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摘要：面对世界上制造业的爆发式发展，机械行业的新产品也是在井喷式出现。产品的市场导向告诉设计人员，人们在购买产品时的考虑的因素越来越多：使用性能、经济因素、机械寿命。这些都要求机械设计人员综合考虑各方面因素来设计出满足人们多种需求的产品。现代机械设计方法中，结构设计已经不再是人们在思想上第一考虑的要素，随着设计方法的发展与各种技术的引入，人们对机械材料的引入也增加了机械设计的可靠性。材料学被引入现代机械设计并日益得到重视。
关键词：现代机械设计 材料科学 性能要求
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-633-01
1、机械设计中材料选择概述
现代机械设计已不再是传统的机械性能设计，而成为了一个综合学科的设计，包括美学、材料学、环境学等多方面的综合性设计[2]。在日益完善的条件下，这些因素的加入，无疑增加了机械设计行业的难度。这些设计方法在无形中已经进入机械设计行业的考虑条件内，并越来越重要。
所谓美学设计就是产品外观的设计，在19世纪，笨重是各种机械产品的代名词，那时的产品数量无法满足人们的需要，因此对外观上的关注度不高。而现在机械产品设计逐渐对产品外观要求越来越高，产品外观也成为人们选择购买产品时的一项重要考虑项，因此美学设计在产品的设计环节占据着不可忽视的地位。材料学是随着材料科学的发展逐渐被考虑到机械设计的过程中，材料的性能差异较大，对于人们设计产品的寿命等有加大影响。环境学是在地球资源面临短缺的危险下被纳入机械设计所考虑因素的行列，主要是处于对资源节约的考虑。比如对含有稀有金属或储量很少的金属的金属材料，应尽量考虑使用其代替材料。
在这些考虑因素里，材料学是最先被引入的，而且一直得到人们的重视，特别是在材料种类越来越多的今天，材料已经成为设计前设计人员首先考虑的项目。机械设计人员只有按照自己的设计需求，选择性能上相一致或接近的材料，才能在产品设计出时达到预期的效果，无论各方面性能。为了能满足人们对产品外观和性能方面的需求，机械设计人员必须时刻关注新材料的发展及熟悉机械设计中常用材料的性能，这样才能在设计过程中对选材的把握上做到游刃有余，有的放矢。而且各种材料的性能也决定了机械产品的寿命，在选择时可以根据客户需要，对产品设计时的材料进行寿命校核，做到既不浪费，又能达到产品预期要求。目前，机械零件设计材料的选择不仅仅局限于现有的以单一材料来设计，而是在一个零件里包含两种及以上材料[3]。例如在家电产品的设计里，对于需要电接头的零件，可在模具设计时将导电金属片嵌入，从而生产出外壳绝缘，又能接电路满足局部导电要求，这就是材料设计的典型实例。
2、现代机械设计的材料选择
面对目前机械产品设计中，材料对产品性能的影响越来越大，材料设计也一直被纳入机械设计首要考虑条件。目前设计人员在材料方面主要考虑以下几点；
（1）使用性
有专家指出，在整个机械设计的材料选择与应用工作当中，我们不仅需要注重对各种零件之间协调配合性能的研究，更要重视各个材料零件的合理性。材料对机械的使用性具有较大影响，作为整个机械来讲，各个零件的相互协作才能保证机器的正常运转。材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。在某个零件的设计过程中，如果在材料的使用上出现问题，导致零件的强度大打折扣，在机器实际运行中就容易出现各种故障。而反映在客户那里，这台机器就是一个设计的缺陷问题，导致使用性能下降，整体寿命也会受影响。这种情况，导致每个零件都关乎到机器的使用性能。鉴于此要想做好机械设计中的材料选择工作，首先要使材料满足机械零部件在运行过程中各种机械性能、物理性能以及化学性能的要求。
在现代化设计中，材料的使用性校核已经能通过有限元软件来分析，对零件的受力状况进行分析后输入，或对工作条件输入，计算机经过一系列运算，得出材料的内部应力状况。这帮助我们找出危险点，然后通过传统方法对机械危险点校核，不合格的情况下选用其他材料。这种方法是基于计算机辅助设计技术（CAD）的一种综合应用。
（2）工艺性
材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力，对于结构特别复杂的零件，只有特殊材料才能满足加工要求，这就要求设计人员在设计阶段对零件的材料慎重选择。现代化设计中，机械产品要求小巧美观，很对结构要求结构紧凑，功能齐全，机械连接也已经摆脱了以螺纹连接和不可拆连接为主的局面，而靠零件间的结构型锁合来连接。这些都加剧了对设计人员考虑材料的要求。
