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摘要：近年来，我国机械制造业发展迅速，一定程度上推动我国工业化进程。众所周知，机械制造业涉及诸多环节，其中设计环节决定着机械产品的整个生产过程及生产质量，尤其机械材料的选择是机械设计的重中之重，受到机械设计业内人士的广泛关注。
关键词：机械设计；机械材料；选择；应用
无论是机械设还是机械制造关键的环节都是尺寸的配合，尺寸配合的好坏，不但对机器性能起决定的作用，还关系到机器的使用寿命，对于使用机器的互换性和经济性的指标也有很大的影响。所以，若想机械设计能够可持续地发展，选择和应用机械设计过程中的材料，必须要达到基本的合理性。
1机械设计常用材料分析
1.1金属材料
铸铁的液态流动性、易熔性良好，并且切削性、耐磨性、减震性符合多数零件生产要求，常被用于制造各种复杂零件[1]。依据铸铁中碳的形态及存在形式，铸铁分为灰口铸铁、球墨铸铁，对灰口铸铁而言，内部的片状石墨可对机体产生分割作用，而且可引起应力集中效应，塑性低，铸造性良好。应用时常用的热处理方式有表面淬火、高温退火、去应力退火。球墨铸铁较灰口铸铁塑性高、强度强，应用中常使用淬火加回火、正火、退火等工艺处理。钢在机械设计中应用极为广泛，依据划化学成分钢分为碳素钢、合金钢。其中碳素钢的优点较多，价格低廉、产量大、工艺性能及力学性能优良。依据含碳量多少，钢被分为多种类型。机械设计中为改善高碳钢的性能，常向其中加入一些特殊元素，形成合金钢。研究发现合金钢性能不仅受其化学成分影响外，而且取决于采用的热处理工艺。铜合金分为轴承、黄铜、青铜合金等，具有优良的液体流动性与塑性，其中青铜合金的抗腐蚀性、减摩性良好，被广泛应用在机械设计中。
1.2高分子材料
有些塑料和合成类的纤维等在通常的情况下都被称为是高分子材料[2]，与其他的材料相比较，这种材料具有很广泛的来源，在很多自然界的成分中，都能够将这种材料提取出来，例如运用天然气将高分子材料进行提取的良好方式。在将高分子材料进行使用时，材料对能源的消耗相比较低，材料自身的密度也比较小，从而使材料的延展性更强。
1.3复合材料
所谓复合材料就是指由两种或者以上材料通过物理或者化学方法结合在一起的材料[3]。一般来说复合材料会同时具有两种材料的优点，因此对于一些要求相对复杂的机械设计，复合材料是首选。而且复合材料又分为金属材料和非金属材料，常见的复合材料有合金、树脂等材料。
1.4陶瓷材料
组成陶瓷的主要成分是硅，因此陶瓷材料具有密度低、硬度高、耐腐蚀等特点[4]，因此在一些对密封性要求比较高的机械设计中可以选择陶瓷材料，但是陶瓷材料也有自身的缺点，造价高而且容易破碎，因此应用范围相对较小。
2机械设计中材料的选择与应用策略
机械设计是机械制造的关键环节专业性强，对设计人员的综合水平要求较高，为保证设计方案科学、合理，方便后期的零件生产，设计人员应做好机械材料选择与应用研究。
2.1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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不同机械材料不仅性能差别较大，而且价格有较大差异，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。
2.2按使用性能选择
材料的使用性能包括物理性能、化学性能、力学性能及功能特性等四个方面。选择零件材料前要充分分析零件的工况：首先确定受力状态，载荷的性质、受力的形式、载荷的分布情况、载荷的大小，受拉应力还是压应力，静载荷下一般考虑材料的屈服极限，交变载荷下考虑材料的疲劳强度，冲击载荷下需要考虑材料的冲击韧性；其次确定零件的工作环境，零件满足的温度的变化范围，零件接触的介质，如果是腐蚀性介质，材料要满足耐腐蚀性。另外，还要考虑零件是否便于润滑、润滑的形式、零件的导热要求及磁性要求。充分的分析零件的使用性能才能进一步确定材料要满足的要求，缩小材料选取的范围。
2.3按工艺性能选取
材料的工艺性能是指材料满足各种加工的能力，它关系到零件的制造成本及生产效率。选取时应在满足使用要求的情况下选取易于加工成形其利用率高的材料。选择加工工艺性好的材料可降低加工能耗、自身材料消耗、降低工时及提高成品率等。是降低零件制造成本一个重要因素。
2.3.1铸造性能
铸件在重型设备零部件中占有相当大的比重，铸件的质量直接影响零部件的机械强度，因此选择材料时需要在满足机械强度的情况下要考虑材料的铸造性能，易于铸造的材料熔点低、结晶区间小。一般铸铁、铸铝合金、铸铜合金应用比较广泛。同时由于受力状态及强度的要求铸钢件应用也较多，由于碳含量越高越难铸造，一般选用中、低碳钢。
2.3.2压力加工性能
压力加工性能包括变形抗力、变形温度区间、加热及冷却方面的要求。铸铁件由于比较脆，不能压力加工，碳钢的压力加工能力与含碳量成反比，含碳量越高越难加工。所以一般高碳钢适用于热压力加工。铝合金、铜合金、低碳钢的压力加工形能较好。
2.3.3焊接性能
在机械产品的零部件中存在大量焊接件，钢材的焊接性能与含碳量及合金含量有很大的关系，含碳量越高越焊接能力越差，中、低碳钢焊接性能较好，要求不高的焊接件常用的焊接材料一般是Q235；合金钢中合金元素含量越高焊接能力也越差，铝合金、铜合金焊接性能差，焊接成本高。
2.3.4机加工性能
机加工包括切削加工和磨削加工，材料的硬度与机加工性能有直接关系，硬度越高材料越难切削，越容易磨损刀具，机加工性能就越差。一般灰铸铁、铝合金、铜合金和硬度在180～230HBS的碳钢切削性能较好。不锈钢、高碳钢机加工性能较差。
2.3.5热处理性能
一些零部件需要进行表面热处理来达到需要的性能。经过热处理的零部件在机械零部件中占有比较大的比重。但纯铝、纯铜单向奥氏体不锈钢等材料不能进行热处理。选材时应充分考虑。
3结语
随着我国工业进程的不断加快，我国的机械化程度也越来越高，不仅是工业生产车间应用到一些机械设备，甚至一些家庭中也逐渐出现一些机械设备，其应用范围越来越广泛，也给人们的生活生产带来了极大的便利，因此在机械设计过程中，为了保证机械设备的安全性和实用性，必须合理选择材料，从而保证人们的生命财产安全。
参考文献：
[1]郭伟.机械设计中工程材料的选择与应用要点[J].装备机械,2016(3):62-65.
[2]车明浪,史兆伟.机械设计中的材料的选择和应用[J].金属材料与冶金工程,2015,43(4):25-27.
[3]吴斌.机械设计中的材料的选择和应用[J].南方农机,2017,48(12):62.
[4]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(10)：48-49.
论文作者:常玉燕
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/9
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