机械设计中材料的选择与应用研究

王二峰��

【摘 要】在机械设计中，材料的选择与应用已经成为了一个热点问题。随着机械行业的不断发展，我国的经济增长方式和可持续发展程度不断加深，机械材料的选择与应用也成为机械行业一个重要的环节。因此，本文以机械设计中材料的选择与应用为课题，展开了全面的分析与研究，以供参考。

【关键词】机械设计；材料；选择；应用

Selection and application of materials in mechanical design

Wang Er-feng

（Huadian Heavy Machinery Co.， Ltd Tianjin 300409）

【Abstract】In mechanical design， selection and application of materials has become a hot issue. With the continuous development of the machinery industry， China's economic growth mode and extent of sustainable development has deepened， materials selection and application of mechanical machinery industry has become an important part. Therefore， this paper selection and application of materials for mechanical design issues， launched a comprehensive analysis and research for reference.

【Key words】Mechanical design；Materials；Selection；Applications

1. 引言

在飞速发展的经济环境下，城市化的建设和发展进程不断深入，这导致我国机械相关行业在社会中的地位越来越重要。在国家未来的发展过程中，机械将成为发展的主要力量源头，将在我国社会主义现代化建设以及相关领域的持续发展中发挥重要的决定性的作用。机械设计是机械行业中的基础，在整个机械行业工作中显得尤为重要，该方面的发展对我国经济发展的社会效益、经济效益提高都有着显著性的影响。因此，对该环节进行充分的研究是一项十分有意义的研究内容。

2. 机械设计中材料的选择与应用的意义

目前，我国工业化发展十分迅速，由于相关体系不断完善，机械设备的使用概率在不断的提升，对机械设备的需求量也在逐步的增加，这样的发展趋势已导致我国的机械材料出现了短缺的现象。作为机械设计以及零件生产的过程中最为基本的元素，材料的有效保证和恰当使用，已经成为保证机械设计行可持续发展的重要因素。因此，面对当前状况，机械设计工作需要有效加强对材料选择方面的工作力度，在选材时对材料的环保性和经济性要进行充分的考虑，不仅要保证所采用的材料具有适合性和实用性，还要保证不会造成环境污染以及资源浪费。通过不断的对机械设计材料的良好选择，推动机械设计行业在发展过程中的稳定性。

3. 机械设计与材料选择的关系

在机械设计中，需要使用大量的生产材料。如何合理选用材料使机械设计能够实现是关键，如果机械设计的方案没有合适的材料完成，机械设计就将无法生产，设计也只能是无效设计；如果机械设计中应用合适的材料，将能进一步优化机械设计，使机械设计的思路进一步拓展。机械设计与材料间的关系从以下3个方面体现：

3.1 成本的体现。

机械设计的最终目的是将设计的机械生产出来并投入使用。如果选用的材料成本过于昂贵，那么机械生产在市场竞争中将没有价格优势。为使机械成本能真正满足企业需要，机械设计首要考虑材料的成本问题。

3.2 性能的体现。

不同材料具有不同的性能。就常用的机械设计材料来说，金属材料性能好、强度高，但许多金属材料在潮湿环境下易改变性能，因此使用金属材料要考虑环境问题；高分子材料弹性好、耐腐蚀性强，但不耐高温，在高温环境下，性能会发生变化等。因此，机械设计在合理降低材料成本的前提下，考虑材料的性能问题，保证材料性达到机械设计的需求。

3.3 质量的体现。

一个机械产品设计，可能同时需要多种材料共同完成。如果机械设计的材料运用合理，机械产品的每个环节就能在保证机械产品性能的前提下，应用其优点，回避其缺点，使机械产品的质量达到1+1>2的效果；反之，机械产品的整体质量会降低，机械设计则达不到设计的目的。因此，如何做好材料搭配也是机械设计的关键。