在当前的机械设计材料市场当中，碳素钢受其加工性能和操作性能好、成本价格优越等特点影响得到了广泛的关注与应用。与此同时，相关工作人员也发现一个问题：这种碳素钢的低强度、低韧性以及中等形状以上材料零部件无法进行热处理加工淬透作业等缺陷，使其在机械设计材料选择中受到了较为严重的制约。经研究发现，含有某种金属的碳素合金钢具有良好的机械加工性能，在工艺上比单纯的碳素钢更能满足设计人员在加工过程中的需求。例如对于表面硬度要求较高的零件，碳素钢在淬硬过程中会由于应力问题而出现裂纹，导致工件损坏，而在加入某种金属元素后，这种现象就得到了有效避免。这就满足了设计人员在材料工艺性上的要求，而且设计人员不单单只关注机械结构本身的设计上，还要对材料性能有足够的了解，在选用过程中总结经验，以便在以后的设计过程中节约时间和精力。
（3）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。机械设计经济性原则就是要满足经济性要求，在设计、制造上要求成本低，生产周期短。在使用上，要求生产率高、效率高、适用范围大、燃料和辅助材料消耗少、使用方便、维护费用低廉等。 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“的零都件.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。 所设计的零部件应尽量减少材料消耗、筒化工艺和降低技术要求，且制造容易，装配简单，互换性好，以便降低制造工时，降低制造机器及所偏要的工艺装配费用。
（4）环境性
环境性要求是现代化机械设计首要考虑问题，主要表现为以下方面：
（1）在设计时尽量少用储量较少的材料，如钨等金属的使用，要尽量找到代替材料，来进行优化，在满足结构及机械性能要求的基础上，尽量减少使用成本高，粗料少的材料。
（2）减少同一个机器里材料种类的用量，同时选用可再生，可回收材料。对于同一个机械，使用同种材料，有利于机械报废后对于材料的的回收再利用。
3、结论
现代机械产品的设计，材料的选择是一个重要的问题[4]。面对目前成千上万种材料，我们不仅要在传统的基础上考虑材料的使用性能，还涉及到制造到使用的整个过程。对于材料的适用性、安全性、经济性、环保性和回收再利用性等几个方面综合考虑。现代机械设计的过程中，已经引入很多现代化设计方法，如有限元设计方法，能對材料的各种性能进行定量定性分析。在以后的机械设计中，材料的选择还应该考虑到机械产品的多功能性，这也是对将来研究提出的前瞻性要求，但也是材料科学发展的趋势。
参考文献：
[1]刘晓叙.基于绿色设计的机械产品材料选择原则探讨[J].机械设计.2010，25：50
[2]黄梦奇，王婧. 浅谈机械设计中材料的选择和应用[J].机电信息，2012，6：48
[3]王永强，陶亚楠，刘青.机械设计中的材料的选择和应用探析[J].科技创新导报，2012，2：56
[4]王杰，程明远，李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息，2011，11：32
关键词：现代机械设计 材料科学 性能要求
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-633-01
1、机械设计中材料选择概述
现代机械设计已不再是传统的机械性能设计，而成为了一个综合学科的设计，包括美学、材料学、环境学等多方面的综合性设计[2]。在日益完善的条件下，这些因素的加入，无疑增加了机械设计行业的难度。这些设计方法在无形中已经进入机械设计行业的考虑条件内，并越来越重要。
所谓美学设计就是产品外观的设计，在19世纪，笨重是各种机械产品的代名词，那时的产品数量无法满足人们的需要，因此对外观上的关注度不高。而现在机械产品设计逐渐对产品外观要求越来越高，产品外观也成为人们选择购买产品时的一项重要考虑项，因此美学设计在产品的设计环节占据着不可忽视的地位。材料学是随着材料科学的发展逐渐被考虑到机械设计的过程中，材料的性能差异较大，对于人们设计产品的寿命等有加大影响。环境学是在地球资源面临短缺的危险下被纳入机械设计所考虑因素的行列，主要是处于对资源节约的考虑。比如对含有稀有金属或储量很少的金属的金属材料，应尽量考虑使用其代替材料。
在这些考虑因素里，材料学是最先被引入的，而且一直得到人们的重视，特别是在材料种类越来越多的今天，材料已经成为设计前设计人员首先考虑的项目。机械设计人员只有按照自己的设计需求，选择性能上相一致或接近的材料，才能在产品设计出时达到预期的效果，无论各方面性能。为了能满足人们对产品外观和性能方面的需求，机械设计人员必须时刻关注新材料的发展及熟悉机械设计中常用材料的性能，这样才能在设计过程中对选材的把握上做到游刃有余，有的放矢。而且各种材料的性能也决定了机械产品的寿命，在选择时可以根据客户需要，对产品设计时的材料进行寿命校核，做到既不浪费，又能达到产品预期要求。目前，机械零件设计材料的选择不仅仅局限于现有的以单一材料来设计，而是在一个零件里包含两种及以上材料[3]。例如在家电产品的设计里，对于需要电接头的零件，可在模具设计时将导电金属片嵌入，从而生产出外壳绝缘，又能接电路满足局部导电要求，这就是材料设计的典型实例。
2、现代机械设计的材料选择
