机械设计中的材料设计方法问题

1、欢迎访问Freekaoyan论文站机械设计中的材料设计方法问题欢迎访问Freekaoyan论文站    欢迎访问Freekaoyan论文站    引言    机械设计中的材料设计问题    材料是工业产品设计的物质基础，任何一种产品设计只有同选用材料的性能特点及其加工工艺性相一致，才能实现设计的目的和要求。材料的品种繁多，性能各异，但只有通过设计和加工才能实现真正的使用价值和审美价值。随着人们对工业产品的使用性能、技术性能及造型款式的要求愈来愈高，需要设计人员熟悉产

2、品设计与材料的关系，掌握各种材料的性能特点及其加工工艺，了解新型材料，从而运用设计手段，充分利用材料的内在功能和表面特征，创造出使用功能好、技术性能高、款式新颖的工业产品。在机械产品设计中，材料设计的重要性愈来愈显著，它对机械产品的性能、价格、造型、重量等都有直接的影响。    传统的机械设计方法中，材料设计实际上仅仅是“材料选择设计”，而这些材料的选择设计过程中，往往也是根据以往设计人员的经验，即设计手册中提供的参考资料或数据来进行的，而这些参考数据常常仅是在一定的标准试验条件下得到的实验数据。这样的材料设计方法，有几个方面的缺点：其一，由于使用条件与实验条件的

3、差异，标准试验过程本身的不确定度问题等，根据参考资料和数据选择材料生产出的机械产品在使用过程中常常会发现不合适，某个（些）零（部）件材料或者因为仅能很好满足整机使用的部分功能而其它功能一般，或者因其某个方面的性能特点产生了对整机其它方面性能的不良影响而致使整个机械产品性能达不到要求，甚至报废；其二，现在工程材料研究发展很快，特别是一些材料加工方法、工艺的改进和发展，使得原有的材料可以达到更高的性能要求，发挥更大、更好的作用。但是这些新材料、新方法、新工艺不可能在短期内编入设计手册，有些内容甚至会滞后十年或几十年，这与当今社会发展对新产品更新速度的要求显然是不适应的，换言之，按手册选择的材料在新

4、产品的开发创新设计中往往是落后的，这将直接影响产品的竞争力或生命力。    案例分析    轮轨耐磨性设计    硬质合金钢刀具耐磨损设计    作者曾与胡华南博士合作研究用深冷处理技术延长机械零件的使用寿命，结果表明，这是一种很有效的方法。对多个厂家生产的硬质合金刀具进行深冷处理后实际使用，结果表明经深冷处理的刀具寿命延长数倍。但个别个体厂家生产的刀具，实验结果则不稳定，有的好，有的差，有的甚至没有效果。该说明，对同一类产品，用同样的方法改变材料性能，结果可能相差很大，这不

5、能说明该方法本身不行，而是还有一个材料本身的均匀性、稳定性以及方法如何与不同材料结合的问题，即如何改变工艺参数以适应材料本身的差异问题。    汽车制动衬片设计    我国汽车用制动衬片目前有不少厂家，但正规的大汽车厂主要还是用进口产品或中外合资厂生产的产品。国产件在质量稳定性、寿命等方面明显缺乏竞争力，特别是一些个体厂家生产的产品质量根本没有保障，有些产品甚至连最基本的性能指标如摩擦系数都达不到标准，特别是热衰退性能差，制动过程常导致失效，这已经成为近年来交通事故大增的根本原因之一。其原因还是大部分厂家缺乏必要的技术力量，没有进行系

6、统研究，而只是简单地完成配方材料混合、烧结和压制等整个工艺过程，就算完事了，至于整个生产过程的各种工艺参数的系统研究，不同车型材料配方的深入研究，特别是摩擦衬片和鼓（盘）的配对问题，则没有进行研究。这些是目前我国汽车用制动衬片质量稳定性问题无法根本解决的主要原因。    某成套设备自动装料装置的七连杆机构设计    作者曾参加某成套设备的研制工作，负责自动装料装置的设计工作。该装置采用七连杆机构，该机构整个悬挂于机架上，在原理方案（运动分析）正确的情况下，连杆材料的设计就成为关键问题，因为连杆的铰链是整个部件材料最薄弱的部分，既要有足

7、够的强度，还应有良好的耐磨性和抗冲击性能，进口设备该部分材料是采用高性能塑料，销孔用钢套。由于当时很难买到该类进口材料，而且进口材料价格相对较贵，作者考虑用铸铝件替代，加大铰链处的尺寸以保证强度。这样设计的铸铝连杆，加工时既出现了问题，即由于连杆形状较复杂，铸件材质严重不均，加工铰链孔时有时发生了折断现象。加工完成后，装机试用，又出现了其它问题，一是由于铸铝件的重量比塑料件大得多，运动速度较快，起、停时连杆惯性大，对整个机架造成较大的冲击振动，二是试用一段时间后有些连杆的铰链发生断裂现象，这除了因为它本身冲击振动外，还因为铸铝件的弹塑性远不如塑料件。后来，购买了进口塑料，用进口材料制造连杆，以

8、上问题全部解决了，尽管进口塑料单位价格稍贵些，但重量轻、用量少，总费用并不很大。这个案例说明，机械零、部件材料的性能不仅影响其本身的功能，而且对机器整体功能有时会造成严重影响。    机械设计中的材料设计新的思想与方法    结语    本文提出机械设计中的材料设计方法问题，是因为传统的材料设计方法已不能很好地适应现代机械产品设计的要求。作者根据多年研究和实践的总结，提出基于系统论思想和功能论思想的机械设计中的材料设计新方法，并建议建立基于犐狀狋犲狉狀犲狋的机械设计材料库。这些都是粗浅的，仅供参考。许多相关的理论和方法还有待各位同行共同探讨。重要的，一是使广大的机械设计师对新的材料设计思想达成共识；二是国家各有关主管部门