机械设计中的材料选择和应用思考

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 机械设计中的材料选择和应用思考 【摘 要】随着我国社会经济的 飞速发展，对于机械方面的要求也越来 越高。在机械设计中，材料的选用是机 械设计的关键。这是因为合适的材料能 提高机械运转的效率和性能。基于此本 文着重探讨了机械设计的材料选择和应 用，希望对读者提供有益参考。 中国论文网 /1/view-12825966.htm 【关键词】机械设计；材料；机 械生产 机械行业与人们的生活密不可分， 两者是互相促进与发展的关系，机械推 动人们生活水平的提高，实现生活现代 化；受助于现代化生活水平，科学技术 也因此提高，从而促进机械行业的发展。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 对于机械设计领域来说，材料的优劣决 定了机械的性能和运行效率，所以选择 合适的材料是决定机械水平的关键。 一、合适的材料对于机械设计的 重要性 随着我国工业技术水平的发展， 机械行业也朝着巨型化、微型化的两大 趋势在发展。基于这两大极限的发展方 向，材料在机械水平提升中，起着重要 的决定性作用，这是因为机械巨大化和 微型化时出现了大量的问题，这些问题 严重限制了机械性能和效率的发挥。一 些大型机械达不到相应的强度，那么会 限制其使用的范围；一些微型机械精细 化达不到一定标准，那么机械化则失去 意义；因而要想机械能够实现一定的强 度或精细化的标准，则要确保机械设计 中的材料是否能够承载其设计的目标。 此外，随着人们对环境保护越来 越重视，一些机械材料也尽可能的要具 有环保的特性，防止对环境造成重大危 害，这对于机械设来说提出了更大的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 要求。对机械要求减少对环境和周边人 员的影响，实现机械设备的可回收性等 环保要求。 机械设计中，选用合适的材料不 仅能够提升机械的性能，还能让机械更 经济环保，促进机械设计行业的长远发 展。 二、机械设计材料的选择 （一）选用低污染、低能耗材料 在材料选择上，要遵循生产过程 低污染、加工过程低污染以及应用过程 低污染的原则。只有这样才能确保在生 产、加工、使用三个领域做到材料选择 的环保性，鼓励其材料行业的经济环保 健康发展。 设计人员在材料选用上，还需要 注意以下两个方面：1、选择未经过热 处理的材料；2、如果一定要选择经过 热处理的材料，那么就选择热处理程序 相对较少的材料，确保材料对能源消耗 和污染的最小化。 （二）依据使用原则选择材料 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 机械设计涉及到不同的零件，而 每个零件都需要符合特定需求，这要求 设计人员在设计时要充分考虑材料的实 用性，实现机械的实用需求最大化。部 分机械对强度有较大要求，那么在零件 选用上就避免华而不实的零件。机械对 不同零件的需求不同，设计人员要考虑 其机械设计的实际使用需求。 （三）材料选用考虑载荷 对机械设计中，需要对机械的载 荷进行有效计算。计算的目的是因为要 选择合适承载能力的材料进行装配。如 果载荷能力过高的材料装配到机械上， 则相应的机械成本就为之升高，且因为 机械所涉及的使用需求并不需要如此高 的承载能力，因而浪费了其高载荷材料 的性能；如果载荷能力低于设计需求的 材料装配到机械上，那么则因为达不到 机械设备的强度需求，影响机械的使用 寿命，甚至会出现严重的安全事故。 所以，在机械设计时进行载荷计 算，就是为了评估其材料选择的适配性， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 基于成本、环保的特点来选择材料，实 现经济性和使用性的统一。 （四）选用低毒性材料 一些机械材料在使用过程中会产 生对人体有害的物质，严重影响机械操 作者的身体健康，因此在设计过程中， 要极力避免此类材料的选用。 例如，含镍的物质在工业领域中 属于毒金属材料，设计过程中要避免选 用此类材料在机械的应用，如果涉及环 节必须使用此类有毒材料，那么一定要 在人体接触区域进行无害化处理，最大 程度的降低有毒材料对人体的伤害。 三、各种材料在机械设计上的应 用 （一）陶瓷材料的应用 机械设计中可选用新兴材料，例 如陶瓷材料就是较好的选择，首先它的 硬度很高，常应用于制作密封零件；陶 瓷还具有耐磨、耐腐蚀的特点，适合应 用于化学仪器的制造；同时陶瓷材料还 具有不俗的电特性，通常用于制作电容 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 器，在铁电陶瓷的作用下其电容器的形 状会有所变化，能够把电能转换为机械 能，基于陶瓷材料的这种特点，声呐、 扩声机利用其性能实现功能的最大化。 除了常规陶瓷材料，新型纳米陶 瓷的研发，让陶瓷材料的应用范围越来 越广泛，在航空航天和卫星通讯都需要 纳米陶瓷材料1。 （二）复合材料的应用 利用物理或化学的方法，把两种 或两种以上具有不同性质的材料，进行 一定的加工和处理，宏观上组成了具有 新性能的新型材料。符合材料具有扬长 避短的特点，由于原组成材料。符合材 料能够综合各种材料的优缺点，组合搭 配，实现性能需求个性化的定制，满足 机械领域的不同设计需求。 符合材料主要分为金属材料、非 金属材料两大类：金属基体常用的金属 元素有金、银、铜、铁以及各类合金； 非金属基体主要由树脂、橡胶、石墨等 材料。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 复合材料相对于原组成材料，它 具有强度更高、稳定性强、隔音吸声效 果棒、防电、防热等优点，对于像航空 航天、医疗器材等高精尖领域，对于此 类材料有较高的需求。 （三）高分子材料的应用 以化合物为基体，通过使用特定 的添加剂添加进基体中，这种物质被称 之为高分子材料。相对于复合材料、陶 瓷材料等制作工艺要求高的材料来说， 高分子材料更容易获取，例如塑料、合 成纤维就是生活中常见的高分子材料。 高分子具有可再生与可循环的特性，符 合机械设计材料的环保要求；同时高分 子材料还可替代部分金属材料，个别材 料的特性比金属材料更具优势，例如聚 甲醛材料拥有着更高的耐磨性，常用于 齿轮、轴承等设备的生产。在汽车制造 业，高分子材料也被广泛采用，它能减 少汽车重量，减少对能源的消耗。 （四）金属材料的应用 金属材料在机械设计中占据着相 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 当大的作用，也是使用时间最长、频率 最高的材料，可以说机械是由金属所组 成。在机械领域里，以金属为主或金属 元素，都被称之为金属材料，最常应用 的金属元素有铁、锡、铜等。作为自然 元素，金属材料获取成本相对于复合材 料、高分子材料来说，价格更为低廉、 技术水平要求较低。同时金属材料具有 一定的强度和韧性，能够满足一般机械 生产对材料的需求。 除了单一金属材料之外，对于金 属材料的研发也随着技术的不断发展， 而出现一大批新型的合金材料、特种金 属材料。合金材料拓展了金属在机械制 造的使用范围，让制造的金属具备更高 的强度和性能。合金材料和特种金属材 料在高科技领域也越来越被广泛使用， 其研发前景广阔，是材料学的重要研究 方向2。 （五）合金钢与碳素钢的应用 碳素钢作为当今机械设计使用最 广泛的一种材料，有着加工工艺难度低、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 价格低的优势，但是它的韧性和强度相 对较差，不适合用于制作中等形状以上 零件。 为了解决碳素钢的缺点，为其添 加了一定的合金元素，研发出了合金钢。