机械材料

机械材料（精选12篇）

机械材料 篇1

在机械加工中, 合理地选择使用材料不但应研究材料性能可适应零件的工作条件, 使零件耐用, 还要求材料具有加工工艺性能和经济性, 以提高机械零件的生产率和降低成本等。

一、机械加工工艺规程的要求与选材方法

(一) 机械加工工艺规程的要求

1) 技术上的先进性。这是指高质量、高效益的获得并非建立在提高工人劳动强度和操作手艺的基础上, 而是依靠运用技术措施来保证的。在制订工艺规程时, 要了解国内外同类工艺技术的发展, 尽可能应用先进的工艺和装备。2) 经济上的合理性。对产品质量要求的工艺方案, 要进行成本核算或评选, 选择经济上最合理的方案, 使产品成本最低。3) 良好的劳动条件, 防范环境污染。在制订工艺规程时, 要保证员工具有良好而安全的劳动条件, 采用先进技术措施, 把员工摆脱体力劳动。并符合国家环境保护法的规定。

(二) 选材方法

要满足零件主要的性能要求。同时也要考虑其他方面性能的要求。

1) 在以要求较高综合性能为主时, 其选材在机械制造中有相当多的结构零件, 如轴、杆、套类零件等, 在工作时都不同程度地承受着静、动载荷的作用, 它们的失效形式多数表现为变形失效和断裂失效, 因此, 零件要求具良好的综合力学性能。2) 在以疲劳强度为主时的选材, 疲劳破坏是零件在交变应力作用下一般的破坏形式, 如发动机曲轴、齿轮、弹簧及滚动轴承等零件的失效, 通常是由于疲劳破坏引起的。3) 在以抗磨损为主时的选材。磨损较大、受力较小的零件, 它的一般失效形式是磨损, 因此材料要具有高的耐磨性。如钻套、各种量具、刀具、顶尖等, 应选择高碳钢或高碳合金钢, 进行淬火和低温回火处理, 获得高硬度的回火马氏体和碳化物组织, 可以满足耐磨要求。同时, 受磨损及交变应力作用的零件, 它的一般失效形式是磨损, 过量的变形与疲劳断裂。

二、选用材料的要求

(一) 使用性要求

这是材料所提供的使用性能指标对零件功能和寿命的实现程度。零件在一般情况下, 要实现设计规定的功能, 可以实现预期使用寿命。

(二) 工艺性要求

铸造工艺性主要是流动性、收缩性、热裂倾向性、偏折性及吸气性等;锻造工艺性主要是可锻性、冷徽性、冲压性、锻后冷却等;焊接工艺性是指焊接性, 即焊接接头出现工艺缺陷的敏感性及使用性能;刃切削加工工艺性是材料接受切削加工的能力。包括:刀具耐用度、断屑力等;粘结固化工艺性即:高分子材料、陶瓷材料、复合材料及粉末冶金制品, 它的粘结固化性是重要的工艺指标;热处理工艺性主要是淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向等。

(三) 经济性要求

材料本身价格要低。一般条件下材料的直接成本为产品价格的30%~70%;材料加工费用应低。非金属材料加工性能好于金属材料, 有色金属的加工性能好于钢, 钢的加工性能好于合金钢。高材料利用率和再生利用率。在加工中尽可能选用少切屑和无切屑新工艺, 科学利用材料。使用过程的经济效益。选材不要片面强调材料费用及制造成本, 要对材料的使用寿命更加重视, 生产的产品不能使用或不能安全使用。

三、毛坯的选择

毛坯的确定, 既影响毛坯制造, 影响机械加工。在确定毛坯时, 既要重视热加工的因素, 又要兼顾冷加工方面的要求, 以从确定毛坯环节降低零件的制造的成本。

(一) 机械加工中的毛坯种类

1) 铸件。形状不同的零件毛坯, 应采用铸造方法制造。铸件多数用砂型铸造, 它分为木模手工造型和金属模机器造型。前者铸件精度低, 加工表面余量大, 生产率低, 适合单件小批生产或大型零件的铸造。后者生产率高, 铸件精度高, 而设备费用高, 铸件的重量有一定的限制, 适合大批量生产的中小铸件。少量质量要求较高的小型铸件采用特种铸造, 压力铸造、离心制造和熔模铸造等。2) 锻件。机械强度要求高的钢制件, 通常应使用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件。模锻件的精度和表面质量均比自由锻件要好, 锻件的形状也较复杂, 可减少机械加工余量。模锻的生产率比自由锻高, 而需要特殊的设备和锻模, 因此, 适合批量较大的中小型锻件。3) 型材。它按截面形状分为:圆钢、方钢、六角钢、角钢、槽钢及特殊截面的型材。它有热轧和冷拉。前者的型材精度低, 价格便宜, 用在普通零件的毛坯;后者的型材尺寸较小、精度高, 可自动送料, 价格较高, 一般用在批量较大的生产, 适合自动机床加工。4) 焊接件。焊接件是用焊接方法形成的结合件, 其优点:即制造简单、周期短、省材料, 缺点:即抗震性差, 变形大, 应在时效处理后进行机械加工。

(二) 典型零件的选材

轴类零件是影响机械设备的精度和寿命的关键零件。支承回转零件并传递运动和转矩, 它是影响运行精度和寿命的关键件。有车床主轴、带轮的轴等, 火车轴轮、汽车的前轴等, 车床上的光杠等。各种轴的尺寸相差较大, 一般用以承受各种载荷和传递动力。轴的工作条件为:

1) 轴类零件的选材。轴类零件的工作条件:重要件作用是支承回转件并传递运动和动力。影响精度和寿命;轴类零件的失效形式:疲劳、过载断裂、过量变形和轴颈过度磨损;轴类零件的性能要求:选材要有较强的抗拉强度和刚度, 冲击韧性和高的疲劳强度, 对轴颈处受摩擦部要高硬度和耐磨性工艺上刀削加工性和淬火性;轴类零件的使用特点:经锻造或轧制的低碳、中碳钢或合金钢;轴类零件的选材:中速中等载荷选用45钢。锻后正火、调质、局部淬火、回火。2) 齿轮类零件的选材。工作条件:通过齿面接触传递动力, 两齿面相互啮合。有滚动, 又有滑动。在齿表面:受到交变接触压应力及摩擦力的作用。在齿根部:受到交变变曲应力的作用。换挡:受到冲击。安装不良:齿面接触不良。失效形式:轮齿折断、齿面损伤过程塑变, 齿端磨损。性能要求:高的疲劳强度和抗拉强度、高的表面硬度和耐磨性适当的心部强度和足够的韧性。小的淬火变形, 良好的加工性。用材特点:对硬度和耐磨性要求较低, 对冲击韧度要求中, 低速和载荷不在的中, 小型传动齿轮。3) 箱体类零件的选材。一般零件:机床上的主轴箱、变速箱、进给箱和溜板箱、内燃机缸体和缸盖、泵壳、床身、变速机箱体。性能要求:主要受应力, 也受一定的弯曲应力和冲击力。因此具有足够的刚度、抗拉强度和良好的减震性。

对受力较大, 要求高的抗拉强度, 高韧性的选铸钢。对受力不大, 且受静压力, 不受冲击的选用灰铸铁, 相对运动件应选用抗拉强度较高的灰铸铁。受力不大, 要求轻且热导性好的小型箱体件, 可选用铝合金。受力小, 耐蚀以轻件, 选工程塑料。受力较大, 形状简单件或单件, 选用型钢焊接。

机械材料 篇2

机械密封的材料

机械密封的摩擦副（密封副）主要由动、静环组成，它要求具有耐磨、耐腐蚀、机械强度高、良好的耐热性、气密性好、易加工等优点，其材质常用的如下。

1.硬质合金

硬质合金简称WC。硬质合金是含有钴、铬和钛的一类合金，其中钴是一种粘合剂，钻的含量越高材料的强度就越低。牌号有：YG-6，硬度为89.5HRA；YG-8，硬度为89HRA；YG-15,?更度为87HRA。硬质合金有很高的硬度，它的硬度是高速钢的20倍，耐髙温、线胀系数小、摩擦因数低和组对性能好，是机械密封不可缺少的材料。

2.合金钢、高硅铁

合金钢经过热处理后，硬度和耐磨性大大增高，加工制造比较容易，成本比较低，常用的材料有3013、4Crl3、9Crl8、W18&4V。高硅铁是含碳10%〜17%的硅铁合金，它是一种优良的耐酸材料，对硫酸、硝酸、有机酸等介质有良好的耐腐蚀性，但不耐强碱、盐酸，硬度45〜50HRC。

