机械设计中的材料的选择和应用

摘 要：机械设计过程中材料的应用和机械的性能,机械的使用寿命有非常大的关系,而材料的选择往往是设计师们非常容易忽视的问题,本文重点对机械设计过程中的材料选择细节进行探讨,供相关人员参考.

关 键 词：机械设计,材料,选择,应用

1.前言

对于机械制造而言,材料是关系到机械成本和机械利用中非常关键的因素,较好的材料不仅能够延长机械的使用寿命,而且能够有效的提高机械使用的效率,因此在机械设计的过程中,材料要引起大家的重视.

2.机械设计中的材料的选择和应用意义

目前,我国的工业化发展十分迅速,由于相关体系不断的完善,机械设备的使用概率也在不断的提升,对机械设备的需求量也在不断的增加,这样的发展趋势导致我国的机械材料出现了短缺的现象.材料和机械设备是机械设计以及零件生产的过程中最为基本的元素,对材料提供有效的保证和恰当的使用,已经成为机械设计行业中可以进行可持续发展的重要因素.因此,在面对当前的状况,一定要将机械设计中使用的材料在选择方面的工作力度进行有效的加强,不仅要保证机械设计的过程中所采用的材料具有适合性和实用性,还要保证所采用的材料不会造成环境方面的污染以及资源方面的浪费,在选材时对材料的环保性和经济性要进行充分的考虑.通过不断的对机械设计材料进行良好的选择,从而对机械设计行业在未来发展过程中的稳定性起到推动的作用.

3.机械设计常用的材料

3.1金属材料

在各类工程材料中,金属材料（钢铁）使用最广泛.据统计,在机械制造产品中,钢铁材料占90%以上.钢铁被大量采用,由于它们具有较好的强度、韧性外,便宜和容易弄到,而且能满足多种性能和用途的要求.各类钢材中,由于合金钢的性能优良,常常用来制造各种零件.

3.2高分子材料

高分子材料包含三大类,例塑料、合成纤维.高分子材料有很多优点,如原料丰富,可从石油天然气与煤中提出,或者地区是所需的能耗低,密度小,只有钢的1/6,适当的温度范围内有很好的弹性等.

3.3陶瓷材料

工程结构陶瓷材料,有以氮化硅,碳化硅为主要成分的高温结构陶瓷,有以氧化铝为主要成分的刀具结构陶瓷.陶瓷材料的主要特点是：硬度高（硬度大多在1500HV）、耐腐蚀、熔点高、刚度大及密度比钢铁低、抗压强度较高,但抗拉强度较低,塑性和韧性很差等.陶瓷材料常被称为：“像金刚石一样硬,像铝一样轻”的材料.到目前为止,陶器材料应用于密封件、滚动轴承和切削刀具等结构中,但陶瓷材料的主要不足的是比较脆,断裂韧度低,昂贵加工工艺性能差.

3.4复合材料

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求.复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类.金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金.非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等.增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等.

4.材料选择和应用在机械设计中的注意事项

材料选择是机械设计的最重要最关键的内容之一,关系到整个设计的工作质量.我以为想要做好选择工作,首先要满足设计产品的实用性,再次,是经济性可操作性以及安全性,最后是要符合可持续发展的要求.因此,我认为,在机械设计材料的选择工作中,由各个方面的工作人员注意.

4.1机械设计中材料选择满足机械零件应用要求

实践说明,机械零件的失效其实最大的原因就是因其外载荷所造成的,而且,这是一个不能避免的矛盾,而且衡量这个矛盾在我们的设计工作中,是用材料载荷性能以及需要的外载荷的大小作为评价指标的.比如：对于载荷可以使得零件弯曲或者扭曲,或者零件会因载荷而弯曲、拉伸与压缩.我们可以用中碳钢调质或者低碳钢渗碳的加工方式对其进行加工,或者选择材料各个部分性能比较均匀的零部件材料来确保零件的实用性.

4.2机械设计中材料的选择满足经济型

在机械设计中材料的选择以及应用上,应该注意实用性以及经济性原则.在对机械设计中的材料选择上,主要是针对机械的零部件进行合理的设计以及架构,其中铸造技术以及焊接技术、锻造技术、粘结固话技术等都是根据材料选择的不同方面以及不同技术要求来进行的.铸造技术主要是针对材料的收缩性以及吸气性质来进行的,锻造技术主要是针对材料有冷却系以及冷镦性的性质,焊接技术主要是针对材料有敏感性,粘结固化技术主要是针对材料有粘结固话性质.只有采取的技术可以满足材料的这些性质才可以让材料符合技术性要求.同时,对于机械设计中材料的选择上还应该注意经济性,也就是说针对材料的选择在达到了技术性的要求之后还应该尽量的选择较低的原材料.

4.3机械设计中材料选择满足环保性

环境问题已经成为全世界最关注的话题,机械设计中材料的选择更是要注意到这一点.工业垃圾、白色污染、废料垃圾,都是设计人员在设计时应该注意的问题.设计是生产的开始.且决定着生产,以环境换取经济的方式是不可取的.这是关系人类发展与生存的重大问题.作为设计的执行者一定要重视材料选择与应用的环保性.

5.机械设计中材料的应用

机械行业中,材料分很多种类,其中性能可加工和应用性也是不尽相同.适合的应用材料,是机械设计中很重要的部分.设计人员不仅仅要对材料了的各个性能与特点了解到位.且要根据不同的设计需求,在这些材料中,选用合适的,甚至是更好的能够满足需求的材料.

机械产品的用途不同,其中受到的负载、腐蚀、以及疲劳强度、变形强度时不同的.要充分考虑其用途,以及使用时受到的损坏程度,合理的应用材料,比如在设计模具时,便要考虑材料的可加工性、淬硬性和淬透性、淬火温度和热处理变形以及脱碳敏感性等.从而保证模具精度和寿命.

6.结束语

总之,在机械设计的过程中,材料的运用是关系到机械是否能够正常使用的关键,因此在进行设计的同时,要注意上述所描述的问题,同时也要注意具体问题具体对待,这样能够提高设计过程中的效率.