淺析機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇應(yīng)用

屈青珩 杜磊浩 梁盛濤

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有著重要的影響。而材料的選擇應(yīng)用影響著機(jī)械設(shè)計(jì)的成功與否，也越來(lái)越被人們所關(guān)注。本文從機(jī)械設(shè)計(jì)的概述入手，簡(jiǎn)要的介紹了機(jī)械設(shè)計(jì)中一些常用的材料類型，最后就機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇應(yīng)用所要遵循的原則進(jìn)行了詳細(xì)的分析，期望能為日后研究機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇應(yīng)用提供一定的幫助。

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

引言

當(dāng)前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，極大的推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展，提升了社會(huì)的現(xiàn)代化水平。與此同時(shí)，社會(huì)和工業(yè)的發(fā)展對(duì)于機(jī)械設(shè)備性能的要求也越來(lái)越高。而在機(jī)械的加工設(shè)計(jì)中，材料的選擇應(yīng)用影響著最終設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備的性能質(zhì)量。故而，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇應(yīng)用進(jìn)行研究，對(duì)指引我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展和推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)具有十分重要的意義。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)，是指根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的使用需求來(lái)構(gòu)思分析相關(guān)機(jī)械設(shè)備的工作原理、運(yùn)行方式、能量傳遞、設(shè)備結(jié)構(gòu)、零件材料等，并將其作為機(jī)械設(shè)備的制造依據(jù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的制造過(guò)程，它是機(jī)械工程的重要組成部分，對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能有著非常重要的影響。而機(jī)械設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在現(xiàn)實(shí)條件允許的基礎(chǔ)上，爭(zhēng)取做出最優(yōu)化設(shè)計(jì)（最低的制造成本、最優(yōu)的工作性能、最低的能源消耗、最少的環(huán)境污染）。

機(jī)械設(shè)計(jì)分為三類：新型設(shè)計(jì)、繼承設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)。其中新型設(shè)計(jì)是指通過(guò)應(yīng)用成熟技術(shù)或者是新技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)新型機(jī)械；繼承設(shè)計(jì)是指在現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)上，應(yīng)用相關(guān)技術(shù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，以降低其制造成本、優(yōu)化性能、減少能耗；變形設(shè)計(jì)是指為了迎合市場(chǎng)的變化需要，而對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，將其改進(jìn)成不同于標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)備的變型產(chǎn)品。而在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要遵循技術(shù)性能、標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性、安全性等準(zhǔn)則。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)中的常用材料

機(jī)械設(shè)計(jì)的工作人員一般將機(jī)械設(shè)計(jì)用到的材料分為金屬材料、非金屬材料（高分子材料、陶瓷材料）、復(fù)合型材料等。

金屬材料。金屬是一種有光澤、易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、具有延展性的機(jī)械材料。由于其硬度高、穩(wěn)定性好、種類多樣、工藝性能優(yōu)良，性價(jià)比較高，在當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用非常廣泛。目前機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的金屬材料有黑色金屬、有色金屬、合金三種，黑色金屬如鑄鐵、鑄鋼、碳鋼等，其耐磨性好、具有良好的減震性能，在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)應(yīng)用較多。有色金屬的穩(wěn)定性好、電磁性高，多用于汽車、飛機(jī)的設(shè)計(jì)。而由兩種或者是多種金屬進(jìn)行相互合成得到的合金，其性能如韌性、強(qiáng)度、耐磨性等，比單一的金屬的性能更加優(yōu)良，能滿足不同行業(yè)的應(yīng)用需求，應(yīng)用極其的廣泛，特別是在機(jī)械加工行業(yè)中非常受歡迎。

非金屬材料。機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的非金屬材料有陶瓷類材料、高分子材料等。陶瓷類材料。陶瓷類材料的硬性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、比較耐腐蝕、耐磨，硬度很高但密度低，在刀具、有密封性要求的原件、耐熱元件的制造中應(yīng)用較多，但陶瓷類材料在應(yīng)用的過(guò)程中成本也比較高。高分子材料。機(jī)械設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的高分子材料有塑料、橡膠、合成纖維等，這些材料的原料豐富，制各過(guò)程較為簡(jiǎn)單，能耗小。其中，塑料的密度小、絕緣、耐腐蝕、可塑性強(qiáng)，在某些方面甚至可以代替金屬材料；橡膠的彈性好，能夠有效的吸收物體的沖擊能量，多用于減震器等彈性元件的制造；合成纖維的能耗低、提取方便，在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也較為廣泛。且大部分的非金屬材料的電熱性都很優(yōu)良，在絕緣體及有密封性要求的零件設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多。

