金屬?gòu)?fù)合材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用

楊桂燦

摘 ?要：大部分機(jī)械都是通過(guò)錘煉、加工金屬材料制作成，而單一的金屬材料由于特性較少所以在機(jī)械制造過(guò)程中局限性較大，因此金屬?gòu)?fù)合材料的出現(xiàn)可以將多種單一金屬材料的性能特點(diǎn)組合在一起取長(zhǎng)補(bǔ)短，進(jìn)而使得機(jī)械制造的范圍更廣，同時(shí)也反映出金屬?gòu)?fù)合材料在機(jī)械制造中的使用價(jià)值。下面，本文將對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：金屬?gòu)?fù)合材料;機(jī)械制造;應(yīng)用

引言

機(jī)械制造業(yè)作為我國(guó)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展?fàn)顩r一直以來(lái)都受到國(guó)家的重視，尤其是近年來(lái)隨著我國(guó)重工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)于機(jī)械制造行業(yè)的產(chǎn)品要求以及需求量越來(lái)越高，因此機(jī)械制造業(yè)必須通過(guò)技術(shù)改革以及材料選擇上加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量。而在機(jī)械制造時(shí)的材料選擇方面，金屬?gòu)?fù)合材料被大量使用，并且越來(lái)越多的新式金屬?gòu)?fù)合材料在不斷誕生。

1.金屬?gòu)?fù)合材料的概述

針對(duì)本文所要探討的金屬?gòu)?fù)合材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用，文章首先對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料進(jìn)行概述。金屬?gòu)?fù)合材料顧名思義就是將多種金屬通過(guò)化學(xué)、物理方法冶煉到一起，從而具備單一金屬不具備的特性金屬，金屬?gòu)?fù)合材料還可以彌補(bǔ)單一金屬本身的缺陷，如熱膨脹性、強(qiáng)度、沖擊韌性、耐磨性以及抗腐蝕性等，而通過(guò)多種金屬組合在一起的金屬?gòu)?fù)合材料也被廣泛應(yīng)用于交通、船舶車(chē)輛、機(jī)械制造、環(huán)保等眾多工業(yè)領(lǐng)域中。

2.金屬?gòu)?fù)合材料常見(jiàn)種類(lèi)的分析

2.1金屬陶瓷復(fù)合材料

金屬陶瓷復(fù)合材料是將金屬與陶瓷通過(guò)熔融的手段后所形成的一種復(fù)合材料，由于金屬材料具有良好的韌性、抗熱性，但不具備抗腐蝕性、抗氧化性，而陶瓷材料雖然具備抗腐蝕性、良好的硬度，但是卻沒(méi)有韌性，所以將二者熔融后所得的金屬陶瓷復(fù)合材料具備硬度大、耐高溫、抗腐蝕性、抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，尤其是航空航天、軍工、機(jī)械制造等領(lǐng)域中具備很大的應(yīng)用價(jià)值。

2.2不銹鋼復(fù)合鋼板

在金屬?gòu)?fù)合材料中最具有代表性的材料便是不銹鋼復(fù)合鋼板，不銹鋼復(fù)合鋼板的發(fā)展歷史較為悠久，并且隨著科學(xué)技術(shù)水平的完善，不銹鋼復(fù)合鋼板的質(zhì)量以及特性也在不斷提升。而不銹鋼復(fù)合鋼板所具備的特性中最為突出的便是耐腐蝕性、耐磨性以及導(dǎo)熱性，并且由于不銹鋼復(fù)合鋼板具備優(yōu)秀的導(dǎo)熱性能在焦化相關(guān)設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。除此之外，不銹鋼復(fù)合鋼板以其可塑性，可以生產(chǎn)加工出許多不同的外觀樣式，因此在室內(nèi)裝飾中也較為常見(jiàn)。其次在本文所探討的機(jī)械制造行業(yè)中，工廠(chǎng)應(yīng)用不銹鋼復(fù)合鋼板對(duì)處于生產(chǎn)制造環(huán)境較差的器械設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，從而保證產(chǎn)品的正常生產(chǎn)[1]。

2.3金屬粒塑料復(fù)合材料

金屬粒塑料符合材料是一種金屬與非金屬之間相融合的復(fù)合材料，金屬材料具備良好的導(dǎo)電性能與導(dǎo)熱性能，但是唯一不足的便是質(zhì)量過(guò)重，而塑料雖熱抗熱能力很低，但是由于質(zhì)量輕的原因與金屬粒相融合后得到的金屬粒塑料復(fù)合材料不僅能降低材料膨脹系數(shù)，還能提升復(fù)合材料的硬度和韌性，因此在機(jī)械制造領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

2.4碳纖維+石墨纖維材料

隨著金屬?gòu)?fù)合材料的不斷發(fā)展，越來(lái)越多種類(lèi)的金屬?gòu)?fù)合材料問(wèn)世，其中有機(jī)復(fù)合材料便是近年來(lái)所誕生的新式復(fù)合材料，其中碳纖維+石墨纖維材料便屬于有機(jī)復(fù)合材料，在這種材料的制作過(guò)程中需要對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行熱處理，最后獲得有機(jī)復(fù)合材料，而碳纖維+石墨纖維材料的優(yōu)點(diǎn)就在于具有高強(qiáng)度、輕重量的特點(diǎn)，其次這種金屬?gòu)?fù)合材料由于良好的耐熱性以及抗腐蝕性也被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域。

