浅谈机械设计中的材料选择问题

浅谈机械设计中的材料选择问题

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广州市佳兴机电工程有限公司510000

摘要：随着我国现代化的工业发展对于机械设计行业有了新的需求，在整个机械设计行业中机械设计所用的材料和应用是作为机械设计的基础。怎么做好机械设计当中的材料选择和应用，是对机械设计行业的所有从业人员和技术人员必须认真的面对问题所在，注意环境保护和经济性等方面的要求，再开展材料的选择。

关键词：机械设计；材料；选择

1.选择材料在机械设计中的意义

整个加工行业和机械设计行业在现代化的工业体系不断的完善下必须面临着新的挑战。材料的短缺是由于行业对机械需求量的增加而直接导致的。材料是机械设计和零件生产的基本元素，保证材料的质量和材料的供应，是机械设计行业可持续发展的重要基础。加强机械设计中的材料选择是现在所要面对的问题，一方面要保护环境，节能减排而另一方面要保证选择实用的材料和合适的材料，还要在选择材料的过程中充分考虑材料的环保和经济性，机械设计行业的发展是通过良好的机械设计材料选择工作的结果。

2.常见的几种机械设计材料

2.1金属材料

金属材料是机械设计材料的重中之重，是机械设计的关键，因为机械产品百分之九十以上的部件都由金属材料组成，金属材料在机械设计中应用最为广泛，经过调查得知，目前我国最主要的金属材料是钢和铁，并且我国的钢铁应用量居世界首位，钢铁有着强度高、韧性好等特点，十分适合作为机械设计材料，并且钢铁价格相对便宜，另一方面，钢铁适用度较高，可以满足不同的性能需求，是理想的金属材料之一。

2.2高分子材料

高分子材料是新时代科技带来的新型材料，如：塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料经过不断的演变及实验，已经成为与金属材料、无机非金属材料等同等重要的机械设计材料。高分子材料是机械设计材料之中随着时代进步而出现的新型材料，经过了不断的生产实践和科学实验，这些材料可以通过人工进行制造生产，高分子材料的出现丰富了机械设计材料来源。

2.3陶瓷材料

陶瓷材料多被用于制作密封零件，陶瓷材料有着很好的耐腐、密度低等特点，陶瓷材料是以氧化硅、碳化硅、铝、氧为主要成分。机械设计中的陶瓷材料采用高纯度人工合成原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，所以为了满足需求，都有着特殊性能。根据成分有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等。

2.4复合材料

复合材料是化学与物理结合的新型材料，复合材料满足了不同的性能需求，复合材料在经过相应的处理后能够轻易改变材料性能和特性，达到需求目的。并且在与其他材料的协调和适应方面也有良好表现，可以说是一种理想的机械设计材料。

3.机械设计中材料选择应考虑的问题及选择方法

3.1考虑材料的环保性

目前，由于工业发展给环境造成的破坏已经成了一个不争的事实，如工业生产产生的废料垃圾、工业垃圾和一些白色污染。这些都是工业发展带给环境的巨大污染，是人们最近来普遍关注的问题，也是急需解决的环境问题。从工业生产的源头，即机械的设计的材料选择上把好关，选择对环境具有环保效果的，没有危害的材料，这样才能够促进环境的可持续，保持生态平衡，从而推动企业经济效益的稳步持续发展，推动我国经济的可持续。在这一过程中，担任机械设计的设计人员也是至关重要的，机械设计人员要掌握多方面的知识，需要对机械设计的材料进行多方面的分析和研究，最终慎重的选择。

3.2考虑材料选择的经济性

机械产品在满足使用性能和工艺性要求的情况下，还要满足经济性要求。对于不同材料，其价格也相应不同。提高设计及制造经济性的主要措施有：尽量选用“标准化、通用化、系列化”的零部件.以简化设计、保证质量、降低成本。采用能够降低成本、提高质量、改进性能的“新产品、新技术、新结构、新材料”。采用先进的生产和装配工艺，尽可能地简化传动链、简化结构、减少零部件种类和数量。在设计的最终产品，要达到用料最少，尽量用性价比较高的材料，产品零件容易加工且加工方法尽量简化，减少或避免使用互换性差的零件，尽量加大标准件的使用。这样，无论是在生产上还是在材料上，都降低了产品成本，提高其经济性能。

3.3明确机械设计要求

为保证机械设计中机械材料选择的科学、合理，设计人员应明确机械设计要求，把握设计工作的重点与难点，保证设计工作的顺利进行，尤其应注意以下问题：

一方面，明确设计零件用途。机械零件用途不同，对零件性能的要求差别较大，直接影响材料的选择，因此，设计人员应结合零件用途，分析零件所处的运行环境，以及运行中的影响因素，对比分析不同材料的适用性。必要情况下，对零件所处的运行环境进行仿真模拟，掌握零件各种受力参数，选择针对性机械材料。另一方面，做好材料经济性分析。不同机械材料不仅性能差别较大，而且价格有较大差异，因此，机械设计中应做好成本的控制，对各待选材料的经济性进行分析，认真分析零件生产所需工艺，以及在生产中的人力、财力投入情况，确定最佳的机械材料应用方案。

3.3开展机械产品选材的甄别工作

我们在机械产品的设计制造活动中，一个重要的关注点就是要开展选材的甄别工作，保证机械材料的环保和健康。并且，机械材料本身必须是无毒无害，对周围的人群生命健康安全不会产生威胁。我们以机械产品设计中常见的高密度聚乙烯管的生产与制造进行分析，高密度聚乙烯管主要技术指标应该符合绿色环保的要求。材料的外套管密度应该控制在940-960kg/m3，可以采用GB1033的试验标准方法进行材料质量检测。

高密度材料的拉伸强度应该不小于20MPA，采用相关国家绿色材料检验检测标准进行实验，确保材料的选择符合生产标准的需要。另外，在材料的选择过程中，技术人员还应该做好其他指标的选择与控制工作。从拉伸强度、断裂伸长率、耐环境应力开裂和纵向回缩率多个指标进行分析，从而严把质量关，显著提升机械设计活动中的材料性能。机械设计中我们使用钢结构材料，进行机械产品的钢管及钢制管件的制作一般会采用公称直径DN20-150的材料。采用Q-235钢材进行无缝钢管的制作，确保性能指标符合国家标准及绿色环保的需要。

结束语：在机械设计中，材料应用的工作具有着不可替代的重要地位。本文指出，在进行机械设计过程中，关注的是合理性的要求，要确保材料选择的科学性，而在应用过程作为材料选择工作的体现和拓展，工作的重心则在于经济性和环保性，要考虑材料应用工作的成本和是否环保。如何在确保零件实用性的前提下，实现材料应用的环保化、经济化，达到两者的协调统一，是当前机械设计行业必须面对和解决的课题，也是行业蓬勃发展的必然要求。

参考文献

[1]李立波.机械设计中的材料的选择和应用研究[J].西南科学技术学院.2012.

[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.

[3]吕玉磊.机械设计中的材料的选择和应用分析[J].江西建材.2015.

[4]施卫.机械设计中的材料的选择和应用[J].黑龙江科技信息.2014.