用，则可以大大提高技术的强度和耐磨性。
3.3机械设计中金属材料应用的适用性与经济性
在金属材料的选择中要符合实用性和经济性，才能保证金属材料的功能得到最大发挥，包括材料的特性等。如碳素钢材料。具体来说，碳素钢金属材料在机械零件加工中有着很强的优势性，因此，在机械设备零件的设计中碳素钢材料较为常见。但值得注意的是，碳素钢材料的强度、韧性存在欠缺，在进行淬火加工时易断、变形。因此，为了弥补这一点，可以通过处理来优化这一点，例如在碳素钢的加工中加入合金元素，使其变成合金钢。如此一来，可以优化碳钢素的强度和韧性，提高材料性能，还能增加材料的力学性能。此外，在材料的应用中还需要特别注意，要根据材料性能选择适合的制造工艺，包括机械设计加工生产中对材料的处理方式。整体性能较好的金属材料的加工中可以选择铸造技术完成，包括收缩性、吸气性等材料。对冲压性、冷镦性较好的材料的应用中可选择焊接技术，符合淬透性标准、热敏感、氧化脱碳等相关性能要求的可以采用热处理加工工艺。在加工中，所选材料必须要符合切削作业的可操作性，除此之外，在选择中要选择性能较好、成本较低的材料，提高材料的销售率，为企业获得更大的经济效益。
4机械设计中材料应用的环保性和节能性
4.1选择低能耗的材料
在机械设计材料的选择中除性能标准外，还要符合绿色发展观，挑选污染较低、能耗较低的材料，减少加工中产生的废气和废物，有效保护环境和资源，实现绿色制造。此外，为了符合绿色发展需求，可选择只需通过热轧、冷轧就能进行加工处理的材料，如冷处理工艺具有节约环保的优势，同时在加工处理时问题的出现率较小。在选择热处理时，由于部分金属材料会存在差异，在实际的施工中处理方式也会出现差异，而结构较为复杂的金属材料在加工中对环境的污染较大，能源消耗也较高，对此，为了降低能源消耗和环境污染，应选择加工工序较少的材料，降低对环境的污染和能源消耗，实现经济效益和环境保护。
4.2选择环保型材料
一些材质的材料可回收，具有再生功能，实现材料的循环使用，有助于能源保护。因此，在材料选择中尽量挑选环保型材料，这样一来，不仅可以实现经济上的节约，还有助于保护环境。此外，应在保证材料性能的基础上，对材料的选则应避免过于复杂，因为材料种类过多时，会增加废弃回收利用的难度，造成材料浪费。除此之外，橡胶与金属混合或黏合的材料污染率较高，要尽量避免使用此类材料。
4.3选择新型安全材料
随着科技的发展，越来越多的新型材料出现，其安全性高于传统材料，同时有助于环境的绿色发展。具体来说，传统的金属材料自身具有很强的危害性，后期在进行加工处理时，会出现化学变化，产生有害气体，对接触者和环境带来很大的伤害。对此，在机械材料的选择中，应在满足机械设计要求的基础上，使用新型材料进行机械零件制造，避免因传统金属材料中的有害物质，对人体和环境带来伤害。除此之外，还应重视对材料物质的检测，了解材料的毒副作用，对一些危害性较强的材料在加工时做好防护和处理工作。例如，金属泡沫材料，是一种较为安全的材料，不但对人体和环境无副作用，同时还能循环利用，且适用性较强，如可用于重量轻、坚硬的夹层板的芯板、同时也可用于高功率的机械电子设备，起到冷却作用。因此，在材料的选择中尽量使用新型材料，保护环境的发展。
5结论
上述对机械设计中材料的选择和应用做出了分析和论述，通过以上得知，在我国经济的发展带动下，我国制造业的水平也得到了显著提高，对机械设备的需求量和要求也在逐渐增加，这也表明，机械产品的质量、性能必须要满足人们的需求。而机械产品的生产中零件是重要的组成部分，对机械产品的整体质量有着直接联系，对此就需要重视机械产品中零件的材料选择及应用，不仅要保证材料满足设计加工需求，还符合适用性、经济性、环境性、节能性的特点，为企业谋求更大的经济效益，同时还符合我国绿色发展的理念。
参考文献：
[1]齐天峰，王谢涛，王宇航.基于金属材料的热处理对机械设计的影响[J].科技经济导刊，2018，26（32）：73.
[2]杨姝.寓德育于金属材料与机械加工课程的教学设计[J].辽宁高职学报，2013，15（03）：34-36.
[3]赵大伟.基于DSP的微机械材料力学性能测控系统的设计[J].冶金与材料，2018，38（06）：70，72.
作者:方伟涛 单位:浙江省加西贝拉压缩机有限公司
