機械設(shè)計材料的選擇與應用

文/高翔 山東高速地產(chǎn)集團有限公司 山東濟南 250014

機械設(shè)計材料的選擇與應用

文/高翔 山東高速地產(chǎn)集團有限公司 山東濟南 250014

隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進程的不斷加快，機械工程設(shè)計取得了飛躍式進步，科學技術(shù)的不斷提升使得機械工程設(shè)計應用更加廣泛?，F(xiàn)階段，選擇和應用何種材料已經(jīng)成為機械設(shè)計領(lǐng)域中的熱門話題。我國經(jīng)濟和機械行業(yè)的不斷發(fā)展，機械行業(yè)中對材料的選擇和應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械設(shè)計中材料的選擇與應用的問題，以供同行借鑒。

機械設(shè)計；材料；選擇

一、機械設(shè)計材料選擇的意義分析

伴隨著民生經(jīng)濟及推進城市化進程的加快，國民生產(chǎn)總值中機械制造行業(yè)占有越來越重要的位置。社會經(jīng)濟中起的至關(guān)重要的保障性作用的行業(yè)便是機械制造，特別現(xiàn)在是機械原材料消耗增加，機械行業(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，過度消耗機械原材料已經(jīng)是常態(tài)，持續(xù)供應材料已成為機械行業(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)濟性、環(huán)保性已經(jīng)是選擇機械設(shè)計材料的基準法則。相關(guān)技術(shù)人員應重視科學性、經(jīng)濟性、合理性的選擇機械設(shè)計材料，確保綜合利用好每一種選材，綜合評審機械設(shè)計的功能性與結(jié)構(gòu)性，保證設(shè)計出性價比最優(yōu)的機械產(chǎn)品。

二、機械設(shè)計與材料選擇的關(guān)系

生產(chǎn)材料大量的用在機械設(shè)計過程中，關(guān)鍵問題是解決機械設(shè)計中材料的合理選擇，機械設(shè)計無法進行當沒有合適的材料來滿足機械設(shè)計的方案，那么設(shè)計便是徒勞的；如果機械設(shè)計中有合適的材料可以選擇，便可以對機械設(shè)計進行優(yōu)化，拓展機械設(shè)計的方向。有以下三個方面表示材料與機械設(shè)計間的關(guān)系：（1）生產(chǎn)成本。機械產(chǎn)品被生產(chǎn)出來是機械設(shè)計的目的所在，在機械生產(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械設(shè)計中首要考慮的問題，人們也會挑選符合價格預期的機械產(chǎn)品。（2）機械性能。材料屬性不同決定其機械設(shè)計時性能的差異，在潮濕環(huán)境中使用金屬材料會改變其性能，盡管強度高、性能好使金屬材料的優(yōu)點，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)材料性能進行機械設(shè)計，也要在保證材料性能滿腹機械設(shè)計要求的前提下，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)計一個完整的機械產(chǎn)品。機械產(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，發(fā)揮優(yōu)點，質(zhì)量達到最大效果；機械產(chǎn)品的整體質(zhì)量會因為使用不恰當?shù)牟牧隙档?，設(shè)計目的無法達到。因此機械設(shè)計的核心是選擇合適的材料。

三、傳統(tǒng)機械設(shè)計中材料的應用特質(zhì)

1.金屬材料的應用

機械設(shè)計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，使得機械設(shè)計中常用的材料。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、耐高溫和導熱性優(yōu)良是金屬材料的特點，而且柔軟度和硬度對于某些金屬來說也很不錯，因此是最常用在機械產(chǎn)品設(shè)計中的首選材料。

2.高分子材料的應用

橡膠材料、纖維材料、塑料材料等是在機械設(shè)計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，而且對于提高機械產(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，易被化學試劑侵蝕，會使其失去性能是高分子材料的缺點；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.應用陶瓷材料

機械設(shè)計中也常常使用陶瓷材料。陶瓷材料耐腐蝕，硬度高，比如化學試劑無法對它產(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)生嚴重損壞當收到強大沖擊力的時候，價格也比其他材料貴。

4.應用復合材料

將兩種或兩種以上的材料組合在一起便是所謂的復合材料，材料可互相彌補各自的缺點，復合材料的機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)計中已經(jīng)越來越多的使用復合材料。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，機械產(chǎn)品設(shè)計中也將會大量的使用復合材料。

四、機械設(shè)計中材料的應用分析

現(xiàn)以一輛汽車生產(chǎn)為實例，分析它對材料的應用：

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。

1.復合材料的使用

在汽車的部分內(nèi)飾件、外飾件與發(fā)動機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；可適應多種氣候與環(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。以此的推論出，為滿足環(huán)境溫度、輕質(zhì)廉價和經(jīng)濟性好的要求，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)動機設(shè)計和生產(chǎn)，發(fā)動機啟動時油污多，溫度高、溫度變化大，滿足經(jīng)濟要求，材料復原性能好是發(fā)動機最大特點，所以通過分析得知，機械設(shè)計與材料的選擇使用相輔相成。

結(jié)語：

總而言之，在對機械設(shè)計中的材料進行選擇的時候，需要將科學性的應用以及優(yōu)化型的材料放在首位，通過對當前相關(guān)行業(yè)的發(fā)展情況進行分析，將材料選擇以及應用的重要性進行進一步的明確，從而滿足機械方面在設(shè)計過程中的生產(chǎn)標準，使得適用性、經(jīng)濟性、可行性以及優(yōu)質(zhì)性得以實現(xiàn)，促進該行業(yè)進行更加良好地發(fā)展。

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［2］黃夢奇，王婧.淺談機械設(shè)計中材料的選擇和應用［J］.機電信息，2012（06）:101-102.

［3］胡家秀 機械設(shè)計基礎(chǔ) ［M］，北京機械工業(yè)出版社，2011.