機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用研究

王二峰??

【摘 要】在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇與應(yīng)用已經(jīng)成為了一個(gè)熱點(diǎn)問題。隨著機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式和可持續(xù)發(fā)展程度不斷加深，機(jī)械材料的選擇與應(yīng)用也成為機(jī)械行業(yè)一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。因此，本文以機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用為課題，展開了全面的分析與研究，以供參考。

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

Selection and application of materials in mechanical design

Wang Er-feng

（Huadian Heavy Machinery Co.， Ltd Tianjin 300409）

【Abstract】In mechanical design， selection and application of materials has become a hot issue. With the continuous development of the machinery industry， China's economic growth mode and extent of sustainable development has deepened， materials selection and application of mechanical machinery industry has become an important part. Therefore， this paper selection and application of materials for mechanical design issues， launched a comprehensive analysis and research for reference.

【Key words】Mechanical design；Materials；Selection；Applications

1. 引言

在飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，城市化的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)程不斷深入，這導(dǎo)致我國(guó)機(jī)械相關(guān)行業(yè)在社會(huì)中的地位越來越重要。在國(guó)家未來的發(fā)展過程中，機(jī)械將成為發(fā)展的主要力量源頭，將在我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)以及相關(guān)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重要的決定性的作用。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械行業(yè)中的基礎(chǔ)，在整個(gè)機(jī)械行業(yè)工作中顯得尤為重要，該方面的發(fā)展對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益提高都有著顯著性的影響。因此，對(duì)該環(huán)節(jié)進(jìn)行充分的研究是一項(xiàng)十分有意義的研究?jī)?nèi)容。

2. 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用的意義

目前，我國(guó)工業(yè)化發(fā)展十分迅速，由于相關(guān)體系不斷完善，機(jī)械設(shè)備的使用概率在不斷的提升，對(duì)機(jī)械設(shè)備的需求量也在逐步的增加，這樣的發(fā)展趨勢(shì)已導(dǎo)致我國(guó)的機(jī)械材料出現(xiàn)了短缺的現(xiàn)象。作為機(jī)械設(shè)計(jì)以及零件生產(chǎn)的過程中最為基本的元素，材料的有效保證和恰當(dāng)使用，已經(jīng)成為保證機(jī)械設(shè)計(jì)行可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，面對(duì)當(dāng)前狀況，機(jī)械設(shè)計(jì)工作需要有效加強(qiáng)對(duì)材料選擇方面的工作力度，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，不僅要保證所采用的材料具有適合性和實(shí)用性，還要保證不會(huì)造成環(huán)境污染以及資源浪費(fèi)。通過不斷的對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)材料的良好選擇，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)在發(fā)展過程中的穩(wěn)定性。

3. 機(jī)械設(shè)計(jì)與材料選擇的關(guān)系

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要使用大量的生產(chǎn)材料。如何合理選用材料使機(jī)械設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)是關(guān)鍵，如果機(jī)械設(shè)計(jì)的方案沒有合適的材料完成，機(jī)械設(shè)計(jì)就將無法生產(chǎn)，設(shè)計(jì)也只能是無效設(shè)計(jì)；如果機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用合適的材料，將能進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)，使機(jī)械設(shè)計(jì)的思路進(jìn)一步拓展。機(jī)械設(shè)計(jì)與材料間的關(guān)系從以下3個(gè)方面體現(xiàn)：

3.1 成本的體現(xiàn)。

機(jī)械設(shè)計(jì)的最終目的是將設(shè)計(jì)的機(jī)械生產(chǎn)出來并投入使用。如果選用的材料成本過于昂貴，那么機(jī)械生產(chǎn)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將沒有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。為使機(jī)械成本能真正滿足企業(yè)需要，機(jī)械設(shè)計(jì)首要考慮材料的成本問題。

3.2 性能的體現(xiàn)。

不同材料具有不同的性能。就常用的機(jī)械設(shè)計(jì)材料來說，金屬材料性能好、強(qiáng)度高，但許多金屬材料在潮濕環(huán)境下易改變性能，因此使用金屬材料要考慮環(huán)境問題；高分子材料彈性好、耐腐蝕性強(qiáng)，但不耐高溫，在高溫環(huán)境下，性能會(huì)發(fā)生變化等。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)在合理降低材料成本的前提下，考慮材料的性能問題，保證材料性達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)的需求。

3.3 質(zhì)量的體現(xiàn)。

一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可能同時(shí)需要多種材料共同完成。如果機(jī)械設(shè)計(jì)的材料運(yùn)用合理，機(jī)械產(chǎn)品的每個(gè)環(huán)節(jié)就能在保證機(jī)械產(chǎn)品性能的前提下，應(yīng)用其優(yōu)點(diǎn)，回避其缺點(diǎn)，使機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到1+1>2的效果；反之，機(jī)械產(chǎn)品的整體質(zhì)量會(huì)降低，機(jī)械設(shè)計(jì)則達(dá)不到設(shè)計(jì)的目的。因此，如何做好材料搭配也是機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

4. 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用特質(zhì)

4.1 金屬材料。

金屬材料是機(jī)械設(shè)計(jì)中最常用的材料，一般提煉自金屬原石。金屬材料有金、銀、銅、鐵、錫、鋁等，不同的金屬材料價(jià)格不同，性能也有具有很大差異。總體來說，金屬材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：容易獲取、耐磨損、耐熱性強(qiáng)、導(dǎo)熱性強(qiáng)，部分金屬的硬度和柔韌性很強(qiáng)。

