邊明江

摘要：選擇并應用合理的材料是保證機械設計質量的前提，本文分析了機械設計與材料選擇之間的關系，介紹了機械設計中經常使用的材料種類，并提出機械設計中選擇和應用材料的注意事項。

關鍵詞：機械設計；材料；選擇和應用

0前言

隨著社會經濟的發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)代化的進程不斷加快，對所有關聯(lián)產業(yè)提出了更高要求，機械設計是基礎性產業(yè)，其質量對工業(yè)產業(yè)的發(fā)展產生直接影響，因此應當予以重視。機械設計中，選擇材料是一個重要環(huán)節(jié)，如何根據設計需要選擇合適的材料、在滿足基本質量的前提下盡量節(jié)約成本，使我們需要思考的問題。

1機械設計與材料選擇之間的關系

選擇材料是機械設計過程中的重要環(huán)節(jié)，設計過程中要考慮所選擇的材料是否能夠及時供應。如果設計完成以后發(fā)現(xiàn)缺乏相關材料的支持，那么生產就無法正常進行，整個設計過程也就失去意義。機械設計與選擇材料方面具有以下幾種關系：首先是性能方面，不同的材料具備不同的性能，每種材料都有自身的優(yōu)勢和劣勢，因此在選擇材料的過程中，要考慮綜合因素，包括該設計的具體功用以及使用環(huán)境等。例如，金屬材料不適合在長期在潮濕的環(huán)境下使用，高分子材料不適合在高溫下使用等；其次是質量方面，高質量的機械產品不僅體現(xiàn)在設計方案上，只有選擇合適的材料，并將其合理搭配使用，才能保證產品有效發(fā)揮性能。相反，如果選擇的材料不合理，設備的質量必然會受到影響；最后是成本方面的影響，一個行業(yè)進行生產經營的目的是為了獲取經濟效益，因此成本是必須要思考的問題，如果設計中使用的材料過于昂貴，那么產品必定會因為價格失去競爭優(yōu)勢[1]。

2機械設計中使用材料的種類

機械設計中經常使用的材料包括以下幾種：其一是金屬材料，金屬材料由于性質穩(wěn)定，因此被廣泛應用于各類工程中，據統(tǒng)計，金屬材料在機械產品中的使用率達到了90%以上，尤其是鋼鐵材料，不僅成本低，而且強度較高，韌性較好，因此在機械設計中被大量使用，另外，一部分合金的性能也比較好，在制作零部件時被廣泛應用；其二為高分子材料，主要指塑料或者合成纖維，高分子材料的典型優(yōu)點就是來源豐富，制作過程中對能源的消耗量不大，同時具有一定的耐腐蝕性，且延展性較好；其三是陶瓷材料，這種材料的主要成分是氮化硅和氧化硅，典型優(yōu)勢就是硬度高，耐腐蝕性好，且具備一定的抗壓強度，陶瓷材料的缺點就是價格較高、且容易斷裂，目前多用于制作一些密封零件；其四是復合材料，復合材料是由兩種或者兩種以上不同的材料通過物理方法或化學方法組合而成的材料，通常都是根據設計的具體要求來制作復合材料，具體成分包括金屬和非金屬兩種，其中金屬主要是鋁和鎂以及各類合金，非金屬主要是樹脂或者陶瓷[2]。

3機械設計中選擇和應用材料的注意事項

3.1堅持實用性的原則

機械設計的過程中，要根據所設計設備的具體功用以及使用條件來合理選擇材料，堅持實用性的原則。一些部位可能對材料的強度有較高要求，一些部位可能對材料的耐磨性有較高要求，而有些部位對耐腐蝕性有較高要求，對于暴露在外面的部分，甚至要求其具有一定的美觀性，因此在選擇材料時不能一概而論，要根據每個部位甚至每個零件的具體要求來選擇合適的材料，保證制作出的設備能夠有效發(fā)揮功用。

3.2選擇對人體、環(huán)境無害的材料

一些特殊材料在使用的過程中會對人體造成傷害，廢棄后無法回收，對環(huán)境造成嚴重污染。例如，Ni和As等元素就會對人體造成傷害；在制作集成電路時，Sn-Pb合金一度被廣泛應用，這些電路板在廢棄以后無法實現(xiàn)回收利用，產生固體廢棄物，一般的做法就是對其進行填埋處理，但是Pb能夠溶于水，對地下水源造成污染，進而損害人們的身體健康。另外，各類材料的混合使用為材料的回收增加了難度，不利于材料的循環(huán)利用。因此，在選擇材料時，要盡量減少材料的種類，或者說盡量使用單一的合金系，同時要減少對有害金屬的使用，保護人體健康的同時，減小對環(huán)境的破壞[3]。

3.3選擇合適的載荷類型

研究表明，材料的外載荷性能決定著該部分零件的使用壽命，因此在選擇材料時，要著重考量其載荷，一般將材料的載荷性能歸為以下兩類：首先，如果載荷的作用力過大，就會造成部分零件發(fā)生變形，而大部分應力都會集中在材料表層，說明材料表面的載荷性能對材料的使用壽命產生重要影響，為了提高材料的表面性能，可以采用一些措施對材料進行特殊加工，保證材料表層具有足夠的硬度；其次，一部分零件需要承受較大的拉伸力或者壓縮力，此時載荷會均勻分布在材料的橫截面上，因此在選擇材料時要考慮其性能分布是否均勻。

3.4選擇在加工時低污染、低能耗的材料

首先，要盡量避免選擇那些需要經過熱處理的材料，因為熱處理工藝會消耗較多能源，且在制作材料的過程中會對環(huán)境造成較嚴重的污染，要盡量選擇那些經過冷拔就能保持良好性能的材料；其次，要選擇生產制作工序少的材料，尤其是熱處理的工序要少，可以對材料的淬硬層進行加熱淬火處理，提升材料的韌性，同時降低處理過程中的能耗。

3.5選擇成本低的材料

為了保證設計出的產品具有一定的價格優(yōu)勢，要盡量對選擇成本低的材料，當然，低成本是在保證實用性、對人體以及環(huán)境無害、載荷類型合適的前提下，也就是說，要保證達到基本的設計質量或者說設備的性能要求后，才能去談成本，如果不影響設計質量或者說對設計質量的影響較小，可以使用一些低成本的材料來代替高成本的材料，設計者要從中衡量好這個度。

4總結

機械設計中在選擇材料時，要堅持實用性的原則，根據零件的具體要求確定材料的種類，同時要保證材料對人的身體和環(huán)境無害、加工材料的過程中低污染、低能耗，而且要充分考慮材料的載荷類型，在保證設計質量的前提下，盡量降低成本，保證設計出的產品具備價格優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]李冠效,雷長貴.機械設計中的材料的選擇和應用解析[J].硅谷,2014,10(12):86-87.

[2]宮浩.淺談機械設計中的材料選擇和應用[J].科技致富向導,2015,11(13):230.

[3]黃夢奇,王婧.淺談機械設計中材料的選擇和應用[J].機電信息,2012,14(16):133-134.endprint