机械材料在机械设计中的选择和应用

闫屾 赵梓含 范丽敏

摘 要：我国社会经济的快速发展，进一步推动各行各业的进步和发展，尤其是在在工业发展的过程中，机械设备的需求量越来越大，这一趋势推动了机械制造行业的迅猛发展。我们都知道，机械设备在设计的过程中，其中重要的组成部分就是材料的选择和应用这一部分，机械设备的使用性能取决于材料的选择，材料的选在还关乎着机械的使用寿命。本文首先概述机械设计过程中材料选择和应用的重要性，其次分析在机械设计过程中应用到的主要材料，最后明确机械设计中材料的选择与应用策略，为机械设计过程中材料选择提供一定的参考价值。

关键词：机械设计;机械材料分类;选择;应用

前言：

在当今社会经济发展水平的背景下，工业化发展进程逐渐加快，机械制造行业的发展也比较迅速，机械设备再制造的过程中涉及到的环节和流程比较复杂，机械设计是其中最重要的一个环节，不仅要重视其外观的设计，还要对整体构造和应用范围的设计加以重视，更重要的是材料的选择和应用直接关系到机械设计的质量和水平，因此，必须在做好机械设计工作，最重要的是做好材料的选用，从而确保机械设备的性能和寿命。

1.概述机械设计中材料选择和应用重要性

近几年，我国各行各业发展速度加快，企业在发展的过程中遇到一大难题就是资源紧缺，机械设备制造行业也同样面临这样的问题，机械设备在设计制造过程中，材料供应不足的问题比较严峻，因此机械设计中，采用契合度较高的机械材料比较重要，能够促进机械制造性能达到最佳，延长机械设备的使用寿命，在选择材料的过程中，要采用科学的方法进行筛选，这样才能实现事半功倍的效果，同时还能有效减少材料的浪费，降低机械制造的成本。因此，机械制造企业应当重视机械设计过程中的材料选用，不仅要保证选用材料经济适用，还要最大程度发挥机械设备性能，更要确保机械设备不会因为材料选择出现问题，影响机械的正常运行。就目前而言，工业发展迅速，机械设备的需求量大大增加，加上资源紧缺的背景下，已经有很多的机械材料由于过度开采变成了稀缺资源，这就体现了机械设计中材料选择的重要性。所以，为了符合工业发展的需求，就必须做好机械设计过程中稀缺资源的适用，选择用其他类似材料进行代替，做到保护生态环境和推动机械设计行业的健康稳定发展。

2.机械设计过程中应用到的主要材料

2.1金属材料

金属材料中涉及的材料种类比较多，如铸铁、钢、铜，①铸铁，首先要了解铸铁并不是由铁这一个单一物质组成，而是由铁、硅、碳组合形成的金属合金;其次，铸铁优点包含了在液体具有良好的流动性，铸铁熔点低、易切割，铸造条件容易形成，而且又具有很高的减震能力和抗压能力，在机械设备的零件制造方面应用较广。②钢，和铸铁一样，钢也是一种金属合金，是由多种化学元素组成，其中包含了铬、锰、碳等，但是根据钢结构自身的化学组成成分不同可以分为合金钢以及碳素钢，根据钢合金的应用方向还可以分析结构钢以及工具钢。碳素钢由于其拥有较强的性能以及较低的价格因此受到机械制造行业的广泛应用。③铜，铜相比铸铁以及钢合金具有较好的延展性能、导电性、导热性以及耐腐蚀性，而且还可以和加入其他化学元素组成钢合金，例如，加入镍元素形成的白铜、加入锌、铅、锡、锰、镍、铁、硅元素形成的特殊黄铜、加入锡元素形成的青铜合金。其中青铜和黄铜拥有较强的耐腐蚀和抗磨损性能，从而被广泛应用到机械设备制造中。

2.2非金属材料

在非金属材料应用中，应用最广为塑料以及橡胶类高分子材料、陶瓷材料、复合材料。①塑料以及橡胶，在机械设计中应用最多，塑料具有重量轻、形成复杂零件的难度低、绝缘能力强、耐腐蚀性强等优点。橡胶则是具备很强的弹性，可以吸收冲击能量，大多被应用早减震器或者一些弹性零件上。②陶瓷材料，具有很强的化学稳定性，耐高温、耐腐蚀等优点，因此被广泛应用在磨具、刀具、燃烧瓶喷嘴上。③复合材料，很好地弥补了高分材料以及陶瓷材料中的不足之处，但是复合材料的造价较为高昂，多应用在武器、航空领域当中，不过随着科技的发展，未来机械设计中应用复合材料会越来越多。

3.机械设计中材料的選择应用策略

3.1全面了解机械设计中要求

为了更好的提升机械设备设计中，材料选择的科学性，这就需要设计人员在设计之前就要对机械设备进行全面深入的了解，这样才能按照机械设备的要求进行设计，在设计的过程中更好的克服其中的重难点。首先要了解设备设计各个零部件的用途，分析每个零件运行状态下所处的环境，以及模拟零件在运行过程中可能遇到的问题，通过这些方面进行结合，做好每个零部件的材料选择。其次还要考虑经济成本，不同材料可能性能相差不大，但是价格却有着明显差异，所以在进行机械设计时要进行详细分析，为机械设备材料选择提供一个最佳方案。

3.2材料性能分析要做好

由于机械材料的质量以及性能对于机械的使用性能及寿命是有着决定作用的，所以必须设计过程中做好材料性能分析工作。第一，做好材料的物理性能分析，包括导电性、导热性、密度、熔点等性能，对比各种材料的性能，结合制造工艺选用契合度最佳的材料。第二，进行化学性能分析，包括化学稳定性、耐腐蚀性、抗氧化效果等，第三，材料的工艺性能，包括锻造、焊接、切削等性能，这些材料性能直接决定了机械生产难易程度。所以，设计人员一定要参考材料的数据以及进行实验，结合设计的要求进行机械材料的最后选用。

3.3选择科学合理的处理工艺

一般情况下，机械设备在实际生产过程中受到多个因素的影响，机械的性能通常低于预期，所以必须进行后期工艺化处理。例如焊接工艺、锻造工艺、热处理工艺等。例如材料硬度过大，切削难度大，不便于生产，这就需要进行热处理中的退火处理，从而降低材料的硬度。在实际机械设备生产过程中，按照机械的实际状况选择科学合理的工艺处理方式，提高机械的性能。

总结：

总而言之，在机械制造过程中，机械设计是重中之重，做好机械设计材料的选用尤为关键。因此，设计人员首先要保证设计方案的科学合理，其次全面了解机械设计的要求，再次做好机械材料的性能分析，最后选择科学合理的处理工艺，从而推动机械制造行业发展。

参考文献

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[2] 刘双明，靳玮勃.机械设计过程中机械材料的选择和使用分析[J].区域治理，2018（15）：238.

[3] 邬业萍.机械设计问题中的材料的选择及应用探讨[J].山东工业技术，2016（21）：295.

作者简介：闫屾，1999，女，本科，研究方向：功能材料。

赵梓含，1998，女，本科，研究方向：功能材料。

范丽敏，2000，女，本科，研究方向：功能材料。