李秀舉

（貴州正業(yè)工程技術(shù)投資有限公司 貴州貴陽 550005）

機(jī)械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用研究

李秀舉

（貴州正業(yè)工程技術(shù)投資有限公司 貴州貴陽 550005）

材料的選擇已經(jīng)不僅僅是要滿足于機(jī)械設(shè)計的初級階段，更要注意其環(huán)保性和無害性。本文就材料在機(jī)械設(shè)計當(dāng)中的選擇和使用做了詳細(xì)分析，僅供相關(guān)人士參考。

材料；機(jī)械設(shè)計；選擇和使用

引言

對于機(jī)械設(shè)計而言，材料的選擇和應(yīng)用既是一個基礎(chǔ)性的工作，也是一個最為重要的環(huán)節(jié)。隨著機(jī)械設(shè)計的不斷發(fā)展和進(jìn)步，它的地位也是越來越高，對原材料的要求更是嚴(yán)格，它關(guān)系著產(chǎn)品質(zhì)量和整個行業(yè)的發(fā)展。所以對材料在機(jī)械設(shè)計匯總的選擇和使用研究是非常有必要的。

1 機(jī)械設(shè)計當(dāng)中常用的材料類型

1.1 高分子材料

高分子材料當(dāng)中最常見也是人們最為熟知的就是合成纖維和塑料了，這種類型的材料因為來源豐富，所以應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計當(dāng)中有很大優(yōu)點，高分子材料可以在天然氣當(dāng)中進(jìn)行提取，相比其他的材料，它對能源的消耗程度是最低的，密度又比較小，延展性很高，所以在機(jī)械設(shè)計當(dāng)中經(jīng)常使用。

1.2 金屬材料

在所有的機(jī)械設(shè)計材料中，使用率最頻繁的便是金屬材料了，因為它的韌性和強(qiáng)度的優(yōu)勢，使得它被廣泛的應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計當(dāng)中，根據(jù)統(tǒng)計，機(jī)械設(shè)計當(dāng)中金屬材料的使用比例一直是居高位的，使用率廣，造價便宜，滿足多種性能要求，這些都是金屬材料的突出優(yōu)勢，它的性能優(yōu)良，適合很多種零部件的制作，很多的材料性能是好，但是造價非常高昂，所以不被人所使用，但是金屬材料的出現(xiàn)，解決了昂貴的造價費用，又能滿足機(jī)械設(shè)計的各種性能，如圖1所示即為金屬材料的類型。

1.3 復(fù)合材料

復(fù)合材料，顧名思義，它的制成是由很多種不同的材料混合而成，把不同的材料經(jīng)過物理或者化學(xué)的方法來進(jìn)行有效合成，制作出適合機(jī)械設(shè)計所需的材料，復(fù)合材料在性能上是占一定優(yōu)勢的，它能夠分成金屬、非金屬兩種類型，金屬材料當(dāng)中包括鎂、鋁、合金三種，非金屬的材料又包括橡膠類、樹脂類、還有陶瓷類等等很多種，復(fù)合材料因為其性能的多樣性，在機(jī)械設(shè)計當(dāng)中也是深受喜愛的。

1.4 陶瓷材料

陶瓷材料它的成分主要是氮化硅和碳化硅這兩種。陶瓷材料的應(yīng)用大多在制作密封零件上，它的優(yōu)勢就是硬度很高，密度卻比較低，比較耐腐蝕，抗壓的強(qiáng)度大。但是它的缺點就是生脆，不小心就會斷裂掉，價格也是很昂貴的，所以相對前幾種材料，在機(jī)械設(shè)計當(dāng)中的使用就相對來說不是那么廣泛了，除了在一些必要的機(jī)械設(shè)計中使用，其他時候使用率都不是很頻繁。

2 機(jī)械設(shè)計中材料應(yīng)用要求

在機(jī)械設(shè)計中，選擇正確的材料是關(guān)鍵點，能否正確選擇直接關(guān)系到整個機(jī)械設(shè)計工作的質(zhì)量高低。所以，要想做好機(jī)械設(shè)計中材料選擇工作：①就得讓材料滿足機(jī)械在運行過程中所要求的基本機(jī)械性能和物理性能，或者是其他化學(xué)性能；②工作人員也要關(guān)注選擇的材料是否滿足適用性、可操作性以及安全性。在整個機(jī)械設(shè)計材料選擇工作中需要的注意的要點有以下幾點：

