浅谈机械设计中材料的选择和应用

庞小兰 王勇明

摘 要：机械设计是制造业的基础，本文通过对材料选择在机械设计中的作用，提出了机械设计中材料选择的原则，针对机械设计中不同材料的选择，提出了材料的应用方法，为相关的实践带来一定的参考作用。

关键词：机械设计 材料 选择 应用

引言

机械设计在制造业中占据着重要的作用，它是制造业的基础。随着科技的发展，新材料、新方法、新工艺等新型生产方式的出现，为机械设备制造开拓了新的天地。新材料如何使用，工艺路线如何制定，尚需进行深入的探讨。

一、材料选择在机械设计中的重要性

材料是构成机械设备的基础，在各行各业材料的应用都是非常广泛。在如果选材不当，容易产生机械产品的提前报废，给社会带来损失，因此合理在材料的选择和应用上是十分重要的。每一种材料均有其独特的理化特征，充分发挥其特点，展现其潜力是，机械设计选材的重要内容。

二、机械设计中材料选择的原则

1、满足使用性的原则

机械设计中，材料是各零件构成的基础。在分析零件时，要根据零件的外形尺寸和内部的受力情况计算出应有的力学、性能指标，这样才能有效地选择材料。零件因其在机械中所起的作用不同，就要详细分析零件的使用条件，即受力的分布情况，所处的运行环境（包括自然环境、电磁环境等）中载荷的变化，这些条件的改变，将造成零件的实效，认真分析原因，还能为选材提供依据。

2、满足工艺性的原则

由材料到零件需要一定的加工过程，而材料的工艺性能，决定了零件加工的加工性能，显然越容易加工的零件，其成本就较低。零件的主要制造工艺涉及到铸造工艺、锻压工艺、焊接工艺，以及热处理工艺、切削工艺等。在加工工艺上，投入的成本越高，意味着零件的价格更高。因此，采取适当的工艺来生产零件是有必要的。

3、满足经济性的原则

经济性是机械设计中的重要一环。降低成本可以采取以下的措施，降低加工成本。在零件加工的过程中，要使用最为简洁的工艺方法。用型材不用加工件，用便宜金属不用贵金属，用非金属材料不用金属材料；或者贵贱金属组合，关键部位使用贵金属，其它非关键部件使用价格低的金属；尽量采用标准化设计，多使用通用零部件，这样能提高效率，减少工期。这些均是减低成本，提高经济性的手段。

三、机械设计中不同材料的选择

1、金属材料

在机械设计中，金属材料有着重要的地位，因其具有良好的理化性，是使用广泛的材料。金属材料有很多，最常使用的有铁、铜、铝、锡等，当然也有贵金属，金银等。金属具有良好的延伸性，非常适合制造零部件。当然，一些金属合金因其具有良好的理化性能， 能够大幅度地提高机械性能，使金属使用的空间更为广泛。

2、复合材料

如同合金一样，复合材料是两种或两种以上的物质，经过理化变化，形成的新材料。这种复合材料，有着两种或两种以上物质的特点，形成了独特的优点。复合材料一般可以分成两类，即金属类复合材料和非金属类复合材料。这两类复合材料在机械设计中均有大量的应用，特别是在一些有特殊要求的地方，复合材料因其重量轻，理化性能好，均得到了广泛应用，如在飞机制造中，大量使用复合材料，保证了飞行安全。

3、高分子材料

此类材料由高分子化学物质聚合而成，因此又被成为聚合物材料，因工程的需要，对其添加了一定的改良剂，使其性能上发生了很大的变化。最为常用的高分子材料就是塑料、合成纤维等，其具有的良好的特性，正逐步得到越来越多的应用，这样在提高机械的设计寿命、降低使用成本上，均有突出的表现。

4、陶瓷材料

陶瓷材料作为一种新兴的材料，可分为碳化硅、氮化硅两种。陶瓷材料具有硬度高，抗腐蚀，耐研磨等特点，被广泛应用到精密仪器仪表的设计生产中，成为高科技用途的重要使用材料。

四、机械设计中材料的选择应用

1、载荷情况

在机械设计中，对材料的载荷情况有着明确的规定，所以在载荷情况上有多加注意。在材料的选择上，如果降低载荷标准，这样讲影响机械的寿命，不能完全发挥出机械的效能。因此在选材时，要根据实际情况，适当选用高载荷的材料，这样更能发挥出机械的效能。

2、能耗程度

在选择材料的时候，要注意能耗的问题，即尽量降低设备制造过程中的能耗，这既包括材料提取制造的能耗，也包括材料加工成零件的能耗。在设计的过程中，尽量选择能耗低的材料，能不用热处理的材料优先采用，如果必须采用热处理，也应选择工艺程序少的材料，这样不仅能有效降低成本，还能创造环境友好型的企业。

3、环境保护

在机械设计的过程中，一定要注意环境保护工作。我国的资源是有限的，利用好有限的资源，尽量减少对环境的污染，应在机械设计中得以体现。尽量选择对环境破坏小的金属材料，不要过多使用重金属材料，使用发展的眼光进行机械设计，体现材料与应用的最佳结合，提高设计的环境友好，充分挖掘材料本身的能力。

4、使用性能

机械设计的目的是实现机械的使用，因此，在材料选择上，要依据零部件的特点，所要求的性能指标来进行选择。在实现了使用功能后，机械还有一些别的要求，例如外形要求新颖美观，机械强度需要加强，这些要求，要根据客观条件，适当地选择合适的材料完成这些要求。

5、循环利用

从人均资源占有量的角度讲，我国的资源相当匮乏。因此，在机械设计上，要根据我国的实际情况，选择能够循环使用的材料，或者将不能循环使用的材料改造成循环使用材料，这样，不仅仅是资金成本的节约，也是资源的节约，為我国的现代化建设提供了资源保障。

结语

伴随着我国新时代的脚步，我国的机电产品将越来越先进。通过对机械设计中材料的选择和应用的初步探讨，只是对其进行了简单说明，希望能够为相关的实践带来一定的参考作用。

参考文献：

[1]王杰，程明远，李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息，2011（11）：512-513.

[2]刘铭山.机械设计中材料的选择和应用研究[J].科技创新与应用，2016（06）：107.