机械工程材料优选方法的研究现状

赵利勇

摘要： 随着科学技术的不断进步，对于工程材料的选用方面出现了许多的新方法，通过实践应用，阐述选择工程材料的时候需要注意的情况，同时根据不同的选材方法与特点开展综合评估与优化措施，进而完善工程材料的优选方法。通过不断的实践，总结相关的经验，对工程材料以后优选方法的研究方向提供可靠的依据。

关键词： 机械工程材料；优选方法；研究方向

材料的选择工作是机械工程设计中非常重要的环节，是完成设计的首要工序。机械工程材料的选择工作是非常复杂而又繁琐的，不仅需要一定的实践经验，还要具备相关的专业知识，充分考虑选材中的每一个环节，尽可能的做到最好，同时对选材方法进行评价与优化，实现工程材料应有的使用价值。

1 机械工程材料的发展及分类

机械材料在工业革命以前，大都是由木工手工制成金属材料只是用于制造钟表、仪器和木结构的机械上的小零件。随着科技的进步与发展，所用的金属材料由铜、铁发展为以钢为主，机械加工方面迅速发展，机械工程材料的涉及面非常广，按属性可分为金属材料和非金属材料两大类。金属中的有色金属具有良好的导电、导热性，而且化学稳定性较高，在建筑施工中使用较为广泛。非金属材料又可以分为两种：有机高分子材料和无机非金属材料。这里除了传统的玻璃、陶瓷和耐火材料外，还有碳化硅等新型材料。此外较为重要的还有合成树脂，再就是由两种或两种不同材料组合而成的复合材料。这种复合材料是以一种材料为本体，另外一种或多种材料组合而成的材料，由于是多种材料的结合体所以它在性能上互相协调，取长补短，这种复合材料在试验中证明具有明显的综合性能，所以这种材料也成为一类新型的工程材料机械工程材料按用途分类比较广泛，如耐热材料、耐腐蚀材料、耐磨材料等。耐腐蚀材料為开发和利用新能源开辟了途径，目前现代发展起来的新型材料主要有非晶质材料、单晶体材料、新型纤维材料和新合金材料等这些新型材料的出现对于研制机械产品具有重要的意义。如能够减轻自重的碳纤维，它比玻璃纤维弹性高、强度也比玻璃纤维强，能够用于制造飞机或汽车等构件。而且碳纤维还可以节约能源。另外也可以结合材料的特点来分类，如超塑性材料、铸造合金材料等。还有一种可以制造各种精密机械零件的粉末冶金材料。随着科技的不断创新发展，材料技术的不断提高，材料的内部结构性能被不断挖掘、研究。在认识各种材料的基本恃性基础上，不断地探索出新型材料的途径

2 机械材料优选方法的研究

2.1 价值工程优选法

价值工程法指的就是在提高工程、产品、系统价值的同时，减少工程成本的有效分析法。机械工程材料选择的原则主要包括：成本原则、工艺性能原则、使用性能原则，并且随着社会经济的不断发展与进步，逐渐出现了两个新的原则：环保原则与可靠性原则。在目前机械产品的设计过程中，相关的设计人员一定要充分考虑以上原则，使生产出来的产品在达到使用要求的情况之下，尽可能的降低制造成本，以及减少能源、资源的浪费。在选材的时候，充分、合理的运用价值工程的原理，在系统的角度上分析现代工程价值选材的要素以及过程，阐述选材对于产品功能的实现以及延长使用寿命的影响程度，然后在机械工程中实际应用工程价值选材的方法。根据相关实践经验表明，使用工程价值法进行选材，可以加强选材的客观科学性，进一步提高产品的使用价值。

