機(jī)械工程材料優(yōu)選方法的研究現(xiàn)狀

趙利勇

摘要： 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對于工程材料的選用方面出現(xiàn)了許多的新方法，通過實(shí)踐應(yīng)用，闡述選擇工程材料的時(shí)候需要注意的情況，同時(shí)根據(jù)不同的選材方法與特點(diǎn)開展綜合評估與優(yōu)化措施，進(jìn)而完善工程材料的優(yōu)選方法。通過不斷的實(shí)踐，總結(jié)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，對工程材料以后優(yōu)選方法的研究方向提供可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 機(jī)械工程材料；優(yōu)選方法；研究方向

材料的選擇工作是機(jī)械工程設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)，是完成設(shè)計(jì)的首要工序。機(jī)械工程材料的選擇工作是非常復(fù)雜而又繁瑣的，不僅需要一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還要具備相關(guān)的專業(yè)知識，充分考慮選材中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，盡可能的做到最好，同時(shí)對選材方法進(jìn)行評價(jià)與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)工程材料應(yīng)有的使用價(jià)值。

1 機(jī)械工程材料的發(fā)展及分類

機(jī)械材料在工業(yè)革命以前，大都是由木工手工制成金屬材料只是用于制造鐘表、儀器和木結(jié)構(gòu)的機(jī)械上的小零件。隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，所用的金屬材料由銅、鐵發(fā)展為以鋼為主，機(jī)械加工方面迅速發(fā)展，機(jī)械工程材料的涉及面非常廣，按屬性可分為金屬材料和非金屬材料兩大類。金屬中的有色金屬具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，而且化學(xué)穩(wěn)定性較高，在建筑施工中使用較為廣泛。非金屬材料又可以分為兩種：有機(jī)高分子材料和無機(jī)非金屬材料。這里除了傳統(tǒng)的玻璃、陶瓷和耐火材料外，還有碳化硅等新型材料。此外較為重要的還有合成樹脂，再就是由兩種或兩種不同材料組合而成的復(fù)合材料。這種復(fù)合材料是以一種材料為本體，另外一種或多種材料組合而成的材料，由于是多種材料的結(jié)合體所以它在性能上互相協(xié)調(diào)，取長補(bǔ)短，這種復(fù)合材料在試驗(yàn)中證明具有明顯的綜合性能，所以這種材料也成為一類新型的工程材料機(jī)械工程材料按用途分類比較廣泛，如耐熱材料、耐腐蝕材料、耐磨材料等。耐腐蝕材料為開發(fā)和利用新能源開辟了途徑，目前現(xiàn)代發(fā)展起來的新型材料主要有非晶質(zhì)材料、單晶體材料、新型纖維材料和新合金材料等這些新型材料的出現(xiàn)對于研制機(jī)械產(chǎn)品具有重要的意義。如能夠減輕自重的碳纖維，它比玻璃纖維彈性高、強(qiáng)度也比玻璃纖維強(qiáng)，能夠用于制造飛機(jī)或汽車等構(gòu)件。而且碳纖維還可以節(jié)約能源。另外也可以結(jié)合材料的特點(diǎn)來分類，如超塑性材料、鑄造合金材料等。還有一種可以制造各種精密機(jī)械零件的粉末冶金材料。隨著科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展，材料技術(shù)的不斷提高，材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能被不斷挖掘、研究。在認(rèn)識各種材料的基本恃性基礎(chǔ)上，不斷地探索出新型材料的途徑

2 機(jī)械材料優(yōu)選方法的研究

2.1 價(jià)值工程優(yōu)選法

價(jià)值工程法指的就是在提高工程、產(chǎn)品、系統(tǒng)價(jià)值的同時(shí)，減少工程成本的有效分析法。機(jī)械工程材料選擇的原則主要包括：成本原則、工藝性能原則、使用性能原則，并且隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，逐漸出現(xiàn)了兩個(gè)新的原則：環(huán)保原則與可靠性原則。在目前機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員一定要充分考慮以上原則，使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在達(dá)到使用要求的情況之下，盡可能的降低制造成本，以及減少能源、資源的浪費(fèi)。在選材的時(shí)候，充分、合理的運(yùn)用價(jià)值工程的原理，在系統(tǒng)的角度上分析現(xiàn)代工程價(jià)值選材的要素以及過程，闡述選材對于產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)以及延長使用壽命的影響程度，然后在機(jī)械工程中實(shí)際應(yīng)用工程價(jià)值選材的方法。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，使用工程價(jià)值法進(jìn)行選材，可以加強(qiáng)選材的客觀科學(xué)性，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的使用價(jià)值。

2.2 工程定量優(yōu)選法

對于選材的定量評價(jià)通常都是利用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，將出現(xiàn)的局部問題放到整個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行相關(guān)的處理，充分考慮材料內(nèi)部以及互相之間的聯(lián)系，進(jìn)而加以量化，根據(jù)相關(guān)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化選材方法。選材定量評價(jià)法，首先關(guān)注的就是材料自身的關(guān)鍵性質(zhì)，之后評價(jià)相關(guān)的次要性質(zhì)，除此之外，也可以根據(jù)相關(guān)程序?qū)Σ牧系乃行再|(zhì)開展綜合的評價(jià)。在工程材料選擇中，比較常用的工程定量法主要有：成本分析法、目標(biāo)函數(shù)法、星形輪廓模型法等。成本分析法指的就是計(jì)算出成本與使用性能之間的比值，也就是性價(jià)比，使用這種方法可以對選材的成本進(jìn)行全面、定量的分析。在所有優(yōu)化方法中，目標(biāo)函數(shù)法是一種相對比較直接的選材方法，利用具體的目標(biāo)函數(shù)式表達(dá)相關(guān)的材料性質(zhì)，進(jìn)而通過相應(yīng)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)化選擇。所以，在運(yùn)用此種方法的時(shí)候，首先就要確定適合的目標(biāo)函數(shù)。星形輪廓模型法是一種間接、精確的選擇方法，在塑料行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的優(yōu)選法

