浅谈机械设计中的材料选用

浅谈机械设计中的材料选用

发表时间：2018-08-06T14:08:12.300Z 来源：《基层建设》2018年第18期作者：宋付志

[导读] 摘要：在机械设计中，材料的选用是基础，能否选择合理的材料至关重要，直接关系着机械设计的成败。

佛山市科皓燃烧设备制造有限公司广东佛山 528200

摘要：在机械设计中，材料的选用是基础，能否选择合理的材料至关重要，直接关系着机械设计的成败。由于机械设备直接关系着生产效率和经济效益，选择性能优异的材料，确保机械设备的良好运转，具有重要的意义。本文对机械设计中的材料选用进行了论述和分析。

关键词：机械设计；材料；选用

在机械设计中，选用正确的材料至关重要。选择合理的材料直接关系着机械产品的性能，也会影响到产品的使用寿命。在历史上，如果研发出了一种新的材料，也就意味着开辟了一个全新的时代。我国从20世纪起，经过几十年的发展，相继出现了很多的新型材料，比如说，碳纤维复合材料、钦合金等，这些材料的出现大大促进了工业发展，尤其是对机械制造业而言，发生了革命性的改变。

1机械设计中常用的材料

1.1金属材料

在机械设计中会涉及到诸多种类的材料，其中，应用最多的材料就是金属材料。对于金属材料来说，钢、铁是比较常用的材料，之所以应用这样的材料，主要是钢、铁具有较强的强度，韧性也比较大，在价格方面也相对低廉，获得这样的材料也比较容易。此外，在这样的材料中，加入其他的金属材料可以制作成合金材料，在各中机械零件中会应用合金材料，而金属材料则是合金材料的基础。

1.2高分子材料

由于我国科学技术的不断进步，在生产与生活中，随处可见高分子材料的身影，而且，对于高分子材料来说，具有自身独特的优势，在机械设计中，受到了人们的高度重视，所占比例也逐渐增多。在高分子材料中，塑料、合成纤维等得到了广泛应用，因为这些材料的来源比较广泛，而且，延展性也比较好，因为诸多优点，在制作的过程中，也不需要消耗过多的能源，因此，应用范围越来越广。不过，近些年来，随着环保意识的增强，人们逐渐意识到了塑料制品会产生大量的“白色污染”，不利于环境保护，如今，人们也在积极研究具有环保性的高分子材料。

1.3复合材料

对于复合材料来说，主要指的是包含两种或两种以上材料，利用物理方法以及化学方法合成的材料。通常情况下，复合材料会体现出合成材料的特征，所以，如果机械设计的要求比较复杂，优选材料为复合材料。对于复合材料而言，可以划分为两类，一是金属材料；二是非金属材料，常用的复合材料主要有合金、树脂等。

1.4陶瓷材料

对于陶瓷材料来说，主要成分为硅，陶瓷材料的优势很多，比如：密度比小，具有良好的耐腐蚀能力。如果在机械设计中在密封性方面具有严格要求的情况下，陶瓷材料是首选的材料。不过，陶瓷材料存在诸多的缺点，不仅花费较高的造价，还容易破碎，所以，在应用范围方面具有一定的局限性。

2机械设计中材料选用的原则

2.1考虑材料的经济性和适用性

对于经济性和适用性来说，主要在选材方面要做到要量体裁衣，参照机械产品的实际要求、具体的用途，还有在机械制造的过程中所涉及的铸造技术、装配技术以及焊接技术等作业的相关要求，尽量选择满足实际要求，且经济实惠的材料。在金属材料中，价格低廉的材料为钢铁材料，因此，在实际选材的时候，如果满足了相关要求，应该尽量选用钢铁材料。只有这样，才能在确保产品质量的基础上，实现经济效益的最大化。

2.2注重节能和环保因素

在二十一世纪，节能与环保当今社会乃至全球关注的内容，我党也明确提出“绿色发展”的理念，提倡“人与自然和谐相处”。在机械设计中，对材料进行选择的过程中，这就要充分体现节能和环保的理念。尽可能选用可再生、环境友好，且易回收的材料。比如说，在选用塑料的时候，应该尽量不选择不可降解的塑料，如果条件允许，应该优先考虑可降解的塑料。不仅如此，还应该有效减少金属材料的应用，保护这些不可再生资源，尽量用可再生资源来代替不可再生资源。

