關(guān)于機(jī)械工程中材料選用分析

鄭江 張曉日 溫志科

摘要：隨著科學(xué)社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，機(jī)械工程材料的選擇不僅僅是局限在設(shè)計(jì)方案即零件結(jié)構(gòu)確定之后才開(kāi)始進(jìn)行的了，目前的發(fā)展?fàn)顩r要求在設(shè)計(jì)初期就要考慮到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及材料的選擇，對(duì)不同的材料進(jìn)行分析、篩選、評(píng)比及優(yōu)化選擇。采用這樣的方式能上讓機(jī)械工程選材向科學(xué)化和量值化方向發(fā)展，在很大程度節(jié)省了材料成本。優(yōu)化機(jī)械工程材料的選擇，能非常好的實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程材料自身的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程;材料選用;分析

1機(jī)械材料優(yōu)選方法的研究

1.1工程定量?jī)?yōu)選法

對(duì)于選材的定量評(píng)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(wèn)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化選材方法。選材定量評(píng)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(píng)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(kāi)展綜合的評(píng)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(duì)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(duì)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(guò)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。

1.2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(duì)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(dòng)選擇工具進(jìn)行相應(yīng)的選材。除此之外，對(duì)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(duì)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(jiǎn)單的技術(shù)模數(shù)，是評(píng)價(jià)切割條件時(shí)使用的，并且在工具選擇以及對(duì)評(píng)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)。

1.3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(huì)、環(huán)境、技術(shù)等，是一個(gè)需要考慮多方面因素的問(wèn)題。并且針對(duì)工程材料優(yōu)選這個(gè)多因素問(wèn)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(duì)機(jī)械工程材料的優(yōu)選過(guò)程開(kāi)展有效的評(píng)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(píng)價(jià)模式以及總體評(píng)價(jià)方法。其開(kāi)展評(píng)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(kāi)展層次排序，同時(shí)對(duì)判斷矩陣開(kāi)展一致性的測(cè)驗(yàn)，最后在定性、定量的轉(zhuǎn)換中完成工程材料的評(píng)價(jià)。此項(xiàng)評(píng)價(jià)體系可以全面的反映工程材料選購(gòu)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。

2工程材料合理選用的原則

在工程材料的選擇上應(yīng)該遵循工藝性能優(yōu)良、使用性能良好、充足地供貨來(lái)源、價(jià)格上合理等原則，才是比較優(yōu)質(zhì)的工程材料。選用的材料應(yīng)該具有與機(jī)械設(shè)備相適應(yīng)的能量，在經(jīng)過(guò)加熱處理后能夠在機(jī)械設(shè)備工作時(shí)適應(yīng)并配合，達(dá)到良好的工作狀態(tài)。材料在使用過(guò)程中表現(xiàn)出的性能主要有：材料的強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度等力學(xué)性能;耐蝕性、抗氧化性的化學(xué)性能;電、磁、光、聲、熱等的物理性能。材料應(yīng)該也必須符合保質(zhì)保量地完成機(jī)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(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)，在材料的選用上也應(yīng)該充分考慮到。我國(guó)是一個(gè)資源缺乏的國(guó)家，所以應(yīng)該選擇比較常見(jiàn)的材料，短缺的材料盡量少用，以便減少國(guó)家能源負(fù)擔(dān)。進(jìn)口材料也盡量少選擇。本地區(qū)蘊(yùn)藏較為豐富的原材料因?yàn)槠溆谐渥愕墓?yīng)量應(yīng)該作為選擇材料的首選。所需要的材料種類應(yīng)該偏重少并且集中，這樣利于采購(gòu)和管理。

價(jià)格也是應(yīng)該考慮的因素之一，價(jià)格卻又不是單一，應(yīng)該多方面統(tǒng)籌規(guī)劃。生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、成品率比較高并且成本比較低的材料是比較理想的。機(jī)械所生產(chǎn)出的產(chǎn)品的綜合成本應(yīng)該考慮多方面條件：零件的重量、材料的價(jià)格、試驗(yàn)研究費(fèi)用、零件的壽命、零件的加工費(fèi)用、維修費(fèi)用。如果綜合成本高位運(yùn)行時(shí)，材料的價(jià)格相對(duì)低時(shí)應(yīng)該適當(dāng)提高。價(jià)值工程原理是：價(jià)值=功能/成本。材料本身的價(jià)格、材料的性能和使用壽命都在價(jià)值的范疇之內(nèi)，在材料的選用上也應(yīng)該全盤考慮它的經(jīng)濟(jì)效益。

3機(jī)械工程材料優(yōu)化選擇的方法

3.1價(jià)值工程優(yōu)選法

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

3.2工程定量?jī)?yōu)選法

工程定量?jī)?yōu)選法是指機(jī)械工程設(shè)計(jì)時(shí)，將小的問(wèn)題放置到整個(gè)設(shè)計(jì)理論中去進(jìn)行解決，使用工程定量法能夠在整體中解決局部問(wèn)題，將局部的問(wèn)題置于整個(gè)理論中，能夠讓內(nèi)部之間更好的聯(lián)系起來(lái)，成為一個(gè)完整的整體。進(jìn)行工程定量?jī)?yōu)選法首先就是要對(duì)各種材料的特性進(jìn)行分析，這種分析不僅只是針對(duì)材料的主要特性，還要統(tǒng)合其次要性質(zhì)，進(jìn)行全方面的分析。最終根據(jù)局部問(wèn)題的特性，充分考慮各種材料的特性，選擇最優(yōu)的材料進(jìn)行使用。

3.3計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的優(yōu)選法

隨著科學(xué)社會(huì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用了，機(jī)械工程材料優(yōu)選中也不例外。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)優(yōu)選法就是利用計(jì)算機(jī)的KBS系統(tǒng)、CES系統(tǒng)等將所有材料進(jìn)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(shè)計(jì)人員根據(jù)不同的情況選取適合的材料進(jìn)行使用，也可以讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)確定最適合的材料，讓設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員的工作，并且由于計(jì)算機(jī)的計(jì)算具有很強(qiáng)的精準(zhǔn)性，也在很大程度上減少了犯錯(cuò)的可能。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)優(yōu)選法在機(jī)械工程材料優(yōu)選上發(fā)揮著很重要的作用，應(yīng)用范圍也十分的廣泛。

4結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械工程及自動(dòng)化是指在機(jī)械制造業(yè)中利用自動(dòng)化技術(shù)提高材料生產(chǎn)和加工效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量。在19世紀(jì)80年代之前，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展一直處于摸索階段，還未采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，直到瓦特蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，人們才開(kāi)始將先進(jìn)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械工程中。設(shè)備和工具使用、材料生產(chǎn)等方面都涉及到機(jī)械工程及自動(dòng)化技術(shù)。

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