机械设计材料的选择与应用

文/高翔 山东高速地产集团有限公司 山东济南 250014

机械设计材料的选择与应用

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随着我国工业现代化发展进程的不断加快,机械工程设计取得了飞跃式进步,科学技术的不断提升使得机械工程设计应用更加广泛。现阶段，选择和应用何种材料已经成为机械设计领域中的热门话题。我国经济和机械行业的不断发展，机械行业中对材料的选择和应用已然成为重中之重的环节。所以本文将全面的研究和分析机械设计中材料的选择与应用的问题，以供同行借鉴。

机械设计；材料；选择

一、机械设计材料选择的意义分析

伴随着民生经济及推进城市化进程的加快，国民生产总值中机械制造行业占有越来越重要的位置。社会经济中起的至关重要的保障性作用的行业便是机械制造，特别现在是机械原材料消耗增加，机械行业高速前行的阶段，消耗占自然资源的比例也是显著增加。目前，过度消耗机械原材料已经是常态，持续供应材料已成为机械行业已经成为一大难题，背离了可持续发展的理论基础。因此，经济性、环保性已经是选择机械设计材料的基准法则。相关技术人员应重视科学性、经济性、合理性的选择机械设计材料，确保综合利用好每一种选材，综合评审机械设计的功能性与结构性，保证设计出性价比最优的机械产品。

二、机械设计与材料选择的关系

生产材料大量的用在机械设计过程中，关键问题是解决机械设计中材料的合理选择，机械设计无法进行当没有合适的材料来满足机械设计的方案，那么设计便是徒劳的；如果机械设计中有合适的材料可以选择，便可以对机械设计进行优化，拓展机械设计的方向。有以下三个方面表示材料与机械设计间的关系：（1）生产成本。机械产品被生产出来是机械设计的目的所在，在机械生产中如果使用成本高昂贵的材料，那么价格优势便在市场竞争中荡然无存，因此，材料的成本问题是在机械设计中首要考虑的问题，人们也会挑选符合价格预期的机械产品。（2）机械性能。材料属性不同决定其机械设计时性能的差异，在潮湿环境中使用金属材料会改变其性能，尽管强度高、性能好使金属材料的优点，所以在要根据使用环境合理的选择材料；高分子材料不耐高温，其性能会在高温环境中质变，但是其弹性好，耐腐蚀，所以根据材料性能进行机械设计，也要在保证材料性能满腹机械设计要求的前提下，考虑材料的成本问题。（3）产品质量。需要多种材料协同作用方可设计一个完整的机械产品。机械产品在选择合理材料的前提下确保每个环节都能发挥其最大性能，规避缺点，发挥优点，质量达到最大效果；机械产品的整体质量会因为使用不恰当的材料而降低，设计目的无法达到。因此机械设计的核心是选择合适的材料。

三、传统机械设计中材料的应用特质

1.金属材料的应用

机械设计中金属材料是最为普遍采用材料，从含有金属元素的原料中提炼出来，使得机械设计中常用的材料。金属材料通常是铁、铜、铝等，然而金属材料间性能和原料价格也是各有千秋。一般来说，提炼容易、磨损性好、耐高温和导热性优良是金属材料的特点，而且柔软度和硬度对于某些金属来说也很不错，因此是最常用在机械产品设计中的首选材料。

2.高分子材料的应用

橡胶材料、纤维材料、塑料材料等是在机械设计中最常用到的高分子材料。获取容易、价格便宜、重量轻是高分子材料的特点，而且对于提高机械产品在特殊使用环境的性价比有很好提高作用。然而比如其腐蚀性差，易被化学试剂侵蚀，会使其失去性能是高分子材料的缺点；高温环境下塑料材料也会失去原有性能，因此塑料材料耐高温性差。

3.应用陶瓷材料

机械设计中也常常使用陶瓷材料。陶瓷材料耐腐蚀，硬度高，比如化学试剂无法对它产生侵蚀作用，可使用在环境较恶劣环境中，而且有着金属材料般的硬度；同体积的金属材料与同体积的陶瓷材料比较重量，明显陶瓷更轻于金属材料。但是其抗冲击能力比较弱，陶瓷材料本身的属性便是硬脆，会发生严重损坏当收到强大冲击力的时候，价格也比其他材料贵。

4.应用复合材料

将两种或两种以上的材料组合在一起便是所谓的复合材料，材料可互相弥补各自的缺点，复合材料的机械性能比单一材料的性能提升更加明显。例如碳纤维、玻璃钢、铝不锈钢等都是常用的复合材料，价格也与符合材料的性能成正比。由此可见，鸡舍产品设计中已经越来越多的使用复合材料。未来将会根据人们对材料性能的目的开发出多种符合材料，机械产品设计中也将会大量的使用复合材料。

四、机械设计中材料的应用分析

现以一辆汽车生产为实例，分析它对材料的应用：

车的不同材料需要安放在车的不同部位上，满足汽车生产的前提是挑选合适的材料，如图1所示。

图1 汽车的构成方式

1.复合材料的使用

在汽车的部分内饰件、外饰件与发动机周围零部件普遍采用塑料材料。极其优越的颜色辨识度和美观的外形；可以调整尺寸公差，便于统一生产；耐冲击且塑性变形能力强；可适应多种气候与环境温度，而不改变其性能和外观；更换方便，可轻易或借助工具方便的更换零部件是是这些零部件和材料的特点。以此的推论出，为满足环境温度、轻质廉价和经济性好的要求，且在对比各种材料后使用塑料材料是不错的选择。

2.高分子材料的使用

在汽车的的副仪表板、仪表板、立柱、座椅和门板等辅助零部件材料主要选择高分子材料。鉴于图1显示的为中低档车，要求内饰件外观漂亮、驾驶员驾驶舒服，抗压性好，对环境温度有一定要求，所以推荐汽车辅助零部件设计制造选择高分子材料。

3.金属材料的使用

金属材料适用于汽车的发动机设计和生产，发动机启动时油污多，温度高、温度变化大，满足经济要求，材料复原性能好是发动机最大特点，所以通过分析得知，机械设计与材料的选择使用相辅相成。

结语：

总而言之，在对机械设计中的材料进行选择的时候，需要将科学性的应用以及优化型的材料放在首位，通过对当前相关行业的发展情况进行分析，将材料选择以及应用的重要性进行进一步的明确，从而满足机械方面在设计过程中的生产标准，使得适用性、经济性、可行性以及优质性得以实现，促进该行业进行更加良好地发展。

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[2]黄梦奇,王婧.浅谈机械设计中材料的选择和应用[J].机电信息,2012(06):101-102.

[3]胡家秀 机械设计基础 [M],北京机械工业出版社，2011.