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。本文就材料在機械設(shè)計當(dāng)中的選擇和使用做了詳細分析，僅供相關(guān)人士參考。

材料；機械設(shè)計；選擇和使用

引言

對于機械設(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)。隨著機械設(shè)計的不斷發(fā)展和進步，它的地位也是越來越高，對原材料的要求更是嚴格，它關(guān)系著產(chǎn)品質(zhì)量和整個行業(yè)的發(fā)展。所以對材料在機械設(shè)計匯總的選擇和使用研究是非常有必要的。

1 機械設(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，所以在機械設(shè)計當(dāng)中經(jīng)常使用。

1.2 金屬材料

在所有的機械設(shè)計材料中，使用率最頻繁的便是金屬材料了，因為它的韌性和強度的優(yōu)勢，使得它被廣泛的應(yīng)用在機械設(shè)計當(dāng)中，根據(jù)統(tǒng)計，機械設(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)的方法來進行有效合成，制作出適合機械設(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械設(shè)計中使用，其他時候使用率都不是很頻繁。

2 機械設(shè)計中材料應(yīng)用要求

在機械設(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)系到整個機械設(shè)計工作的質(zhì)量高低。所以，要想做好機械設(shè)計中材料選擇工作：①就得讓材料滿足機械在運行過程中所要求的基本機械性能和物理性能，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 滿足機械零件應(yīng)用的要求

機械設(shè)計必須要考慮到機械的負載能力，如果機械的負載能力差，就會使整個機械的零件失效，達不到機械進行正常工作的要求。所以，在對機械進行設(shè)計時的材料選擇時，一定要結(jié)合機械所要進行的工作，考慮到機械所要承受的負載，然后對材料進行選擇，以此作為機械設(shè)計的材料選擇進行可靠性實驗的標準。如果機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，這就使得機械受到損傷，不能進行工作。所以，為了避免上述情況的發(fā)生，在對機械設(shè)計進行材料的選擇時，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行設(shè)計，以便能夠均勻機械的受力，改善材料的抗變形性能。比如，在對機械進行設(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，從而滿足機械零件應(yīng)用的要求（如表1所示）。

表1 機械零件應(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)濟效益的穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展，推動我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。在這一過程中，擔(dān)任機械設(shè)計的設(shè)計人員也是至關(guān)重要的，機械設(shè)計人員要掌握多方面的知識，需要對機械設(shè)計的材料進行多方面的分析和研究，最終進行慎重的選擇?？梢哉f機械設(shè)計工作是一項任重而道遠的事業(yè)，機械設(shè)計是一切工作順利進行的前提，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，就要加大機械設(shè)計對于環(huán)境保護的要求，遵循保護環(huán)境與生態(tài)平衡的原則，對人類賴以生存和發(fā)展的家園進行有效的保護，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行加工，這樣的加工方式可以很好的避免機械材料不必要的損傷。②在機械設(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

機械設(shè)計中材料的選擇與應(yīng)用主要是為了滿足機械在實際操作中的使用，所以機械設(shè)計的材料必須要有實用性。①在對機械材料的應(yīng)用上要以工藝生產(chǎn)為指標，對材料所要使用的范圍和用途進行系統(tǒng)的了解后，對材料進行鑄造、切割等操作，以滿足不同設(shè)計的需求。②機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，然后再對材料進行強度和耐磨性的選擇，對于有特殊要求的材料要進行特殊處理。

3.2 載荷類型材料的選擇與應(yīng)用

在機械的使用過程中，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，從而完善機械在工作中的使用狀況。

隨著國家對于環(huán)保工作的強力推進，機械設(shè)計也要遵循國家可持續(xù)發(fā)展的理念，在機械設(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，就要選擇進行熱處理較少的材料，降低消耗，促進機械行業(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)，這也加強了企業(yè)在機械設(shè)計材料選擇上的注意。所以，機械設(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，避免有害材料進入到機械設(shè)計中來?？傊@是現(xiàn)階段機械設(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、機械性能、和經(jīng)濟性能的要求。傳統(tǒng)的觀念里多數(shù)人都認為貴的就是好的，但是現(xiàn)如今，材料再貴也不見得適合機械產(chǎn)品的需求，所以要真正對機械產(chǎn)品有足夠的了解，這樣才能更好的在機械設(shè)計當(dāng)中來選擇合適的材料進行使用，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，才能使我國的機械設(shè)計有更大的提高和進步。

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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，主要從事方向為機械安裝與維護。