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)主要包括KBS系統(tǒng)、CES系統(tǒng)等。此種方法就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將所有材料進(jìn)行排列，制作成相應(yīng)的表格，之后根據(jù)實(shí)際情況的需要，進(jìn)行相應(yīng)材料的選擇，同時(shí)采取目標(biāo)優(yōu)化法解決選材中材料因素互相矛盾的情況。對于一些要求精細(xì)加工或者粗糙加工選材的時(shí)候，可以利用系統(tǒng)的自動選擇工具進(jìn)行相應(yīng)的選材。除此之外，對于圓形材料的選擇可以設(shè)計(jì)一套專門的計(jì)算機(jī)綜合選擇系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要應(yīng)用在加工研磨中，對于材料進(jìn)行尺寸切削以及路徑切割，同時(shí)系統(tǒng)中還有一個(gè)簡單的技術(shù)模數(shù)，是評價(jià)切割條件時(shí)使用的，并且在工具選擇以及對評估車削、研磨、鉆孔等加工使用壽命中使用。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的優(yōu)選法主要就是結(jié)合了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，有效的規(guī)劃了材料選擇的方式，并且增加了一些人工智能的技術(shù)。

2.4 層次分析優(yōu)選法

機(jī)械工程材料選擇所要涉及的方面非常多，比如：經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會、環(huán)境、技術(shù)等，是一個(gè)需要考慮多方面因素的問題。并且針對工程材料優(yōu)選這個(gè)多因素問題的時(shí)候，可以在制定最佳方案的前提之下，可以將其分成方案層以及指標(biāo)層等多個(gè)層次。在進(jìn)行工程材料選擇的時(shí)候，首先就要分析機(jī)械工程材料選擇的主要影響因素以及互相之間的構(gòu)成關(guān)系，根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)的選材經(jīng)驗(yàn)，利用層次分析法對機(jī)械工程材料的優(yōu)選過程開展有效的評價(jià)，同時(shí)全面闡述定性化以及定量化的層次結(jié)構(gòu)、評價(jià)模式以及總體評價(jià)方法。其開展評價(jià)的步驟主要是構(gòu)建一個(gè)工程材料優(yōu)選的層次分析模型以及相應(yīng)的判斷矩陣，之后開展層次排序，同時(shí)對判斷矩陣開展一致性的測驗(yàn)，最后在定性、定量的轉(zhuǎn)換中完成工程材料的評價(jià)。此項(xiàng)評價(jià)體系可以全面的反映工程材料選購的影響因素，非常符合相應(yīng)工程的實(shí)際情況。運(yùn)用層次分析法可以將抽象的思維進(jìn)行定量化轉(zhuǎn)換，完全反映工程材料選擇的真實(shí)信息，有助于進(jìn)行選擇方案的優(yōu)化以及做出正確的決定。

3 工程材料選擇研究工作的展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及將其他學(xué)科的成就引入材料領(lǐng)域，如數(shù)理統(tǒng)計(jì)、價(jià)值分析、可靠性分析等，人們已開發(fā)出一些帶有規(guī)律性的選材方法。在機(jī)械工程設(shè)計(jì)過程中，材料的選擇通常是在設(shè)計(jì)方案確定以后即零件結(jié)構(gòu)確定后進(jìn)行的。今后機(jī)械設(shè)計(jì)的一個(gè)方向是在設(shè)計(jì)初期同時(shí)考慮到結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和材料的選擇，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇進(jìn)行綜合考慮。要真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)而合理的選材，應(yīng)該開發(fā)更新的更為科學(xué)的工程材料選擇方法和工具，從定性階段過渡到定量階段，并對不同選材方案進(jìn)行綜合評價(jià)，從中選出能滿足使用要求、適合加工制造和成本低的方案。

4 結(jié)束語

總而言之，在進(jìn)行工程材料選擇的時(shí)候，一定要綜合考慮多方面的因素，盡可能的運(yùn)用一些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段與工具，開展定性、定量的分析，針對不同的選材方案開展綜合評價(jià)工作，進(jìn)而從中選出更加滿足實(shí)際需求、成本比較低以及適合加工制造的方案。因此，一定要加強(qiáng)對機(jī)械工程材料優(yōu)選方法的研究，提出更多的方法與方向，為工程材料科學(xué)、合理使用提供可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王紹剛.機(jī)械工程材料優(yōu)選方法的研究現(xiàn)狀.科技與企業(yè)，2015.20.136.

[2]蔡海英.機(jī)械工程材料優(yōu)選方法的研究現(xiàn)狀淺析.科技視界，2013.25.105.

[3]錢波.機(jī)械工程材料優(yōu)選方法的研究方向.科技資訊，2013.18.48.