關于機械工程中材料選用分析

蘇建輝

【摘 要】隨著科學社會的不斷進步和發展，機械工程材料的選擇不僅僅是局限在設計方案即零件結構確定之后才開始進行的了，目前的發展狀況要求在設計初期就要考慮到設計結構以及材料的選擇，對不同的材料進行分析、篩選、評比及優化選擇。采用這樣的方式能上讓機械工程選材向科學化和量值化方向發展，在很大程度節省了材料成本。優化機械工程材料的選擇，能非常好的實現機械工程材料自身的價值。

【關鍵詞】機械工程；材料選用；分析

1機械材料優選方法的研究

1.1工程定量優選法

對于選材的定量評價通常都是利用系統工程的觀點，將出現的局部問題放到整個系統中進行相關的處理，充分考慮材料內部以及互相之間的聯系，進而加以量化，根據相關的評價標準優化選材方法。選材定量評價法，首先關注的就是材料自身的關鍵性質，之后評價相關的次要性質，除此之外，也可以根據相關程序對材料的所有性質開展綜合的評價。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、目標函數法、星形輪廓模型法等。成本分析法指的就是計算出成本與使用性能之間的比值，也就是性價比，使用這種方法可以對選材的成本進行全面、定量的分析。在所有優化方法中，目標函數法是一種相對比較直接的選材方法，利用具體的目標函數式表達相關的材料性質，進而通過相應的計算，實現材料的優化選擇。所以，在運用此種方法的時候，首先就要確定適合的目標函數。星形輪廓模型法是一種間接、精確的選擇方法，在塑料行業中得到了廣泛的應用。

1.2計算機輔助系統的優選法

計算機輔助系統主要包括KBS系統、CES系統等。此種方法就是利用計算機技術將所有材料進行排列，制作成相應的表格，之后根據實際情況的需要，進行相應材料的選擇，同時采取目標優化法解決選材中材料因素互相矛盾的情況。對于一些要求精細加工或者粗糙加工選材的時候，可以利用系統的自動選擇工具進行相應的選材。除此之外，對于圓形材料的選擇可以設計一套專門的計算機綜合選擇系統，該系統主要應用在加工研磨中，對于材料進行尺寸切削以及路徑切割，同時系統中還有一個簡單的技術模數，是評價切割條件時使用的，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。計算機輔助系統的優選法主要就是結合了先進的科學技術，有效的規劃了材料選擇的方式，并且增加了一些人工智能的技術。

1.3層次分析優選法

機械工程材料選擇所要涉及的方面非常多，比如：經濟、生態、社會、環境、技術等，是一個需要考慮多方面因素的問題。并且針對工程材料優選這個多因素問題的時候，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層等多個層次。在進行工程材料選擇的時候，首先就要分析機械工程材料選擇的主要影響因素以及互相之間的構成關系，根據現有相關的選材經驗，利用層次分析法對機械工程材料的優選過程開展有效的評價，同時全面闡述定性化以及定量化的層次結構、評價模式以及總體評價方法。其開展評價的步驟主要是構建一個工程材料優選的層次分析模型以及相應的判斷矩陣，之后開展層次排序，同時對判斷矩陣開展一致性的測驗，最后在定性、定量的轉換中完成工程材料的評價。此項評價體系可以全面的反映工程材料選購的影響因素，非常符合相應工程的實際情況。運用層次分析法可以將抽象的思維進行定量化轉換，完全反映工程材料選擇的真實信息，有助于進行選擇方案的優化以及做出正確的決定。

2工程材料合理選用的原則

在工程材料的選擇上應該遵循工藝性能優良、使用性能良好、充足地供貨來源、價格上合理等原則，才是比較優質的工程材料。選用的材料應該具有與機械設備相適應的能量，在經過加熱處理后能夠在機械設備工作時適應并配合，達到良好的工作狀態。材料在使用過程中表現出的性能主要有：材料的強度、塑性、韌性、硬度等力學性能；耐蝕性、抗氧化性的化學性能；電、磁、光、聲、熱等的物理性能。材料應該也必須符合保質保量地完成機械加工制造。鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削加工性等工藝性能也是不可忽視的。

節能減排的發展目標，在材料的選用上也應該充分考慮到。我國是一個資源缺乏的國家，所以應該選擇比較常見的材料，短缺的材料盡量少用，以便減少國家能源負擔。進口材料也盡量少選擇。本地區蘊藏較為豐富的原材料因為其有充足的供應量應該作為選擇材料的首選。所需要的材料種類應該偏重少并且集中，這樣利于采購和管理。

價格也是應該考慮的因素之一，價格卻又不是單一，應該多方面統籌規劃。生產過程簡單、成品率比較高并且成本比較低的材料是比較理想的。機械所生產出的產品的綜合成本應該考慮多方面條件：零件的重量、材料的價格、試驗研究費用、零件的壽命、零件的加工費用、維修費用。如果綜合成本高位運行時，材料的價格相對低時應該適當提高。價值工程原理是：價值=功能/成本。材料本身的價格、材料的性能和使用壽命都在價值的范疇之內，在材料的選用上也應該全盤考慮它的經濟效益。

3機械工程材料優化選擇的方法

3.1價值工程優選法

價值工程法是指在提高機械工程、產品性能、系統價值的同時減少機械工程成本的分析方法。使用價值工程法要遵循一定的原則。在使用工程造價法的時候需要注意產品成本，在保證產品質量的同時要控制產品的生產成本，這就是成本原則，也是價值工程法最重要的原則。在遵循價值原則的同時還要充分考慮到工藝性原則、使用性原則。且隨著價值工程優選法的不斷完善，為使價值工程優選法更加適合機械材料的優選，還衍生出了環保性原則和可靠性原則。

3.2工程定量優選法

工程定量優選法是指機械工程設計時，將小的問題放置到整個設計理論中去進行解決，使用工程定量法能夠在整體中解決局部問題，將局部的問題置于整個理論中，能夠讓內部之間更好的聯系起來，成為一個完整的整體。進行工程定量優選法首先就是要對各種材料的特性進行分析，這種分析不僅只是針對材料的主要特性，還要統合其次要性質，進行全方面的分析。最終根據局部問題的特性，充分考慮各種材料的特性，選擇最優的材料進行使用。

3.3計算機輔助系統的優選法

隨著科學社會的發展，計算機在各個行業領域都被廣泛應用了，機械工程材料優選中也不例外。計算機輔助系統優選法就是利用計算機的KBS系統、CES系統等將所有材料進行分析，講所有材料的特性以及適用范圍制成表格形式，之后再讓設計人員根據不同的情況選取適合的材料進行使用，也可以讓計算機自動確定最適合的材料，讓設計人員能輕松選取材料。使用這種方式能在很大程度上減少設計人員的工作，并且由于計算機的計算具有很強的精準性，也在很大程度上減少了犯錯的可能。計算機輔助系統優選法在機械工程材料優選上發揮著很重要的作用，應用范圍也十分的廣泛。

4結束語

機械材料的分類多種多樣，新型材料也層出不窮，設計人員應該多多了解各種工程材料的優缺點，全面了解國內資源條件、生產情況、國家標準，從實際情況出發，全面考慮使用性能、工藝性能和經濟性等方面問題，合理地選用材料。

參考文獻：

[1]陳昌龍.楊紅玉.談談工程材料的選用方法[J].高等教學研究，2013（02）.

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