機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中材料的應(yīng)用和機(jī)械的性能，機(jī)械的使用壽命有非常大的關(guān)系，而材料的選擇往往是設(shè)計(jì)師們非常容易忽視的問(wèn)題，本文重點(diǎn)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的材料選擇細(xì)節(jié)進(jìn)行探討，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);材料;選擇;應(yīng)用

1.前言

對(duì)于機(jī)械制造而言，材料是關(guān)系到機(jī)械成本和機(jī)械利用中非常關(guān)鍵的因素，較好的材料不僅能夠延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命，而且能夠有效的提高機(jī)械使用的效率，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，材料要引起大家的重視。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用意義

目前，我國(guó)的工業(yè)化發(fā)展十分迅速，由于相關(guān)體系不斷的完善，機(jī)械設(shè)備的使用概率也在不斷的提升，對(duì)機(jī)械設(shè)備的需求量也在不斷的增加，這樣的發(fā)展趨勢(shì)導(dǎo)致我國(guó)的機(jī)械材料出現(xiàn)了短缺的現(xiàn)象。材料和機(jī)械設(shè)備是機(jī)械設(shè)計(jì)以及零件生產(chǎn)的過(guò)程中最為基本的元素，對(duì)材料提供有效的保證和恰當(dāng)?shù)氖褂茫呀?jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中可以進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，在面對(duì)當(dāng)前的狀況，一定要將機(jī)械設(shè)計(jì)中使用的材料在選擇方面的工作力度進(jìn)行有效的加強(qiáng)，不僅要保證機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中所采用的材料具有適合性和實(shí)用性，還要保證所采用的材料不會(huì)造成環(huán)境方面的污染以及資源方面的浪費(fèi)，在選材時(shí)對(duì)材料的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性要進(jìn)行充分的考慮。通過(guò)不斷的對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)材料進(jìn)行良好的選擇，從而對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中的穩(wěn)定性起到推動(dòng)的作用。

3.機(jī)械設(shè)計(jì)常用的材料?

3.1金屬材料

在各類(lèi)工程材料中，金屬材料（鋼鐵）使用最廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械制造產(chǎn)品中，鋼鐵材料占90%以上。鋼鐵被大量采用，由于它們具有較好的強(qiáng)度、韌性外，價(jià)格便宜和容易弄到，而且能滿足多種性能和用途的要求。各類(lèi)鋼材中，由于合金鋼的性能優(yōu)良，常常用來(lái)制造各種零件。

3.2高分子材料

高分子材料包含三大類(lèi)，例塑料、合成纖維。高分子材料有很多優(yōu)點(diǎn)，如原料豐富，可從石油天然氣與煤中提出，或者地區(qū)是所需的能耗低;密度小，只有鋼的1/6;適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)有很好的彈性等。

3.3陶瓷材料

工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料，有以氮化硅，碳化硅為主要成分的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，有以氧化鋁為主要成分的刀具結(jié)構(gòu)陶瓷。陶瓷材料的主要特點(diǎn)是：硬度高（硬度大多在1500HV）、耐腐蝕、熔點(diǎn)高、剛度大及密度比鋼鐵低、抗壓強(qiáng)度較高，但抗拉強(qiáng)度較低，塑性和韌性很差等。陶瓷材料常被稱為：“像金剛石一樣硬，像鋁一樣輕”的材料。到目前為止，陶器材料應(yīng)用于密封件、滾動(dòng)軸承和切削刀具等結(jié)構(gòu)中，但陶瓷材料的主要不足的是比較脆，斷裂韌度低，價(jià)格昂貴加工工藝性能差。

3.4復(fù)合材料

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類(lèi)。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹(shù)脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。

4.材料選擇和應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)?

