機(jī)械材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的選擇和應(yīng)用

閆屾 趙梓含 范麗敏

摘 要：我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)各行各業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，尤其是在在工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備的需求量越來(lái)越大，這一趨勢(shì)推動(dòng)了機(jī)械制造行業(yè)的迅猛發(fā)展。我們都知道，機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其中重要的組成部分就是材料的選擇和應(yīng)用這一部分，機(jī)械設(shè)備的使用性能取決于材料的選擇，材料的選在還關(guān)乎著機(jī)械的使用壽命。本文首先概述機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中材料選擇和應(yīng)用的重要性，其次分析在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用到的主要材料，最后明確機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用策略，為機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中材料選擇提供一定的參考價(jià)值。

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

前言：

在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的背景下，工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程逐漸加快，機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展也比較迅速，機(jī)械設(shè)備再制造的過(guò)程中涉及到的環(huán)節(jié)和流程比較復(fù)雜，機(jī)械設(shè)計(jì)是其中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，不僅要重視其外觀的設(shè)計(jì)，還要對(duì)整體構(gòu)造和應(yīng)用范圍的設(shè)計(jì)加以重視，更重要的是材料的選擇和應(yīng)用直接關(guān)系到機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平，因此，必須在做好機(jī)械設(shè)計(jì)工作，最重要的是做好材料的選用，從而確保機(jī)械設(shè)備的性能和壽命。

1.概述機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇和應(yīng)用重要性

近幾年，我國(guó)各行各業(yè)發(fā)展速度加快，企業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中遇到一大難題就是資源緊缺，機(jī)械設(shè)備制造行業(yè)也同樣面臨這樣的問(wèn)題，機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，材料供應(yīng)不足的問(wèn)題比較嚴(yán)峻，因此機(jī)械設(shè)計(jì)中，采用契合度較高的機(jī)械材料比較重要，能夠促進(jìn)機(jī)械制造性能達(dá)到最佳，延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，在選擇材料的過(guò)程中，要采用科學(xué)的方法進(jìn)行篩選，這樣才能實(shí)現(xiàn)事半功倍的效果，同時(shí)還能有效減少材料的浪費(fèi)，降低機(jī)械制造的成本。因此，機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的材料選用，不僅要保證選用材料經(jīng)濟(jì)適用，還要最大程度發(fā)揮機(jī)械設(shè)備性能，更要確保機(jī)械設(shè)備不會(huì)因?yàn)椴牧线x擇出現(xiàn)問(wèn)題，影響機(jī)械的正常運(yùn)行。就目前而言，工業(yè)發(fā)展迅速，機(jī)械設(shè)備的需求量大大增加，加上資源緊缺的背景下，已經(jīng)有很多的機(jī)械材料由于過(guò)度開(kāi)采變成了稀缺資源，這就體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的重要性。所以，為了符合工業(yè)發(fā)展的需求，就必須做好機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中稀缺資源的適用，選擇用其他類似材料進(jìn)行代替，做到保護(hù)生態(tài)環(huán)境和推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用到的主要材料

2.1金屬材料

金屬材料中涉及的材料種類比較多，如鑄鐵、鋼、銅，①鑄鐵，首先要了解鑄鐵并不是由鐵這一個(gè)單一物質(zhì)組成，而是由鐵、硅、碳組合形成的金屬合金;其次，鑄鐵優(yōu)點(diǎn)包含了在液體具有良好的流動(dòng)性，鑄鐵熔點(diǎn)低、易切割，鑄造條件容易形成，而且又具有很高的減震能力和抗壓能力，在機(jī)械設(shè)備的零件制造方面應(yīng)用較廣。②鋼，和鑄鐵一樣，鋼也是一種金屬合金，是由多種化學(xué)元素組成，其中包含了鉻、錳、碳等，但是根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)自身的化學(xué)組成成分不同可以分為合金鋼以及碳素鋼，根據(jù)鋼合金的應(yīng)用方向還可以分析結(jié)構(gòu)鋼以及工具鋼。碳素鋼由于其擁有較強(qiáng)的性能以及較低的價(jià)格因此受到機(jī)械制造行業(yè)的廣泛應(yīng)用。③銅，銅相比鑄鐵以及鋼合金具有較好的延展性能、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及耐腐蝕性，而且還可以和加入其他化學(xué)元素組成鋼合金，例如，加入鎳元素形成的白銅、加入鋅、鉛、錫、錳、鎳、鐵、硅元素形成的特殊黃銅、加入錫元素形成的青銅合金。其中青銅和黃銅擁有較強(qiáng)的耐腐蝕和抗磨損性能，從而被廣泛應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備制造中。

