機械設計中材料的選擇和應用

摘要：在機械產品的設計和製造過程中該當如何選擇工程材料，是一件至關重要的事。首先機械材料要有一定的工作條件適應性，能在特定的環境下持續的，穩定的工作；其次，機械設計的時候應當考慮到材料的加工工藝效能，使之能便於加工生產;並且選擇材料的時候要經濟適用，在加工過程中好耗能少，盡量降低成本。

關鍵詞：機械設計；材料選擇；材料應用

現在生活的幾乎全部領域都要用到機械產品，機械裝置的使用效能，加工工藝效能，經濟性，安全性等很大程度上決定於機械材料。此外，隨著這些年多種原材料的****，如何選擇和應用機械材料對機械設計者來說有了更高的要求。

1機械設計選材料的一般原則

選擇機械材料一般要求所選的材料具有良好的使用效能，並且在加工時具有很好的工藝效能，同時還要有合理的經濟性等三個方面的要求。

1.1材料使用效能的選擇

材料保證產品能在工作環境下正常使用工作的效能，我們稱為使用效能。要保證使用效能就要求產品有足夠的使用壽命，持續穩定的工作，這通常是選材的主要依據。使用效能往往是多方面的，有物理效能、化學效能，力學效能和工藝效能等。

物理效能包括密度、熔點、導熱、導電……化學效能主要是指耐腐蝕等；力學效能主要是指材料在受力作用時候顯現出來的各種效能。選擇材料的時候必須考慮到各種效能是否滿足要求，不能單一的校核某一方面的效能，從而就得出結論。

1.2材料的工藝效能

材料的工藝效能對產品的影響是多方面的。首先，他影響生產產品的效率和成本；其次它會嚴重影響產品的精度，質量。考慮工藝效能時既要注意產品的結構尺寸特點，同時也要考慮到生產的批量。

1.3材料的經濟性

在滿足產品的質量的前提下，儘量減少成本是商業法則之一。選擇材料的時候，要選擇能最大降低產品成本的材料。產品的成本也是多方面的，有材料本身的**，也有運輸及加工生產相關的費用，要全部考慮在內。

材料的**相對來說差別很大，不同的時期也是有波動的，但是不同材料之間的相對**還是比較穩定的。拿鑄鐵和碳鋼來說吧，它們相對於合金和有色金屬較便宜，因此在滿足使用條件的情況下要首先選用鑄鐵和碳鋼。近些年來，塑料的工藝日益成熟，如果可以的話可以把塑料也考慮在內。

當前工業發展十分迅速，新材料，新工藝不斷湧現。比如說稀土鎂球鑄鐵已經能替代部分鍛鋼製作齒輪，軸等。因此，選擇材料的時候還要結合當下的技術條件，充分考慮本廠的實際作出結論。

2.選材料的一般方法

選材對乙個公司或則企業來說是一件影響很廣的事，需要設計、生產組織，物質管理部門銷售等部門相互配合，協調完成。在考慮各個方案中，保證產品的質量是首要的，這就要求要明確客戶對產品的各種效能的技術要求，在這個基礎之上再來制定出各種方案，最後再從中選擇技術上和經濟上最優的方案。

2.1確定產品效能的技術要求

要分析產品的工作條件和具體的形狀尺寸大小，然後來確定產品具體的效能。

首先確定工作條件需要分析產品的受力大小和型別。機械零件受到拉伸或壓縮，扭轉，剪下，彎曲四種基本的形式中的一種或者幾種。受載荷有短期作用和長期作用之分，恆定載荷和交變載荷之分，同時還要分析載荷的分布和大小以及有無區域性應力集中。

然後，確定產品的工作是什麼樣的環境，具體溫度是什麼樣的，環境是不是有腐蝕性。最後要看看是不是有特殊的使用效能，比如有的場合需要產品有絕緣，防火，防水等特殊要求。

要綜合考慮以上各方面的效能，再進行接來下的方案制定。

2.2主要效能要求

產品的工作條件是複雜的，如果把所有的方面都考慮進去會照成問題的過於複雜，為了使問題簡單化，我們要抓住影響效能的乙個或者幾個重要因素。比如說，傳動軸的主要受力形式是彎扭應力、迴圈衝擊載荷，而且主要損壞形式是疲勞斷裂和過載，對於其他的一些方面我就可以不用做太多處理，只需要把這些方面的矛盾解決就行了。

2.3工藝效能的要求

工藝一般是指材料對加工方法的適應性。，主要有鑄造效能、鍛造效能、焊接效能、切削加工效能和熱處理工藝效能等。此外還要考慮產品的形狀尺寸，生產批量等因素。

碳鋼一般來說具有比較好的鍛造和切削加工效能，其力學效能可以滿足一般的零件要求，因此用途較廣。而它的強度還不夠，淬透性差，所以製造大截面，形狀複雜的高強度淬火零件，常選用淬透性好、強度高的合金鋼。但是合金的鍛造和切削加工等工藝效能較差。

設計時考慮產品的設計要求，然後選擇滿足要求的材料，比較選擇容易加工的材料。

3選擇最佳的方案

最佳方案的選擇不僅僅是技術上的，還要考慮經濟上的。技術上滿足要求，經濟上也要合理。必要時還要借助價值工程基本原理來定量分析。

價值工程基本表示式為 v=f/v

式中，v為價值；f為產品功能；c為實現該功能所耗費的成本。

4結束語

工程材料的選擇不是單一的比較選擇，而是要綜合多方面的考慮，在作出選擇。並且由於當下技術的不斷更行，新型材料的不斷湧現，選擇也不是一直不變的，它需要設計者對材料的總體分析，才能做出決定。

[1]劉鴻文.材料力學.第五版[m].北京：高等教育出版社[m].2011,(8).

[2]戈曉嵐，徐曉靜.工程材料與應用.第三版[m].西安：西安電子科技大學出版社.2007,(177～181).