机械设计过程中机械材料的选择和应用

常玉燕

摘 要：随着制造业的发展，机械产品使用量也在不断增加，加上各类有限元分析软件的发展，机械零部件的结构设计水平有了很大的提高。机械产品质量问题更多地表现在材料的选取上，合理的选取材料能有效地提高设备的工作效率，提升机械的寿命。

关键词：机械设计；机械材料；选择；应用

材料的选择与应用是机械设计的重要内容，其关系着机械产品的性能及使用寿命，尤其是部分机械产品对材料各项参数要求较高，需设计人员综合分析，保证选择材料的合理性与科学性。

1机械设计中机械材料选择和应用的意义

机械行业在国民经济的发展中具有推动的作用，是一项至关重要的支撑型产业。针对于机械设计行业而言选择和应用机械材料都很重要，尤其是科学发展观要求提出以后，重视选择和应用机械设计的力度加大了。产业化在不断地发展，不能够把眼光只放在机械设计的发展上，还应该注重经济效益和环境保护应该步入可持续发展的道路。我国工业化发展在不断地加快，机械设计所用材料的需求量也在加大。但是机械设计中可以使用的材料却很少，从世界范围看，社会发展与资源稀缺出现了冲突。为了满足消费者物质文化的需求，使消费者的消费水平得以有效地提升，机械设计行业开始寻找新型的材料，这种新型的选择方式既能够使机械设计的经济性和适用性得以有效地满足，又能够使机械设计的可持续发展得以满足[1]，这种新型方式的改进能够充分地利用有限的资源。若想使机械设计深入地发展，必须要将选择和应用机械材料协调好，从而使机械行业在社会发展中做出更大的贡献。

2常见机械工程材料的分类及特性

目前机械设计中常用的工程材料包括：金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料。在很多的工程中都可以看到金屬材料的使用，可以说金属材料已经广泛应用于工程领域中，一些有关人员专门统计机械产品中使用的90%以上的材料都是金属材料[2]。针对于金属材料而言大多数选用的是钢铁材料，这就说明钢材具有非常好的强度和韧性都达到了使用的标准。另外材料价格也很低，材料可以在生产的许多方面进行使用，这也表示在机械设计材料中使用钢材非常合适。随着我国科学技术的进步，高分子材料逐渐出现在人们的生产生活中。高分子材料有着其独特的优势，在机械设计中占比越来越大。在高分子材料中应用最多的就是塑料、合成纤维等，这些材料具有来源广泛、延展性很强等特点，同时在加工制作过程中消耗的能源非常少，受到了人们的重视。但是最近几年人们逐渐发现塑料制品能够产生“白色污染”越来越重，就目前来说人们需要一种更加环保的高分子材料[3]。复合材料与陶瓷材料和高分子材料相比具有更好的抗疲劳性能、比强度及耐磨性。但是这种材料成本高，一般应用在航空、武器等重要领域。

3机械设计过程中机械材料的选择和应用要点

3.1选择载型材料

在机械设计的过程中，机械材料外载荷性对机械元件能否正常地工作起决定性的作用，若想对零件失效问题进行预防和解决就需要有效地运用机械零件的性能进行解决该问题。通常零部件失效现象出现的原因是因为零部件性能与零件外载荷有冲突情况出现，因此在对机械材料进行选择时，选择的材料必须要与载何性能相符合，才能够使载荷型的材料达到标准。在具体选择机械材料时，载荷性能分为两个方面：其一，零部件是在外载荷作用力下有扭转的现象出现，通常这时的应力主要集中于材料表层，也就是说材料的表面性能对零部间控制效果起决定性的作用。所以，在对机械设计材料进行选择时，最好选择中碳钢或低碳钢渗碳作为原料，这种原料制成的机械部件能够有效地承担一定的载荷力。零部件利用这种方式进行选择和加工，通常能够使零部件的质量得以有效地保证。其二，在实际工作中，有些零部件对于一定的压缩作用和拉升力都要承受，因此，材料选择时，必须将材料选择性地均匀分布，从而高效地完成选择材料的任务。

3.2合金钢、碳素钢选择

碳素钢是目前机械设计中，最为常见且使用较为广泛的材料。然而由于这种钢材的韧性与强度却十分有限，虽然碳素钢价格低廉且可加工工艺较为出色，但却无法制作中等以上形状的零件[4]。作为提高金属材料韧性与强度的关键，合金便在此过程中得到了提名。合金钢相较于传统钢材具有更高的强度与韧性，能够满足许多机械设计的根本需求。除了能提高材料韧性和强度之外，也起到了增加淬透性的作用，同时还有增加材料耐磨性的作用。这样不仅避免了浪费，又实现了零部件质量得到了保障。

3.3低消耗材料选取及应用

机械行业的可持续发展，不仅要建立在城市的不断建设上，同时还要从机械设备的选取与使用过程中，加强节能环保材料的使用。这是因为在材料的选用过程中，环保节能的材料将会有效降低污染。首先，在选取机械设备材料的途中，应减少或避免热处理工艺的应用，这是提高材料寿命与使用性能的关键；其次，热加工处理还会大幅提高材料处理与生产对周遭环境的破坏。机械设备的材料选择及处理可以选择冷轧与热轧的方式，做到最大化发挥材料的性能。此外如若热处理这一工序是生产过程中不可避免的一步，那么应尽量选用工序使用较少的材料，从而降低材料消耗，更多的使用低耗能材料，确保行业可持续发展。

3.4选择无害的材料

在机械加工中使用的材料一般都含有一些有危害性的元素，不仅影响人的身体健康，还能给环境带来非常恶劣的影响[5]。因此在机械设计加工前，一定要对材料进行检测，尽可能的不使用含有有害成分的材料，如果由于需要必须使用一些有毒材料，一定要做好准备，在实际工作中尽量避免和人的接触，减少对人体的伤害。

3.5选择可回收的材料

在机械设计中所选用的材料大部分都是金属材料，但是有些金属产量很低，如果在机械设计中大量使用含量稀少的金属就会极大的降低此种金属含量，而如果不能及时找到替代材料，就会影响到行业的发展，因此在机械设计的材料选用过程中，尽可能选择一些可回收利用的材料，不仅可以促进企业的发展，还能降低环境污染。

3.6使用性材料

在选择材料时使用性是选取的第一要求标准，同时使用性也是控制材料质量与性能的根本要素。设计过程中不同材料构建会对不同的机械零部件造成不同质量的影响，如部分机械零部件对于材料的要求是强度较高，而部分机械零部件则对材料的要求是外表美观。在选择材料与设计机械样本的过程中，设计人员必须清晰的了解不同零部件部位，对不同材料的本质需求，选择性价比更高的基础材料。

4结语

不同材料的选取，将会直接决定机械设计的最终质量。因而材料的选择必须注重材料的功能性价值，此外还要注重材料的经济、适用、节能与环保功能。对于不同钢材的选取，则要注重钢材的强度与韧性要求，避免资源浪费。同时确保材料的无公害与节能，从而发挥机械设计的最大价值。

参考文献：

[1]郭伟.机械设计中工程材料的选择与应用要点[J].装备机械，2016（3）：62-65.

[2]车明浪，史兆伟.机械设计中的材料的选择和应用[J].金属材料与冶金工程，2015，43（4）：25-27.

[3]吴斌.机械设计中的材料的选择和应用[J].南方农机，2017，48（12）：62.

[4]袁小伟.关于机械设计中的材料选择和应用探讨[J].机械工业标准化与质量，2017（6）：42-45.

[5]徐荣刚，肖金健.论化工机械设计中的材料选择和应用[J].化工管理，2017（24）：204.