4. 机械设计中材料的应用特质

4.1 金属材料。

金属材料是机械设计中最常用的材料，一般提炼自金属原石。金属材料有金、银、铜、铁、锡、铝等，不同的金属材料价格不同，性能也有具有很大差异。总体来说，金属材料具有以下优点：容易获取、耐磨损、耐热性强、导热性强，部分金属的硬度和柔韧性很强。

4.2 陶瓷材料。

陶瓷材料也常常被应用于机械设计中。陶瓷材料硬度高，其硬度可与金属材料相媲美；耐腐蚀，对于化学材料侵蚀不敏感，无法产生很大的影响；重量轻，与同体积金属材料相比，重量远轻于金属材料。但是，陶瓷材料硬脆，抗冲击能力较差，如果遭受强大的冲击，将会损坏，同时它的价格也较为昂贵。

4.3 复合材料。

复合材料是指将两种不同性能的材料结合在一起，取长补短，使性能比单一材料更加优越。复合材料类别很多，比如碳纤维、玻璃钢、铝不锈钢等，不同的复合材料性能、价格不同。由于复合材料能够综合单一材料的性能优点，所以复合材料在机械产品设计中经常使用。未来，随着人们对材料性能的不断追求，将会开发出大量的新型复合材料，复合材料也将会越来越多地使用在机械产品设计中。

4.4 高分子材料。

在机械设计中，最常用的高分子材料为橡胶材料、塑料材料、纤维材料等。高分子材料重量轻、价格低廉、容易获取。在一些特殊的场合下，使用高分子材料能提高机械产品的性价比，但高分子材料也具有弱点，例如橡胶材料不耐腐蚀，如果有化学物品侵蚀，将失去原有性能；塑料材料不耐高温，如果遇到高温环境，将会失去性能。

5. 机械设计中材料的选择与应用要考虑的因素

5.1 性能的因素。

机械设计需要机械材料来完成。如果机械材料性能不能保证设计的需要，机械设计将无法实现。因此，机械设计选择材料时，确保材料性能是第一原则。不同材料具有不同的性能，负荷能力、强度等都不尽相同，机械设计师需要非常熟悉材料的性能，只有针对材料的性能进行合理的设计，机械设计才具有可实现性。

5.2 工艺的因素。

从机械设计到产品完成的过程中，材料要经过多种工艺流程。比如：可能要经过切割、拼接、焊接等。如果机械材料不适合批量加工，或者加工中容易出现问题，那么该材料就不能被轻易采用；反之，如果该材料既容易获取又容易工业加工，又能保证产品的性能，则在对产品进行机械设计时可先使用该材料。因此，在对机械产品进行设计时，不能不考虑工艺生产的因素，它也是选择使用某种材料时的一个重要的参考因素。

5.3 环境的因素。

机械产品会在怎样的环境中工作，是机械设计中必须考虑问题。环境因素对材料的影响非常大，比如金属材料有热胀冷缩的特性，它在高、低温环境下，状态不一样。如果机械设计时，不注意工作环境，将有可能使在恶劣环境工作的材料，在短时期内失去原有的性能，机械产品就将出现质量问题。因此机械设计必须熟悉机械产品的主要工作环境，根据不同的工作环境设计不同的机械产品，才能满足人们的需求。

5.4 价格的因素。

机械产品要在市场上有足够的竞争力，就需要做合理的价格定位，具有高性价比的特质。因此，价格的因素是机械设计时必须参考的。机械产品的价格取决于很多环节，比如材料是否容易获取、材料是在当地获取还是需要远输、材料的加工成本、加工过程中的损失成本、保存的成本等。因此对机械产品进行设计时，要综合考虑到对价格产生影响的诸多环节，在满足性能的前提下，尽量选择价格低廉的材料，控制成本。

6. 结束语

总之，机械设计中，在对材料进行选择时，需要将科学性的应用以及优化型的材料放在首位，通过对当前相关行业发展情况的分析，将材料选择以及应用的重要性进一步的明确，从而满足机械在设计过程中的生产标准，使得适用性、经济性、可行性以及优质性得以实现，促进该行业进行更加良好地发展。

参考文献

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