机械设计中材料的选择和应用分析

摘要：本文主要针对在机械设计中合理选择和应用材料的意义、机械设计常用的材料、材料选择和应用在机械设计中的注意事项以及机械设计材料的原则进行简要分析，仅供参考。

关键词：机械设计；材料选择；应用

中图分类号：F407文献标识码： A

一、在机械设计中合理选择和应用材料的意义

随着近几年来我国工业化进程的不断加快，机械设计中对于材料的需求越来越大，而同时用于机械设计的很多材料也都逐渐变成了稀缺资源，因此机械设计行业内的资源需求矛盾日益突出，争抢发展空间与资源的现象也日益凸显。而若想淡化和解决这一矛盾，就要求机械设计人员必须在进行机械设计的过程中更加注重对于材料的选择和应用，尽量选择一些经济适用的绿色环保材料，充分利用有限的资源来实现最大化的效益，从而使机械设计行业能够得到可持续发展。

二、机械设计常用的材料

1、金属材料

在众多工程材料中，金属材料使用的最广泛，据统计在机械产品中金属材料在90%以上。在机械材料中钢铁材料被大量使用，因为它们的强度和韧性都比较好，而且价格便宜还能满足不同的性能要求。在金属材料中，合金的性能是比较优良的，适合制作各种零部件。

2、高分子材料

高分子材料通常包括塑料和合成纤维。这种材料有在工业生产中有很多优点，材料的来源比较丰富。可以从天然气中提取，它们对能源的消耗比较少，密度小有很好的延展性。

3、陶瓷材料

陶瓷材料是以氮化硅和碳化硅为主要成分。陶瓷材料的主要特点是硬度高、耐腐蚀、密度低、抗压强度高的特性。目前陶瓷材料多用于制作密封零件。陶瓷材料的缺点是比较脆，容易断裂，价格比较昂贵。

4、复合材料

符合材料是由两种以上不同的材料构成的，通过物理和化学的方法组合成一种新的材料，这种复合材料的性能可以满足不同的工艺生产要求。复合材料可以分为金属和非金属两种。金属材料包括铝、镁还有合金。非金属材料有树脂、橡胶、陶瓷等。增强型材料有玻璃纤维、碳化纤维还有金属丝等。

三、材料选择和应用在机械设计中的注意事项

1、满足机械零件应用的要求

通过多年的研究和实践可知，对于机械零件来说，其承受的外载荷是造成的零件失效的主要原因。因此，在进行机械设计的材料选择时，必须综合考虑材料的载荷性能以及在工作中零件所需要承受的外载荷的大小和特征。并以此作为选择材料和进行可靠性设计的标准。零件在载荷的作用下，会发生弯曲或扭曲现象，这种变形有时候是可以恢复，有时则是永久性的，产生不可逆的弯曲、拉伸或压缩变形。为了避免材料产生变形，确保零件的实用性，通常可以选择各部分性能比较均匀的材料来制造零件，此外，也可以运用特殊的加工方式来改善材料的抗变形的性能。如用中碳钢调质或低碳钢渗碳的加工方式对其进行加工，进而提高材料的性能指标。

2、满足经济性的要求

当前，机械设计所需材料相当缺乏，然而随着经济的发展，社会的进步，机械工业也蓬勃发展起来，对于机械材料的需求量也与日俱增。面对如此多的需求，确保材料的经济性，就成为机械设计工作中必须要考虑的问题。既不能造成材料用量的浪费，也不能造成在材料性能方面的浪费。例如，在确定选用何种材料以及材料的硬度时，需要根据零部件尺寸以及零部件心部的强度等进行确定,材料的用量满足零件的机械性能即可，无需采用过多的材料而造成机械制造成本的增加。如果有效截面面积小于50mm，就可以选用20Cr；如果截面面积为50-150mm，且重量小于50千克，则可以选择20Crmnti等。诸如此类，通过改进和优化设计中对于材料的选择，就能够避免浪费，节约成本。

3、满足环保性的要求

工业垃圾、废料垃圾、白色污染，这些在很多年前人们所不知道的名词，现在已成为全世界广泛关注的话题，环境污染问题已成为当前亟待解决的重要问题之一，而解决这一问题的有效途径，就是促进环保，保护生态平衡，推动可持续发展。机械设计人员也是任重道远，在进行机械设计时，对于材料的选择更需要多进行研究、谨慎选择。设计是生产的开端，生产取决于设计，为了追求更高的经济效益而以牺牲环境作为代价，是得不偿失的。环境保护问题是关系到人类发展和生存的重大问题，作为设计人员，在进行设计时必须以坚持环保为原则，重视材料选择和应用的环保性。

四、机械设计材料的原则

载荷应力大小与性质。从强度方面来考虑，要在了解材料的基础上进行选择，比较脆的材料适用于静载下的工作零件，在冲击力比较大的情况下最好采用塑性材料。

机械的工作情况。温度对材料的影响，在对材料进行选择的时候要考虑到材料的膨胀系数，要选择膨胀系数较少的材料。要避免材料在高温时发生松动，材料会随着温度升高而变化。机械在作业时会发生磨损。所以在选择材料时要选择硬度强、耐磨性好材料。

零件的复杂程度以及材料加工的可能性。结构复杂的零件要选用铸造毛坯，或者用板材挤压元件进行焊接。结构简单的零件可以用锻造法。

机械的经济性。在选择机械材料要选用价格低廉的材料，不能选用价格昂贵的材料。在制造箱体的材料时选用钢板焊接是比较好的，可以省掉一些生产费用。

材料的利用率。可以采用无切削的铸造方法，可以提高材料的利用率。材料的供应情况。对于小批量零件应减少材料的使用。

五、机械设计中材料应用工作的重点分析

在进行机械设计过程中，除了要确保材料选择的科学性和合理性，还要注重材料应用工作的经济性和环保性，材料应用工作是材料选择工作的体现和拓展。在机械设计中，材料应用的工作同样具有着不可替代的重要地位。可以说，材料选择工作关注的是合理性的要求，而材料应用工作的重心则在于经济性和环保性。如何在确保零件实用性的条件下，正确处理材料选择工作和材料应用工作的关系，达到两者的协调和统一，使材料兼具经济性、可操作性、节能环保性，是当前机械设计行业以及机械设计工作者必须面对和解决的重要课题，也是机械生产与加工行业蓬勃发展的必然选择。

1、材料应用工作是适用性与经济性的统一

设计人员需要明确一点，适用性与经济性的统一是当前在机械设计材料应用工作中首先要考虑的问题之一。

2、材料应用工作是环保性与节能性的统一

时代的发展、社会的进步，赋予了机械设计人员新的历史使命，对其提出了更高的要求。在当今生态经济社会建设发展过程中，可持续发展的观念深入人心，为了保护人类赖以生存的环境，必须把环保与节能作为机械设计材料应用工作的重心。人类所拥有的原材料并非取之不尽用之不竭的，而是随着需求和消耗而逐渐减少，有些材料甚至是不可才生的。最终势必会给机械设计材料的选择与应用工作埋下严重的隐患，加强材料应用工作中节能型与环保性的统一势在必行。关注机械设计材料应用阶段的节能环保，不仅可以有效节约原材料和成本，减少不必要的能源耗费。与此同时，广泛的创新空间还能够满足机械设计中材料应用环节的环保性要求。

结束语

综上所述，机械材料的选择和应用在机械设计行业中具有重要的意义，我们在选择机械材料时要考虑到材料的实用性和经济性，只有这样才能高效的完成机械工作，为机械设计行业的发展奠定良好基础。

参考文献

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