機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇與應(yīng)用

文/高翔 山東高速地產(chǎn)集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250014

機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇與應(yīng)用

文/高翔 山東高速地產(chǎn)集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250014

隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程的不斷加快,機(jī)械工程設(shè)計(jì)取得了飛躍式進(jìn)步,科學(xué)技術(shù)的不斷提升使得機(jī)械工程設(shè)計(jì)應(yīng)用更加廣泛?，F(xiàn)階段，選擇和應(yīng)用何種材料已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的熱門話題。我國經(jīng)濟(jì)和機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械行業(yè)中對材料的選擇和應(yīng)用已然成為重中之重的環(huán)節(jié)。所以本文將全面的研究和分析機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用的問題，以供同行借鑒。

機(jī)械設(shè)計(jì)；材料；選擇

一、機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇的意義分析

伴隨著民生經(jīng)濟(jì)及推進(jìn)城市化進(jìn)程的加快，國民生產(chǎn)總值中機(jī)械制造行業(yè)占有越來越重要的位置。社會經(jīng)濟(jì)中起的至關(guān)重要的保障性作用的行業(yè)便是機(jī)械制造，特別現(xiàn)在是機(jī)械原材料消耗增加，機(jī)械行業(yè)高速前行的階段，消耗占自然資源的比例也是顯著增加。目前，過度消耗機(jī)械原材料已經(jīng)是常態(tài)，持續(xù)供應(yīng)材料已成為機(jī)械行業(yè)已經(jīng)成為一大難題，背離了可持續(xù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。因此，經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性已經(jīng)是選擇機(jī)械設(shè)計(jì)材料的基準(zhǔn)法則。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)重視科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性的選擇機(jī)械設(shè)計(jì)材料，確保綜合利用好每一種選材，綜合評審機(jī)械設(shè)計(jì)的功能性與結(jié)構(gòu)性，保證設(shè)計(jì)出性價比最優(yōu)的機(jī)械產(chǎn)品。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)與材料選擇的關(guān)系

生產(chǎn)材料大量的用在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，關(guān)鍵問題是解決機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的合理選擇，機(jī)械設(shè)計(jì)無法進(jìn)行當(dāng)沒有合適的材料來滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的方案，那么設(shè)計(jì)便是徒勞的；如果機(jī)械設(shè)計(jì)中有合適的材料可以選擇，便可以對機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，拓展機(jī)械設(shè)計(jì)的方向。有以下三個方面表示材料與機(jī)械設(shè)計(jì)間的關(guān)系：（1）生產(chǎn)成本。機(jī)械產(chǎn)品被生產(chǎn)出來是機(jī)械設(shè)計(jì)的目的所在，在機(jī)械生產(chǎn)中如果使用成本高昂貴的材料，那么價格優(yōu)勢便在市場競爭中蕩然無存，因此，材料的成本問題是在機(jī)械設(shè)計(jì)中首要考慮的問題，人們也會挑選符合價格預(yù)期的機(jī)械產(chǎn)品。（2）機(jī)械性能。材料屬性不同決定其機(jī)械設(shè)計(jì)時性能的差異，在潮濕環(huán)境中使用金屬材料會改變其性能，盡管強(qiáng)度高、性能好使金屬材料的優(yōu)點(diǎn)，所以在要根據(jù)使用環(huán)境合理的選擇材料；高分子材料不耐高溫，其性能會在高溫環(huán)境中質(zhì)變，但是其彈性好，耐腐蝕，所以根據(jù)材料性能進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，也要在保證材料性能滿腹機(jī)械設(shè)計(jì)要求的前提下，考慮材料的成本問題。（3）產(chǎn)品質(zhì)量。需要多種材料協(xié)同作用方可設(shè)計(jì)一個完整的機(jī)械產(chǎn)品。機(jī)械產(chǎn)品在選擇合理材料的前提下確保每個環(huán)節(jié)都能發(fā)揮其最大性能，規(guī)避缺點(diǎn)，發(fā)揮優(yōu)點(diǎn)，質(zhì)量達(dá)到最大效果；機(jī)械產(chǎn)品的整體質(zhì)量會因?yàn)槭褂貌磺‘?dāng)?shù)牟牧隙档?，設(shè)計(jì)目的無法達(dá)到。因此機(jī)械設(shè)計(jì)的核心是選擇合適的材料。

三、傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用特質(zhì)

1.金屬材料的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料是最為普遍采用材料，從含有金屬元素的原料中提煉出來，使得機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的材料。金屬材料通常是鐵、銅、鋁等，然而金屬材料間性能和原料價格也是各有千秋。一般來說，提煉容易、磨損性好、耐高溫和導(dǎo)熱性優(yōu)良是金屬材料的特點(diǎn)，而且柔軟度和硬度對于某些金屬來說也很不錯，因此是最常用在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的首選材料。