3.機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料選取的基本原則

雖然金屬?gòu)?fù)合材料以其取長(zhǎng)補(bǔ)短的特點(diǎn)擁有很大的應(yīng)用價(jià)值，但是并不都是所有材料都可以被選擇融合為復(fù)合材料，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料選擇主要有以下兩點(diǎn)基本原則：

3.1材料的經(jīng)濟(jì)性

在選擇金屬材料冶煉成復(fù)合材料時(shí)，不能只為了追求材料性能而不顧材料的經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)楣S(chǎng)企業(yè)還是以盈利為主要目的，在選擇材料時(shí)，要考慮到材料的成本價(jià)值以及加工時(shí)所要消耗的費(fèi)用，如果超出其使用價(jià)值，就不能進(jìn)行冶煉，或者可以選擇性能大致相同的低價(jià)材料進(jìn)行代替。

3.2載荷的大小和性質(zhì)

這一原則是指在選擇多種材料進(jìn)行冶煉融合時(shí)，要考慮到每一個(gè)材料的可塑性在可塑范圍內(nèi)，材料的使用要能承受相應(yīng)的荷載力大小，并且對(duì)于部分材料無(wú)法彌補(bǔ)的缺點(diǎn)不能進(jìn)行使用，以免影響機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量。

4.機(jī)械制造領(lǐng)域中金屬?gòu)?fù)合材料應(yīng)用及注意事項(xiàng)

4.1沖壓模具制造層面

沖壓模進(jìn)是指在機(jī)械制造過(guò)程中，冷沖壓加工環(huán)節(jié)，將金屬材料按照機(jī)械師所設(shè)定的模板制造成零件的一種工藝設(shè)備。在金屬材料沖壓過(guò)程中，會(huì)對(duì)沖壓模具產(chǎn)生較大的擠壓、拉伸以及一些高強(qiáng)度沖擊，并且由于在機(jī)械制造生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，沖壓模具與金屬材料摩擦產(chǎn)生較高溫度從而對(duì)沖壓模具造成一定的磨損。因此在沖壓模具制造層面應(yīng)用金屬?gòu)?fù)合材料，可以有效地應(yīng)對(duì)生產(chǎn)加工過(guò)程中所產(chǎn)生的沖擊力，并且由于金屬?gòu)?fù)合材料的耐高溫性能，即便是長(zhǎng)時(shí)間的工作，也不會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生較大的影響，工作期間只需要短暫停止工作，便可以立即冷卻下來(lái)從而繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)加工過(guò)程。除此之外，在一些金屬材料生產(chǎn)加工車(chē)間比較陰暗潮濕，因此普通的沖壓模具會(huì)由于環(huán)境原因而被腐蝕，但由金屬?gòu)?fù)合材料制造成的沖壓模具具備良好的抗腐蝕性能，因此即便處于環(huán)境較為復(fù)雜的生產(chǎn)車(chē)間也不會(huì)被腐蝕[2]。

4.2在機(jī)械零部件制造中的應(yīng)用

在進(jìn)行機(jī)械制造的過(guò)程中，由于機(jī)械部件并不都是由一整塊金屬材料加工完成，所以需要一些零部件進(jìn)行固定組合，而機(jī)械零部件的生產(chǎn)制造才是機(jī)械制造過(guò)程中難度較大的環(huán)節(jié)。在機(jī)械零部件制造中應(yīng)用金屬?gòu)?fù)合材料不僅具備良好的可塑性，還以其熱膨脹系數(shù)在高精度的機(jī)械設(shè)備零件制造中被廣泛應(yīng)用[3]。其次，使用金屬?gòu)?fù)合材料所制造成的機(jī)械零部件還具備高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn)，以錘式破碎機(jī)為例，傳統(tǒng)錘頭所使用的材料耐磨性較差，當(dāng)使用時(shí)間10天以后便要開(kāi)始維修，而應(yīng)用錳鋼等金屬?gòu)?fù)合材料制造成的錘頭不但具備耐磨性能，還能承受較大的沖擊負(fù)荷，進(jìn)而降低設(shè)備的維修次數(shù)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，金屬?gòu)?fù)合材料隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，材料的質(zhì)量和種類(lèi)也在不斷提升，而在機(jī)械制造領(lǐng)域，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量與所使用的材料以及設(shè)備有絕對(duì)的關(guān)系，因此金屬?gòu)?fù)合材料的應(yīng)用不僅可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，還能提升生產(chǎn)效率，進(jìn)而展現(xiàn)出其應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] ?閆俊杰.金屬?gòu)?fù)合材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究[J].遼寧師專(zhuān)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，2001：74-76.

[2] ?邱彩云.金屬?gòu)?fù)合材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)金屬通報(bào)，2019，01：104-105.

[3] ?徐生龍，崔玉萍.金屬?gòu)?fù)合材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究[J].世界有色金屬，2017，16：70+72.