淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

摘 要：材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的選擇和應(yīng)用在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作中越來(lái)越重要。機(jī)械設(shè)計(jì)科學(xué)健康的發(fā)展有利于促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工作的不斷進(jìn)步，有利于加快我國(guó)的社會(huì)化建設(shè)。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，應(yīng)該投入更多的時(shí)間和精力來(lái)確保其行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。本文探討了機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用。

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

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）15-0218-01

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇和應(yīng)用的含義

隨著對(duì)機(jī)械設(shè)備需求的增加，機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量和功能要求越來(lái)越高。在這種情況下，做好機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)具有重要意義。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，機(jī)械材料是機(jī)械設(shè)備的主要組成部分。選擇機(jī)械設(shè)備材料必須科學(xué)合理。在使用材料之前，設(shè)計(jì)人員必須測(cè)試材料的特性，看它是否影響機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，重要的是要做好設(shè)備材料的選擇和應(yīng)用，不僅要保證材料的實(shí)用性，而且要保證機(jī)械和設(shè)備的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)原則，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的多樣化。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)常用的材料

2.1 金 屬

金屬材料在許多工程材料中應(yīng)用最廣泛。據(jù)有關(guān)報(bào)道，金屬材料在所有機(jī)械產(chǎn)品中所占比例超過(guò)92%。這與金屬材料本身的性質(zhì)有很大關(guān)系。金屬材料：①高硬度、大外力閾值、不易變形；②高強(qiáng)度、高內(nèi)部強(qiáng)度、高穩(wěn)定性和耐用性；③在不同工作條件下，各種金屬材料和合金能適應(yīng)不同性能要求，尤其是合金；④價(jià)格便宜。

2.2 陶 瓷

陶瓷材料是一種與天然或合成化合物在高溫下燒結(jié)的非金屬材料。目前陶瓷材料主要分為氮化硅和碳化硅兩種。陶瓷材料具有很高的硬度，經(jīng)常被用于制造密封件，并且像許多化學(xué)儀器一樣，具有耐磨和耐腐蝕的特性。此外，由于通常用于制造電容器的陶瓷材料的電氣特性，在鐵電陶瓷的作用下，這種電容器的形狀發(fā)生了變化，利用陶瓷材料的特性，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能，如超聲波、聲納和擴(kuò)音機(jī)。此外，隨著納米陶瓷技術(shù)的出現(xiàn)，諸如航空航天、衛(wèi)星通信等高精度領(lǐng)域已被應(yīng)用于陶瓷材料。

2.3 高分子

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（微觀）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類。鋁、鎂、銅、鈦及其合金通常用于金屬基體。

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。復(fù)合材料該復(fù)合材料具有穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、比剛度高的特點(diǎn)，許多復(fù)合材料具有導(dǎo)電、防熱、屏蔽、吸聲、吸磁等性能。這些特點(diǎn)和特性使得航空航天、醫(yī)療設(shè)備和建筑設(shè)施等復(fù)合材料的使用成為可能。

2.4 復(fù)合材料

聚合物材料是指基體的化合物，根據(jù)基體的使用要求添加相應(yīng)的添加劑或添加劑，所以高分子材料又稱為聚合物材料。生產(chǎn)的高分子材料有非常豐富的原材料，這使高分子材料更容易獲得，如普通合成纖維的壽命和塑料就是高分子材料的代表。

高分子材料可以從自然界中提取，具有可再生和可回收的特點(diǎn)。它比金屬有很大的優(yōu)勢(shì)，金屬是不可再生資源。隨著機(jī)械使用的增加，金屬材料減少。高分子材料在很多機(jī)械生產(chǎn)可以代替金屬材料，例如聚甲醛材料聚甲醛具有很強(qiáng)的耐磨性質(zhì)，可以擁有齒輪、軸承、螺母等機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

3.1 實(shí)用性機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先考慮應(yīng)用材料的實(shí)用性。在設(shè)計(jì)中，首先從設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)中選擇材料，并進(jìn)一步進(jìn)行鑄造、切割、加工、熱處理等活動(dòng)，并對(duì)上述工藝具有材料特性的要求，應(yīng)注意材料與工藝之間的“契合”要求。一方面，確保生產(chǎn)需求，另一方面，確保零件加工和設(shè)計(jì)的需要相互配合。其加工活動(dòng)應(yīng)特別注意材料的耐磨性能和強(qiáng)度，并對(duì)加工后的外觀提出許多特殊要求，這就需要根據(jù)零件的特點(diǎn)選擇能滿足加工需要的材料。

3.2 載荷類型機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料荷載水平的選擇也是非常重要的內(nèi)容。在實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)中，有些材料的荷載水平較低，在后期的抑制失效階段，使大部分機(jī)械部件無(wú)法發(fā)揮作用。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，重要的是評(píng)估材料的荷載水平，選擇高荷載水平的材料，根據(jù)實(shí)際情況在后期處理材料，并提高材料的荷載水平。

3.3 低消耗機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

要想讓機(jī)械行業(yè)可以做到穩(wěn)定健康發(fā)展，則務(wù)必要盡最大限度對(duì)環(huán)保性材料進(jìn)行選擇。在材料的使用方面，盡可能不使用熱處理技術(shù)來(lái)處理，以確保材料的使用，性能，減少環(huán)境污染的可能性。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇材料時(shí)，可以在冷軋和熱軋的基礎(chǔ)上選擇性能好的材料。

3.4 無(wú)害機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工的整個(gè)過(guò)程中，許多材料都含有一定的元素，這將對(duì)環(huán)境乃至人體造成極大的危害。

3.5 可回收機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

隨著現(xiàn)代集約化社會(huì)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注材料的可回收性。金屬材料在國(guó)內(nèi)儲(chǔ)備相對(duì)有限，我們需要回收使用不同的金屬材料，但對(duì)不同金屬材料進(jìn)行混合之后，再進(jìn)行混合，回收將很困難。由于不同金屬元素的混合會(huì)顯示出不同的硬度、韌性和耐磨性，所以更多的材料選擇與不同的金屬元素混合以提高其性能。這也給材料的可回收性帶來(lái)了問(wèn)題，因此在選擇材料時(shí)，如果沒(méi)有必要選擇混合金屬材料，則選擇單一金屬材料，從而保證其未來(lái)的可回收性。

綜上所述，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，對(duì)材料的選擇與應(yīng)用都需要認(rèn)真考慮，以實(shí)用性強(qiáng)、載荷性強(qiáng)、低消耗、無(wú)害、可回收的機(jī)械材料為主選材料，更好的實(shí)現(xiàn)材料節(jié)約利用、有價(jià)值應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]王 森.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用[J].科技展望，2016（34）.

[2]朱 俊.機(jī)械設(shè)計(jì)加工中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2016（11）.

[3]王卓宸.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2017（05）.

[4]薛萬(wàn)平，趙展鵬.機(jī)械設(shè)計(jì)加工中的材料選擇問(wèn)題研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（16）.

收稿日期：2018-4-22