機械設計材料的選擇與應用

文/高翔 山東高速地產集團有限公司 山東濟南 250014

機械設計材料的選擇與應用

文/高翔 山東高速地產集團有限公司 山東濟南 250014

隨著我國工業現代化發展進程的不斷加快，機械工程設計取得了飛躍式進步，科學技術的不斷提升使得機械工程設計應用更加廣泛。現階段，選擇和應用何種材料已經成為機械設計領域中的熱門話題。我國經濟和機械行業的不斷發展，機械行業中對材料的選擇和應用已然成為重中之重的環節。所以本文將全面的研究和分析機械設計中材料的選擇與應用的問題，以供同行借鑒。

機械設計；材料；選擇

一、機械設計材料選擇的意義分析

伴隨著民生經濟及推進城市化進程的加快，國民生產總值中機械制造行業占有越來越重要的位置。社會經濟中起的至關重要的保障性作用的行業便是機械制造，特別現在是機械原材料消耗增加，機械行業高速前行的階段，消耗占自然資源的比例也是顯著增加。目前，過度消耗機械原材料已經是常態，持續供應材料已成為機械行業已經成為一大難題，背離了可持續發展的理論基礎。因此，經濟性、環保性已經是選擇機械設計材料的基準法則。相關技術人員應重視科學性、經濟性、合理性的選擇機械設計材料，確保綜合利用好每一種選材，綜合評審機械設計的功能性與結構性，保證設計出性價比最優的機械產品。

二、機械設計與材料選擇的關系

生產材料大量的用在機械設計過程中，關鍵問題是解決機械設計中材料的合理選擇，機械設計無法進行當沒有合適的材料來滿足機械設計的方案，那么設計便是徒勞的；如果機械設計中有合適的材料可以選擇，便可以對機械設計進行優化，拓展機械設計的方向。有以下三個方面表示材料與機械設計間的關系：（1）生產成本。機械產品被生產出來是機械設計的目的所在，在機械生產中如果使用成本高昂貴的材料，那么價格優勢便在市場競爭中蕩然無存，因此，材料的成本問題是在機械設計中首要考慮的問題，人們也會挑選符合價格預期的機械產品。（2）機械性能。材料屬性不同決定其機械設計時性能的差異，在潮濕環境中使用金屬材料會改變其性能，盡管強度高、性能好使金屬材料的優點，所以在要根據使用環境合理的選擇材料；高分子材料不耐高溫，其性能會在高溫環境中質變，但是其彈性好，耐腐蝕，所以根據材料性能進行機械設計，也要在保證材料性能滿腹機械設計要求的前提下，考慮材料的成本問題。（3）產品質量。需要多種材料協同作用方可設計一個完整的機械產品。機械產品在選擇合理材料的前提下確保每個環節都能發揮其最大性能，規避缺點，發揮優點，質量達到最大效果；機械產品的整體質量會因為使用不恰當的材料而降低，設計目的無法達到。因此機械設計的核心是選擇合適的材料。

三、傳統機械設計中材料的應用特質

1.金屬材料的應用

機械設計中金屬材料是最為普遍采用材料，從含有金屬元素的原料中提煉出來，使得機械設計中常用的材料。金屬材料通常是鐵、銅、鋁等，然而金屬材料間性能和原料價格也是各有千秋。一般來說，提煉容易、磨損性好、耐高溫和導熱性優良是金屬材料的特點，而且柔軟度和硬度對于某些金屬來說也很不錯，因此是最常用在機械產品設計中的首選材料。

2.高分子材料的應用

橡膠材料、纖維材料、塑料材料等是在機械設計中最常用到的高分子材料。獲取容易、價格便宜、重量輕是高分子材料的特點，而且對于提高機械產品在特殊使用環境的性價比有很好提高作用。然而比如其腐蝕性差，易被化學試劑侵蝕，會使其失去性能是高分子材料的缺點；高溫環境下塑料材料也會失去原有性能，因此塑料材料耐高溫性差。

3.應用陶瓷材料

機械設計中也常常使用陶瓷材料。陶瓷材料耐腐蝕，硬度高，比如化學試劑無法對它產生侵蝕作用，可使用在環境較惡劣環境中，而且有著金屬材料般的硬度；同體積的金屬材料與同體積的陶瓷材料比較重量，明顯陶瓷更輕于金屬材料。但是其抗沖擊能力比較弱，陶瓷材料本身的屬性便是硬脆，會發生嚴重損壞當收到強大沖擊力的時候，價格也比其他材料貴。

4.應用復合材料

將兩種或兩種以上的材料組合在一起便是所謂的復合材料，材料可互相彌補各自的缺點，復合材料的機械性能比單一材料的性能提升更加明顯。例如碳纖維、玻璃鋼、鋁不銹鋼等都是常用的復合材料，價格也與符合材料的性能成正比。由此可見，雞舍產品設計中已經越來越多的使用復合材料。未來將會根據人們對材料性能的目的開發出多種符合材料，機械產品設計中也將會大量的使用復合材料。

四、機械設計中材料的應用分析

現以一輛汽車生產為實例，分析它對材料的應用：

車的不同材料需要安放在車的不同部位上，滿足汽車生產的前提是挑選合適的材料，如圖1所示。

1.復合材料的使用

在汽車的部分內飾件、外飾件與發動機周圍零部件普遍采用塑料材料。極其優越的顏色辨識度和美觀的外形；可以調整尺寸公差，便于統一生產；耐沖擊且塑性變形能力強；可適應多種氣候與環境溫度，而不改變其性能和外觀；更換方便，可輕易或借助工具方便的更換零部件是是這些零部件和材料的特點。以此的推論出，為滿足環境溫度、輕質廉價和經濟性好的要求，且在對比各種材料后使用塑料材料是不錯的選擇。

2.高分子材料的使用

在汽車的的副儀表板、儀表板、立柱、座椅和門板等輔助零部件材料主要選擇高分子材料。鑒于圖1顯示的為中低檔車，要求內飾件外觀漂亮、駕駛員駕駛舒服，抗壓性好，對環境溫度有一定要求，所以推薦汽車輔助零部件設計制造選擇高分子材料。

3.金屬材料的使用

金屬材料適用于汽車的發動機設計和生產，發動機啟動時油污多，溫度高、溫度變化大，滿足經濟要求，材料復原性能好是發動機最大特點，所以通過分析得知，機械設計與材料的選擇使用相輔相成。

結語：

總而言之，在對機械設計中的材料進行選擇的時候，需要將科學性的應用以及優化型的材料放在首位，通過對當前相關行業的發展情況進行分析，將材料選擇以及應用的重要性進行進一步的明確，從而滿足機械方面在設計過程中的生產標準，使得適用性、經濟性、可行性以及優質性得以實現，促進該行業進行更加良好地發展。

［1］王永強，陶亞楠，劉青.機械設計中的材料的選擇和應用探析［J］.科技創新導報，2012（20）:123-124.

［2］黃夢奇，王婧.淺談機械設計中材料的選擇和應用［J］.機電信息，2012（06）:101-102.

［3］胡家秀 機械設計基礎 ［M］，北京機械工業出版社，2011.