2.1 滿足機(jī)械零件應(yīng)用的要求

機(jī)械設(shè)計必須要考慮到機(jī)械的負(fù)載能力，如果機(jī)械的負(fù)載能力差，就會使整個機(jī)械的零件失效，達(dá)不到機(jī)械進(jìn)行正常工作的要求。所以，在對機(jī)械進(jìn)行設(shè)計時的材料選擇時，一定要結(jié)合機(jī)械所要進(jìn)行的工作，考慮到機(jī)械所要承受的負(fù)載，然后對材料進(jìn)行選擇，以此作為機(jī)械設(shè)計的材料選擇進(jìn)行可靠性實驗的標(biāo)準(zhǔn)。如果機(jī)械零件在受到重壓的時候產(chǎn)生扭曲或者彎曲的情況，這種變形有時候是可以恢復(fù)的，但有時卻是永久性的，這就使得機(jī)械受到損傷，不能進(jìn)行工作。所以，為了避免上述情況的發(fā)生，在對機(jī)械設(shè)計進(jìn)行材料的選擇時，一定要確保零件不會發(fā)生扭曲，確保它的實用性，采用較為堅固的材料進(jìn)行設(shè)計，以便能夠均勻機(jī)械的受力，改善材料的抗變形性能。比如，在對機(jī)械進(jìn)行設(shè)計加工時，可以采用中碳調(diào)制或低碳鋼滲碳的加工方式，用此來提高材料的性能，從而滿足機(jī)械零件應(yīng)用的要求（如表1所示）。

表1 機(jī)械零件應(yīng)用的要求

2.2 滿足環(huán)保性的要求

目前，由于工業(yè)發(fā)展給環(huán)境造成的破壞已經(jīng)成了一個不爭的事實，如工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢料垃圾、工業(yè)垃圾和一些白色污染。這些都是工業(yè)發(fā)展帶給環(huán)境的巨大污染，是人們最近以來普遍關(guān)注的問題，也是急需解決的環(huán)境問題。從工業(yè)生產(chǎn)的源頭，即機(jī)械的設(shè)計的材料選擇上把好關(guān)，選擇對環(huán)境具有環(huán)保效果的、沒有危害的材料，這樣才能夠促進(jìn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，保持生態(tài)平衡，從而推動企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展，推動我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在這一過程中，擔(dān)任機(jī)械設(shè)計的設(shè)計人員也是至關(guān)重要的，機(jī)械設(shè)計人員要掌握多方面的知識，需要對機(jī)械設(shè)計的材料進(jìn)行多方面的分析和研究，最終進(jìn)行慎重的選擇?？梢哉f機(jī)械設(shè)計工作是一項任重而道遠(yuǎn)的事業(yè)，機(jī)械設(shè)計是一切工作順利進(jìn)行的前提，企業(yè)生產(chǎn)取決于設(shè)計的好壞，所以為了追求企業(yè)的最大利潤，就要加大機(jī)械設(shè)計對于環(huán)境保護(hù)的要求，遵循保護(hù)環(huán)境與生態(tài)平衡的原則，對人類賴以生存和發(fā)展的家園進(jìn)行有效的保護(hù)，從而實現(xiàn)材料選擇和應(yīng)用滿足環(huán)保性要求的目的。

環(huán)球時報訊 據(jù)法新社11月14日報道，斯里蘭卡議會當(dāng)天通過對總統(tǒng)西里塞納自行任命的總理拉賈帕克薩的不信任動議。該動議由前總理維克勒馬辛哈所領(lǐng)導(dǎo)的統(tǒng)一國民黨議會議員提出。不信任動議通過后，斯政局再陷混亂，目前尚不確定維克勒馬辛哈是否會重掌總理職位。

2.3 材料荷載要求

很多研究表明，大多數(shù)的零件會出現(xiàn)失效的原因主要是因為該零件的外載荷性能不好所導(dǎo)致的。在機(jī)械設(shè)計材料選擇工作的過程中，選擇正確荷載的材料是很關(guān)鍵的，具體的選擇方法有如下兩點：①外載荷作用力可以讓機(jī)械材料發(fā)生彎曲或是扭曲，大量的力都是集中在材料的表層的，也就是說材料表面的性能可以抑制材料零件性能的失效。在選擇材料的時候，一般情況下都是選擇碳鋼調(diào)質(zhì)或者是低鋼滲碳的方式對材料進(jìn)行加工，這樣的加工方式可以很好的避免機(jī)械材料不必要的損傷。②在機(jī)械設(shè)計材料選擇時，應(yīng)該選擇各部分的性能是均勻分布的材料，這樣才能保證設(shè)計生產(chǎn)過程的高效性。

