机械设计过程中机械材料的选择和应用探析

来源：核心期刊咨询网时间：2022-05-14 10:3912

摘要：摘要：近几年在社会经济快速发展背景推动下，我国各个行业领域均得到显著发展，尤其是重工业与轻工业，在工业快速发展下，当前对于机械设备提出更加严格要求，所以需要加强机械设计，确保符合当前工业发展需求。在开展机械设计时，机械材料选择与应用能够给机械性能与

　　摘要：近几年在社会经济快速发展背景推动下，我国各个行业领域均得到显著发展，尤其是重工业与轻工业，在工业快速发展下，当前对于机械设备提出更加严格要求，所以需要加强机械设计，确保符合当前工业发展需求。在开展机械设计时，机械材料选择与应用能够给机械性能与使用期限起到直接影响。对此，本文针对机械设计过程中机械材料选择与应用进行探析。

　　关鍵词：机械设计;机械材料;选择应用

　　伴随信息时代的到来，工业化发展进程逐渐加快，机械行业在此背景下得到飞快发展，通常情况下，机械制造过程往往涉及多个内容，以机械设计作为一个重要内容，机械设计不但需要设计产品外观与结构，还需要设计机械具体应用性能，所以机械设计中机械材料选择和应用极为关键，能够决定机械应用性能与使用寿命。基于此，本文首先对机械设计过程中材料选择进行分析，以探讨机械材料应用策略。

　　一、机械材料选择应用重要性

　　这些年经济水平快速提高，各行各业均取得快速发展，对于大多数企业发展来说，材料成本是企业面临的一个重要问题，机械制造行业同样也面临这一问题，所以促使机械企业在进行机械制造时，必需考虑材料的成本。为了能够解决材料成本问题，则需要在机械设备实际设计过程中，正确选择机械材料，在保证材料供应量足价优的情况下，保证机械制造性能，以提高机械设计质量[1]。由此可见，机械制造企业必须要高度重视材料选择以及应用，需要合理选择经济性与合适度较高材料，促使机械设备性能可以充分发挥，同时还要保证材料质量，确保机械后期可以正常运行。从另一方面来看，近几年工业快速发展，机械设备需求不断增高，基于资源紧缺背景下，许多机械材料因为过度开发则逐渐出现短缺，这些都突出机械设计材料选择应用重要性。因此如果想要充分满足当前工业市场需求，则应该给予机械设计材料合理分析，科学选择合适材料代替，以实现绿色生态设计，促进机械行业稳定发展。

　　二、机械设计主要应用材料

　　当前机械设计过程中，主要应用的材料可以分成金属材料与非金属材料两种，具体分析如下：

　　(一)金属材料

　　对于金属材料来说，以铁、钢、铜等作为常用材料，首先以铸铁来说，铸铁主要是含碳量大于2.11%(一般为2.5～4%)的铁碳合金。它是以铁、碳、硅为主要组成元素并比碳钢含有较多的锰、硫、磷等杂质的多元合金。一般常用的为灰铸铁、球墨铸铁。铸铁熔点相对较低，可以快速形成铸造条件。铸铁硬度较低，切削性能良好，加工相对容易，同时在减震与抗压上均有较高的性能，所以被广泛应用在机械设计之中[2]。其次以钢来说，同样属于一种金属合金材料，大多是在多种化学元素共同作用形成，例如铬、锰、碳等，由于结构具体化学成分差异，又能够将钢分成两种，分别是合金钢与碳素钢，其中碳素钢具有较高的性能，成本较低，所以较为常用。最后对于铜材料来说，铜和上述两种材料对比，均有着良好延展性能，并且导电性、导热性与耐腐蚀性均较高，当铜和其他化学元素结合后，还能够形成铜合金，比如铜与镍元素可以组成白铜;铜和锌、铅、 锡、锰、镍、铁、硅元素可以组成特殊黄铜，铜和锡元素可以组成青铜，青铜与黄铜均可以发挥出较高的耐腐蚀与抗磨损性，因此得到许多机械制造业应用。