3.碳化硅（SiC)材料

碳化硅（SiC)是国际上目前最先进的材料，它的减摩性能特别好，摩擦因数小，硬度高，一般与硬质合金组对。

4.石墨材料

① 碳石墨，代号M121、耐温3501。

② 浸环氧树脂，代号有M106H、M120N、M220N，使用温度200°C。③ 浸呋喃树脂，代号有M106K、M120K，使用温度200X：。

④ 碳石墨浸铝，代号有M232L,使用温度400X：；还有浸锑、浸银、浸铜等。石墨是在石油炭黑、油烟炭黑中加入焦油、沥青等混合经粉碎压制成坯、经高温焙烧2400〜2800X：而成。在高温焙烧时出现10%〜30%气孔，所以要浸渍一些材料。碳石墨材料是用处最大的摩擦副组对材料，其特点是：有良好的自润滑性、耐腐蚀性、耐高温、组对性能好、易加工、摩擦因数小。碳石墨、烧石墨、热解石墨这三种材料都有较好的减摩性、自润滑性，是机械密封主要用到的石墨材料。它一般与硬材料组对，如硬质合金、碳化硅-耐腐蚀性能好，耐温好、线胀系数低、组对性能好、易加工。

5.辅助密封圈材料

橡胶辅助密封圈是最常用的一种辅助密封圈，常用的橡胶密封圈有：丁腈橡胶、氟挎胶、硅橡胶、乙丙橡胶。

6.机械密封弹性元件

机械密封弹性元件有弹簧和金属波纹管。泵用机械密封的弹簧多用4Crl3、lGrl8Ni9Ti，在弱腐蚀介质中也可以用碳素弹簧钢磷青铜弹簧，在海水中使用良好.60Si2Mn、65Mn碳素弹簧钢用在常温下无腐蚀介质中，50GV用于高温油泵较多，3Crl3、4Crl3铬钢弹簧钢适用泵维护与检修杨雨松等编著

于腐蚀介质，lCrl8Ni9Ti等不锈钢弹簧在稀硫酸中使用。

机械设计中材料的选择及其应用 篇3

【关键词】机械设计；材料选择；应用

机械设计中材料的选择和运用是整个设计中的关键环节，关系到机械产品的的质量和整个机械行业的健康发展。因此，在新形势下，必须要提高机械设计中的选材水平，更好地做好机械设计中材料的运用，推动机械设计行业的发展。

1.机械设计中材料的选择

1.1选择载荷类型的材料

机械设计过程中，通常机械材料的外载荷性能容易导致机械设计的部分元件失效，而机械的零部件所具备的性能却能有效的防止这种零件的失效。由于失效零部件性能与材料的外载荷性能之间的矛盾，进而要求在机械材料的选择上，要以材料的载荷性能的大小作为机械选材的标准。在选材上可以将材料的载荷性能归结为两个方面：一是当零部件在外载荷力的作用下出现扭转时，其中应力大多集中在材料表层，这就表明，材料表面的性能直接决定着零部件间的控制效果。所以在机械设计材料选择上，如果机械材料需要承受载荷力，就可以选择低碳钢渗碳或者是中碳钢调质的方式对材料进行加工。通过此种材料的选择和加工方式能够确保产品的质量。二是对一些能够承受压缩或者是拉伸作用的材料，由于外载荷力作用到零件的横截面，使横截面的应力比较均衡，所以这就需要在机械材料的设计中，选择一些性能分布均匀的材料，保障在机械设计的加工、生产等环节中能够对材料进行高效的作业。

1.2选择合金钢与碳素钢材料

在机械设计过程中，碳素钢是一种比较常用的材料，因为碳素钢的价格比较经济，加工的工艺性稳定因而被广泛运用。但是碳素钢也存在一定的缺点，即韧性和强度比较差，中等以上形状的材料不能被完全淬透，这在一定程度上影响了对碳素钢的使用。因此，为了改进碳素钢的功能，可以在碳素钢中加入合金，进而形成一种新的材料，即合金钢。机械设计中合金钢的淬透性、韧性、强度得到了很大的提高，并且由于合金的加入也提高了合金钢的耐磨性。然而与碳素钢材料相比，合金钢材料的淬透性、韧性、强度等都有所提高，但是只有在零件的横截面较大、材料外载荷应力较大以及需要对材料进行淬透的情况下才能够使用合金钢，而其他情况一般应当选择碳素钢。

1.3选择可回收和能够循环利用的材料

在机械制造领域内，金属材料的种类非常多，钢材就有100多种。然而在机械设计中，由于不同种类的材料都堆放在了一起，很难对材料进行分类，进而加大了回收利用的难度。因此机械设计的材料选择过程中，为了便于循环利用，可以选择一些单一的合金系制作零部件，因为合金系的构成元件比较少，对环境的压力也较小，所以能有效提高对合金的回收和循环利用效率。

2.机械设计中材料的运用

机械设计中材料的运用是选材工作的拓展，对整个设计工作产生重要的影响。机械设计中材料的选择通常比较重要，但是材料应用的经济性和环保性对于机械设计工作也十分重要。所以在保证选材质量的基础上，材料运用应当能够实现环保性、实用性以及经济性的统一。

2.1材料运用的经济性与实用性相统一

材料运用的经济性与实用性统一是机械设计中必须首先要考虑的问题。在材料运用的过程中应当注意两个方面的内容：一是在机械设计中材料的运用应以零部件的加工工艺为标准。机械加工中不同的加工技术，如切削工艺、铸造工艺、焊机工艺以及热处理工艺等技术对于材料的运用要求是不同的。切削工艺要求材料的应用应当符合切削作业的可操作性特征；铸造工艺要求材料的应用应当向高吸气、高收缩、高流动方向转变；焊接工艺要求材料的应用必须要体现出冷镦性和冲压性的特点；而热处理工艺则要求材料的应用应当符合氧化脱碳性、敏感性、淬透性等特征。二是强调材料应用中的经济性。机械设计过程中，在保障各零部件材料都能够符合各种加工工艺要求的前提下，应当合理地对机械材料的加工成本进行控制，然而为了实现材料应用的经济性，可以根据机械设计企业的自身发展水平，最大限度地对加工工艺和零部件的生产方式进行合理的控制。

2.2材料运用的节能性和环保性的统一

机械设计中材料应用的节能性与环保性是促进生态经济建设的重要方式，是实现机械设计可持续发展的重要环节。因此，在机械设计过程中应努力确保材料运用的节能性和环保性的相统一，推动机械设计健康、可持续的发展。例如，在机械设计铸造工件环节，铸造设计阶段百分之五的成本决定着百分之八十的铸造工件的生产成本。所以在机械设计过程中，节能环保的材料运用，不仅能降低能源的消耗，节约生产成本，而且还能够最大限度地符合机械设计中材料应用的环保性要求。

3.结语

机械设计中材料的选择和运用是整个机械设计中的核心，对提高机械设计的水平，保障机械产品的质量以及推动整个机械设计行业的发展具有十分重要的意义。因此，在机械设计中首先应当选择符合设计要求的材料，然后对材料进行科学合理的运用，实现节能、环保、经济的相统一，进而全面促进我国机械设计行业的可持续发展。 [科]

【参考文献】

[1]赵忠国.机械设计中的材料的选择和应用[J].科技风，2011.