2.2非金屬材料

在非金屬材料應(yīng)用中，應(yīng)用最廣為塑料以及橡膠類高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料。①塑料以及橡膠，在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用最多，塑料具有重量輕、形成復(fù)雜零件的難度低、絕緣能力強(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。橡膠則是具備很強(qiáng)的彈性，可以吸收沖擊能量，大多被應(yīng)用早減震器或者一些彈性零件上。②陶瓷材料，具有很強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在磨具、刀具、燃燒瓶噴嘴上。③復(fù)合材料，很好地彌補(bǔ)了高分材料以及陶瓷材料中的不足之處，但是復(fù)合材料的造價(jià)較為高昂，多應(yīng)用在武器、航空領(lǐng)域當(dāng)中，不過(guò)隨著科技的發(fā)展，未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用復(fù)合材料會(huì)越來(lái)越多。

3.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇應(yīng)用策略

3.1全面了解機(jī)械設(shè)計(jì)中要求

為了更好的提升機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)中，材料選擇的科學(xué)性，這就需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之前就要對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面深入的了解，這樣才能按照機(jī)械設(shè)備的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中更好的克服其中的重難點(diǎn)。首先要了解設(shè)備設(shè)計(jì)各個(gè)零部件的用途，分析每個(gè)零件運(yùn)行狀態(tài)下所處的環(huán)境，以及模擬零件在運(yùn)行過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，通過(guò)這些方面進(jìn)行結(jié)合，做好每個(gè)零部件的材料選擇。其次還要考慮經(jīng)濟(jì)成本，不同材料可能性能相差不大，但是價(jià)格卻有著明顯差異，所以在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行詳細(xì)分析，為機(jī)械設(shè)備材料選擇提供一個(gè)最佳方案。

3.2材料性能分析要做好

由于機(jī)械材料的質(zhì)量以及性能對(duì)于機(jī)械的使用性能及壽命是有著決定作用的，所以必須設(shè)計(jì)過(guò)程中做好材料性能分析工作。第一，做好材料的物理性能分析，包括導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、密度、熔點(diǎn)等性能，對(duì)比各種材料的性能，結(jié)合制造工藝選用契合度最佳的材料。第二，進(jìn)行化學(xué)性能分析，包括化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、抗氧化效果等，第三，材料的工藝性能，包括鍛造、焊接、切削等性能，這些材料性能直接決定了機(jī)械生產(chǎn)難易程度。所以，設(shè)計(jì)人員一定要參考材料的數(shù)據(jù)以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)合設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行機(jī)械材料的最后選用。

3.3選擇科學(xué)合理的處理工藝

一般情況下，機(jī)械設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中受到多個(gè)因素的影響，機(jī)械的性能通常低于預(yù)期，所以必須進(jìn)行后期工藝化處理。例如焊接工藝、鍛造工藝、熱處理工藝等。例如材料硬度過(guò)大，切削難度大，不便于生產(chǎn)，這就需要進(jìn)行熱處理中的退火處理，從而降低材料的硬度。在實(shí)際機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中，按照機(jī)械的實(shí)際狀況選擇科學(xué)合理的工藝處理方式，提高機(jī)械的性能。

總結(jié)：

總而言之，在機(jī)械制造過(guò)程中，機(jī)械設(shè)計(jì)是重中之重，做好機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選用尤為關(guān)鍵。因此，設(shè)計(jì)人員首先要保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理，其次全面了解機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，再次做好機(jī)械材料的性能分析，最后選擇科學(xué)合理的處理工藝，從而推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：閆屾，1999，女，本科，研究方向：功能材料。

趙梓含，1998，女，本科，研究方向：功能材料。

范麗敏，2000，女，本科，研究方向：功能材料。