復(fù)合型材料。由兩種或者是兩種以上材料融合形成的復(fù)合材料，耐磨性、減震性都比較強(qiáng)，很多性能更是可以彌補(bǔ)單一材料的不足，能夠滿足不同工藝的要求，目前其在航空航天、國(guó)防、軍事等領(lǐng)域都有應(yīng)用。但當(dāng)前復(fù)合型材料的價(jià)格較為昂貴，一些民用企業(yè)還不能承擔(dān)起大量使用的費(fèi)用，這也在一定程度上影響了其廣泛的應(yīng)用。

三、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇應(yīng)用的原則

（1）選用載荷類型合適的材料

機(jī)械設(shè)備在進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，時(shí)有出現(xiàn)一些機(jī)械設(shè)備的元件無(wú)法運(yùn)行或者是在運(yùn)行中不能充分的發(fā)揮作用，這主要是元件在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)選擇材料的載荷性能不足所造成的。所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)設(shè)計(jì)的具體需求對(duì)材料的載荷性能進(jìn)行選擇，這樣才能充分的發(fā)揮出相關(guān)機(jī)械設(shè)備的最佳性能。

（2）選用經(jīng)濟(jì)適用型的材料

在企業(yè)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)，一般都會(huì)進(jìn)行設(shè)備的預(yù)算估價(jià)。所以工作人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分的對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行分析，在材料的預(yù)算合理的前提下，選用性價(jià)比最高的材料，如一些能夠循環(huán)使用的材料，充分的發(fā)揮出材料的使用價(jià)值。

（2）選用實(shí)用型的材料

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)機(jī)械設(shè)備不同環(huán)節(jié)的特性進(jìn)行分析。比如一些環(huán)節(jié)需要硬度高的材料，而另一加工環(huán)節(jié)需要耐熱性較好的材料。這樣在材料的選擇時(shí)，才能根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求選擇材料，選擇的材料才會(huì)更加的實(shí)用，能最大限度的保障機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。

（3）選用無(wú)害型的材料

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，除了天然的材料之外，還出現(xiàn)了很多人工合成的機(jī)械材料。而當(dāng)前有很多的材料都帶有毒性，如含有鉛、砷等元素，若在機(jī)械設(shè)備中進(jìn)行使用，長(zhǎng)期下來(lái)不僅會(huì)嚴(yán)重的損害工作人員的身體，還會(huì)污染周邊的土地和水源，破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。所以，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要避免選用有毒的材料，這樣才能避免影響人們的身體健康和生態(tài)環(huán)境的平衡。

（4）選用環(huán)保節(jié)能型的材料

當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展已經(jīng)嚴(yán)重的污染了自然環(huán)境，破壞了生態(tài)平衡，所以人們?cè)絹?lái)越注意環(huán)境的保護(hù)。故而設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量的選擇節(jié)能環(huán)保型的材料，最大程度的減少機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的能耗，降低污染。而且在進(jìn)行選擇時(shí)，也要盡量的去選擇需要進(jìn)行熱軋或是冷軋?zhí)幚淼牟牧隙皇切枰M(jìn)行預(yù)熱處理的材料，這樣不僅可以減少對(duì)空氣的污染，還能充分的發(fā)揮出材料的使用性能，避免其受到破壞，提高材料的使用壽命。此外，在進(jìn)行材料的選擇時(shí)，也要注意材料能否進(jìn)行回收利用，爭(zhēng)取最大程度的減少資源的消耗。

（5）選用可持續(xù)發(fā)展型的材料

當(dāng)前，國(guó)家正在大力的實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。所以在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，減少不可再生能源的使用，對(duì)于材料的潛力進(jìn)行充分的挖掘，爭(zhēng)取最大程度的發(fā)揮出機(jī)械材料的最大性能，提高材料的使用效率。同時(shí)，在選擇是也要注意材料在使用時(shí)的能源消耗值，減少高能耗材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的使用。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所訴，機(jī)械材料的種類有金屬材料、非金屬材料（高分子材料、陶瓷材料）、復(fù)合型性材料等多種類型，機(jī)械材料的選擇應(yīng)用對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展有著重要的影響。所以在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇應(yīng)用時(shí)，要注意選擇應(yīng)用載荷類型合適、經(jīng)濟(jì)適用、無(wú)害、實(shí)用、環(huán)保節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展型的材料，這樣才能更好的促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)更快的發(fā)展。