选煤机械如何采用耐磨材料 篇4

1 需铺设衬板的工况

衬板的铺设可根据运输物料的物理性质和部位来确定, 以下几种情况建议铺设衬板:

(1) 硬度较大的煤炭或矸石溜槽应加衬板。煤的硬度主要取决于其煤化程度:按煤的显微硬度划分:以无烟煤的硬度最高, 烟煤次之, 褐煤最低。

在煤质较硬时, 块煤 (包括精煤中的块煤) 系统的漏斗、溜槽应加衬板。溜槽斜段倾角小于或等于60°的底、侧板铺设衬板, 侧衬板高度约为侧板高度的2/3, 倾角大于60°或垂直段顶、侧、底板都应铺设衬板;由于矸石硬度大, 在矸石系统中的漏斗、溜槽都应加衬板。

(2) 受有较大冲击载荷、磨损严重、过煤量大或受腐蚀的溜槽和管道应加衬板。《DTII (A) 型固定式胶带输送机设计选用手册》推荐, 物流速度大于2.5 m/s时应加衬板;物流速度为1.6～5 m/s时推荐采用带调节挡板。溜槽转角处, 常受物料冲砸, 其斜底和侧板都应加衬板。漏斗受物流冲击面和溜槽受砸斜底板铺设的衬板要能拆卸更换, 必要时受砸母板外侧应加筋板。

(3) 重介质洗选系统及介质回收系统的相关设备应铺设衬板。目前普遍采用磁铁矿粉与水配制的悬浮液作选煤或选矸用重介质, 由于这种悬浮液密度大、颗粒硬度高, 所以在重介质洗选系统和介质回收系统中的储罐 (桶) 、漏斗、溜槽、管道应全部或局部铺设衬板。

2 几种成熟衬板推荐

(1) 合金钢板Q345。

Q345即常说的16 Mn钢, 一般其成本比普通Q235钢板高5%, 耐磨性能比普通钢板略有提高, 但抗砸性能较好。对于溜槽直接抗砸的部位, 建议采用该衬板:如余吾煤业井底煤仓螺旋溜槽出口的耐磨格栅, 五阳煤矿地面生产系统的矸石仓漏斗段的抗砸格栅等都使用该材料, 在较低成本情况下取得了较好的抗砸效果。

(2) 专用耐磨轧制钢板NM360系列。

NM360是在Q345基础上通过调整合金元素后生产的新钢种, 主要应用于矿山机械、煤矿机械、环保机械、工程机械等, 也常用作为屈服强度不小于700 MPa高强度结构钢使用。主要是为需要耐磨的场合或部位提供保护。该衬板的屈服强度大于800 MPa, 抗拉强度大于1 000 MPa, 布氏硬度为360。其主要化学成分见表1。

NM360衬板具有如下特点:① 强度高, 具有高的屈服强度和抗拉强度, 对脆性破坏的抗力也极大。② 韧性高, 具有优良的低温韧性, 因此可在大型焊接结构件和低温环境中使用。③ 优秀的焊接性能, 成分设计时极力减低碳含量、碳当量和热敏感系数, 以提高焊接性能, 因而具有优秀的焊接接头性能。④ 优秀的加工性能, 钢板可进行冷加工、弯曲加工和切断加工。气体切断时, 即使不预热也不会出现裂缝。进行预热加工时, 调质钢需在回火温度以下加工。⑤ 高超的耐磨损、耐腐蚀性, 由于含有钼、铬等合金元素, 与一般钢材比较, 耐腐蚀性良好, 硬度也比较高, 耐磨损性也良好。

根据类似工程资料, NM360耐磨性能不低于普通钢板的两倍。其焊接性能与普通钢板类似, 但其可切削性能较低, 尤其是钻孔比普通钢板略困难。根据笔者调研, 在过煤面较大的螺旋溜槽入料段以及刮板输送机槽箱内采用该耐磨衬板效果良好。

NM系列钢板在全国大中城市钢材市场均有销售, 一般供货方式与普通中板相似, 厚度为6～60 mm, 宽2 m, 长6 m。NM360的价格为Q345钢板的1.5倍。建议在溜槽过煤面采用该衬板, 其厚度为采用Q235的60%;可以用耐磨钢板直接制作溜槽母板, 取消衬板。原设计无衬板的溜槽母板厚度不变;对于采用了衬板的溜槽, 母板厚度为原母板+衬板厚度的60%。

(3) 耐磨复合刚玉。

耐磨复合刚玉是将特种耐磨刚玉陶瓷片与专用橡胶经过高温硫化处理, 镶嵌在特种橡胶内, 再与金属板一体硫化粘接成整体, 形成坚固且有缓冲力的防磨层。耐磨复合刚玉具有如下优点:① 耐磨损, 其耐磨性相当于锰钢的266倍, 高铬铸铁的171.5倍, 但考虑到橡胶的老化现象, 其耐磨性能只是普通钢板的3倍。② 耐严寒耐高温, 由于在橡胶中添加了多种成分, 使橡胶在-50 ℃的低温和250 ℃的高温环境下也不会改变内部结构, 从而避免橡胶老化, 瓷片脱落;③ 加工铺设简单, 由于该材料较软, 可以随母体成型, 铺设速度快, 铺设成本低, 可以在较复杂的曲面进行成型。

耐磨复合刚玉的缺点为:① 抗冲击性能虽然有一定的提高, 但和钢质衬板相比, 抗冲击性能较差, 若采用耐磨复合刚玉, 应在容易出现冲击的地方用其它耐磨钢板代替;② 安装牢固性能不及其他衬板。

耐磨复合刚玉在市场上较容易采购, 其原材料和铺设成本与NM360相当。建议在没有冲击, 但对耐磨性有一定要求的场合铺设该衬板, 尤其是不规则曲面或者介质系统, 铺设该材料较好。

(4) 专用铸造耐磨衬板。

该衬板的优点为:具有足够的耐磨性能和强度, 耐磨性相当于锰钢的5倍以上, 安装相对简单。但其缺点也较为明显:① 抗冲击性能不及NM400及Q345;② 为铸造结构, 衬板的精度及安装配合性较差;③ 需要专门铸造, 配件供应相对困难;④ 铸造表面及铸造精度不易保证, 生产初期可能有煤流不畅等现象;⑤ 必须采用螺栓连接的方式进行连接, 设计制作均较困难。

该衬板需要专业工厂定做, 建议在对抗冲击性能要求不大, 对耐磨性能要求严格, 而且形状较简单的部位铺设该衬板。但该衬板存在如下问题:① 表面不光滑, 初始状态摩擦阻力较大;② 衬板直接接口不规则, 沉头螺栓部位阻力大;③ 由于硬度太高, 加工性能较困难。

(5) 铸石板。

铸石分为普通铸石和微晶铸石。铸石有良好的耐磨、耐腐蚀性能, 其耐磨性能比钢板、铸铁高几倍至十余倍, 有耐磨王之称。特别是在高温、高压、酸碱介质、磨损介质作用下的设备, 使用铸石板, 可以大大提高设备寿命和工作性能。

普通铸石板按其形状分为矩形、直角梯形、扇形、圆形、多边形等, 其厚度包括20 mm、25 mm、30 mm、40 mm几种规格。

微晶铸石板表面质量好, 美观, 但耐磨性较普通铸石板差, 冲击韧性比普通铸石板高, 其厚度包括8 mm、10 mm、12 mm、16 mm、20 mm几种规格, 并有各种形状。

铸石板成本较低, 耐磨性能较高, 但其抗砸性能最差, 粘贴不牢固, 特别是在离心机前的设备上, 不宜采用。

(6) 超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) 板材和管材。

超高分子量聚乙烯材料具有耐磨性好, 磨擦系数低, 滑动性好, 耐腐蚀等特点, 在煤炭行业用于输送磁铁粉、煤浆的管道和设备的衬板, 还能防噪音, 但该衬板容易起毛面。在对摩擦阻力要求不严格、需要降低噪音的场合, 使用该衬板效果良好。

(7) 不锈钢板。

不锈钢板, 用于防锈、防腐蚀、防磁化, 可选的牌号较多, 选择时要考虑焊接性能强的钢板。由于不锈钢板价格偏高, 应在必要部位使用。对于选煤厂的磁选机溜槽等对磁性有特殊要求的部位可以考虑铺设该衬板, 由于空间限制, 要求溜槽角度较低的部位铺设该衬板效果良好。

3结束语

机械刀片材料应用性能（精选） 篇5

1、高的硬度和耐磨性

硬度是机械刀片材料应具备的基本特性。机械刀片要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用机械刀片的切削刃硬度，一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，机械刀片 材料的硬度越高，其耐磨性就越好。组织中的硬质点(碳化物、氮化物等)的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分 布越均匀，则耐磨性越好。耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。可用公式表示材 料的耐磨性WR: WR=KICO.5E-0.8H1.43式中:日一一材料硬度(GPa)e硬度愈高，耐磨性愈好。

2、足够的强度和韧性

要使机械刀片在承受很大压力，以及在切削过程经常出现的冲击和振动条件下工作，而不产生崩刃和折断，机 械刀片材料就必须具有足够的强度和韧性。

3、高的耐热性(热稳定性)

耐热性是衡量机械刀片材料切削性能的主要标志。它是指机械刀片材料在高温条件下保持一定的硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。

