邊明江

摘要：選擇并應(yīng)用合理的材料是保證機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提，本文分析了機(jī)械設(shè)計(jì)與材料選擇之間的關(guān)系，介紹了機(jī)械設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的材料種類，并提出機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇和應(yīng)用材料的注意事項(xiàng)。

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

0前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程不斷加快，對(duì)所有關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)提出了更高要求，機(jī)械設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其質(zhì)量對(duì)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生直接影響，因此應(yīng)當(dāng)予以重視。機(jī)械設(shè)計(jì)中，選擇材料是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，如何根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇合適的材料、在滿足基本質(zhì)量的前提下盡量節(jié)約成本，使我們需要思考的問題。

1機(jī)械設(shè)計(jì)與材料選擇之間的關(guān)系

選擇材料是機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)過程中要考慮所選擇的材料是否能夠及時(shí)供應(yīng)。如果設(shè)計(jì)完成以后發(fā)現(xiàn)缺乏相關(guān)材料的支持，那么生產(chǎn)就無法正常進(jìn)行，整個(gè)設(shè)計(jì)過程也就失去意義。機(jī)械設(shè)計(jì)與選擇材料方面具有以下幾種關(guān)系：首先是性能方面，不同的材料具備不同的性能，每種材料都有自身的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，因此在選擇材料的過程中，要考慮綜合因素，包括該設(shè)計(jì)的具體功用以及使用環(huán)境等。例如，金屬材料不適合在長(zhǎng)期在潮濕的環(huán)境下使用，高分子材料不適合在高溫下使用等；其次是質(zhì)量方面，高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品不僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)方案上，只有選擇合適的材料，并將其合理搭配使用，才能保證產(chǎn)品有效發(fā)揮性能。相反，如果選擇的材料不合理，設(shè)備的質(zhì)量必然會(huì)受到影響；最后是成本方面的影響，一個(gè)行業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的目的是為了獲取經(jīng)濟(jì)效益，因此成本是必須要思考的問題，如果設(shè)計(jì)中使用的材料過于昂貴，那么產(chǎn)品必定會(huì)因?yàn)閮r(jià)格失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[1]。

2機(jī)械設(shè)計(jì)中使用材料的種類

機(jī)械設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的材料包括以下幾種：其一是金屬材料，金屬材料由于性質(zhì)穩(wěn)定，因此被廣泛應(yīng)用于各類工程中，據(jù)統(tǒng)計(jì)，金屬材料在機(jī)械產(chǎn)品中的使用率達(dá)到了90%以上，尤其是鋼鐵材料，不僅成本低，而且強(qiáng)度較高，韌性較好，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)中被大量使用，另外，一部分合金的性能也比較好，在制作零部件時(shí)被廣泛應(yīng)用；其二為高分子材料，主要指塑料或者合成纖維，高分子材料的典型優(yōu)點(diǎn)就是來源豐富，制作過程中對(duì)能源的消耗量不大，同時(shí)具有一定的耐腐蝕性，且延展性較好；其三是陶瓷材料，這種材料的主要成分是氮化硅和氧化硅，典型優(yōu)勢(shì)就是硬度高，耐腐蝕性好，且具備一定的抗壓強(qiáng)度，陶瓷材料的缺點(diǎn)就是價(jià)格較高、且容易斷裂，目前多用于制作一些密封零件；其四是復(fù)合材料，復(fù)合材料是由兩種或者兩種以上不同的材料通過物理方法或化學(xué)方法組合而成的材料，通常都是根據(jù)設(shè)計(jì)的具體要求來制作復(fù)合材料，具體成分包括金屬和非金屬兩種，其中金屬主要是鋁和鎂以及各類合金，非金屬主要是樹脂或者陶瓷[2]。

3機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇和應(yīng)用材料的注意事項(xiàng)

