机械设计中的材料选择及应用

机械设计中的材料选择及应用

摘要：机械行业是国民经济中第二产业发展的重要支撑，在经济发展中具有非

常重要的位置。工业化进程加快的过程中，机械设计所涉及的新材料新规范同步

增加，与此同时，许多用于机械设计的传统材料成了稀缺资源，需求同材料的紧

缩逐渐形成矛盾，机械设计的材料的选择和应用空间进一步被压缩。

关键词：机械设计；材料选择；应用

一、机械设计问题中的材料的选择及应用原则考虑重点

机械设计技术部的人员，应该严格按照科学的零部件生产加工工序进行制造。并且在零部件加工、制造以及装配的过程中，注重各个部门之间的配合作业，对

机械零件的型号、求强度进行实时检测，避免出现大范围的不达标现象。

机械零件加工与装配操作应该严格按照产品设计图纸来进行，根据产品图纸

预先确定的装配方法进行构件的加装处理。机械设计中材料的合理选择与运用，

对于机械产品的质量提高有重要影响。技术人员应该重视图纸设计工作。根据图

纸设计的需要来生成材料采购的清单，在编制工件清单之后，制定并且下达详细

的采购计划。对于各种类型的零件标示，技术人员应该确保标准清楚，并且要采

购不同批次完整批号的机械零件。在产品模型设计与制作的过程中，技术人员应

该采用计算机三维模型设计与分析方法，开展机械零部构件设计的相关探索，从

而显著提高机械产品设计的科学性。

二、机械设计常用的材料

1、金属

金属材料是在众多工程材料中使用的最广泛的一种，据有关报道统计，所有

机械产品中金属材料占比达到92%以上。这与金属材料本身的性质关系较大。金

属材料：（1）硬度高，外力承受阈值较大，不易变形；（2）强度高，在结构中

能承受较大的内力，相应稳定性和持久性都会增加；（3）类多样，多样化的金

属材料单质和合金能够适用于各种不同工况不同条件下的性能要求，尤其是合金；（4）价格便宜。

2、陶瓷

陶瓷材料的主要成分事氮化硅和碳化硅。这种材料的优点包括硬度高、耐腐

蚀性好、密度教低、有较好的抗压性。主要缺点是易断裂，价格贵。目前对陶瓷

材料应用比较多的是密封零件的制作。

3、高分子

在机械设计中多用的高分子材料主要是指塑料和合成纤维。这种材料的特点有：（1）来源丰富，甚至可以从天然气中提取；（2）密度小，适用于需要轻型

材料的设计要求；（3）能源消耗低；（4）延展性较好，可塑性强。

4、复合材料

所谓复合材料，是指通过物理和化学手段将两种以上不同材料组构成一种新

材料，分为金属和非金属两种。金属材料包括各种合金，金属丝。非金属材料有

橡胶，陶瓷、新型树脂、玻璃纤维、碳化纤维等。复合材料往往可以满足不同的

工艺要求。

三、合适的选择机械设计中的材料

企业的成本和零件的质量会受到材料选择是不是合格的重要影响，所以在整

个制造过程中和机械零件设计中，材料选择在当中显得尤为重要。现在对机械设

计的材料在选择的时候，都是采取类似零件和参考相同零件这两种方式进行选材，

主要还是根据出传统的经验来进行选择。可是这种方式也有着它严重的不足，一

旦没有先例进行参考，就会选择一种相对的通用材料在这种方法的选择材料上就

会出现严重的问题。所以要总结出适当的选材方式方法，才可能对机械设计中的

选材进行认真的分析。

1、要对材料使用性进行严格的要求，材料的使用性是材料选择中必须坚持和严格的重要要求，这些因素才是保证材料的质量和保证材料性能的根本。有些零

件对强度有很高的要求，零件的不同在选择材料的方面也有着不一样的要求，有

一些零件更加注重零件的抗磨性，还有些零件则在外观上更加注重。所以选择材

料的时候要坚持根据不同的材料来采取不同的选择，更全面的判断零件在要求方

面的使用性能，才能选择出适合材料设计的机械材料。

2、在材料选择时看是不是符合材料的载荷类型。经过大量的研究和实验，机械材料的外载荷性能是导致大部分零件失效的重要原因所在，在这种问题上机械

零部件具有对这种问题进行很好的抑制效果。抑制失效问题能力和外载荷性能问

题这两者都比较会出现矛盾，选材的标标准还要是零部件材料的荷载性能。可以

将材料的载荷性能总结为多个方面，一，机械材料零部件在外载荷力的作用下发

生扭转和外载荷力的作用发生弯曲的情况时候，材料表面会承受大部分的应力，

所以材料表面的性能会对材料零部件直接起到实用性的抑制。机械设计在选择材

料的过程中需要考虑选择的材料是不是能承受住这种载荷力，在对材料进行加工

中可以选择低碳钢渗碳的方式和中碳钢调质的方式，零件内部在经过处理后就会

具有较高的综合机械性能。二，一些压缩能力的材料零部件和单纯承受伸拉的材

料零部件，都是由于外载荷的作用下在整个零部件的横截面进行分布，所以在机

械设计的过程中，必须选择性能分布均匀的加工材料。在承受冲击载荷的过程中，高碳钢制的材料由于比较脆在进行时很容易出现断裂现象，所以在选择压缩力的

材料和高拉伸的材料时应该避免这种性能的材料。弹性零件在工作的时候是不允

许出现有残余变形现象，必须具备高强度高塑性和充足的韧性，一般零件的制作

材料都会选择弹簧钢制的材料。经过多年的经验和研究，发现对于低碳钢施以强

韧化的处理就会使弹性零件的使用要求得到满足。所以先进的技术和坚持选择适

合的材料的融合才能对生产的质量和性能有所保证。三，合金钢的选择和碳素钢

的选择。当前碳素钢在各种材料的选择中是使用率最高的一种材料，碳素钢的价

钱便宜和加工工艺性都比较好，所以碳素钢被广泛使用，可是碳素钢也有比较大

的缺点在一定程度上限制了所使用的范围。韧性差和强度差是碳素钢的缺陷，中

等形状的零件不能被整体的加强这就导致了碳素钢的局限性能。为了加强改善碳

素钢的缺陷，可以在碳素钢里加注适量的合金元素，合金钢就是这样形成的一种

新材料。在合金结构钢当中合金元素所起到作用有韧性，高强度和增加淬透性。

除了这些作用以外材料的耐磨性也是由于形成碳化元素的合金元素注入的，此外

合金含量较高的时候也可以使材料的性能得到进一步的提高，在提高的方面有耐

腐性方面，不锈方面和耐热方面。一般只有在外载荷力的影响和比较复杂的情况

下才会用到合金钢。有时候为了改善淬火的工艺，避免淬或裂纹产生和减小变形

也会选择合金钢。是有在以上的特殊情况出现才会选择使用合金钢工艺，一面是

为了避免资源浪费而另一方面是为了保证特殊情况下的零部件质量。

结束语

在机械设计材料的选择方面，根据库存管理和原料成品情况及性能更合理分配。技术人员应该做好生产管理业务流程的优化工作，从订单收料量记录对机械

设计的用料问题进行分析。技术人员应该从库存管理与原料成品的质量检测入手，