机械刀片材料还应具有在高温下抗氧化的能力以及良好的抗粘结和抗扩散的能力，即担卫艺材料应具有良好的 化学稳定性。

4、良好的热物理性能和耐热冲击性能

机械刀片材料的导热性愈好，切削热愈容易从切削区散走，有利于降低切削温度。机械刀片在断续切削或使用切削液时，常常受到很大的热冲击(温度变化剧烈)，因而机械刀片内部会产生裂纹 而导致断裂。机械刀片材料抵抗热冲击的能力可用耐热冲击系数只表示，R的定义是为:R=入ab(1-u)/Ea

式中:入一一导热系数;

ab一一抗拉强度;

目一一宁白松比;

E一一弹性模量;

a一一热膨胀系数。

导热系数大，使热量容易散走，降低机械刀片表面的温度梯度;热膨胀系数小，可减少热变形;弹性模量小，可 以降低因热变形而产生的交变应力的幅度;有利于材料耐热冲击性能的提高。耐热冲击性能好的机械刀片材料，在 切削加工时可以使用切削液。

5、良好的工艺性能

为了便于机械刀片的制造，要求机械刀片材料具有良好的工艺性能，如锻造性能、热处理性能、高温塑性变 形性能、磨削加工性能等。

6、经济性

机械材料 篇6

关键词：压电材料；智能机械；发展；影响

随着我国智能机械技术的不断发展，积极寻求一种适应智能机械设备运行的材料是智能技术发展的关键因素。压电材料是智能机械传感器和制动器的重要原料，压电材料的应用对提高智能机械的性能具有重要的促进意义，尤其是压电效应的压力发电功能，对实现智能操作、降低电磁干扰以及实现设备自动化操作具有显著的作用。

一、压电材料的概述及分类

压电材料是实现机械能与电能转换的功能材料，随着压电效应被人们所认识，压电材料被广泛的应用到社会工业制造领域中。基于压电材料的类型可以分为：压电晶体。石英晶体是压电效应应用最早的材料，虽然其性能比较稳定，但是造价比较高，因此其主要应用于精度要求比较高的传感器中；PT系压电材料。其主要是在高频高压电陶瓷元件的制作中得到应用的，目前该材料在换能、超声以及工业无损检测等方面得到广泛的应用；压电陶瓷。此种材料属于人工制造的压电材料，尤其是纳米压电陶瓷材料的研发为智能机械发展起到了关键的作用。

二、压电材料在智能机械中的应用体现

（1）传感元件。基于压电材料所具有的正压电效应可以将压电材料作为传感器元件使用，压电效应就是当压电材料在受到一定方向的外力作用下会出现变形，而压电材料内部会同时发生激化，也就是在晶体的相对方向出现正负电荷。一般压电效应分为正压电效应和逆压电效应。将压电材料应用到智能机械的传感器中就相当于测量装置，其主要是对外界的环境变化等进行测量，根据外界变化及时作出相应的反应，并且将其转化为识别电信号进行传输。（2）驱动元件。将压电材料作为驱动元件就是利用压电材料的逆压电效应实现。在压电材料的外部实施电场，此时压电材料因为受到电场影响而出现机械变形，进而产生逆压电效应，此时就可以通过对输入电信号的大小做出相应的动作或者达到某种特定的状态。（3）控制系统。由于智能机械设备需要根据外界环境的变化而调整自己的工作状态，基于外界环境的不确定性，需要机械控制器具有一定的在线学习功能和一定的智能性，同时控制系统还需要不断地接受传感器的信号传递，并且通过内部控制算法输出相应的控制信号给驱动元件，以此实现机械设备的自动化操作。

三、压电材料对智能机械发展的影响

由于压电材料在智能机械中占据重要的影响地位，使得对智能机械的发展产生巨大的影响：一是提高智能机械设备的稳定性。基于传统机械机械动能的影响，机械设备在具体的操作中存在很大的噪音，而且其容易出现损坏、破坏等病害，而通过应用压电材料则实现了智能机械运行的稳定性，提高了机械使用寿命。我们以机械梁为例，由于机械动力主要集中在设备大梁上，受到外界冲击力以及自身运动力的影响，机械设备的稳定会出现缺陷，影响工作效率，而压电材料的压电效应则可以解决该问题。压电材料可以粘贴到机械设备的结构内部，通过与控制器相连接，根据传感器采集的信号及时将相应的信息传递到控制器中，从而将机械变形能转变为电能等，以此提高智能机械操作的性能；二是压电材料有助于智能机械的节能目的。随着我国能源消耗的日益增加，发展智能机械的重要目的就是降低能源消耗，因此通过压电材料的压电效应可以为智能机械提供广泛的动能，在智能机械发展过程中我们可以利用压电效应将传感器接收到的动能等转化为光能、电能等，以此应用到智能机械中，解决了智能机械的能源问题。

虽然将压电材料应用到智能机械中具有重要的意义，但是由于压电材料的研究时间还不长，二者的融合应用还存在缺陷：一是关于二者融合方面的人才比较匮乏。由于在现有环境下，关于压电材料与智能机械融合的研究时间还不长，因此对于人才的要求会更好，而目前我国关于这方面的人才比较匮乏，尤其是缺乏高端的人才；二是智能机械制作精密，连接机械繁多，设备复杂对智能机械的维护提出了很高的要求。三是智能机械一旦出现问题，压电材料和智能机械所需配件在国内外没有配套的公司生产，这些问题都严重影响了其发展，二者完美有机的结合需要多学科多层次的合作，需要很多衍生的相关产业配套。

总之，智能材料和智能机械相辅相成，在资源利用率，环境保护上面做出应有的贡献，因此我们要加强对压电材料的研究力度，将压电材料广泛地应用到智能机械制造中，以此更好地服务于人类，实现我国机械制造强国战略目标。

参考文献：

机械材料 篇7

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机械材料 篇8

1 高分子材料教学改革原则

20世纪中期以来, 大批新型高分子材料的合成拓展了人类使用材料的范围。与金属材料相比, 高分子材料具有密度小、比强度高、原料丰富、成型简单、成本低、耐腐蚀等优点。近年来一些性能优异的高分子材料在诸多领域呈现取代传统钢、铁等金属材料的趋势, 成为机械工程材料中不可忽视的一部分[3]。因此, 在机械工程材料课程的教学过程中, 须摒弃完全以金属材料为主体的授课方法, 适当增加高分子材料等新型工程材料的比重。因此, 我校在2013年对机械工程材料32学时课程的教学计划进行了调整, 将高分子材料部分由之前的2学时增加到4学时, 并确定了以下改革原则:

1.1 授课内容强调基础性

高分子材料与机械类学生通常接触到的金属材料在结构、性能、制备工艺等方面有很大的区别。向机械类学生讲授高分子材料, 主要目的是让他们对高分子材料有最基本的了解。在短短4学时内, 不可能也没必要将高分子材料相关的全部内容压缩讲授。这就决定了机械工程材料课程中高分子材料部分必须侧重于基础性知识, 对于理论性、专业性太强的知识点必须舍弃。基础性内容应当包括高分子材料的基本概念、分类、结构特点及常用工程高分子材料 (工程塑料、工程橡胶及工程纤维) 的基本力学性能[4,5,6]。

1.2 授课目标偏向工程性

高分子材料不仅可作为结构材料使用, 也可以作为功能材料使用。对于非材料类专业的学生, 特别是机械类专业的学生, 更关心材料的力学性能和应用范围。因此, 在课程内容的安排上, 应以与机械工程有关的机械性能为主, 给出常用工程高分子材料的基本力学性能指标及适用领域。

1.3 授课过程重视学生的先修知识

大多数高校的机械工程材料课程以金属材料为主线, 在学习高分子材料之前, 学生对金属材料已经有基本了解。高分子材料与金属材料之间存在较大差异, 例如:高分子材料的聚集态结构以非晶结构为主, 而金属材料则以晶体结构为主;许多高分子材料, 特别是橡胶类的高分子材料具有金属材料所不具备的优良弹性等。学生先修知识的习惯思维在他们学习高分子材料时可能会引起冲突, 因此在授课时必须对金属材料与高分子材料的差异予以考虑。采用与金属材料对比的方法学习高分子材料, 有利于帮助学生澄清概念, 更好地掌握高分子材料的知识。

1.4 教学方式应具有高效性

高分子材料课程涉及的概念繁多, 容易混淆, 对于机械类学生而言比较抽象, 难以理解。在短短的4学时内, 要想让学生尽可能多的掌握高分子材料的相关基本概念, 必须摒弃照本宣科或一味讲授的教学方式。通过高效的教学方式, 充分调动学生的积极性、主动性, 引导学生思考, 方能达到理想的教学效果。

