试析金属材料在机械设计中的选择与应用要点

李满昌 马泽群

摘要：金属材料在机械设计中的地位无与伦比。在机械工业中如何对有限的金属原材料进行完美的应用对机械工业的发展具有重要的意义。由于金属材料种类多样，它们的特性也有很大的不同，只有掌握好這些原材料的分类、性能以及相关应用领域等内容，才能在机械工业设计中发挥最大的作用。本文对此进行了分析。

关键词：金属材料;机械;设计;优化探究;应用

前言

在科学技术高度发达的今天，要進一步利用科学技术，毫无疑问，传统的机械需要得到彻底的更新，尤其是金属材料，因此，在科学技术飞速发展的今天，科学技术的利用必须跟上科学技术的发展步伐，充分利用材料，材料在机械设计中起着比以往更大的作用，使机械系统的设计能够完成比以往更多的工作，这是对科学技术利用方向的一种改进。

1金属材料在机械设计中的选择原则

1.1需要考虑零件的工作环境

在如何选择金属材料加工某一确定零件，必然需要对该零件的工作环境进行考虑，例如常见的压力变化，温度变化，电导率变化，体积变化等等。压力变化可能引起零件表面的受力结构受到破坏，温度变化可能对温度敏感的材料产生永久损害。又如考虑到机械的实用性，必然不可能是少量次数的使用物品，那这就牵涉到长时间的保存，而金属材料的保存，面临的最大问题就是耐腐蚀问题，一种良好的耐腐蚀材料，能长时间的在潮湿环境中保存，然而实用性不只是长时间保存的问题，还有高频的使用，高次数的使用必然导致出现新的问题，就是磨蚀，机械中的传动全靠物理接触，而每一次物理接触，都是一次极其微小的磨损，在次数极高的运作下，每次微小的磨损叠加后引起的是显著的金属结构的变形与破坏，因此，耐磨性必然也是选择的要点之一。其中任意一项因素的改变都将对该零件产生一定程度上的影响，而这种影响又会逐步传播到下一步的工作进程中，从而导致整个机械模型受到影响，进而影响到工艺流程等，可见，在考虑机械设计的初步，就是考虑原材料的选取，而如何进行选取原材料，又需要从制作完成后的零件所处的工作环境，以及原材料本身的物理系数等等进行综合考虑，得出一个最佳设计方案。

1.2 金属材料的载荷和应力

当材料的工作环境确定之后，大致的金属材料要求也能确定很多部分，但仍然不足，因为在机械设计中，最重要的还是金属材料的载荷以及应力。金属材料的载荷，通常有金属自身重量的载荷，以及外界压力的载荷，两者结加在一起，构成对金属材料的总载荷，若金属材料能够满足工作环境所需条件，一个大的载荷是必不可少的，否则，一个小的载荷不但不能有效承载外界附加载荷，还可能因为自身重量过程，导致自身载荷大于自身所能承载的极限，从而导致自身结构的破坏。应力可以在材料刚度和脆性上得到体现，应力大的材料，因为内部应力作用，外界力很难使材料发生形变，体现刚度;但一旦形变，就很有可能因为应力过大的作用而使材料本身结构被破坏。由此可见，金属材料的荷载需要的一个较大的值，这能有效承载材料的总荷载，但应力却需要一个适中的值，这样能确保材料不易形变与脆性过高。这样的材料制作成的零件，再由零件设计成的机械模型，在实际运作中，将体现出优秀的性能，而优秀的性能，体现在机械模型上，就是使用寿命，工作效率的提升。

1.3金属材料的经济性和实效性

在金属材料各方面的物理参数数据范围选择确定后，应当再继续考虑一个新的问题，就是金属材料的价格以及实际中使用效率，无疑，这是非常重要的一点，因为一台优秀的机械模型，不能因为建造成本的过高而放弃，因此在金属材料各方面物理参数数据范围确定的前提下，更应该在每一个物理参数下进行横向对比，选择出性价比高的材料，再根据当前材料，调整后续物理参数所需数值，值得注意的是后续选择参数不应超过之前确定的物理参数数据范围，所改参数仅仅只是数据范围内的上下波动，之后应得出几组材料的优秀解，再次计算不同组之间的性价比，此时应注意到时效性，即性价比的波动，综上所述的综合考虑后，选择出性价比高的几组作为机械模型设计的原材料。

1.4金属材料的复杂结构程度及加工性能

不同材料之间，因为存在不同的物理参数，所以有不同的物理性能，之前所考虑的金属材料选择出发点都只是已经设计好模型之后，什么样的金属材料才能满足当前机械模型的工作需求，但目前所面对的情况为，有了金属原材料，需要开始加工流程，但因为不同的物理性能，加工难度存在明显区别，加工难度不仅是体现在加工材料的物理性能差异上，还体现在加工零件模型的操作困难上，同一种金属材料，加工不同的金属零部件，加工难度完全不同，而同一的金属零件加工，也会因为不同的金属材料而导致加工难度存在差异，加工之后，金属材料的物理特性可能因为加工过程的切割高温等因素而产生变化，不同材料变化的程度不同，因此，我们需要确保加工之后金属材料的物理性能依旧符合之前的需求，因此去掉物理数据变化明显的那一组金属材料。

1.5机械设计中对金属材料的应用探讨

从设计机械模型问题出发，探讨机械模型所需的金属材料，从第一步考虑机械中金属材料所处位置，假想在那种工作环境中，金属材料会受到怎样的外界压力，金属材料自身又会产生怎样的物理变化，又会对机械模型产生怎样的影响，之后我们给出各个工作环境下金属材料应当怎样确定材料物理参数的范围，然后考虑金属材料在自身及外界荷载下将承受怎样的荷载以及产生怎样的应力，相应之间又该如何选择，当这些关于机械设计的主要参数确定后，又考虑相应金属材料的采购，进而引出经济性的金属材料选取，之后是考虑加工难点与工艺复杂，最后则是考虑到我们所处环境，整个流程工艺对环境产生怎样的影响，至此，已经全方位考虑关于机械设计的金属材料选取问题。

2结束语

在机械设计中，多数人只看重机械设计的结构，运作模式，处理能力，然而金属材料的选择，的确是设计一个优秀机械最重要的基础，没有一个好的材料，如何能运作一台优秀的机械，如何让科技的力量在机械中奔腾？所以一定要选择合适的金属材料，使其在机械设计中發挥更大的作用。

参考文献：

[1]高鹏，韩伟.金属材料在机械设计中的选择与应用分析[J].世界有色金属，2018（21）：29-30.

[2]李春艳.金属材料在机械设计中的选择与应用[J].中国金属通报，2016（10）：48-49.

[3]范宝成，赵磊，荆政霖，等.金属材料在机械设计中的选择与应用[J].硅谷，2013（19）：142-142.

（作者单位：北京中诚正信工程咨询有限公司辽宁分公司1

辽宁三木建设工程有限公司2）