3 機(jī)械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用

3.1 實用性材料的選擇與應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計中材料的選擇與應(yīng)用主要是為了滿足機(jī)械在實際操作中的使用，所以機(jī)械設(shè)計的材料必須要有實用性。①在對機(jī)械材料的應(yīng)用上要以工藝生產(chǎn)為指標(biāo)，對材料所要使用的范圍和用途進(jìn)行系統(tǒng)的了解后，對材料進(jìn)行鑄造、切割等操作，以滿足不同設(shè)計的需求。②機(jī)械的不同零件對于材料的需求也不同，這要充分考慮材料的具體使用，例如制造哪個零件，然后再對材料進(jìn)行強(qiáng)度和耐磨性的選擇，對于有特殊要求的材料要進(jìn)行特殊處理。

3.2 載荷類型材料的選擇與應(yīng)用

在機(jī)械的使用過程中，如果材料沒有較好的荷載能力，就會造成機(jī)械無法使用以及被壓壞的現(xiàn)象，所以對于材料的要求應(yīng)格外注意它的荷載能力。如在機(jī)械的使用過程中，會在正常的時候突然出現(xiàn)抑制失效的情況，這都是荷載出現(xiàn)了問題。所以，在選擇和應(yīng)用材料時，一定要估算材料的荷載能力，從而完善機(jī)械在工作中的使用狀況。

隨著國家對于環(huán)保工作的強(qiáng)力推進(jìn)，機(jī)械設(shè)計也要遵循國家可持續(xù)發(fā)展的理念，在機(jī)械設(shè)計上要盡可能地減少污染和資源的浪費。一方面，要盡可能減少熱處理技術(shù)的使用，因為這項技術(shù)對材料的壽命是有一定影響的，同時也會帶來較大的環(huán)境污染。所以，為了有效減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，可以進(jìn)行熱軋狀態(tài)和冷軋狀態(tài)下發(fā)揮性能的材料（如圖2）。另一方面，如果不能避免熱處理，就要選擇進(jìn)行熱處理較少的材料，降低消耗，促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

圖2 熱軋狀態(tài)和冷軋狀態(tài)下發(fā)揮性能的材料

3.4 無害材料的選擇與應(yīng)用

在人們的日常生活中出現(xiàn)了許多有害的物質(zhì)，這也加強(qiáng)了企業(yè)在機(jī)械設(shè)計材料選擇上的注意。所以，機(jī)械設(shè)計的材料要盡可能地選擇一些無害的材料，否則就會給人體帶來一些危害。比如，Ni元素，這種元素對于人體的危害是十分巨大的，同時它還會給環(huán)境帶來極大的污染。要對材料進(jìn)行慎重選擇，防止選擇有害的材料，就要加大對材料的監(jiān)測和管理，避免有害材料進(jìn)入到機(jī)械設(shè)計中來?？傊@是現(xiàn)階段機(jī)械設(shè)計中一個十分重要的問題。

4 結(jié)語

材料已經(jīng)不僅僅是當(dāng)初的使用原則基礎(chǔ)了，現(xiàn)在更多是對材料的環(huán)保性能、機(jī)械性能、和經(jīng)濟(jì)性能的要求。傳統(tǒng)的觀念里多數(shù)人都認(rèn)為貴的就是好的，但是現(xiàn)如今，材料再貴也不見得適合機(jī)械產(chǎn)品的需求，所以要真正對機(jī)械產(chǎn)品有足夠的了解，這樣才能更好的在機(jī)械設(shè)計當(dāng)中來選擇合適的材料進(jìn)行使用，使材料發(fā)揮出它最大的特點和優(yōu)勢，只有源源不斷的材料供應(yīng)，和合理的材料選擇，才能使我國的機(jī)械設(shè)計有更大的提高和進(jìn)步。

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TH122

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1673-0038（2015）35-0264-02

2015-8-12

李秀舉（1975-），男，漢族，貴州甕安人，中級工程師，本科，主要從事方向為機(jī)械安裝與維護(hù)。