1.5 提供扩展知识的参考书

由于高分子材料的性能、结构、制备工艺以及表征与金属材料和陶瓷材料完全不同, 而且目前在机械工程材料中高分子材料部分比例很少。为解决这一矛盾, 在章节后面列出了比较系统的高分子材料性能、内容、结构、制备工艺以及表征方面的书籍, 以供学生参考[7,8]。

2 高分子材料教学改革

根据以上原则, 我们在2013年度的授课过程中对高分子材料的讲授进行了调整, 具体如下:

(1) 授课内容及学时安排:高分子材料的基本概念 (高分子、单体、链节, 0.5学时) , 高分子材料的分类方法 (按用途分类, 按热行为分类, 按反应类型分类, 按主链结构分类, 0.5学时) , 高分子材料基本结构 (简单介绍近程结构、远程结构、聚集态结构的概念, 0.5学时) 及物理状态 (玻璃态、高弹态和粘流态, 0.5学时) , 典型工程塑料的力学性能和应用 (1学时) , 典型合成橡胶的力学性能和应用 (1学时) 。

(2) 重点讲授常用工程高分子材料 (工程塑料、工程橡胶及工程纤维) 的基本力学性能及典型工程高分子材料的适用领域。

(3) 授课过程中通过列表等方式将高分子材料的相关内容与金属材料进行对比, 一方面避免概念混淆, 另一方面突出高分子材料与金属材料的不同之处。

(4) 采用启发式教学模式, 通过设问、模拟实验、举例、探究等方法引导学生思考;在多媒体课件中, 采用丰富的图片、动画激发学生学习的积极性和主动性。

3 结束语

通过机械工程材料课程中高分子材料的教学方案改革, 学生对这种新型工程材料有了基本且更为全面的了解, 他们深刻认识到, 高分子材料是机械工程材料领域中不可忽视的分支。

摘要：目前各高校机械工程材料课程均以金属材料为主线。近五十年来高分子材料异军突起, 成为新型的工程材料, 因此有必要在机械工程材料授课中增加高分子材料的比重并进行相应的改革。大连理工大学从授课内容、授课目标、授课过程、教学方式及参考教材等方面对机械工程材料课程中高分子材料部分进行了改革, 实践表明教学改革取得了良好的效果。

关键词：机械工程材料,高分子材料,教学改革

参考文献

[1]文九巴.机械工程材料[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]于永泗, 齐民.机械工程材料[M].大连:大连理工大学出版社, 2012.

[3]张留成.高分子材料基础[M].北京:化学工业出版社, 2011.

[4]高建纲, 宋庆平, 丁玉洁, 吴之传.工科非本专业《高分子化学》课程的教学探讨[J].高分子通报, 2009 (5) :63-66.

[5]韩顺玉, 柳海兰.非高分子专业《高分子化学》课程教学实践与探讨[J].中国科教创新导刊, 2010 (35) :93.

[6]詹茂盛, 何利军.“高分子材料课程信息化师生互动教学方法”研究与实践[J].化工高等教育, 2004 (3) :69-71.

[7]何曼君.高分子物理[M].上海:复旦大学出版社, 2008.

机械工程材料应用及前景展望 篇9

1.1性能。金属材料金属材料是指以金属健结合并具有金属特性的一类物质。它具有良好的性能, 在比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性、耐用腐蚀性、抗氧化性具有自身显著特点。

1.2分类。金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。其中, 黑色金属又称钢铁材料, 包括含铁90%以上的工业纯铁, 含碳2%~4%的铸铁, 含碳小于2%的碳钢, 以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金, 包括轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料, 以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金, 以及金属基复合材料等。

1.3生产工艺。通常先提取和冶炼金属, 有些金属需进一步精炼并调整到合适的成分, 然后加工成各种规格和性能的产品。提炼金属, 钢铁通常采用火法冶金工艺, 有色金属兼用火法冶金和湿法冶金工艺;高纯金属以及要求特殊性能的金属还采用区域熔炼、真空熔炼和粉末冶金工艺。金属材料通过冶炼并调整成分后, 经过铸造成型, 或经铸造、粉末冶金成型工艺制成锭、坯, 再经塑性加工制成各种形态和规格的产品。对有些金属制品, 要求其有特定的内部组织和力学性能, 还常采用热处理工艺, 以提高其强度和硬度, 满足工业生产需要。

1.4主要优势。金属材料的力学性能全面, 可靠性高, 使用安全;具有良好的温度使用范围;良好的工艺性能;并储量丰富, 适合大规模应用。

2.机械工程材料的应用

2.1钢铁材料及其应用。自工业革命以来, 钢铁一直是人类使用的最重要的材料, 目前世界钢铁产量仍然在逐年增长。钢铁工业发展呈现产品结构在变化、增长, 产业集中度进一步提高等趋势。主要应用领域:为电力系统、汽车工业、铁路与桥梁、船舶与海上钻井平台、兵器工业、石油开采机械及输油管道、化工压力容器、建筑钢筋和构架等

2.2镁、镁合金及其应用。镁由于其优良的物理性能和机械加工性能, 丰富的蕴藏量, 已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料。汽车、摩托车等交通类产品用镁合金, 镁作为实际应用中最轻的金属结构材料, 在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视, 世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。另外, 镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业, 在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下, 加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑, 镁合金成了厂家的最佳选择, 镁合金外壳可使产品更豪华、美观。近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加, 成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。

2.3铝、铝合金及其应用。铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点, 已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门。例如, 在航空航天领域, 铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能, 被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在航天领域, 铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势。国外预测, 含钪铝-镁合金及其它系列的铝合金有可能成为下一代飞机的重要结构材料。Ti Al基合金的板材除了有望直接用作结构材料外, 还可以用作超塑性成型的预成型材料, 并用于制作近净成型航空、航天发动机的零部件及超高速飞行器的翼、壳体等。又如, 在汽车领域, 汽车用铝合金材料的3/4为铸造铝合金, 主要是发动机部件, 传动系部件, 底盘行走系零部件。变形铝合金主要用于热交换器系统, 车身系部件。铝基复合材料在某些范围内替代铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料, 用于汽车关键零件, 特别是高速运动零件, 对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等具有非常积极的作用, 在汽车领域有着良好的应用前景。

2.4稀有金属材料及其应用。稀有金属分为稀有轻金属、稀有难熔金、稀有分散金属、稀有稀土金属、稀有放射性金属, 在现代工业中有广泛的用途。例如, 在电子工业领域, 高纯度稀有金属锗是最主要的半导体材料之一, 此外铌、钨、铝、钛、锆等也都是电子工业的重要材料;稀有金属钽用以制造比容大、性能稳定的优质电容器, 成为航空及航天设备中的重要电子元件。又如, 在钢铁工业领域, 稀土金属及稀有高熔点金属都是冶炼优质钢的重要添加剂, 少量稀土或钒加入到钢中, 能大大提高强度和耐冲击性能, 大量用于炼制各种低合金钢。钨用于炼制高速切削用钢。稀有高熔点金属的碳化物都具有很高的熔点、硬度和耐磨性能, 因此广泛用于制作硬质合金。

2.5其它材料及其应用。钽、锶、锑、镉、铱、铋、铑、钛、镍、锆、铬、钴、镍铬、镍铬硅、镍铝、钛铝、铁镍等在, 国防建设也有广泛用途。有些已经用于宇宙飞船制造及军事应用, 如金属钽不仅在火炮上有大用处, 而且是以后宇宙空间探索必要的材料, 其奇特的物理化学性能至今科学家还在研究, 钽合金的特殊用途目前仍在研究、开发。

3.机械工程材料前景展望

3.1应用领域扩大, 经济效益良好。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步, 传统的金属材料得到迅速发展, 新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料, 已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用, 并产生巨大经济效益。

3.2应对市场缺陷, 推动创新发展。目前, 我国金属材料行业呈现出起稳回升、发展逐渐向好的良好局面。虽然金属材料行业发展很快, 但是市场存在的一些问题不容忽视, 如市场无序竞争、产品质量下降、创新乏力等。今后应该对金属加工行业进行调研分析, 推动技术整合, 建立长期合作的固定客户, 秉承顾客至上锐意进取的精神旗帜, 获得广大消费者好评。在不断的进取创新中为金属加工行业的消费者服务, 金属材料行业前景将不断上升。