3机械设计中材料选用的注意事项

3.1材料的荷载能力应满足实际要求

对于材料性能来说，材料的荷载能力至关重要，也是机械设计的基础要求。一旦荷载能力未能达到相关要求，在加工材料的过程中，很容易出现断裂、失效等现象。就算顺利完成了加工，在日后使用的过程中，也会发生诸多的故障，严重影响了机械设备的使用年限。之所以在机械加工的过程中发生材料失效的问题，主要是因为在机械设计的时候，未能选择适合的材料，材料的负荷能力不能满足实际需求，超出了材料的承受能力，所以，实际选择材料的时候，一定要准确分析材料的负荷性能，保证材料的性能达到机械加工的实际要求。参照荷载能力进行机械设计时，应该在荷载能力方面保留相应余量，计算安全系数时，应该以使用场地为基础。如果场合十分重要，那么，对安全的要求也就越高，安全系数也就越大。如果不能明确材料的荷载能力，应该通过实验的方法，准确测试荷载能力。

3.2尽量不选用有毒有害的材料

在机械加工中，选用材料常常含有有毒有害的元素，除了威胁着人们的身体健康，也会直接影响生态环境，在机械设计与加工之前，要对材料进行全面的检测，如果含有很多有害成分，应该不适应这样的材料，如果使用了有毒有害的材料，那么，必须要做好充足的准备工作，在实际工作中，尽量不与人接触，以免造成人身伤害。有的材料比较特殊，会污染周围的环境，甚至危害到人们的身体健康，例如：铅、镍、汞等材料，一些塑料也会带来不利影响，对于这样的材料，都会给环境带来不利影响。因此，进行机械设计的时候，应该尽量不用或这样的材料。若无法避免，则要做好保护措施，不能让这些有害物质影响到人们的生活环境。

3.3尽可能选择回收容易或可再生的材料

如今，机械产品的组成主要为金属材料，以钢铁材料为首，金属资源是不可再生的，其蕴藏量是有限的。对金属资源的回收及再利用

是当今社会值得深入研究的课题。然而，金属材料的类型比较多，光是钢材就分为很多种，如低碳钢、中碳钢、高碳钢，以及各种合金钢等。不同的金属材料有着不同的回收难度，有的回收起来比较容易，而有些金属回收起来是十分困难的。因此，在机械设计中，如果处于同等的条件，应该尽量应用回收难度较低的材料，实现资源的回收利用。

3.4尽可能选用加工过程中资源消耗少、环境友好的材料

在材料选用时，除了要考虑材料对环境的影响，还需要重视材料产品加工过程是否环保。比如说，如今，不少金属材料进行实际加工的过程中，要实施热处理作业，在热处理的过程中，会消耗大量的能源，造成了资源的浪费，同时，污染了生态环境。若能够在冷轧与热轧的状态下，确保材料的良好性能，那么，就应该避免热处理作业，不仅节约资源，也有利于保护环境。当条件限制，无法应用理想材料时，在实际加工的过程中，必须进行热处理，则应该尽量可能选用操作简单的材料，以此来减少资源的消耗，防止环境遭到破坏。

结语：

随着我国工业的不断发展，在工业生产车间中，逐渐实现了机械化生产，我国的机械化水平也得到了明显改善。可见，机械设计对生产具有重要意义。所以，在机械设计的过程中，应该选择适合的材料，提高机械设备的实用价值，保障生产人身安全，提高生产效率和经济效益。

参考文献：

[1]王森.机械设计中的材料的选择和应用[J].科技展望，2016，26（34）：49.

[2]吴宗烨.色议机械设计中材料的选择和应用[J].技术与市场，2016，23（11）：123.

[3] 郜培丽.试论机械设计加工过程中需要注意的问题[J].南方农机，2017，48（07）：111+115.