面对目前机械产品设计中，材料对产品性能的影响越来越大，材料设计也一直被纳入机械设计首要考虑条件。目前设计人员在材料方面主要考虑以下几点；
（1）使用性
有专家指出，在整个机械设计的材料选择与应用工作当中，我们不仅需要注重对各种零件之间协调配合性能的研究，更要重视各个材料零件的合理性。材料对机械的使用性具有较大影响，作为整个机械来讲，各个零件的相互协作才能保证机器的正常运转。材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。在某个零件的设计过程中，如果在材料的使用上出现问题，导致零件的强度大打折扣，在机器实际运行中就容易出现各种故障。而反映在客户那里，这台机器就是一个设计的缺陷问题，导致使用性能下降，整体寿命也会受影响。这种情况，导致每个零件都关乎到机器的使用性能。鉴于此要想做好机械设计中的材料选择工作，首先要使材料满足机械零部件在运行过程中各种机械性能、物理性能以及化学性能的要求。
在现代化设计中，材料的使用性校核已经能通过有限元软件来分析，对零件的受力状况进行分析后输入，或对工作条件输入，计算机经过一系列运算，得出材料的内部应力状况。这帮助我们找出危险点，然后通过传统方法对机械危险点校核，不合格的情况下选用其他材料。这种方法是基于计算机辅助设计技术（CAD）的一种综合应用。
（2）工艺性
材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力，对于结构特别复杂的零件，只有特殊材料才能满足加工要求，这就要求设计人员在设计阶段对零件的材料慎重选择。现代化设计中，机械产品要求小巧美观，很对结构要求结构紧凑，功能齐全，机械连接也已经摆脱了以螺纹连接和不可拆连接为主的局面，而靠零件间的结构型锁合来连接。这些都加剧了对设计人员考虑材料的要求。
在当前的机械设计材料市场当中，碳素钢受其加工性能和操作性能好、成本价格优越等特点影响得到了广泛的关注与应用。与此同时，相关工作人员也发现一个问题：这种碳素钢的低强度、低韧性以及中等形状以上材料零部件无法进行热处理加工淬透作业等缺陷，使其在机械设计材料选择中受到了较为严重的制约。经研究发现，含有某种金属的碳素合金钢具有良好的机械加工性能，在工艺上比单纯的碳素钢更能满足设计人员在加工过程中的需求。例如对于表面硬度要求较高的零件，碳素钢在淬硬过程中会由于应力问题而出现裂纹，导致工件损坏，而在加入某种金属元素后，这种现象就得到了有效避免。这就满足了设计人员在材料工艺性上的要求，而且设计人员不单单只关注机械结构本身的设计上，还要对材料性能有足够的了解，在选用过程中总结经验，以便在以后的设计过程中节约时间和精力。
（3）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。机械设计经济性原则就是要满足经济性要求，在设计、制造上要求成本低，生产周期短。在使用上，要求生产率高、效率高、适用范围大、燃料和辅助材料消耗少、使用方便、维护费用低廉等。 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“的零都件.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。 所设计的零部件应尽量减少材料消耗、筒化工艺和降低技术要求，且制造容易，装配简单，互换性好，以便降低制造工时，降低制造机器及所偏要的工艺装配费用。
（4）环境性
环境性要求是现代化机械设计首要考虑问题，主要表现为以下方面：
（1）在设计时尽量少用储量较少的材料，如钨等金属的使用，要尽量找到代替材料，来进行优化，在满足结构及机械性能要求的基础上，尽量减少使用成本高，粗料少的材料。
（2）减少同一个机器里材料种类的用量，同时选用可再生，可回收材料。对于同一个机械，使用同种材料，有利于机械报废后对于材料的的回收再利用。
3、结论
现代机械产品的设计，材料的选择是一个重要的问题[4]。面对目前成千上万种材料，我们不仅要在传统的基础上考虑材料的使用性能，还涉及到制造到使用的整个过程。对于材料的适用性、安全性、经济性、环保性和回收再利用性等几个方面综合考虑。现代机械设计的过程中，已经引入很多现代化设计方法，如有限元设计方法，能對材料的各种性能进行定量定性分析。在以后的机械设计中，材料的选择还应该考虑到机械产品的多功能性，这也是对将来研究提出的前瞻性要求，但也是材料科学发展的趋势。
参考文献：
[1]刘晓叙.基于绿色设计的机械产品材料选择原则探讨[J].机械设计.2010，25：50
[2]黄梦奇，王婧. 浅谈机械设计中材料的选择和应用[J].机电信息，2012，6：48
[3]王永强，陶亚楠，刘青.机械设计中的材料的选择和应用探析[J].科技创新导报，2012，2：56
[4]王杰，程明远，李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息，2011，11：32