2.高分子材料的應(yīng)用

橡膠材料、纖維材料、塑料材料等是在機(jī)械設(shè)計(jì)中最常用到的高分子材料。獲取容易、價格便宜、重量輕是高分子材料的特點(diǎn)，而且對于提高機(jī)械產(chǎn)品在特殊使用環(huán)境的性價比有很好提高作用。然而比如其腐蝕性差，易被化學(xué)試劑侵蝕，會使其失去性能是高分子材料的缺點(diǎn)；高溫環(huán)境下塑料材料也會失去原有性能，因此塑料材料耐高溫性差。

3.應(yīng)用陶瓷材料

機(jī)械設(shè)計(jì)中也常常使用陶瓷材料。陶瓷材料耐腐蝕，硬度高，比如化學(xué)試劑無法對它產(chǎn)生侵蝕作用，可使用在環(huán)境較惡劣環(huán)境中，而且有著金屬材料般的硬度；同體積的金屬材料與同體積的陶瓷材料比較重量，明顯陶瓷更輕于金屬材料。但是其抗沖擊能力比較弱，陶瓷材料本身的屬性便是硬脆，會發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞當(dāng)收到強(qiáng)大沖擊力的時候，價格也比其他材料貴。

4.應(yīng)用復(fù)合材料

將兩種或兩種以上的材料組合在一起便是所謂的復(fù)合材料，材料可互相彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，復(fù)合材料的機(jī)械性能比單一材料的性能提升更加明顯。例如碳纖維、玻璃鋼、鋁不銹鋼等都是常用的復(fù)合材料，價格也與符合材料的性能成正比。由此可見，雞舍產(chǎn)品設(shè)計(jì)中已經(jīng)越來越多的使用復(fù)合材料。未來將會根據(jù)人們對材料性能的目的開發(fā)出多種符合材料，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中也將會大量的使用復(fù)合材料。

四、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用分析

現(xiàn)以一輛汽車生產(chǎn)為實(shí)例，分析它對材料的應(yīng)用：

車的不同材料需要安放在車的不同部位上，滿足汽車生產(chǎn)的前提是挑選合適的材料，如圖1所示。

圖1 汽車的構(gòu)成方式

1.復(fù)合材料的使用

在汽車的部分內(nèi)飾件、外飾件與發(fā)動機(jī)周圍零部件普遍采用塑料材料。極其優(yōu)越的顏色辨識度和美觀的外形；可以調(diào)整尺寸公差，便于統(tǒng)一生產(chǎn)；耐沖擊且塑性變形能力強(qiáng)；可適應(yīng)多種氣候與環(huán)境溫度，而不改變其性能和外觀；更換方便，可輕易或借助工具方便的更換零部件是是這些零部件和材料的特點(diǎn)。以此的推論出，為滿足環(huán)境溫度、輕質(zhì)廉價和經(jīng)濟(jì)性好的要求，且在對比各種材料后使用塑料材料是不錯的選擇。

2.高分子材料的使用

在汽車的的副儀表板、儀表板、立柱、座椅和門板等輔助零部件材料主要選擇高分子材料。鑒于圖1顯示的為中低檔車，要求內(nèi)飾件外觀漂亮、駕駛員駕駛舒服，抗壓性好，對環(huán)境溫度有一定要求，所以推薦汽車輔助零部件設(shè)計(jì)制造選擇高分子材料。

3.金屬材料的使用

金屬材料適用于汽車的發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，發(fā)動機(jī)啟動時油污多，溫度高、溫度變化大，滿足經(jīng)濟(jì)要求，材料復(fù)原性能好是發(fā)動機(jī)最大特點(diǎn)，所以通過分析得知，機(jī)械設(shè)計(jì)與材料的選擇使用相輔相成。

結(jié)語：

總而言之，在對機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料進(jìn)行選擇的時候，需要將科學(xué)性的應(yīng)用以及優(yōu)化型的材料放在首位，通過對當(dāng)前相關(guān)行業(yè)的發(fā)展情況進(jìn)行分析，將材料選擇以及應(yīng)用的重要性進(jìn)行進(jìn)一步的明確，從而滿足機(jī)械方面在設(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。

[1]王永強(qiáng),陶亞楠,劉青.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用探析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2012(20):123-124.

[2]黃夢奇,王婧.淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用[J].機(jī)電信息,2012(06):101-102.

[3]胡家秀 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) [M],北京機(jī)械工業(yè)出版社，2011.