3.1堅(jiān)持實(shí)用性的原則

機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，要根據(jù)所設(shè)計(jì)設(shè)備的具體功用以及使用條件來合理選擇材料，堅(jiān)持實(shí)用性的原則。一些部位可能對(duì)材料的強(qiáng)度有較高要求，一些部位可能對(duì)材料的耐磨性有較高要求，而有些部位對(duì)耐腐蝕性有較高要求，對(duì)于暴露在外面的部分，甚至要求其具有一定的美觀性，因此在選擇材料時(shí)不能一概而論，要根據(jù)每個(gè)部位甚至每個(gè)零件的具體要求來選擇合適的材料，保證制作出的設(shè)備能夠有效發(fā)揮功用。

3.2選擇對(duì)人體、環(huán)境無害的材料

一些特殊材料在使用的過程中會(huì)對(duì)人體造成傷害，廢棄后無法回收，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。例如，Ni和As等元素就會(huì)對(duì)人體造成傷害；在制作集成電路時(shí)，Sn-Pb合金一度被廣泛應(yīng)用，這些電路板在廢棄以后無法實(shí)現(xiàn)回收利用，產(chǎn)生固體廢棄物，一般的做法就是對(duì)其進(jìn)行填埋處理，但是Pb能夠溶于水，對(duì)地下水源造成污染，進(jìn)而損害人們的身體健康。另外，各類材料的混合使用為材料的回收增加了難度，不利于材料的循環(huán)利用。因此，在選擇材料時(shí)，要盡量減少材料的種類，或者說盡量使用單一的合金系，同時(shí)要減少對(duì)有害金屬的使用，保護(hù)人體健康的同時(shí)，減小對(duì)環(huán)境的破壞[3]。

3.3選擇合適的載荷類型

研究表明，材料的外載荷性能決定著該部分零件的使用壽命，因此在選擇材料時(shí)，要著重考量其載荷，一般將材料的載荷性能歸為以下兩類：首先，如果載荷的作用力過大，就會(huì)造成部分零件發(fā)生變形，而大部分應(yīng)力都會(huì)集中在材料表層，說明材料表面的載荷性能對(duì)材料的使用壽命產(chǎn)生重要影響，為了提高材料的表面性能，可以采用一些措施對(duì)材料進(jìn)行特殊加工，保證材料表層具有足夠的硬度；其次，一部分零件需要承受較大的拉伸力或者壓縮力，此時(shí)載荷會(huì)均勻分布在材料的橫截面上，因此在選擇材料時(shí)要考慮其性能分布是否均勻。

3.4選擇在加工時(shí)低污染、低能耗的材料

首先，要盡量避免選擇那些需要經(jīng)過熱處理的材料，因?yàn)闊崽幚砉に嚂?huì)消耗較多能源，且在制作材料的過程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成較嚴(yán)重的污染，要盡量選擇那些經(jīng)過冷拔就能保持良好性能的材料；其次，要選擇生產(chǎn)制作工序少的材料，尤其是熱處理的工序要少，可以對(duì)材料的淬硬層進(jìn)行加熱淬火處理，提升材料的韌性，同時(shí)降低處理過程中的能耗。

3.5選擇成本低的材料

為了保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，要盡量對(duì)選擇成本低的材料，當(dāng)然，低成本是在保證實(shí)用性、對(duì)人體以及環(huán)境無害、載荷類型合適的前提下，也就是說，要保證達(dá)到基本的設(shè)計(jì)質(zhì)量或者說設(shè)備的性能要求后，才能去談成本，如果不影響設(shè)計(jì)質(zhì)量或者說對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響較小，可以使用一些低成本的材料來代替高成本的材料，設(shè)計(jì)者要從中衡量好這個(gè)度。

4總結(jié)

機(jī)械設(shè)計(jì)中在選擇材料時(shí)，要堅(jiān)持實(shí)用性的原則，根據(jù)零件的具體要求確定材料的種類，同時(shí)要保證材料對(duì)人的身體和環(huán)境無害、加工材料的過程中低污染、低能耗，而且要充分考慮材料的載荷類型，在保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下，盡量降低成本，保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李冠效,雷長(zhǎng)貴.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用解析[J].硅谷,2014,10(12):86-87.

[2]宮浩.淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇和應(yīng)用[J].科技致富向?qū)?2015,11(13):230.

[3]黃夢(mèng)奇,王婧.淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用[J].機(jī)電信息,2012,14(16):133-134.endprint