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【摘 要】传统经济形式的转变，为市场经济的发展带来了新的活力，新型科技的不断产生应用促进了设计技术的发展，因此机械设计领域也得到了创造性的进步，在这一基础之上，传统的材料设计方法已经逐渐失去了满足现代机械设计要求的主要地位，本文基于功能与系统的全面要求，对机械设计中的材料设计方法问题进行了分析与总结，并提出了改进思路与措施。
【关键词】机械设计；材料设计；系统方法
现代的机械设计已经成为直接面对市场的工业产品设计类型，机械设计的方法与工业设计的方法是相互联系的关系，以前的机械零部件的设计方法已经不能适应新的工业产品的设计要求，取而代之的具有现代特色的机械设计手段，形成了一系列比较成熟的分支学科，比如机械可靠性设计、防断裂设计、机械优化设计等都在机械设计中得到了一定的应用。
1.机械设计中的材料设计存在的问题
工业产业的建立发展离不开材料这一物质基础，机械设计过程中需要选择与自身特性以及加工工艺相一致的材料类型，随着社会对工业产品要求的越来越高，产品设计人员需要不断增强自身的专业素质，增加对材料与机械产品之间关系的熟悉程度，对使用的不同种类的材料的主要性能都需要有一个全面的掌握，对材料进行充分的利用，从而能够创造出技术性更高、款式更加新颖的工业产品。但是，传统的机械设计手段，材料设计环节只是一个选择成品材料的过程，在材料的设计过程中也只是根据以前的设计经验、参考数据来进行的设计生产，而选择的参考数据并不适用于所有材料的设计方式。这种材料设计方法使得材料在使用过程中常常会出现不适合的现象，作为零部件的材料有时候仅仅能够满足机械某一方面的需求，对于整体机器的运行会产生不良影响，容易造成机械的报废。工程材料的研究发展迅速，一些材料的加工方法、工艺的改进使原有材料可以达到更好的性能要求，但是新材料不能立即编入设计指导手册，同步更新比较缓慢，因此按照设计手册选择的材料在新型产品研发中经常是落后的，直接影响着机械产品的竞争力。
2.机械设计中材料设计的实例探究
2.1轮轨耐磨性设计中的材料问题
在铁路的多曲路段，机车轮缘磨损严重，它不仅造成极大的经济损失，而且会危害行车安全，机务部门急迫地需要解决这一问题[1]。在工程摩擦学中，轮轨可以看做是一对摩擦副，二者同属于一个运作系统，是不同的两个构成元素，轮轨材料耐磨性的问题研究应该从整体的机械体统出发，对两个元素的材料进行最佳搭配，这样可以有效的延长使用寿命，在这种研究的基础上创新出了一种机车的轮缘中频局部淬火技术，首先需要进行理论分析，得出计算结果之后需要进行大量的实验，检测机车在实际的操作运行中的各种现实状况，经过这一系列的工作之后才能够得出轮轨硬度相互搭配的一个最优数值，它可以使钢轨使用期限不受影响的情况下，将机车轮的使用时间增加2倍以上，当然，这种延长使用寿命的方法是在不改变原有路轨和机车轮材料的基础上进行的，用常规热处理工艺对其原有的磨损严重部分的局部材质进行处理，是一种经济、简便易行的设计方式。
2.2合金钢刀具以及汽车制动衬片设计方法
用深冷处理技术延长机械零件的使用寿命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[2]。个别的生产厂家生产的刀具仍然存在实验结果不稳定的情况，有的性状良好有的品质则很差甚至不能使用，这种状况说明了一个道理，同种类型的机械产品即使材料设计的方式相同，成品的功能也会存在很大的差距，缺乏统一性，但是这并不是说生产方式存在问题，材料本身的稳定性和平衡性是主要的问题所在，不同材料之间的磨合也存在不同程度的问题，如何改变工艺参数以适应材料本身的差异是方法改进的一个有效途径。另一方面，汽车中使用的制动衬片在比较大型正规的汽车工厂都不是使用的纯粹的国产产品，进口产品或者中外合资生产的产品仍然占据主导地位，国产的制动衬片在市场上缺乏足够的竞争实力，一些规模比较小的生产企业质量上的问题比较严重，比如产品性能指标或者摩擦系数不标准等等，特别是摩擦衬片和鼓（盘）的配对问题，国内企业还缺乏相关的研究。
2.3填料装置的七连杆设计方法问题