4.结束语

机械工程材料具有自身显著特点, 其应用前景十分广泛。今后应该加大科研和技术创新力度, 提高服务质量, 促进机械工程材料得到更好应用, 满足实际工作需要。

参考文献

[1]黎加强.机械工程材料浪费现状及节约对策分析[J].科技创新与应用, 2013 (11) , 59

浅谈机械设计中材料的选择方法 篇10

1 机械设计中选择材料的意义

我国的重工业产业已经成为夕阳产业, 用于生产机械的原材料也使用过量, 而社会的发展需要更多的机械产品, 这就造成了需求量高与原材料少的矛盾。为解决这一矛盾, 满足社会发展和人们生活的对机械产品的大量需求, 可以从两个方面着手, 一方面是着力提高机械设计产品的质量, 在不破坏产品功能的基础上增加它的的使用年限;另一方面应该选择绿色环保的材料, 同时注意提高材料的利用率, 在有限的材料上创造出无限的价值, 避免不必要的浪费。

2 机械设计中材料的选择方法

2.1 以机械材料的实用性和价格为考察点

(1) 在选择机械设计的材料时, 首先应该考虑的问题就是材料的实用性和经济性, 这是机械设计产品能否受到人们认可的关键。因为机械设计制造中的加工工艺繁多且复杂, 为应对各种不同的工艺对机械设计材料的不同的需求, 在选择机械设计材料时, 应该综合考虑加工时所要用的工艺标准, 在保证不损害材料的实用性和经济性前提下, 选择合适的机械设计材料。比如, 锻造技术要求机械设计材料有较高的吸气性、流动性、热塑性、弹性[1]。如果达不到工艺要求的标准, 会影响机械设计产品的质量和使用功能, 甚至会因为材料的不合格而制造不出设计的机械产品。因为机械设计制造大多数情况下需要批量加工, 所以在选择材料时应该选择产量高、易获得、价格低、质量好的原材料。

(2) 在关注机械设计材料的实用性的同时, 还要重视它的经济性, 以能用最少的投资获得更大的经济效益。在产品实用性不受影响的基础上, 设计人员尽量选用价格低廉的机械设计材料。在机械设计材料的选择上, 不仅仅要考虑当前大价格成本, 还要考虑到材料的回收利用率, 制造过程中机械设计材料的利用率, 在结合了各个因素之后, 选择最佳的机械设计材料。

2.2 以机械材料的绿色环保性为考察点

社会的发展进步离不开机械设计制造业的推动, 随着近些年机械设计行业的迅猛发展, 机械设计材料也越来越少, 经济的发展给自然环境造成了巨大的伤害。由于机械设计材料都是不可再生资源, 有限的资源和无限的社会需要之间的矛盾日益突出。在这种社会环境下, 在对机械设计材料进行选择时应重点考虑材料的环保性, 设计人员的选择重点应该放在回收性高、耗能小、成本低的环保性的材料上[2]。因为机械设计阶段是机械制造的开始, 坚持绿色环保理念是制造过程的一个良好开端, 在机械设计阶段多花一些精力选择合适的材料, 不仅能有效地降低成本, 还能减少制作过程中因选用不合适的材料而导致的材料、资金、时间的浪费和环境的污染。创新性材料的使用, 也可以为设计师提供更多的设计灵感, 从而提高机械产品的实用性、美观性、安全性。

2.3 以机械产品的工作环境为考察点

因为机械设计材料的性能各有千秋, 在不同环境下工作的机械产品所需要的材料的性能也会随环境的变化而变化。不同性能的材料在不同的环境下的物理反应也明显的不同, 如果机械产品的材料选择出现失误, 就会导致机械产品的功能受到影响。例如在高温、低温环境下金属的热胀冷缩反应十分明显, 设计者必须根据金属的这一特性根据机械产品的工作环境选用不同的金属, 否则机械产品的质量就得不到保障[3]。设计师必须充分了解机械产品的工作环境, 比如气温、湿度、噪音等因素都应该囊括在内, 只有这样在选择材料的时候才能充分考虑材料的特性和环境是否符合, 制造出来的机械产品才能更好地投入生产生活使用。

2.4 大胆使用新材料、采用新的制造工艺

科技的进步带给我们的不仅仅是国家综合实力的提升, 它还应该和人们的日常生活息息相关。科学家们研制出的新材料不能只在研究室里发挥作用, 还应该在社会生活中发光发热, 怎样才能让更多的人切实享受到科技进步的福利, 是机械设计者们应该考虑问题。选择机械设计材料, 把眼光放在传统材料上的同时还要注意创新性材料的选择使用, 这不仅可以大大减少数量紧张的传统材料的用量, 缓解当前的矛盾, 还有利于发现新材料的社会实用性, 让新材料更好地造福社会。此外, 许多新材料的性能远远高于传统的材料, 新的制造工艺能够完成传统工艺所不能达到的要求, 将这些材料运和工艺用于机械产品, 可以在一定程度上提高产品的功能和质量, 增强产品的市场竞争力, 有的新材料还能提高机械产品的使用寿命, 这在一定意义上提高了产品的节能环保性。

3 结束语

目前能用于机械产品设计制造的材料有很多, 这就给机械设计师在材料的选择上出了难题。在机械设计过程中, 必须对要选用的材料性能做深入的研究分析, 综合考虑机械设计材料的实用性、成本价格、绿色环保性和机械产品的工作环境等情况, 从而选择合适的材机械设计材料。机械设计制造行业关系到我国的经济发展的质量和速度, 是我国经济中支柱性产业之一。为了能让这一行业保持它原有的活力, 提高行业竞争力, 应该选用创新性材料和新的制造工艺, 为机械设计制造行业注入新的生命力。

摘要：伴随着我国经济的不断发展, 各类各样的机械被广泛的应用到人们的生活工作中, 人们对于机械的质量和性能的追求也与日俱增。对于机械设计材料的选择一直是人们关注的焦点, 因此怎样才能在设计机械时选择性能优良、质量好的材料成为机械设计者们不得不面临的一个问题。当今社会上倡导节能减排、绿色环保的生活方式, 政府也加大了对环境污染的整治力度。本文以机械设计材料的实用性、环保性、经济性为标准, 提出了几点机械设计中材料选择的可行性高的办法。

关键词：机械设计,材料,选择,办法

参考文献

[1]刘洋君.机械设计中的材料的选择和应用[J].湖南农机, 2012 (09) :92-93.

[2]韩俊平.机械设计中的材料的选择和应用[J].科协论坛 (下半月) , 2013 (12) :153-154.

[3]屈新波.现代新材料在产品设计中的应用研究[D].北京服装学院, 2010.

遏制机械工程材料浪费的新策略 篇11

一、当前机械工程材料应用中的浪费现状

1.机械工程材料生产过程中废品率偏高

目前，我国的机械工业材料生产技术已经有了快速发展，但是与欧美发达国家相比较，还存在较大差距，因为我国钢材在机械工程材料生产过程中的利用率达不到80%，而发达国家已经达到了90%以上，根据不完全统计，每提高本文由论文联盟http：//www.LWlm.cOm收集整理一个百分点就意味着可节约30万吨钢材。我国机械工业的铸、锻件综合废品率偏高，造成原材料和能源的浪费，铸铁件废品率为8%-10%，铸钢件废品率为7%-8%，有些厂甚至高达15%，而国外一般低于3%。此外，很多机械工程材料的基础配件使用寿命短，如模具仅为发达国家的1/3。与国家有关机械系统节约材料技术政策中的要求相差甚远。

2.工程施工中材料浪费现象较为普遍

材料费占施工项目成本的比例较大，材料浪费现象的确是一个普通而且很难杜绝的问题，通常有以下两种情况：一是人为浪费，如：用错料、下错料、领错料、施工中跑冒滴漏等；二是正常浪费，如：边角余料、设计余量等。目前机械工程施工这一块大多采用劳务大包模式，这样的话，劳务只提供劳动力，而工程材料主要是由公司直接采购，然后由材料部下发给工人，由此，材料浪费现象十分普遍，通常情况下的现场检查，项目部其他管理人员兼职检查，效果不太明显。

二、机械工程材料节约的途径

1.引进先进技术，提高机械工程材料的利用率

将先进制造技术引入到机械工程生产过程当中，可进一步提高铸件精度，降低废品率，从而节约材料使用量。实际机械生产中，应在坚持科学套材、集中下料的基础上，应用如下先进技术：采用数控编排、自动切割技术，对各种精度进行推广，应用中温剪切、带锯床等下料新设备；通过大力应用先进的焊接技术，降低焊条的使用数量；落实可控气氛的推广，规避金属氧化作用的发生；积极应用先进热处理技术，促进零部件寿命的提高；就关键基础体而言，需扩大脱氧钢和精炼钢的使用范围，并通过有效应用表面热处理技术和热处理技术，来延长基础体使用寿命；强化材料表面处理技术的应用，促进材料表面性能的提高，从而在最大程度上保障节材的实现。

