（許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南許昌市，461000） 黃文君 郭 葳

制造業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，是提升綜合國(guó)力、增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路。目前市場(chǎng)對(duì)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展要求越來越高，機(jī)械零件的設(shè)計(jì)、加工、制造都與材料息息相關(guān)，要想保證機(jī)器零部件的性能，除了設(shè)計(jì)與工藝，材料的選擇也至關(guān)重要，隨著“中國(guó)制造2025”的全面推進(jìn)，在邁向工業(yè)化、現(xiàn)代化道路中，探究機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇具有重要的意義和價(jià)值。

1 材料的類型

1.1 金屬材料

金屬材料有三種類型，黑色、有色和特種金屬。黑色金屬是以鐵和碳兩種元素為主所組成的鐵碳合金，也就是鋼和鑄鐵材料。有色金屬包括銅和銅合金、鋁和鋁合金。目前鋼和鑄鐵材料應(yīng)用廣，產(chǎn)量和用量大。有色金屬?zèng)]有鋼鐵的用量多,但由于其獨(dú)特的性能和優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械、建筑、航天、電工電子等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。

1.2 非金屬材料

非金屬材料有無機(jī)和有機(jī)兩大類，無機(jī)材料包括玻璃、陶瓷、石墨、巖石；有機(jī)材料包括木材、塑料、橡膠等。隨著科技的進(jìn)步和機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，一些新型非金屬材料涌現(xiàn)給人類生活帶來了驚喜和改變，像水泥、陶瓷、人造石墨、合成樹脂等新型材料的創(chuàng)造也進(jìn)一步推動(dòng)了新材料的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用等模式的巨大變革。雖然非金屬材料的機(jī)械性能比較差，但一些特殊的非金屬材料也是化學(xué)工業(yè)不可缺少的一部分。

1.3 高分子材料

高分子材料是由高分子化合物基體和添加劑組成的復(fù)合材料，包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、涂料等，是一種聚合物。用途非常廣泛，幾乎涉及所有領(lǐng)域，如飯盒、塑料袋、儀器設(shè)備外殼、電線電纜外套料、汽車保險(xiǎn)杠、衣服、薄膜、風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉、齒輪、結(jié)構(gòu)件等，廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，已成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要材料，隨著高分子材料的合成和發(fā)展，一些功能性、節(jié)能性的材料應(yīng)運(yùn)而生，滿足使用價(jià)值的同時(shí)節(jié)能、高效，比傳統(tǒng)材料有更大的發(fā)展空間和應(yīng)用領(lǐng)域，不僅能提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也成為了國(guó)防建設(shè)、尖端技術(shù)發(fā)展不可缺少的材料。

1.4 復(fù)合材料

復(fù)合材料是由多種材料通過物理或者化學(xué)反應(yīng)組合在一起的新材料，綜合性能好。主要有金屬基復(fù)合材料和非金屬基復(fù)合材料兩種類型，常用金屬基復(fù)合材料有鋁、鎂、銅、鈦及其合金，非金屬基復(fù)合材料主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。現(xiàn)代高科技的發(fā)展離不開復(fù)合材料，復(fù)合材料的使用已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的材料

由于金屬材料具有機(jī)械強(qiáng)度大，硬度高、價(jià)格低、容易制備等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中常常被作為基礎(chǔ)材料使用，比如鐵、鋁等材料。隨著科技的進(jìn)步和制造業(yè)的發(fā)展，高分子材料憑借其工藝簡(jiǎn)單、使用無污染、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)在機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域嶄露頭角。復(fù)合材料自研發(fā)出來就很受人們歡迎，具有節(jié)能和環(huán)保，綠色無污染，耗能較少等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷材料的主要成分是“硅”，具有硬度高、剛度好、密度低、防腐蝕、防水等優(yōu)點(diǎn)，但由于制造成本高，塑性差，在應(yīng)用中具有一定的限制。