自动填料装置的设计，可采用七连杆机构，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[3]。这一部分需要具备足够的强度，其次耐磨性以及抗冲击性也需要不断提高，在进口产品中这一装置的材料类型属于高性能的塑料结构，销孔使用的是钢套，但是由于这种材料在国内市场的缺乏以及物价较高的问题，选择使用铸铝件材料作为替代，同时将铰链连接处的强度增大。这种结构的连杆装置在实际的运行中出现了问题，铸件材料存在分布不均匀的情况，容易造成铰链孔的折断。在装机使用中又有新问题不断出现，比如因为铸铝件的重量要比塑料材料大，在装置运行速度较快时，起、停之间的惯性就会变大，会对整个机架造成很大的冲击振动。再比如，铰链在运行一段时间后发生的断裂现象，这种情况一方面源于铰链自身的震荡，另一方面源于铸铝件的弹塑性较弱的原因，在更换了进口塑料材料之后，这些问题就都解决了，虽然进口材料单价较高但是使用时间长、重量轻，总体来说性价比较高。这种情况说明机械零部件材料的性能不仅影响其本身的功能，而且还会对机器整体功能造成影响。
3.机械设计中材料设计的新思路
机械设计中材料设计问题已经愈显突出，传统的材料设计方法亟待改进，在机械产品设计过程中，机械零部件的材料设计应从系统论和功能论思想出发，不仅要考虑满足各零、部件的性能要求，还应考虑各零、部件对整机性能或其它零件分功能的影响[4]。在进行材料设计方法研究时，具体的材料设计方法首先应该进行合理性的考察，按照具体的要求准备设计环节的工作，在选择时应该特别注意材料的自身优劣，设计师需要进行综合的考量子系统的具体功能，建立应尾材料专属的数据库，进行材料系统分析之后选取其中较为适合的材料进行产品的设计研发。另外，机械设计人员需要借助信息技术来进行材料设计，充分利用互联网模式构建完备的机械工程数据体系，从设计层面完成与CAO等软件的无缝对接，比如造型款式与设计样本、销售渠道与行业信息等。
4.结束语
现代化经济的快速发展推进了社会对基础机械产品需求的增长，由此产生了机械材料的设计与生产相脱节的情况，通过对当前材料设计存在的问题和具体的案例进行分析，设计人员应当按照系统论与功能论的工作要求，建立基于互联网架构的机械产品设计数据库，综合探究整体系统与子系统之间的关系，选择合适的结构材料设计出更加优良的新型产品。
【参考文献】
[1]刘小琴，续海峰.机械设计中的材料设计方法研究[J].机械管理开发，2009，03：32-33.
[2]袁永明.机械设计中的材料设计[J].机械制造，2004，05：23-24.
[3]赵忠国.机械设计中的材料的选择和应用[J].科技风，2011，17：58.
[4]汤焕骅.机械设计中材料设计方法研究[J].科技风，2014，12：32.
【关键词】机械设计；材料设计；系统方法
现代的机械设计已经成为直接面对市场的工业产品设计类型，机械设计的方法与工业设计的方法是相互联系的关系，以前的机械零部件的设计方法已经不能适应新的工业产品的设计要求，取而代之的具有现代特色的机械设计手段，形成了一系列比较成熟的分支学科，比如机械可靠性设计、防断裂设计、机械优化设计等都在机械设计中得到了一定的应用。
1.机械设计中的材料设计存在的问题
工业产业的建立发展离不开材料这一物质基础，机械设计过程中需要选择与自身特性以及加工工艺相一致的材料类型，随着社会对工业产品要求的越来越高，产品设计人员需要不断增强自身的专业素质，增加对材料与机械产品之间关系的熟悉程度，对使用的不同种类的材料的主要性能都需要有一个全面的掌握，对材料进行充分的利用，从而能够创造出技术性更高、款式更加新颖的工业产品。但是，传统的机械设计手段，材料设计环节只是一个选择成品材料的过程，在材料的设计过程中也只是根据以前的设计经验、参考数据来进行的设计生产，而选择的参考数据并不适用于所有材料的设计方式。这种材料设计方法使得材料在使用过程中常常会出现不适合的现象，作为零部件的材料有时候仅仅能够满足机械某一方面的需求，对于整体机器的运行会产生不良影响，容易造成机械的报废。工程材料的研究发展迅速，一些材料的加工方法、工艺的改进使原有材料可以达到更好的性能要求，但是新材料不能立即编入设计指导手册，同步更新比较缓慢，因此按照设计手册选择的材料在新型产品研发中经常是落后的，直接影响着机械产品的竞争力。
2.机械设计中材料设计的实例探究
2.1轮轨耐磨性设计中的材料问题
