試論機械設計中的材料的選擇和應用

杜洪亮（中航工業導彈院，河南 洛陽 471003）

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試論機械設計中的材料的選擇和應用

杜洪亮
（中航工業導彈院，河南 洛陽 471003）

摘 要：機械設計需要考慮的問題很多，是一個產品具有先進性、適應性的依據和基礎。其材料的選擇也是在機械設計環節需要重點考慮的問題之一，本文重點分析了材料選擇的重要性，探討了材料具體選擇和應用，提出了經濟性、集約性與使用性能的兼顧統一的材料選擇建議。

關鍵詞：機械設計；材料；經濟；使用

1　引言

機械設備作為現代工業發展的重要標志，不斷改變著現代社會，實現人們生活、工作、學習的便利性，效率提升。機械設備的材料直接影響其工作的有效性，使用壽命等，是整個機械設計之初最為關鍵的問題，選擇恰當的機械工程材料，可以實現機械的正常工作。目前，國內標準件在生產和加工工藝上還是存在一定的問題，主要就是因為標準件的材料在熱處理等環節還存在一定的技術瓶頸，因此需要有國外的進口，由此可見材料在機械設備中的作用十分重要。在進行相關機械的設計時需要充分考慮一系列的綜合因素，實現材料選擇科學合理。

2　材料選擇的重要性

隨著我國工業的發展，機械設備向著大型、微型的極限方向發展，其材料的重要性開始越發重要，由于國內的加工工藝的限制，很多機械在向著大型和微型方向發展的時候，出現了很多的問題，這些問題直接影響了機械設備工作性能，當機械材料強度達不到使用要求的時候，一些機械設備的工作范圍將大大縮小。同時隨著這些人們環境保護意識的不斷增強，大家開始更多關注機械設備在使用過程中對環境的影響，一些機械材料在使用的過程中可能對周邊環境產出影響，因此在選擇機械材料的時候需要進一步構建建材的環保性，降低機械材料對周邊操作人員的影響。

3　材料具體選擇和應用

3.1實用性考慮

在進行機械設計機械材料選擇的時候，第一步需要考慮的就是材料的實用性，是否滿足機械工作性能的要求，需要更加機械設備需要承受的工作性能進行相應的材料處理，例如在材料的熱處理，加工切削，實現其內應力，硬度、韌性、表面粗糙度等方面的處理，以達到材料需要達到的基本要求。同一類零件在安裝在不同位置的時候，所承受的外向應力是不同的，需要對其進行的處理也是不同的，在選擇相關的材料時需要充分考慮其實用的具體情況。

3.2載荷的考慮

在相關機械設計中，需要對其承受的載荷進行有效計算［1］。這種計算的主要目的就是選擇合適承載能力的材料進行加工裝配，因為承載能力過強，材料的加工成本較大，選擇這一材料所需要付出的成本較大，不利于機械的成本降低，提高設備的價格競爭優勢，但是當選擇的承載能力相對較弱的時候，材料在機械設備中的使用將大大受到影響，其設備的使用壽命將大大降低，可能經常性的出現一些機械事故，影響機械的正常使用。因此在進行材料載荷的考慮時，需要重點關注相關載荷的估算，選擇與估算結論相匹配的材料，這樣才能實現經濟性和使用性的統一。

3.3環保性的考慮

實現機械設備的環保性是實現相關設備具有長期發展的決定因素，因為現代社會對環境保護的重視程度不斷提高，國家也加大對工業企業環保工作的管理力度，因為機械材料的熱處理等環節可能對周邊的環境產生影響，需要在進行機械設計的時候，刪去一些不必要的熱處理，這樣可以降低企業在進行熱處理過程中產生的環境影響，降低企業能耗，這些都是需要在進行機械設計的時候重點關注機械設備在材料上不必要的一些工藝流程，這樣可以達到環保性的考慮。

3.4低毒性的考慮

一些機械材料在使用的過程中可能產生一些對人體有害的物質，這樣直接影響機械設備操作者的身體健康。因此在進行機械設計的時候需要重點關注選擇材料的低毒性，例如鎳元素就是一種工業中有毒的金屬材料，在選擇的過程中需要避免這種金屬材料的選擇和應用，就算是必須使用這種有毒的金屬材料，需要在與人體產生接觸的區域進行有效表面處理，降低有毒金屬材料對操作人員的人生傷害。

3.5回收性的考慮

隨著現代集約化社會的發展，人們開始更加注重材料的可循環使用［2］。金屬材料在國內儲量相對是有限的，需要我們進行可循環的使用，然而不同金屬材料進行混合之后，再進行回收將出現一定的難度，由于現代材料學的研究發現，不同金屬元素的混合將出現不同硬度、韌性、耐磨性等特征，所以有更多的材料選擇的不同金屬元素的混合，以增強其使用性能。這樣也給材料的可循環使用帶來的麻煩，因此需要在進行材料選擇的時候，在沒有必須選擇混合金屬材料的時候，就需要單一金屬材料，這樣可以保證其今后的回收性。

4　材料選擇和應用的建議

（1）兼顧經濟與使用性能的統一。機械設計的過程中，需要對設計的設備進行有效的估算，對其需要承受的載荷進行充分的推算，這些推算的結論為選擇材料的科學性、合理性提供必要的依據。因為材料性能遠遠超出使用上限的時候，將大大延長機械的使用壽命，造成材料選擇的浪費，企業在生產這種材料的時候成本將大大提高，需要考慮其材料的經濟性與使用性能的統一，只要滿足機械使用要求的材料性能即可，這樣可以大大降低材料的經濟成本，提高產品的市場競爭力。

（2）兼顧集約性與使用性能的統一。現代社會的集約化發展趨勢不斷明顯，需要企業也實現粗放型發展戰略的轉變，實現集約化的發展方式，其中的一個重要表現就是材料選擇需要體現集約化的要求，不選擇那些沒有實際應用性的性能，因為這些用不著的性能只能增加材料的加工、處理的成本，這樣就需要不斷在集約化發展的道路上考慮材料的使用性能保證。只要可以實現材料使用性能的有效保證，可以大大降低材料的加工、處理的集約化發展。省去、兼并多余的加工工藝。

5　結語

機械設備已經成為現代社會中不可缺少的重要產品，提高了工作效率，降低了工作強度［3］。在設計環節中，機械材料的選擇是其實現其功能的基礎，因此在設計的過程中需要兼顧經濟性、集約性與使用性能的兼顧統一，實現材料選擇和應用的科學性、合理性。

參考文獻：

［1］馬藝林，朱東波，陳騰飛，吳松，凌江紅，黃群，何平鴿，周科朝等.再增密對機械加工后的C/C復合材料力學性能與生物相容性的影響［J］.粉末冶金材料科學與工程，2014，17（05）：179-180.

［2］張學輝.淺析材料在機械設計中的選擇和使用［J］.軟科學論壇——企業信息與工程技術應用研討會論文集，2015，13（01）：132-133.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.036