2.2 材料對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響

機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)比較注重生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)。在機(jī)械制造中，機(jī)械制造質(zhì)量水平的高低取決于機(jī)械設(shè)計(jì)部門的發(fā)展。而在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇直接影響著機(jī)械設(shè)計(jì)方案的實(shí)施，同時(shí)也影響著機(jī)械設(shè)計(jì)的成本。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，合理選擇機(jī)械材料，不僅能有效地保證加工質(zhì)量，還能降低機(jī)械制造的成本，為后續(xù)工作的開展提供幫助，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 材料選擇的基本原則

在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮一些特殊因素，如工作條件、耐久度、工藝性以及成本等。在材料選擇時(shí)，也需要考慮特定的性能，如使用性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性等。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的應(yīng)用

3.1 金屬材料的選擇與應(yīng)用

隨著能源危機(jī)、環(huán)保問題的日益嚴(yán)峻，航空航天、軌道交通材料輕量化已成為全球關(guān)注的重點(diǎn)，也是我國(guó)先進(jìn)制造領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略需求。一些先進(jìn)金屬材料的研究和應(yīng)用已然成為前沿科學(xué)的熱點(diǎn)，比如鈦及鈦合金、鎂及鎂合金、鋁及鋁合金。鈦合金由于強(qiáng)度高、耐蝕性、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)廣泛被應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，鎂基合金作為“綠色材料”被廣泛應(yīng)用于軍事、交通和3C產(chǎn)品領(lǐng)域；高性能的鋁合金板材和型材在汽車領(lǐng)域也取得了一定成果，部分應(yīng)用可替代進(jìn)口產(chǎn)品，近年來我國(guó)在高性能輕量化合金材料的制備和開發(fā)取得了很大的進(jìn)展，期待未來有更大的創(chuàng)新和突破。

3.2 復(fù)合材料的選擇與應(yīng)用

復(fù)合材料具有強(qiáng)度好，剛度大，質(zhì)量小等優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)不同的使用條件進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，以滿足不同的性能需求。在機(jī)械制造過程中，通常根據(jù)零件的功能及工作環(huán)境要求，選擇的復(fù)合材料，要既能滿足正常工作，又能保證使用壽命。復(fù)合材料在航空航天、電子、醫(yī)療、汽車、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增加，比如一些不銹鋼復(fù)合板、玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維石墨纖維復(fù)合材料、彌散強(qiáng)化復(fù)合基材料、陶瓷?；鶑?fù)核材料、多層復(fù)合材料等的應(yīng)用。

3.3 新型材料的選擇與應(yīng)用

隨著科技革命的迅速發(fā)展，新材料，新方法，新工藝等新型生產(chǎn)方式的出現(xiàn)，為機(jī)械設(shè)備的加工和制造開創(chuàng)了新的空間，新的機(jī)械設(shè)計(jì)理念要融入綠色環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展等元素，保證機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)固性與穩(wěn)定性，展現(xiàn)材料與應(yīng)用的完美結(jié)合。隨著新材料產(chǎn)品日新月異，產(chǎn)業(yè)升級(jí)，工業(yè)上對(duì)新型材料需求越來越大，如今，一些納米材料、光電子材料、復(fù)合材料、新型金屬材料合金、新型無機(jī)非金屬材料、半導(dǎo)體材料以及一些新型的功能性材料等不斷涌入機(jī)械制造領(lǐng)域，使機(jī)械制造水平也出現(xiàn)了巨大變革，新材料在型工藝新技術(shù)的加持下大放異彩，推動(dòng)了我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，本文從多方面分析了機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇與應(yīng)用，圍繞綠色低碳、節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等因素客觀闡述機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的重要性，在如今的一個(gè)信息智能化時(shí)代，人工智能帶來了創(chuàng)新發(fā)展的重大機(jī)遇，機(jī)械設(shè)計(jì)、材料選擇逐步實(shí)現(xiàn)智能化未來可期。