淺談機械設計中材料的選擇和應用

龐小蘭 王勇明

摘 要：機械設計是制造業的基礎，本文通過對材料選擇在機械設計中的作用，提出了機械設計中材料選擇的原則，針對機械設計中不同材料的選擇，提出了材料的應用方法，為相關的實踐帶來一定的參考作用。

關鍵詞：機械設計 材料 選擇 應用

引言

機械設計在制造業中占據著重要的作用，它是制造業的基礎。隨著科技的發展，新材料、新方法、新工藝等新型生產方式的出現，為機械設備制造開拓了新的天地。新材料如何使用，工藝路線如何制定，尚需進行深入的探討。

一、材料選擇在機械設計中的重要性

材料是構成機械設備的基礎，在各行各業材料的應用都是非常廣泛。在如果選材不當，容易產生機械產品的提前報廢，給社會帶來損失，因此合理在材料的選擇和應用上是十分重要的。每一種材料均有其獨特的理化特征，充分發揮其特點，展現其潛力是，機械設計選材的重要內容。

二、機械設計中材料選擇的原則

1、滿足使用性的原則

機械設計中，材料是各零件構成的基礎。在分析零件時，要根據零件的外形尺寸和內部的受力情況計算出應有的力學、性能指標，這樣才能有效地選擇材料。零件因其在機械中所起的作用不同，就要詳細分析零件的使用條件，即受力的分布情況，所處的運行環境（包括自然環境、電磁環境等）中載荷的變化，這些條件的改變，將造成零件的實效，認真分析原因，還能為選材提供依據。

2、滿足工藝性的原則

由材料到零件需要一定的加工過程，而材料的工藝性能，決定了零件加工的加工性能，顯然越容易加工的零件，其成本就較低。零件的主要制造工藝涉及到鑄造工藝、鍛壓工藝、焊接工藝，以及熱處理工藝、切削工藝等。在加工工藝上，投入的成本越高，意味著零件的價格更高。因此，采取適當的工藝來生產零件是有必要的。

3、滿足經濟性的原則

經濟性是機械設計中的重要一環。降低成本可以采取以下的措施，降低加工成本。在零件加工的過程中，要使用最為簡潔的工藝方法。用型材不用加工件，用便宜金屬不用貴金屬，用非金屬材料不用金屬材料；或者貴賤金屬組合，關鍵部位使用貴金屬，其它非關鍵部件使用價格低的金屬；盡量采用標準化設計，多使用通用零部件，這樣能提高效率，減少工期。這些均是減低成本，提高經濟性的手段。

三、機械設計中不同材料的選擇

1、金屬材料

在機械設計中，金屬材料有著重要的地位，因其具有良好的理化性，是使用廣泛的材料。金屬材料有很多，最常使用的有鐵、銅、鋁、錫等，當然也有貴金屬，金銀等。金屬具有良好的延伸性，非常適合制造零部件。當然，一些金屬合金因其具有良好的理化性能， 能夠大幅度地提高機械性能，使金屬使用的空間更為廣泛。

2、復合材料

如同合金一樣，復合材料是兩種或兩種以上的物質，經過理化變化，形成的新材料。這種復合材料，有著兩種或兩種以上物質的特點，形成了獨特的優點。復合材料一般可以分成兩類，即金屬類復合材料和非金屬類復合材料。這兩類復合材料在機械設計中均有大量的應用，特別是在一些有特殊要求的地方，復合材料因其重量輕，理化性能好，均得到了廣泛應用，如在飛機制造中，大量使用復合材料，保證了飛行安全。

3、高分子材料

此類材料由高分子化學物質聚合而成，因此又被成為聚合物材料，因工程的需要，對其添加了一定的改良劑，使其性能上發生了很大的變化。最為常用的高分子材料就是塑料、合成纖維等，其具有的良好的特性，正逐步得到越來越多的應用，這樣在提高機械的設計壽命、降低使用成本上，均有突出的表現。

4、陶瓷材料

陶瓷材料作為一種新興的材料，可分為碳化硅、氮化硅兩種。陶瓷材料具有硬度高，抗腐蝕，耐研磨等特點，被廣泛應用到精密儀器儀表的設計生產中，成為高科技用途的重要使用材料。

四、機械設計中材料的選擇應用

1、載荷情況

在機械設計中，對材料的載荷情況有著明確的規定，所以在載荷情況上有多加注意。在材料的選擇上，如果降低載荷標準，這樣講影響機械的壽命，不能完全發揮出機械的效能。因此在選材時，要根據實際情況，適當選用高載荷的材料，這樣更能發揮出機械的效能。

2、能耗程度

在選擇材料的時候，要注意能耗的問題，即盡量降低設備制造過程中的能耗，這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。在設計的過程中，盡量選擇能耗低的材料，能不用熱處理的材料優先采用，如果必須采用熱處理，也應選擇工藝程序少的材料，這樣不僅能有效降低成本，還能創造環境友好型的企業。

3、環境保護

在機械設計的過程中，一定要注意環境保護工作。我國的資源是有限的，利用好有限的資源，盡量減少對環境的污染，應在機械設計中得以體現。盡量選擇對環境破壞小的金屬材料，不要過多使用重金屬材料，使用發展的眼光進行機械設計，體現材料與應用的最佳結合，提高設計的環境友好，充分挖掘材料本身的能力。

4、使用性能

機械設計的目的是實現機械的使用，因此，在材料選擇上，要依據零部件的特點，所要求的性能指標來進行選擇。在實現了使用功能后，機械還有一些別的要求，例如外形要求新穎美觀，機械強度需要加強，這些要求，要根據客觀條件，適當地選擇合適的材料完成這些要求。

5、循環利用

從人均資源占有量的角度講，我國的資源相當匱乏。因此，在機械設計上，要根據我國的實際情況，選擇能夠循環使用的材料，或者將不能循環使用的材料改造成循環使用材料，這樣，不僅僅是資金成本的節約，也是資源的節約，為我國的現代化建設提供了資源保障。

結語

伴隨著我國新時代的腳步，我國的機電產品將越來越先進。通過對機械設計中材料的選擇和應用的初步探討，只是對其進行了簡單說明，希望能夠為相關的實踐帶來一定的參考作用。

參考文獻：

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