机械设计中的材料的选择和应用分析

朱井伟

摘要：随着我国现代工业化的加速发展，机械行业也逐渐发展起来，随之而来的就是机械设计中材料的选择与应用的问题，由于材料是机械设计的基础，几乎决定着机械设计的整体效果，因此，在进行机械设计时，要综合考虑各个方面的要求，选择最适合的材料。本文从机械设计常用的材料，材料选择的原则以及注意事项三个方面进行了简单分析，从而为机械设计中材料的选择与应用提供一定的思路。

关键词：机械设计；材料选择

国家工业化水平蒸蒸日上，机械行业蓬勃发展，作为机械设计的基础，材料的选择与应用显得尤为重要，再加上我国可持续的发展理念，材料的选择既要注重实用性，也要强调经济和环保，只有保证了机械材料选用的合适性，机械行业的良好发展才能有保障。

一、机械设计中常用的材料

（一）金属材料

在机械设计中常用的材料有很多种，但是用的最广泛的当属金属材料，比如常见的钢和铁，主要是因为这两种材料的强度和韧度非常强，而且价格低廉容易获取，特别是合金材料，常常被运用到各种机械零件的设计中，是机械设计主要的基础材料。

（二）高分子材料

随着技术的发展高分子材料逐渐出现，并以其独特的优势被应用到机械的设计当中，占有越来越多的比重，最常见的就是塑料、合成纤维等，它们的来源广泛，延展性强，而且在获取过程中消耗的能源非常少，因此得到了人们的青睐，但是近年来“白色污染”愈加严重，一种更加环保的材料亟待人们的研究开发。

（三）复合材料

顾名思义，复合材料并不是单一的某种材料，而是由两种不同的材料通过物理或化学方法结合在一起的，一般它会具有这两种材料的优点，更能够满足机械设计的要求，因此也更得到人们的喜爱。通常来说，复合材料可以分为金属材料和非金属材料两种，常见的有合金，树脂等。

（四）陶瓷材料

陶瓷的主要成分是硅，因此它的主要特点就是密度低，硬度高，耐腐蚀，根据它的特点我们可以设计制作一些密封性的零件，可以达到很好的效果。但是由于它价钱高又易破碎，它的应用范围也有所限制。

二、机械设计中材料选择与应用的基本原则

由于机械设计的要求不同，零部件的用途也不同，因此在设计时要结合各方面的最终目的选用最合适的材料，一般来说，主要有一下一些基本原则：

（一）要考虑材料的载荷水平

荷载水平对于机械零件最后效果的发挥具有重要的作用，荷载水平过低可能会导致机械设计后期失效。因此，为了防止各种意外事故的发生，必须在材料应用之前进行荷载能力评估，进而进行进一步的处理，使得材料更加符合设计需求。

（二）选用低耗环保材料

绿色节能是现今社会各行各业发展的主旋律，在机械设计行业中也不例外，一般来说，低耗环保包括两个方面，一是指设计材料，二是指材料的加工过程。为了达到要求，我们一般要尽量选择具有低能耗和低污染的原材料，并且在加工过程中要尽量避免会产生污染的一些程序。

（三）选用绿色无害材料

我们都知道，在常见的一些机械设计材料中，难免会含有一些有毒物质，这些物质会对人们的身体健康产生不同程度的影响，即便是做好了防护，也会在加工过程中产生一些有害的废弃物，不管是对环境还是人体都会有所影响，所以，我们在选择设计材料时，一定要尽量选用绿色无害材料，将危害将至最低。

（四）注重零件的使用性

任何机械零件设计的最终目的都是使用性，这也是材料选择与应用的最根本的要求，所以在进行设计时，首先要清楚零件的用途，然后根据要求柳巷材料的选择，比如有的零件就要求有很好的延展性，有的则要求有很高的硬度或是耐磨性，总之，具体问题具体分析，不同的要求选用不同的材料。

（五）选用可循环利用的材料

金属材料是机械设计中最常用的一种材料，而且为了达到好的效果，在零件设计时往往会选择不同的金属种类，以达到不同的要求，但是这种合金材料做的零件一经报废，就很难回收，这样不仅增加了回收成本，而且也浪费了资源。所以，在选用材料时，一定要考虑材料的可回收性，避免浪费，遵循可循环利用的发展理念。

（六）注重材料的经济实用性

在选用设计材料时，我们肯定要重视材料的经济实用性，在满足各方要求的基础上选用节约成本的材料，包括材料本身以及加工的整个过程，这样的设计才是最科学适用的。

三、材料选择与应用在机械设计中的注意事项

（一）经济性与实用性相统一

经济性与实用性的统一是机械设计的基础，这主要包括两个方面，一是在整个零件的加工过程中，材料的加工运用要严格遵照加工标准的要求，不同的材料或要求要使用不同的加工技术，比如常见的技术有切割技术，焊接技术等，这些技术对材料都有着特殊的要求：另一方面，在应用材料时要注重经济性，在同样的效果下尽量选用成本最低的材料，在保证必要前提的基础下最大限度地控制整个工艺流程，减少不必要的程序。

（二）节能性和环保性相统一

绿色发展与可持续发展是当今时代的主题，而在机械设计中贯彻材料运用的节能性与环保性的统一将是促进我国生态经济建设的重要举措，因此，在选择材料时，要特别注意环保材料的作用，在降低成本的基础上实现绿色设计，低能设计。

全球一体化越来越快，城市建设的机械化规模越来越大，随着我国工业化进程的加快，机械设计在国民经济发展中起着很重要的促进作用，而材料是机械设计的核心与基础，它决定着整个设计的结果，但是资源短缺是我国当下的一个关键難题，加上人们对机械设计的新观念，新看法，以科学的态度开发利用新资源，并在机械设计材料选择中注重经济，实用，环保，低耗，可持续将是未来发展的必然趋势。

因此，在机械设计中注重材料的选择与应用，严格遵照选用选择，注重选用事项，是实现机械设计新发展的必由之路。

参考文献：

[1]王永强，陶亚楠，刘青.机械设计中的材料的选择和应用探析[J].科技创新导报，2013（20）.

[2]黄梦奇，王婧.浅谈机械设计中材料的选择和应用[J].机电信息，2013（6）.