金属材料在机械设计中的选择与应用探讨

一、机械设计中金属材料的选择原则

（一）经济性

金属材料作为机械设备重要组成，其成本与企业的利润有着密切关联，针对于此在材料方面不仅要注重质量及性能，还需充分考虑到价格，结合预算情况在符合标准情况下选择价格较为低廉的产品，尽可能地减少支出，使得企业获得更高的经济效益。但在此需注意的是，不同金属材料加工难度系数会存在较大差异，并与成本呈正相关性，所以还应综合考量与计算。根据以往经验来看，可选用耐久性较强的材料，虽然前期需耗费大量的资金，但机械设备的稳定性较优，损坏率则会大幅下降，这也能减少后期维护费用，长远角度来看其性价比相对较优。

（二）实用性

因不同机械设备用途有着一定区别，其对材料的性能要求也存在较大的不同，在进行材料选择时需结合机械零件运作环境而定，如温度较高或过低情况下零部件则会出现膨胀及收缩情况，并会随着挤压发生形变、松弛问题，直接给机械的运行状态造成干扰。初期设计阶段就应重点关注此问题，制作零件优选稳定性较高的金属材料，降低外部环境的影响。同时由于部分设备在运行期间难免会接触到各种具有腐蚀性特点的介质，长时间会对零部件造成侵害，所以还应对其抗腐能力进行检测，选择不锈钢、钛合金、铜合金等金属材料用于零部件加工，以便于机械设备在面对酸碱、烟雾侵蚀以及潮湿环境时更为稳定，尽可能地减少损耗与故障率，有效延长其使用寿命。此外还应重视金属材料的强度，保证其具有较强的抗冲击与抗压性能，可承受长期的荷载，为机械设备的正常运转提供有力保障。

（三）环保性

在环保理念逐渐增强背景下，机械设计师也愈发重视金属材料的环保特性，而这也是推动我国可持续发展的主要举措。但材料的质量依然需放在首位，保证质量的同时减少对环境的污染，以便于后回收再利用，降低资源浪费。当前虽然有部分材料整体性能较优，但因其具有放射性特点，若将其应用至零部件加工、机械设备生产运行，则会给工作人员的人身安全埋下较大的威胁，对此还应做好限制工作，并由专业部门对其进行全面检测，从根本上有效规避此类不良事件的发生 [1]。

二、金属材料在机械设计中的应用措施

（一）明确机械设计具体目标与要求

基于机械设备应用需求的区别，初期设计即需结合实际情况做好目标明确工作，而这也可作为后期金属材料选择工作的主要依据，设计人员应紧抓重点，随后深入分析各影响因素，包括环境、荷载等，并对各材料的性能、价格进行综合比较，确保金属材料具有较强的适应性，可满足不同条件的实际要求。在条件允许情况下可构建模拟环境，根据机械设备实际应用条件来验证各金属材料性能的相符性与可行性。金属材料的选择还需遵循就近取材的原则，以便于加工工作的开展，在生产效率得以提升情况下所消耗的成本也会随之减少，有利于企业经济效益的提升。

（二）强化金属材料性能分析

随着科学技术的发展与进步，市场中金属材料的种类明显增多，相同名称的材料有不同的规格与质量，给工作人员带来了极大的考验，这就要求设计人员应掌握较强的专业知识，了解各材料的基本性能，并做好分析工作，以便于可判断该材料是否符合机械设计的实际需求。主要可从以下几方面展开：首先为物理与化学性质，零件若需要承受拉伸荷载时，就可以铝、镁等材质作为主要材料，如航天领域一般对重量有着极高的要求，因此密度小的材料则具有较为显著的优势。而在化学特性方面，为确保机械设备可在不同环境下时刻处于正常运转状态，就需依据环境情况进行材料选择。如镍基合金可应对高温环境，其具有较强的抗氧化能力；钛、高强铝合金均有卓越的抗拉强度，而且还可在恶劣环境中应用。此期间还需充分了解机械的功能用途，针对性地选择材料，对于有切割或吊装需求的机械设备，则优选力学性能较强的材料；该设备需进行破冰工作，这就需材料具有一定的抗冻、硬度高、刚性等性能；电气设备则就需选择铜、铝等导电性能较优的材料。最后在工艺特性方面，零部件制造期间需借助各工艺辅助完成，所以还应细致分析其焊接、切割与组装能力，这也可确保机械加工可在保质保量前提下有序完成。

（三）合理选择加工与生产工艺

零部件作为机械设备的重要组成部分，为能够使得机械具有较优的生产效率及耐久性，在应用金属材料进行零部件加工时还应注重工艺的选择，此环节不仅要结合零件的结构特点，更应遵循该材料的本身特性而定。同时还应根据以往经验对各材料的处理工艺进行全面分析，以统计的方式对比优缺点，从而选择更为合适的生产工艺，尽可能地缩短加工时长，减少人力资源及加工环节的资金消耗。如零件在外形方面有着复杂性特点，并且尺寸较大时，就可实施铸造工艺，其可应对各形状的选择，但此期间应重点关注浇筑系统、冒口的设计，以此来保证实际质量水平；锻造工艺则可满足轴类等对于力学性能较高的零件生产所需，锻造期间能够实现金属材料组织的强化，使得零件强度与韧性得以整体性提升，注意的点为温度、速度控制，计算锻造比；焊接工艺则需结合材料各参数选择合适方法与材料；切削工艺应用前需检测材料的强度，随后进行刀具选择与参数调整。在工艺的合理选择下可进一步保证机械的安全可靠性，为其后期运行状态的良好性奠定坚实的基础[2]。

结语：综上所述，因金属材料在机械设备中占据重要比重，其质量及应用成效关系到机械的性能状态，所以前期设计阶段需考虑到多点因素，深入分析不同材料的特性，以用途及要求为基础进行材料选择，同时应重视工艺应用控制，从而推动我国机械制造业长久稳定发展。

参考文献

[1] 黄睿 . 基于损伤容限设计的金属材料力学性能评价方法 [J]. 信息记录材料 ， 2021， 22 （07）： 31-33.

[2] 谭赞良 . 机械设计中金属材料的选择与应用研究——评《机械设计与材料选择及分析》 [J]. 有色金属工程 ， 2020， 10 （10）： 130.