2.加强应用新材料，进一步完善用材结构

在机械工程中，应当积极推进新材料的推广应用，促进用材结构的改善，有效提高用材水平。节能节材新材料包括冷成形钢、切削钢、感应淬火钢、高强度低合金钢、冷拨钢管、新型模具钢等，在强化这些材料应用的基础上，通过对硬质合金材料的扩大使用，来达到节约模具钢、高速钢的目的。同时，还需考虑扩大粉末冶金材料在家用电器、拖拉机、汽车等领域的应用。此外，在交通运输设备当中，应积极推进复合材料和工程塑料的开发与应用，以减少材料用量。

3.加强机械工程材料管理，尽可能减少浪费

工程施工过程中，工程技术人员应抓好技术措施的实施过程，控制好材料的使用，控制节约工程的材料使用；按施工方案进行施工，减少机械停置时间；把好每一道工序的质量关，避免返工和浪费。具体应在以下几方面做好管理工作：合理组织施工进度，控制工期，增加产值，以降低间接成本；现场管理人员合理控制分配劳动力，减少非生产用工和无产值用工，提高劳动生产率；在施工现场尽可能地提高机械的利用率和机械工作效率；由材料员抓材料的节约工作，施工中杜绝材料浪费现象，并做好合同供应商评定，加强采购、验收、保管、领退料管理工作；做好技术、质量、安全操作交底工作，避免质量、安全事故，以造成材料浪费，成本提高；由核算人员定期对施工预算成本检查工程成本控制情况，做好检查和协调工作，搞好成本核算和成本分析。

4.做好机械设备的维护，延长使用寿命

设备在长时间运行过程中，由于环境引起的腐蚀或设备自身磨损等原因很容易发生各种故障，因此，加强设备的管理维护，延长设备的使用寿命是节约机械工程材料的重要方法。机械工程设备的管理维护方法通常有以下几方面：例行保养、定期保养、特殊保养。例行保养即以清洁、润滑、检查和紧固为中心；定期保养即根据各种工程机械设备的保养要求，在达到规定的工作小时或规定的里程后，必须进行相应的定期保养；特殊保养即机械工程材料在停用期间的封存保养等工作。此外，在工程机械设备的维护方面，我们还应该在以下几方面下工夫：（1）定使用人员。按定人定机制度，精、大、稀设备操作工人应选择本工种中责机械设备任心强、技术水平高和实践经验丰富者，并尽可能保持较长时间的相对稳定。（2）定检修人员。冶金机械精、大、稀设备较多地企业，根据本企业条件，可组织精、大、稀设备专业维修或修理组，专门负责对精、大、机械手表稀设备地检查、精度调整、维护、修理。（3）定操作规程。精、大、稀设备应分机型逐台编制操机械加工厂作规程，加以显示并严格执行。

三、结语

机械材料 篇12

随着我国经济的发展, 自我国加入WTO之后, 我国为满足经济发展的需求, 加大了对高速公路的建设与投入。在我国, 目前有90%以上的高速公路路面以沥青路面为主, 而随着近些年各类交通工具的大批量增加以及国民经济的增长, 使得公路交通在运输过程中出现车流量过大、超载、超速等现象, 且呈现出日益严重的态势。这对沥青路面的性能和使用寿命带来了严峻的挑战, 因此, 必须加强对高速公路沥青路面的施工质量的控制, 而对沥青路面的施工质量控制的关键在于科学合理地选择施工机械。沥青路面的施工内容主要包括:沥青混凝土的制备、沥青路面的铺设、沥青混合料的运输以及对路面的压实, 而在上述施工过程中, 涉及的机械化操作较为频繁, 合理地选配施工机械是其重中之重。

1 高速公路沥青路面施工概况

1) 在高速公路沥青路面的施工中, 最为关键的部分是热拌沥青混合料。而要保证热拌沥青混合料的质量, 控制沥青混合料的组成材料质量是关键。

热拌沥青混合料的材料组成一般包括:粗集料、细集料、填料、沥青、抗剥落剂、纤维、阻燃剂、温拌剂等。

(1) 粗集料为碎石。它应洁净、干燥、无风化、无杂质, 具有足够的强度、耐磨耗性。热拌沥青混合料用的粗集料颗粒应接近立方体, 一般分四级加工堆放。粗集料的粒径规格应符合图纸要求。

(2) 沥青混合料所需的细集料一般包括天然中粗砂、机制砂和粗集料加工的0~2.36部分。细集料应干净、坚硬、干燥、无风化、无杂质或其他有害物质, 并有适当的颗粒级配。细集料的规格和质量应符合设计文件的规定。

(3) 填料采用石灰岩石料经磨制的矿粉, 不应含泥土杂质和团粒, 要求干燥、洁净, 其质量应符合要求。经监理人批准, 采用水泥、石灰等作为填料时, 其用量不宜超过集料总量的2%。矿粉罐应装备有破拱装置。拌和楼回收的粉料不能用于拌制沥青混合料。

(4) 使用的沥青材料必须符合设计文件给出的等级要求。运到现场的每批沥青都应附有制造厂的证明和出厂试验报告, 并说明装运数量、装运日期、订货数量等, 沥青材料的技术要求应符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的相关规定, 并取得监理人的批准。承包人应于施工开始前28 d将拟用的沥青样品和上述证明及试验报告提交监理人检验、批准。除监理人另有指示外, 承包人不得在施工中以其他沥青替代。进场沥青每批都应重新进行取样和试验。取样和试验应符合JTJ 052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的规定。不同生产厂家、不同标号的沥青必须分开存放, 不得混杂, 并应有防水措施。

(5) 保证沥青与集料的粘结力, 提高抗水损害能力。要求采用增加沥青与集料间粘结力的措施, 要求掺加抗剥落剂。抗剥落剂应满足:性能优良、稳定、持久、且施工易于操作。沥青中加入抗剥落剂后, 应进行一定老化 (薄膜烘箱中加热96 h, 有条件时可在压力老化仪PAV中进行) 然后进行粘附性试验, 经过初期老化后的混合料须进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验, 并满足相应技术要求。

抗剥落剂添加设备:可使用专门的流体抗剥落剂加热存储保温罐, 通过管道混合器在沥青进入拌和楼前与沥青同步混合, 该装置能对抗剥落剂进行流速测定并显示, 且能进行总量累计显示, 当该装置的流速设定完毕后, 不能随意更改。

(6) 在SMA-13沥青混合料中掺加的纤维稳定剂宜选用木质素纤维、矿物纤维等。纤维稳定剂的质量应符合设计文件的要求。

(7) 中短隧道和长隧道进出口段的复合路面, 于沥青混合料中添加磷系阻燃改性剂, 添加阻燃改性剂后沥青氧指数要求≥24%, 掺加剂量约为沥青总质量的10%。

(8) 为减少隧道内沥青混凝土路面施工时的尘烟污染、降低施工温度, 隧道复合路面的上、中沥青混凝土面层施工时, 建议掺加温拌沥青改性剂, 掺量宜为沥青总质量的2%。

2) 对沥青原材料准备好之后, 第二步是开始进行沥青混合料组成设计, 应按目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证三阶段进行沥青混合料的配合比设计。沥青混合料配合比的设计与检验应按JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》附录B、C或D规定的方法进行。

3) 沥青混合料拌合、运输、摊铺、碾压施工。质量控制关键有“三度”, 即:温度、厚度、压实度。热拌沥青混合料的施工工艺及温度控制见表1。

其中, 对沥青混合料的摊铺是此环节的关键, 必须根据施工机械类型、程序设置、夯实效率等通过试验路铺筑来确定沥青混合料松铺系数, 其详情如表2所示。

2 沥青路面施工机械的选配研究

通过上述高速公路沥青路面施工概况分析, 可以清晰地了解到, 在沥青路面施工中所用到的机械设备相当繁杂, 因此, 以下将着重对沥青路面施工机械的选配进行详细研究与探讨。

