機械設計過程中機械材料的選擇和應用探析

杜國強 馬馳

摘 要 隨著社會經濟不斷發展，我國各行各業的發展都非常迅速，包括了重工業及輕工業。工業發展的同時，對于機械設備的需求越來越大，從而推動了機械制造行業的發展。眾所周知，在機械設備設計過程中，材料的選擇和應用是其主要組成部分，材料的選擇直接不僅關乎著機械設備產品使用性能，還決定了機械的壽命。本文首先概述機械設計過程中材料選擇和應用的重要性，其次分析在機械設計過程中應用到的主要材料，最后明確機械設計中材料的選擇與應用策略，為機械設計過程中材料選擇提供一定的參考價值。

關鍵詞 機械設計;機械材料分類;選擇;應用

引言

在二十一世紀的今天，工業化的進程加快，機械制造行業得到了迅速發展。在機械制造過程中涉及了很多環節，其中機械設計是最為重要的一環，機械設計中不僅是設機械的外觀、整體構造、應用范圍，還包含了材料選擇及應用，由此可見機械設計的重要性。因此，必須在做好機械設計工作，最重要的是做好材料的選用，從而確保機械設備的性能和壽命。

1概述機械設計中材料選擇和應用重要性

隨著我國各行各業的迅速發展，資源緊缺成為企業發展的一大難題，機械設備制造行業亦是如此，也就導致了機械設備在制造過程中出現了材料供不應求現象。在機械設備的制造過程中，通過機械設計選擇契合度最高的機械材料，生產制造出性能最佳、使用壽命最長的機械設備，通過科學合理的機械材料選擇方案，從而達到事半功倍的效果，減少材料浪費現象。因此，機械制造企業應當重視機械設計過程中的材料選用，不僅要保證選用材料經濟適用，還要最大程度發揮機械設備性能，更要確保機械設備不會因為材料選擇出現問題，影響機械的正常運行。就目前而言，工業發展迅速，機械設備的需求量大大增加，加上資源緊缺的背景下，已經有很多的機械材料由于過度開采變成了稀缺資源，這就體現了機械設計中材料選擇的重要性。所以，為了符合工業發展的需求，就必須做好機械設計過程中稀缺資源的適用，選擇用其他類似材料進行代替，做到保護生態環境和推動機械設計行業的健康穩定發展[1]。

2機械設計過程中應用到的主要材料

2.1 金屬材料

在金屬材料當中應用較廣為鑄鐵、剛、銅。①鑄鐵，首先要了解鑄鐵并不是由鐵這一個單一物質組成，而是由鐵、硅、碳組合形成的金屬合金;其次，鑄鐵優點包含了在液體具有良好的流動性，鑄鐵熔點低、易切割，鑄造條件容易形成，而且又具有很高的減震能力和抗壓能力，在機械設備的零件制造方面應用較廣。②鋼，和鑄鐵一樣，鋼也是一種金屬合金，是由多種化學元素組成，其中包含了鉻、錳、碳等，但是根據鋼結構自身的化學組成成分不同可以分為合金鋼以及碳素鋼，根據鋼合金的應用方向還可以分析結構鋼以及工具鋼。碳素鋼由于其擁有較強的性能以及較低的價格因此受到機械制造行業的廣泛應用。③銅，銅相比鑄鐵以及鋼合金具有較好的延展性能、導電性、導熱性以及耐腐蝕性，而且還可以和加入其他化學元素組成鋼合金，例如，加入鎳元素形成的白銅、加入鋅、鉛、錫、錳、鎳、鐵、硅元素形成的特殊黃銅、加入錫元素形成的青銅合金。其中青銅和黃銅擁有較強的耐腐蝕和抗磨損性能，從而被廣泛應用到機械設備制造中。

2.2 非金屬材料

在非金屬材料應用中，應用最廣為塑料以及橡膠類高分子材料、陶瓷材料、復合材料。①塑料以及橡膠，在機械設計中應用最多，塑料具有重量輕、形成復雜零件的難度低、絕緣能力強、耐腐蝕性強等優點。橡膠則是具備很強的彈性，可以吸收沖擊能量，大多被應用早減震器或者一些彈性零件上。②陶瓷材料，具有很強的化學穩定性，耐高溫、耐腐蝕等優點，因此被廣泛應用在磨具、刀具、燃燒瓶噴嘴上。③復合材料，很好地彌補了高分材料以及陶瓷材料中的不足之處，但是復合材料的造價較為高昂，多應用在武器、航空領域當中，不過隨著科技的發展，未來機械設計中應用復合材料會越來越多[2]。

3機械設計中材料的選擇應用策略

3.1 全面了解機械設計中要求

為了確保機械設備設計中的機械材料選擇合理性，設計人員必須要全面了解機械設計中的要求，攻克設計過程中的難點和重點。首先要了解設備設計各個零部件的用途，分析每個零件運行狀態下所處的環境，以及模擬零件在運行過程中可能遇到的問題，通過這些方面進行結合，做好每個零部件的材料選擇。其次還要考慮經濟成本，不同材料可能性能相差不大，但是價格卻有著明顯差異，所以在進行機械設計時要進行詳細分析，為機械設備材料選擇提供一個最佳方案。

3.2 材料性能分析要做好

由于機械材料的質量以及性能對于機械的使用性能及壽命是有著決定作用的，所以必須設計過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，包括導電性、導熱性、密度、熔點等性能，對比各種材料的性能，結合制造工藝選用契合度最佳的材料。第二，進行化學性能分析，包括化學穩定性、耐腐蝕性、抗氧化效果等，第三，材料的工藝性能，包括鍛造、焊接、切削等性能，這些材料性能直接決定了機械生產難易程度。所以，設計人員一定要參考材料的數據以及進行實驗，結合設計的要求進行機械材料的最后選用。

3.3 選擇科學合理的處理工藝

一般情況下，機械設備在實際生產過程中受到多個因素的影響，機械的性能通常低于預期，所以必須進行后期工藝化處理。例如焊接工藝、鍛造工藝、熱處理工藝等。例如材料硬度過大，切削難度大，不便于生產，這就需要進行熱處理中的退火處理，從而降低材料的硬度。在實際機械設備生產過程中，按照機械的實際狀況選擇科學合理的工藝處理方式，提高機械的性能[3]。

4結束語

總而言之，在機械制造過程中，機械設計是重中之重，做好機械設計材料的選用尤為關鍵。因此，設計人員首先要保證設計方案的科學合理，其次全面了解機械設計的要求，再次做好機械材料的性能分析，最后選擇科學合理的處理工藝，從而推動機械制造行業發展。

參考文獻

[1] 王熙婷.機械設計過程中機械材料的選擇和應用探析[J].中國新技術新產品，2018（2）：42-43.

[2] 劉雙明，靳瑋勃.機械設計過程中機械材料的選擇和使用分析[J].區域治理，2018（15）：238.

[3] 鄔業萍.機械設計問題中的材料的選擇及應用探討[J].山東工業技術，2016（21）：295.