浅析材料在机械设计中的选择及使用

新乡职业技术学院　张美娟

浅析材料在机械设计中的选择及使用

新乡职业技术学院张美娟

摘要：本文旨在从机械设计中常见的几种材料及性质分析；机械设计中材料选取和应用需考虑的四大要点以及机械设计中常见的选材与应用技术方法等几个方面出发，浅谈材料在机械设计中的选择及使用的相关问题。

关键词：材料；机械设计；选择及使用

中图分类号：TH14

文献标识码：A

文章编号：1671-864X（2015）04-0136-01

在机械设计过程中，不但要重视设计方案的创新性和高性能，对设计方案的可行性和科学合理性也需进行充分的考虑，而机械设计的材料选择和应用就是设计师必须优先考虑的。材料的选择不但要考虑材料的性能、价格，还需预测使用该种材料可能造成的风险或出现的问题，只有将这些要点思虑周全之后，才能进行下一步骤的机械设计。

一、机械设计中常见的几种材料及性质分析

（一）金属型材料

金属材料在机械设计中应用非常广泛，是重要的机械制造使用材料。金属型材料以其常见易得、耐热导热以及耐磨损等优势成为当前机械设计中最常用的一类材料。同时，一些金属材料还因具备强度较大、柔韧性较好等性能受到广泛运用，例如：银的化学性质稳定耐腐蚀。一般在机械制造中选择使用的金属材料有：铝、银、铜、铁、锡等。

（二）复合型材料

复合材料是一种由两种或两种以上的不同性质的材料组合而成的新材料。这种材料的性能较其他单一性材料更加优质和多样，因此，复合型材料在机械设计中经常被使用。复合型材料分为金属型和非金属两大类，常见的金属复合材料有不锈钢、钛合金等，而非金属复合材料则有碳纤维、高硅氧玻璃纤维、芳纶纤维等。

（三）高分子合成材料

在当前的机械设计中，高分子合成材料的应用程度并不高，但在一些重要的机械设计方面也会有使用。高分子合成材料的质量轻、性能好，在特殊情况下还提升机械产品的性价比。但其也有遇恶劣条件性能降低、性质发生改变等缺陷。常见的高分子合成材料有纤维材料、橡胶材料以及塑料材料等。

（四）陶瓷类材料

陶瓷材料在机械设计中比较常见。其强度较高、硬度较好、具有耐腐蚀能力且质量较轻，特别是与同体积金属材料相比较的情况下，陶瓷类材料的重量远远低于金属型材料。但陶瓷也具有易碎、价格高等缺陷。

二、机械设计中材料选取和应用需考虑的四大要点

（一）材料所具备的性能

在机械设计中，设计师选择材料主要从各材料的性能着手，只有所选择材料的性能符合此次机械设计的要求，才能保证设计出来的机械产品质量可靠。如果选择和使用的材料在性能上无法满足设计的要求时，设计出来的机械产品将无法发挥预期的功能，无法达到预期效果。例如：一些机械产品在柔韧度和耐腐蚀方面要求很高，这就需要设计师选择具备这些性能的材料进行机械产品的制造，如果这些要求被忽略，设计出来的机械产品很可能会由于受到设计材料的制约而无法进行正常的生产制造工作，即便能够进行生产活动，其生产出来的产品也将无法达到使用标准和要求。因此，设计师在选择材料时应优先考虑材料所具备的性能是否与设计要求相适应。

（二）加工工艺的影响

机械产品的完成需经过设计、加工、成品三个环节。在产品的加工过程中，加工工艺的差异以及加工理念的不同将会对产品的质量及性能产生影响。加工环节的程序复杂，包括了多种工艺和多项流程，每一道工艺或每一个流程中出现的细微纰漏都会影响产品的性能。因此，设计师在考虑所选材料性能的同时需要顾及到加工工艺可能对材料造成的影响。

（三）加工环境的影响

与加工工艺一样，材料的加工环境也将对材料的性能产生影响。例如一些金属材料在温度剧变的条件下可能会发生变形等问题。因此，在对原材料进行选择时应考虑到机械产品生产场地的环境影响因素。如果材料在在与之性能不相适应的环境进行加工生产，其生产的产品性能将受到影响，从而影响到产品的质量，进而对企业造成经济损失。因此，设计师在设计时应充分考虑到产品所处环境可能会对加工造成的影响，并制定出解决方案。

（四）机械产品的价格

为了增强机械生产企业的生存能力和市场竞争能力，除了提升产品质量形成品牌效应吸引更多用户之外，产品的价格也是重要的决定因素。机械产品的性价比是用户购买时优先考虑的因素，因此，设计师在设计时应充分考虑原材料的成本，加工所需的成本费用，企业在此基础上确定合理的价格。总而言之，机械产品的价格不但要保证用户的可接受程度、满足市场对产品的需求现状，也要在保证产品质量的前提下，尽量降低生产成本，获得最大程度的利润。

三、机械设计中常见的选材与应用技术方法

（一）运用调质技术提升材料性能

为了提升材料的综合性能，对材料进行调质这一种热处理技术非常常见。它不但能够对材料的强度和塑性程度进行提升，而且能通过提高材料强度和冲击度来减小零部件的体积，减轻重量，从而使机械的重量得到减轻，所需空间减少。

在运用调质技术时，应清楚明确标注调质，以防止一些厂家误用其他技术对材料进行处理。同时，调质的硬度范围也需注明清楚。此外，热处理后的材料硬度应与实际要求相适应。

（二）硬化技术处理材料表面

为了提升材料的耐腐蚀性和耐磨损性能，可以采用氮化技术以及渗碳技术等常见的硬化技术对金属材料表面进行处理。渗碳技术是将钢材放入渗碳炉中进行表面碳含量增加技术，达到标准后进行淬火，最后利用低温回火技术消除其应力。

（三）钢材的氮化技术

利用氮化技术对钢材进行处理具有材料变形程度较低，氮化后无需进行再加工等优点。材料氮化的强度需依照材料质量进行核算确定，在氮化时通常使用整体氮化技术，必要时可采用局部氮化技术对局部进行处理。氮化技术非常适合与调质技术一同使用，这样可以增强材料的耐磨损性能，同时提升材料的强度。

结语

综上所述，在机械设计过程中，对机械制造材料进行科学合理的选择和应用非常关键，对机械产品的性能、寿命等都有深远的影响。设计师在对材料进行选取时，应充分考虑各材料的性能，选择出符合机械设计要求的材料，并通过专业技术及方法对材料进行处理，以提升材料的性能及机械设计的适应程度。

参考文献：

[1]王杰，程明远，李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息，2011，12（11）.

[2]索春英.浅谈自动化技术在机械设计中的应用[J].价值工程，2014.