机械设计中材料的选择和应用分析

    王景秋

    摘 要：在改革开放以来，我国和世界各国的联系越来越紧密，我国重工业和轻工业呈现飞速发展的状态，推动着机械制造业的发展。而在机械制造业的发展当中，机械设备材料的选用起着关键性作用，对于机械的性能和寿命有着重要的影响。所以，对于材料的选用需要严格把关，保证材料来源于正规商家，保障材料的标准性，本文所探讨的主要内容就是机械设计中材料的选择和应用分析。

    关键词：机械设计；材料的分类；在设计中的应用现状；解决措施

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.064

    0 引言

    机械制造业领域是十分复杂的，涉及到很多环节和众多工序，而机械设计则关系着机械产品最终的应用范围，机械材料的选用关系着整个机械设备的质量、安全以及寿命，所以机械设计材料的选用必须放在重要地位，必须引起设计者和建造者的高度重视。

    1 在机械设计当中一般应用到的主要材料以及应用

    机械设计的对象一般是中大型的机器，因此所应用到的材料一般分为金属和非金属，其中金属材料和非金属材料并不是一般的单物质材料，而是各种合成材料，比如金属材料当中的：钢、铜以及各种合金等等；非金属材料当中的：陶瓷、玻璃等高分子材料，由于这些材料在耐腐蚀、耐高温等方面的优良性能被广泛的应用到机械生产当中。所以，从金属材料的角度出发，第一，铸铁：铸铁并不是单物质，它是由铁、碳和硅组成的一种金属合金，在材料设计当中它的优点是，在液态形体下具有良好的流动性，且熔点较低，容易切割，具有良好的铸造条件，同时具有较高的抗压能力和减震能力，在机械零件制造领域的应运范围较广；第二，钢：钢也是一种金属合金，其中含有多种化学元素，比如碳、铬、锰等，因此根据化学成分的组成情况又分为碳素钢和合金钢，根据其应运的方向又分为结构钢、工具钢等。其中碳素钢因为其本身的价格优势以及其它众多优点被制造业企业广泛应用；第三，铜：铜是具有良好的延展性、导热以及导电性，同时可以和其它化学元素一起组成众多合金因此被广泛的应用到各个领域，另外，青铜和黄铜具有很强的耐腐蚀和耐磨擦的性能，所以在机械方面的利用率较高。从非金属的角度出发，在机械设计当中应用范围最广的是塑料和橡胶，塑料因为重量轻、易变形、耐腐蚀、绝缘性能良好等优点被广泛应用到零件的制作上，同时橡胶因为柔韧力较好，可以减经剧烈的撞击，具有较高的减震性能被广泛的应用到减震器的制造当中；第二，陶瓷，陶瓷因为自身在任何条件下的化学稳定性能较强、耐热性能高、耐火能力强，因此作为一种耐热零件被广泛应用；第三，复合材料与其它非金属材料相比克服了其它材料的不足，在耐磨性、抗震性性能方面得到了进一步的提升，由于它性能的良好，因此价格也比较昂贵，所以一般应用这种材料的都是一些大型公司，而且以高端设备建造为主，像：武器、航空或者电子设备等领域，但是随着科学技术的发展，复合材料的生产过程简化，生产例如进一步降低，所以应用领域逐渐下移[1]。

    2 针对机械设计材料选择的应用情况提出的相关解决措施

    2.1 坚持具体问题具体分析，立足于设计要求

    在机械设计活动当中涉及到的零件种类繁多，因此不同的零件对于材料都有不同的要求，一旦材料的选择出现失误，那么将会影响到该机械设备的性能和用途，所以，工作者必须对材料的选择引起高度的重视，了解每一个材料的用途和性能，严格分析每一个材料在不同环境下的形态和性质的变化，以及对其性质的影响和决定因素。针对这种情况设计者可以进行一些有针对性的实验，比如耐热实验、抗压试验、减震实验，在具体的实践活动当中了解材料的性能变化，记录下各种数据，从而和机械设计实现对接。另外，在材料的选择上除了考略材料的性能还要考虑到材料的价格，以及在设计和生产过程当中所产生的一些成本，做到性能和价格的统一[2]。

    2.2 充分了解材料的相关优势和主要应用领域

    机械设备是由很多零件组装而成的，因此材料对于机械设备起着基础性的影响，机械设计者在材料的选用上要做到以下几点：第一，要对材料的物理性能进行分析。机械设备的使用效率和使用寿命将和材料的质量、性能直接挂钩，所以针对每一种材料的性能都要進行严格的核准，而不是依靠旧有的数据或者理论进行研究设计，可以从材料的化学性能、工艺性能、物理性能这三个方面出发。第二，物理性能所囊括的范围比较广，比如：粘度、熔点、热传导性能、磁性能等，所以机械设计工作者就要做到一切从实际出发，做到具体问题具体分析，找到材料在不同环境下的共性和特性，根据其特性形成的条件找到相适应的机械设备，做到最优方案；化学性能主要包括的是可燃性、氧化性、腐蚀性等，如果该机械设备是航天器材，那么在设计时主要考虑的就是材料的抗氧化性能和耐高温性能；工艺性能在机械设计当中主要考虑的是材料的焊接、锻造以及切割等[3]。

    2.3 材料在进行工艺处理的时候要做到科学化标准化

    机械在生产过程当中由于受到多方面的影响，在其性能方面往往达不到预期的效果，所以还需要后期进行工艺化的处理，比如：铸造工艺、锻造工艺、焊接工艺、切削加工工艺、粘结固化工艺以及热处理工艺等。比如以铸铁热处理为例子，铸铁在铸造过程中由于热胀冷缩，所以铸件壁的厚薄度不统一，产生一种应力。但是这种应力不能够留在零件当中，因此必须进行工艺学热处理。在热处理当中对于材料有收缩性、流动性、偏折性、吸气性以及热裂向性等要求，必须实现温度和时间的精准控制，做好石墨化退火、球铁淬火以及回火、表面淬火等工作。设计人员必须保证工业处理工作科学化标准化进行，提高材料的性能[4]。

    3 结束语

    综上所述，机械设计是我国制造业发展的核心，机械设备设计材料的选择则是关键的环节，所以设计人员必须严谨对待，做好这方面的工作，同时国家和企业也要引起对这方面的高度重视，提高我国机械制造水平。

    参考文献：

    [1]王熙婷.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].中国新技术新产品，2018（02）：42-43.

    [2]明习凤.浅析机械设计过程中机械材料的选择和应用[J].电子世界，2018（08）：81.

    [3]王建国.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].广东蚕业，2018，v.52（03）：38.

    [4]赵平安.CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的发展分析[J].科技风，2018.