機械設計中材料的選擇和應用分析

王景秋

摘 要：在改革開放以來，我國和世界各國的聯系越來越緊密，我國重工業和輕工業呈現飛速發展的狀態，推動著機械制造業的發展。而在機械制造業的發展當中，機械設備材料的選用起著關鍵性作用，對于機械的性能和壽命有著重要的影響。所以，對于材料的選用需要嚴格把關，保證材料來源于正規商家，保障材料的標準性，本文所探討的主要內容就是機械設計中材料的選擇和應用分析。

關鍵詞：機械設計；材料的分類；在設計中的應用現狀；解決措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.064

0 引言

機械制造業領域是十分復雜的，涉及到很多環節和眾多工序，而機械設計則關系著機械產品最終的應用范圍，機械材料的選用關系著整個機械設備的質量、安全以及壽命，所以機械設計材料的選用必須放在重要地位，必須引起設計者和建造者的高度重視。

1 在機械設計當中一般應用到的主要材料以及應用

機械設計的對象一般是中大型的機器，因此所應用到的材料一般分為金屬和非金屬，其中金屬材料和非金屬材料并不是一般的單物質材料，而是各種合成材料，比如金屬材料當中的：鋼、銅以及各種合金等等；非金屬材料當中的：陶瓷、玻璃等高分子材料，由于這些材料在耐腐蝕、耐高溫等方面的優良性能被廣泛的應用到機械生產當中。所以，從金屬材料的角度出發，第一，鑄鐵：鑄鐵并不是單物質，它是由鐵、碳和硅組成的一種金屬合金，在材料設計當中它的優點是，在液態形體下具有良好的流動性，且熔點較低，容易切割，具有良好的鑄造條件，同時具有較高的抗壓能力和減震能力，在機械零件制造領域的應運范圍較廣；第二，鋼：鋼也是一種金屬合金，其中含有多種化學元素，比如碳、鉻、錳等，因此根據化學成分的組成情況又分為碳素鋼和合金鋼，根據其應運的方向又分為結構鋼、工具鋼等。其中碳素鋼因為其本身的價格優勢以及其它眾多優點被制造業企業廣泛應用；第三，銅：銅是具有良好的延展性、導熱以及導電性，同時可以和其它化學元素一起組成眾多合金因此被廣泛的應用到各個領域，另外，青銅和黃銅具有很強的耐腐蝕和耐磨擦的性能，所以在機械方面的利用率較高。從非金屬的角度出發，在機械設計當中應用范圍最廣的是塑料和橡膠，塑料因為重量輕、易變形、耐腐蝕、絕緣性能良好等優點被廣泛應用到零件的制作上，同時橡膠因為柔韌力較好，可以減經劇烈的撞擊，具有較高的減震性能被廣泛的應用到減震器的制造當中；第二，陶瓷，陶瓷因為自身在任何條件下的化學穩定性能較強、耐熱性能高、耐火能力強，因此作為一種耐熱零件被廣泛應用；第三，復合材料與其它非金屬材料相比克服了其它材料的不足，在耐磨性、抗震性性能方面得到了進一步的提升，由于它性能的良好，因此價格也比較昂貴，所以一般應用這種材料的都是一些大型公司，而且以高端設備建造為主，像：武器、航空或者電子設備等領域，但是隨著科學技術的發展，復合材料的生產過程簡化，生產例如進一步降低，所以應用領域逐漸下移[1]。

2 針對機械設計材料選擇的應用情況提出的相關解決措施

2.1 堅持具體問題具體分析，立足于設計要求

在機械設計活動當中涉及到的零件種類繁多，因此不同的零件對于材料都有不同的要求，一旦材料的選擇出現失誤，那么將會影響到該機械設備的性能和用途，所以，工作者必須對材料的選擇引起高度的重視，了解每一個材料的用途和性能，嚴格分析每一個材料在不同環境下的形態和性質的變化，以及對其性質的影響和決定因素。針對這種情況設計者可以進行一些有針對性的實驗，比如耐熱實驗、抗壓試驗、減震實驗，在具體的實踐活動當中了解材料的性能變化，記錄下各種數據，從而和機械設計實現對接。另外，在材料的選擇上除了考略材料的性能還要考慮到材料的價格，以及在設計和生產過程當中所產生的一些成本，做到性能和價格的統一[2]。

2.2 充分了解材料的相關優勢和主要應用領域

機械設備是由很多零件組裝而成的，因此材料對于機械設備起著基礎性的影響，機械設計者在材料的選用上要做到以下幾點：第一，要對材料的物理性能進行分析。機械設備的使用效率和使用壽命將和材料的質量、性能直接掛鉤，所以針對每一種材料的性能都要進行嚴格的核準，而不是依靠舊有的數據或者理論進行研究設計，可以從材料的化學性能、工藝性能、物理性能這三個方面出發。第二，物理性能所囊括的范圍比較廣，比如：粘度、熔點、熱傳導性能、磁性能等，所以機械設計工作者就要做到一切從實際出發，做到具體問題具體分析，找到材料在不同環境下的共性和特性，根據其特性形成的條件找到相適應的機械設備，做到最優方案；化學性能主要包括的是可燃性、氧化性、腐蝕性等，如果該機械設備是航天器材，那么在設計時主要考慮的就是材料的抗氧化性能和耐高溫性能；工藝性能在機械設計當中主要考慮的是材料的焊接、鍛造以及切割等[3]。

2.3 材料在進行工藝處理的時候要做到科學化標準化

機械在生產過程當中由于受到多方面的影響，在其性能方面往往達不到預期的效果，所以還需要后期進行工藝化的處理，比如：鑄造工藝、鍛造工藝、焊接工藝、切削加工工藝、粘結固化工藝以及熱處理工藝等。比如以鑄鐵熱處理為例子，鑄鐵在鑄造過程中由于熱脹冷縮，所以鑄件壁的厚薄度不統一，產生一種應力。但是這種應力不能夠留在零件當中，因此必須進行工藝學熱處理。在熱處理當中對于材料有收縮性、流動性、偏折性、吸氣性以及熱裂向性等要求，必須實現溫度和時間的精準控制，做好石墨化退火、球鐵淬火以及回火、表面淬火等工作。設計人員必須保證工業處理工作科學化標準化進行，提高材料的性能[4]。

3 結束語

綜上所述，機械設計是我國制造業發展的核心，機械設備設計材料的選擇則是關鍵的環節，所以設計人員必須嚴謹對待，做好這方面的工作，同時國家和企業也要引起對這方面的高度重視，提高我國機械制造水平。

參考文獻：

[1]王熙婷.機械設計過程中機械材料的選擇和應用探析[J].中國新技術新產品，2018（02）：42-43.

[2]明習鳳.淺析機械設計過程中機械材料的選擇和應用[J].電子世界，2018（08）：81.

[3]王建國.機械設計過程中機械材料的選擇和應用探析[J].廣東蠶業，2018，v.52（03）：38.

[4]趙平安.CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的發展分析[J].科技風，2018.