4.2 陶瓷材料。

陶瓷材料也常常被應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中。陶瓷材料硬度高，其硬度可與金屬材料相媲美；耐腐蝕，對(duì)于化學(xué)材料侵蝕不敏感，無法產(chǎn)生很大的影響；重量輕，與同體積金屬材料相比，重量遠(yuǎn)輕于金屬材料。但是，陶瓷材料硬脆，抗沖擊能力較差，如果遭受強(qiáng)大的沖擊，將會(huì)損壞，同時(shí)它的價(jià)格也較為昂貴。

4.3 復(fù)合材料。

復(fù)合材料是指將兩種不同性能的材料結(jié)合在一起，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使性能比單一材料更加優(yōu)越。復(fù)合材料類別很多，比如碳纖維、玻璃鋼、鋁不銹鋼等，不同的復(fù)合材料性能、價(jià)格不同。由于復(fù)合材料能夠綜合單一材料的性能優(yōu)點(diǎn)，所以復(fù)合材料在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用。未來，隨著人們對(duì)材料性能的不斷追求，將會(huì)開發(fā)出大量的新型復(fù)合材料，復(fù)合材料也將會(huì)越來越多地使用在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

4.4 高分子材料。

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，最常用的高分子材料為橡膠材料、塑料材料、纖維材料等。高分子材料重量輕、價(jià)格低廉、容易獲取。在一些特殊的場(chǎng)合下，使用高分子材料能提高機(jī)械產(chǎn)品的性價(jià)比，但高分子材料也具有弱點(diǎn)，例如橡膠材料不耐腐蝕，如果有化學(xué)物品侵蝕，將失去原有性能；塑料材料不耐高溫，如果遇到高溫環(huán)境，將會(huì)失去性能。

5. 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用要考慮的因素

5.1 性能的因素。

機(jī)械設(shè)計(jì)需要機(jī)械材料來完成。如果機(jī)械材料性能不能保證設(shè)計(jì)的需要，機(jī)械設(shè)計(jì)將無法實(shí)現(xiàn)。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)選擇材料時(shí)，確保材料性能是第一原則。不同材料具有不同的性能，負(fù)荷能力、強(qiáng)度等都不盡相同，機(jī)械設(shè)計(jì)師需要非常熟悉材料的性能，只有針對(duì)材料的性能進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)才具有可實(shí)現(xiàn)性。

5.2 工藝的因素。

從機(jī)械設(shè)計(jì)到產(chǎn)品完成的過程中，材料要經(jīng)過多種工藝流程。比如：可能要經(jīng)過切割、拼接、焊接等。如果機(jī)械材料不適合批量加工，或者加工中容易出現(xiàn)問題，那么該材料就不能被輕易采用；反之，如果該材料既容易獲取又容易工業(yè)加工，又能保證產(chǎn)品的性能，則在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)可先使用該材料。因此，在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不能不考慮工藝生產(chǎn)的因素，它也是選擇使用某種材料時(shí)的一個(gè)重要的參考因素。

5.3 環(huán)境的因素。

機(jī)械產(chǎn)品會(huì)在怎樣的環(huán)境中工作，是機(jī)械設(shè)計(jì)中必須考慮問題。環(huán)境因素對(duì)材料的影響非常大，比如金屬材料有熱脹冷縮的特性，它在高、低溫環(huán)境下，狀態(tài)不一樣。如果機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，不注意工作環(huán)境，將有可能使在惡劣環(huán)境工作的材料，在短時(shí)期內(nèi)失去原有的性能，機(jī)械產(chǎn)品就將出現(xiàn)質(zhì)量問題。因此機(jī)械設(shè)計(jì)必須熟悉機(jī)械產(chǎn)品的主要工作環(huán)境，根據(jù)不同的工作環(huán)境設(shè)計(jì)不同的機(jī)械產(chǎn)品，才能滿足人們的需求。

5.4 價(jià)格的因素。

機(jī)械產(chǎn)品要在市場(chǎng)上有足夠的競(jìng)爭(zhēng)力，就需要做合理的價(jià)格定位，具有高性價(jià)比的特質(zhì)。因此，價(jià)格的因素是機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)必須參考的。機(jī)械產(chǎn)品的價(jià)格取決于很多環(huán)節(jié)，比如材料是否容易獲取、材料是在當(dāng)?shù)孬@取還是需要遠(yuǎn)輸、材料的加工成本、加工過程中的損失成本、保存的成本等。因此對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮到對(duì)價(jià)格產(chǎn)生影響的諸多環(huán)節(jié)，在滿足性能的前提下，盡量選擇價(jià)格低廉的材料，控制成本。

6. 結(jié)束語

總之，機(jī)械設(shè)計(jì)中，在對(duì)材料進(jìn)行選擇時(shí)，需要將科學(xué)性的應(yīng)用以及優(yōu)化型的材料放在首位，通過對(duì)當(dāng)前相關(guān)行業(yè)發(fā)展情況的分析，將材料選擇以及應(yīng)用的重要性進(jìn)一步的明確，從而滿足機(jī)械在設(shè)計(jì)過程中的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，使得適用性、經(jīng)濟(jì)性、可行性以及優(yōu)質(zhì)性得以實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)該行業(yè)進(jìn)行更加良好地發(fā)展。

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