材料選擇是機(jī)械設(shè)計(jì)的最重要最關(guān)鍵的內(nèi)容之一，關(guān)系到整個(gè)設(shè)計(jì)的工作質(zhì)量。我以為想要做好選擇工作，首先要滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)用性，再次，是經(jīng)濟(jì)性可操作性以及安全性，最后是要符合可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，我認(rèn)為，在機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇工作中，由各個(gè)方面的工作人員注意。

4.1機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇滿足機(jī)械零件應(yīng)用要求

實(shí)踐說(shuō)明，機(jī)械零件的失效其實(shí)最大的原因就是因其外載荷所造成的，而且，這是一個(gè)不能避免的矛盾，而且衡量這個(gè)矛盾在我們的設(shè)計(jì)工作中，是用材料載荷性能以及需要的外載荷的大小作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的。比如：對(duì)于載荷可以使得零件彎曲或者扭曲，或者零件會(huì)因載荷而彎曲、拉伸與壓縮。我們可以用中碳鋼調(diào)質(zhì)或者低碳鋼滲碳的加工方式對(duì)其進(jìn)行加工，或者選擇材料各個(gè)部分性能比較均勻的零部件材料來(lái)確保零件的實(shí)用性。

4.2機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇滿足經(jīng)濟(jì)型

在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇以及應(yīng)用上，應(yīng)該注意實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性原則。在對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇上，主要是針對(duì)機(jī)械的零部件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)以及架構(gòu)，其中鑄造技術(shù)以及焊接技術(shù)、鍛造技術(shù)、粘結(jié)固話技術(shù)等都是根據(jù)材料選擇的不同方面以及不同技術(shù)要求來(lái)進(jìn)行的。鑄造技術(shù)主要是針對(duì)材料的收縮性以及吸氣性質(zhì)來(lái)進(jìn)行的，鍛造技術(shù)主要是針對(duì)材料有冷卻系以及冷鐓性的性質(zhì)，焊接技術(shù)主要是針對(duì)材料有敏感性，粘結(jié)固化技術(shù)主要是針對(duì)材料有粘結(jié)固話性質(zhì)。只有采取的技術(shù)可以滿足材料的這些性質(zhì)才可以讓材料符合技術(shù)性要求。同時(shí)，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇上還應(yīng)該注意經(jīng)濟(jì)性，也就是說(shuō)針對(duì)材料的選擇在達(dá)到了技術(shù)性的要求之后還應(yīng)該盡量的選擇價(jià)格較低的原材料。

4.3機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇滿足環(huán)保性

環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為全世界最關(guān)注的話題，機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇更是要注意到這一點(diǎn)。工業(yè)垃圾、白色污染、廢料垃圾，都是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題。設(shè)計(jì)是生產(chǎn)的開(kāi)始。且決定著生產(chǎn)，以環(huán)境換取經(jīng)濟(jì)的方式是不可取的。這是關(guān)系人類(lèi)發(fā)展與生存的重大問(wèn)題。作為設(shè)計(jì)的執(zhí)行者一定要重視材料選擇與應(yīng)用的環(huán)保性。

5.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用?

機(jī)械行業(yè)中，材料分很多種類(lèi)，其中性能可加工和應(yīng)用性也是不盡相同。適合的應(yīng)用材料，是機(jī)械設(shè)計(jì)中很重要的部分。設(shè)計(jì)人員不僅僅要對(duì)材料了的各個(gè)性能與特點(diǎn)了解到位。且要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求，在這些材料中，選用合適的，甚至是更好的能夠滿足需求的材料。

機(jī)械產(chǎn)品的用途不同，其中受到的負(fù)載、腐蝕、以及疲勞強(qiáng)度、變形強(qiáng)度時(shí)不同的。要充分考慮其用途，以及使用時(shí)受到的損壞程度，合理的應(yīng)用材料，比如在設(shè)計(jì)模具時(shí)，便要考慮材料的可加工性、淬硬性和淬透性、淬火溫度和熱處理變形以及脫碳敏感性等。從而保證模具精度和壽命。

6.結(jié)束語(yǔ)

總之，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，材料的運(yùn)用是關(guān)系到機(jī)械是否能夠正常使用的關(guān)鍵，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，要注意上述所描述的問(wèn)題，同時(shí)也要注意具體問(wèn)題具體對(duì)待，這樣能夠提高設(shè)計(jì)過(guò)程中的效率。

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作者簡(jiǎn)介：

劉翔（1991.08.21-），本科，邵陽(yáng)學(xué)院機(jī)械系。