2.1 沥青混凝土拌合机的选择

沥青混合料在配制完成后, 就开始使用拌合机对其混凝土进行搅拌加工。拌合机是高速公路沥青路面施工中不可缺少的机械设备, 而拌合机的选型关乎沥青混凝土最后的成土质量, 科学合理的选型不仅可以保证沥青混凝土的质量, 还可以避免不必要的浪费, 提高搅拌效率。因此, 如何对沥青混凝土拌合机进行科学合理地选型是关键。首先, 要对具体工程的路面设计进行仔细研读, 对工程现场进行科学地勘察, 对工程每个实施阶段所需要的沥青混凝土的量进行预估, 并且分步骤的加以量化, 初步确定选定拌和机的生产能力;其次, 要考虑拌合机的加热燃烧器, 对其雾化、燃烧、点火、升温等功能进行操作前的试验, 对试验结果进行记录与评定, 燃烧器是多燃料型还是单燃料型, 能否符合施工工地对节能环保方面的要求, 将最后结果的优化程度作为选型的重要考核指标;再次, 对拌合机的电子称重传感器进行检定, 因为传感器的精度大小关乎拌合机对配合比执行的准确度, 电子称重时, 传感器的质量允许偏差应≤0.15%;最后, 高速公路施工一般要求:沥青混合料拌和机产量不低于240 t/h, 采用间歇式拌和机, 必须配备计算机设备, 拌和厂应在设计、协调配合和操作方面, 都能使生产的沥青混合料符合工地配合比设计要求。在遵循上述四个选型原则后, 对于拌合机的选型, 可以让选型工作变得更加科学可靠, 且优化拌合机的选择。

间歇式拌和机生产率计算公式见式 (1) 。

式中Gj—每拌制一份料的质量, kg;

2.2 摊铺机的选配

合理地选择摊铺机, 可以提高高速公路沥青路面的铺筑质量和铺筑效率, 并对摊铺速度进行有效的确定, 从而保证摊铺施工的连续性作业。如何科学合理地选择摊铺机, 需要对摊铺速度、搅拌设备的生产速率、以及摊铺厚度和宽度进行计算。将计算结果作为摊铺机选配的重要依据, 来指导选机工作。沥青混合料摊铺机的生产率以每小时的吨数来计算, 计算公式如下见式 (2) 。

式中h—铺层厚, m;

B—摊铺带宽, m;

υ0—摊铺工作速度, m/h;

ρ—沥青混合料密度, t/m3;

KB—时间利用系数, 0.75~0.95。

根据JTJ032-1994《公路沥青路面施工技术规范》中的相关标准, 结合本人施工经验, 摊铺工作速度应控制为2~5 m/min之间。为了满足较高的施工要求, 笔者近年参与的高速公路沥青路面施工均选择福格勒2100-2型履带式摊铺机。此类型的摊铺机灵敏度高, 技术含量过硬, 采用全电脑控制, 且最大摊铺宽度可达12 m, 具有高强度夯实、单层振捣力度大等优点, 夯实及振捣能自动随摊铺速度进行调整, 能保证路面的摊铺质量。配备于摊铺机的电子平衡梁有接触式与非接触式两种, 目前使用较多的是多个超声波传感器、多探头 (MOBA平衡梁有36个探头) 的非接触式平衡梁, 能极大提高摊铺路面的平整度。

2.3 沥青混合料运输自卸车的选择

沥青混合料对运输自卸车具有严格的要求, 运输自卸车必须符合国家相关规定, 证照齐全。运输自卸车技术状况良好, 货箱平整、密封性好, 且应加有保温层, 按要求配备篷布用于混合料的覆盖。如果自卸车配备不足, 对沥青混合料的运输不够及时, 可能造成整个沥青路面摊铺施工的间断与搁置, 同时还会影响沥青混合料的温度, 最终影响沥青路面的平整度与压实度。因此, 要对混合料的运输自卸车进行严格配置, 根据沥青混合料的生产能力G0 (t/h) 、自卸车的载重能力 (高速公路沥青路面施工一般要求运输自卸车的载重能力大于15 t) G (t) 及运输时间等因素而定, 可按式 (3) 计算:

式中t1—重载动程时间, min;

t2—空载动程时间, min;

t3—在工地卸料和等待的总时间, min;

T—拌制一车混合料所需的时间, T=60G0/G (min) ;

a—储备系数, 视交通情况而定, 一般取a=1.1~1.2。

另外, 沥青拌合场及摊铺现场均需有3~5辆等候自卸车。

在实际工程中, 要根据工程的具体情况和具体参数, 进行代入计算, 得到最优的运输自卸车辆配置。

2.4 压实机具的选择与配置

压实机具主要用于压实作业, 而碾压施工关乎沥青路面结构的压实度、平整度等重要质量指标, 且压实环节较为复杂, 流程较多, 碾压阶段所用压实方式也不尽相同。另外, 压实机的选择与配备受混合料的性质、沥青层摊铺厚度、摊铺速度、温度、碾压速度等的限制, 因此, 必须根据具体施工情况进行机械的选择与配置。

通常情况下, 一个AC-20C沥青混合料施工作业面一般配备4~6台压路机。其中轮胎压路机2~3台, 且轮胎压路机不低于26 t, 双钢轮震动压路机2~3台, 且双钢轮压路机不低于10 t。一个SMA-13改性沥青玛蹄脂碎石表面层施工作业面必须配备11T以上双钢轮振动压路机4~5台。还应配备小型振动压路机1台。SMA-13施工不能使用轮胎压路机。另外, 桥面铺装不得采用振动碾压, 应使用振荡式压路机, 目前常使用的振荡压路机主要是进口机型, 如宝马BOMAG、悍马HAMM。在沿着缘石或压路机压不到的其他地方, 应采用小型振动压路机或振动夯板把混合料充分压实。

在压实沥青路面过程中, 整个施工过程分为初压、复压和终压, 每个阶段所需要的机型、要求的碾压遍数和碾压速度都不尽相同, 为保证压实度和平整度, 初压应在混合料不产生推移、开裂等情况下尽量在摊铺后较高温度下进行。初压严禁使用轮胎压路机, 以确保面层横向平整度。笔者根据多年经验, 将碾压阶段压实机的选型与压实速度标准总结如表3所示。

实际施工时, 通过铺筑沥青混合料试验路选择压路机组合方式和碾压遍数。

高速公路沥青路面施工机械还涉及沥青洒布车、稀浆封层车、碎石同步封层车等, 其选择应满足设计文件要求, 且能满足施工进度、质量、安全及环保要求。

3 结束语

综上所述, 我国道路工程是促进我国经济发展的重要载体和保障, 而沥青路面是我国高速公路的重要结构之一, 必须科学合理地选择沥青路面的施工机械设备, 保证其结构和层位的稳定性、提高施工效率、优化沥青路面的面层。而在确保上述工作质量的基础上, 对施工机械的选择承担了其大部分的任务, 因此, 在选择过程中, 要结合具体的公路施工情况和施工结构, 计算和总结机械选型的标准和依据, 从而更好地指导选型工作。选型工作做好了, 既可以推进施工进度, 又能保证工程的施工质量, 从而规范我国沥青路面的施工, 推动我国交通运输业和国民经济的发展。这就需要社会各界和行业人员在长期实践过程中, 不断研究与总结, 将科学的方法努力应用到选型工作中来, 为高速公路沥青路面施工机械的选择而做出不懈努力。

摘要：高速公路承载着我国经济运输与发展的重大责任, 是经济发展的重要前提。而在我国高速公路建设中, 公路面层的混合料基本以沥青为主, 对高速公路沥青路面的施工所涉及的机械设备繁多复杂, 机械设备的选用关乎高速公路沥青路面的施工工艺、施工技术、施工方法等, 在沥青路面的施工中发挥着重要的作用。本文通过对各施工机械的施工能力的分析与计算, 对高速公路沥青路面施工机械的合理选择与搭配给出科学合理的方法, 并结合具体工程实践案例加以说明。

关键词：高速公路,沥青路面,施工,机械,材料

参考文献

[1]方杨.高抗车辙沥青路面施工机械选型与材料开发及应用[D].武汉:武汉理工大学, 2008.

[2]肖建.长大纵坡路段沥青混合料配合比设计及路用性能试验研究[D].合肥:合肥工业大学, 2011.

[3]刘广.机械选型对沥青面层结构动稳定度与层位动稳定度的影响研究[D].长沙:长沙理工大学, 2013.

[4]刘朝晖, 李宇峙, 李健, 等.高速公路旧水泥混凝土路面加铺沥青面层结构组合设计与施工机械的选型研究[J].公路交通科技, 2004, 21 (7) :17-21.