　　(二)非金属材料

　　对于非金属材料应用方面，在机械行业中主要常用的是塑料、橡胶类高分子材料与陶瓷材料或者复合材料。首先以塑料或者橡胶材料来说，塑料自身重量极轻，具有绝缘特性，并且耐腐蚀性较强，同时弹性极高，所以能够将大量冲击能量进行吸收，所以广泛应用在减震器或者弹性零件设计方面。其次以陶瓷材料来说，陶瓷化学稳定性较高，具有耐高温与耐腐蚀性能，常常被应用在刀具或者燃烧瓶喷嘴等制作[3]。最后是复合材料，复合材料能够充分弥补上述材料存在不足，但是复合材料成本相对较高，所以常常被应用在航空或者武器方面设计，而近几年工业化持续推进下，复合材料也逐渐应用在机械设计之中。

　　三、机械设计中材料选择与应用策略

　　(一)深入了解机械设计要求

　　如果想要在机械设计过程中合理选择材料并加以应用，则要求设计人员深入了解机械设计具体要求，并且及时克服设计重难点。对此，设计人员必须要明确认识各个零部件实际用途，并对每个零部件运行状态呈现的环境进行分析，并模拟零件运行过程中可能发生的问题，最后加以综合考虑，以科学合理地选用零部件材料[4]。另外，还需要重视材料经济成本，因为个别不同材料，性能对比间差异不大，但是材料价格却存在显著区别，因此还需要及时考虑材料成本，以达到材料选择最佳方案。

　　(二)深入分析材料应用性能

　　因为机械材料实际质量与性能均会给制作生产出的机械性能和使用期限造成影响，因此在进行设计时，一定要加强材料性能分析。对此，设计人员需要先详细了解材料物理性能，比如抗拉强度、屈服强度、导热性、或者是密度熔点等，并且将材料性能和其他材料进行对比，根据设计计算具体要求，选择契合度最高的材料[5]。物理性能分析完成后，需要进行化学性能分析，比如耐腐蚀性、抗氧化性与稳定性等。最后还需要考虑材料工艺性能，例如焊接、锻造与切削等，工艺性能可以影响机械设计生产制作难度，因此设计人员必须充分考虑上述材料性能，并及时开展性能分析实验，最后按照设计具体要求选择最为合适材料。

　　(三)加强材料处理工艺选择和应用

　　机械零件在进行生产过程中，机械企业为了能够有效提高零件性能，均加入相关处理工艺，保证机械生产可以顺利完成，所以这也要求设计人员需要及时分析材料具体性能，并选择合适处理工艺，明确最佳处理方案。以钢材料热处理为例，通常情况下，针对钢材料热处理可以分成普通热处理与表面热处理两种，普通热处理主要涉及退火、淬火与正火，而表面热处理主要涉及渗碳、渗氮、高频淬火。因为机械材料均具有一定的硬度，在切削与生产时难度相对较大，一般要给予退火处理，促使材料硬度可以适当降低，而为了可以提高机械材料硬度，则需要给予材料正火处理，当退火或者正火处理完成后，材料硬度和强度仍然未能满足制作要求，则应该配合淬火与回火处理，保证可以制作出较高性能的材料[6]。如需要机械零件表面至心部具有不同的性能时，则需对其进行表面热处理。由此可见，针对处理工艺的不同，所涉及具体流程以及复杂程度均存在明显差异，所以设计人员一定要正确分析材料性能，选择合适处理工艺，以提高材料设计制作性能。

　　结束语：

　　综上所述，机械设计作为机械制造过程中一个重要内容，机械设计材料选择与应用能够给机械设计产品质量与性能起到关键影响，所以设计人员必须充分意识到材料选择应用重要性，并加强机械设计过程中材料选择，合理应用材料与处理工艺手段，以保证机械制造产品质量，给机械行业创造更高经济效益。

　　参考文献：

　　[1]明习凤.浅析机械设计过程中机械材料的选择和应用[J].电子世界，2018(08)：81+83.

　　[2]齐东辉.机械设计过程中机械材料的选择及应用研究[J].造纸装备及材料，2021，50(03)：57-59.

　　[3]王恩东.浅析机械设计过程中机械材料的选择和应用[J].中国设备工程，2021(03)：123-125.

　　[4]高毅.机械设计过程中机械设备材料的选择和应用研究——评《化工机械基础》[J].材料保护，2020，53(10)：156.

　　[5]钱程.对机械设计过程中机械材料的选择和应用分析[J].中国金属通报，2019(07)：157+159.

　　[6]程艳.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].景德镇学院学报，2014，29(06)：18-19.

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