在铁路的多曲路段，机车轮缘磨损严重，它不仅造成极大的经济损失，而且会危害行车安全，机务部门急迫地需要解决这一问题[1]。在工程摩擦学中，轮轨可以看做是一对摩擦副，二者同属于一个运作系统，是不同的两个构成元素，轮轨材料耐磨性的问题研究应该从整体的机械体统出发，对两个元素的材料进行最佳搭配，这样可以有效的延长使用寿命，在这种研究的基础上创新出了一种机车的轮缘中频局部淬火技术，首先需要进行理论分析，得出计算结果之后需要进行大量的实验，检测机车在实际的操作运行中的各种现实状况，经过这一系列的工作之后才能够得出轮轨硬度相互搭配的一个最优数值，它可以使钢轨使用期限不受影响的情况下，将机车轮的使用时间增加2倍以上，当然，这种延长使用寿命的方法是在不改变原有路轨和机车轮材料的基础上进行的，用常规热处理工艺对其原有的磨损严重部分的局部材质进行处理，是一种经济、简便易行的设计方式。
2.2合金钢刀具以及汽车制动衬片设计方法
用深冷处理技术延长机械零件的使用寿命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[2]。个别的生产厂家生产的刀具仍然存在实验结果不稳定的情况，有的性状良好有的品质则很差甚至不能使用，这种状况说明了一个道理，同种类型的机械产品即使材料设计的方式相同，成品的功能也会存在很大的差距，缺乏统一性，但是这并不是说生产方式存在问题，材料本身的稳定性和平衡性是主要的问题所在，不同材料之间的磨合也存在不同程度的问题，如何改变工艺参数以适应材料本身的差异是方法改进的一个有效途径。另一方面，汽车中使用的制动衬片在比较大型正规的汽车工厂都不是使用的纯粹的国产产品，进口产品或者中外合资生产的产品仍然占据主导地位，国产的制动衬片在市场上缺乏足够的竞争实力，一些规模比较小的生产企业质量上的问题比较严重，比如产品性能指标或者摩擦系数不标准等等，特别是摩擦衬片和鼓（盘）的配对问题，国内企业还缺乏相关的研究。
2.3填料装置的七连杆设计方法问题
自动填料装置的设计，可采用七连杆机构，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[3]。这一部分需要具备足够的强度，其次耐磨性以及抗冲击性也需要不断提高，在进口产品中这一装置的材料类型属于高性能的塑料结构，销孔使用的是钢套，但是由于这种材料在国内市场的缺乏以及物价较高的问题，选择使用铸铝件材料作为替代，同时将铰链连接处的强度增大。这种结构的连杆装置在实际的运行中出现了问题，铸件材料存在分布不均匀的情况，容易造成铰链孔的折断。在装机使用中又有新问题不断出现，比如因为铸铝件的重量要比塑料材料大，在装置运行速度较快时，起、停之间的惯性就会变大，会对整个机架造成很大的冲击振动。再比如，铰链在运行一段时间后发生的断裂现象，这种情况一方面源于铰链自身的震荡，另一方面源于铸铝件的弹塑性较弱的原因，在更换了进口塑料材料之后，这些问题就都解决了，虽然进口材料单价较高但是使用时间长、重量轻，总体来说性价比较高。这种情况说明机械零部件材料的性能不仅影响其本身的功能，而且还会对机器整体功能造成影响。
3.机械设计中材料设计的新思路
机械设计中材料设计问题已经愈显突出，传统的材料设计方法亟待改进，在机械产品设计过程中，机械零部件的材料设计应从系统论和功能论思想出发，不仅要考虑满足各零、部件的性能要求，还应考虑各零、部件对整机性能或其它零件分功能的影响[4]。在进行材料设计方法研究时，具体的材料设计方法首先应该进行合理性的考察，按照具体的要求准备设计环节的工作，在选择时应该特别注意材料的自身优劣，设计师需要进行综合的考量子系统的具体功能，建立应尾材料专属的数据库，进行材料系统分析之后选取其中较为适合的材料进行产品的设计研发。另外，机械设计人员需要借助信息技术来进行材料设计，充分利用互联网模式构建完备的机械工程数据体系，从设计层面完成与CAO等软件的无缝对接，比如造型款式与设计样本、销售渠道与行业信息等。
4.结束语
现代化经济的快速发展推进了社会对基础机械产品需求的增长，由此产生了机械材料的设计与生产相脱节的情况，通过对当前材料设计存在的问题和具体的案例进行分析，设计人员应当按照系统论与功能论的工作要求，建立基于互联网架构的机械产品设计数据库，综合探究整体系统与子系统之间的关系，选择合适的结构材料设计出更加优良的新型产品。
【参考文献】
[1]刘小琴，续海峰.机械设计中的材料设计方法研究[J].机械管理开发，2009，03：32-33.
[2]袁永明.机械设计中的材料设计[J].机械制造，2004，05：23-24.
[3]赵忠国.机械设计中的材料的选择和应用[J].科技风，2011，17：58.
[4]汤焕骅.机械设计中材料设计方法研究[J].科技风，2014，12：32.