2.2 工程定量优选法

对于选材的定量评价通常都是利用系统工程的观点，将出现的局部问题放到整个系统中进行相关的处理，充分考虑材料内部以及互相之间的联系，进而加以量化，根据相关的评价标准优化选材方法。选材定量评价法，首先关注的就是材料自身的关键性质，之后评价相关的次要性质，除此之外，也可以根据相关程序对材料的所有性质开展综合的评价。在工程材料选择中，比较常用的工程定量法主要有：成本分析法、目标函数法、星形轮廓模型法等。成本分析法指的就是计算出成本与使用性能之间的比值，也就是性价比，使用这种方法可以对选材的成本进行全面、定量的分析。在所有优化方法中，目标函数法是一种相对比较直接的选材方法，利用具体的目标函数式表达相关的材料性质，进而通过相应的计算，实现材料的优化选择。所以，在运用此种方法的时候，首先就要确定适合的目标函数。星形轮廓模型法是一种间接、精确的选择方法，在塑料行业中得到了广泛的应用。

2.3 计算机辅助系统的优选法

计算机辅助系统主要包括KBS系统、CES系统等。此种方法就是利用计算机技术将所有材料进行排列，制作成相应的表格，之后根据实际情况的需要，进行相应材料的选择，同时采取目标优化法解决选材中材料因素互相矛盾的情况。对于一些要求精细加工或者粗糙加工选材的时候，可以利用系统的自动选择工具进行相应的选材。除此之外，对于圆形材料的选择可以设计一套专门的计算机综合选择系统，该系统主要应用在加工研磨中，对于材料进行尺寸切削以及路径切割，同时系统中还有一个简单的技术模数，是评价切割条件时使用的，并且在工具选择以及对评估车削、研磨、钻孔等加工使用寿命中使用。计算机辅助系统的优选法主要就是结合了先进的科学技术，有效的规划了材料选择的方式，并且增加了一些人工智能的技术。

2.4 层次分析优选法

机械工程材料选择所要涉及的方面非常多，比如：经济、生态、社会、环境、技术等，是一个需要考虑多方面因素的问题。并且针对工程材料优选这个多因素问题的时候，可以在制定最佳方案的前提之下，可以将其分成方案层以及指标层等多个层次。在进行工程材料选择的时候，首先就要分析机械工程材料选择的主要影响因素以及互相之间的构成关系，根据现有相关的选材经验，利用层次分析法对机械工程材料的优选过程开展有效的评价，同时全面阐述定性化以及定量化的层次结构、评价模式以及总体评价方法。其开展评价的步骤主要是构建一个工程材料优选的层次分析模型以及相应的判断矩阵，之后开展层次排序，同时对判断矩阵开展一致性的测验，最后在定性、定量的转换中完成工程材料的评价。此项评价体系可以全面的反映工程材料选购的影响因素，非常符合相应工程的实际情况。运用层次分析法可以将抽象的思维进行定量化转换，完全反映工程材料选择的真实信息，有助于进行选择方案的优化以及做出正确的决定。

3 工程材料选择研究工作的展望

随着计算机技术的发展以及将其他学科的成就引入材料领域，如数理统计、价值分析、可靠性分析等，人们已开发出一些带有规律性的选材方法。在机械工程设计过程中，材料的选择通常是在设计方案确定以后即零件结构确定后进行的。今后机械设计的一个方向是在设计初期同时考虑到结构的设计和材料的选择，将结构设计和材料选择进行综合考虑。要真正实现科学而合理的选材，应该开发更新的更为科学的工程材料选择方法和工具，从定性阶段过渡到定量阶段，并对不同选材方案进行综合评价，从中选出能满足使用要求、适合加工制造和成本低的方案。

4 结束语

总而言之，在进行工程材料选择的时候，一定要综合考虑多方面的因素，尽可能的运用一些先进的科学技术手段与工具，开展定性、定量的分析，针对不同的选材方案开展综合评价工作，进而从中选出更加满足实际需求、成本比较低以及适合加工制造的方案。因此，一定要加强对机械工程材料优选方法的研究，提出更多的方法与方向，为工程材料科学、合理使用提供可靠的依据。

参考文献

[1]王绍刚.机械工程材料优选方法的研究现状.科技与企业，2015.20.136.

[2]蔡海英.机械工程材料优选方法的研究现状浅析.科技视界，2013.25.105.

[3]钱波.机械工程材料优选方法的研究方向.科技资讯，2013.18.48.