机械工程材料优选方法的研究现状

王绍刚

前言

随着信息技术的不断发展，对机械工程材料的选择也提出更高的要求。尤其机械工程材料的使用对工程整体质量有至关重要的影响，需要在实际选材过程中考虑多方面因素。本文主要对机械工程材料选择方面的研究现状以及选材过程中材料数据库的应用进行探析。

机械工程材料在实际进行选择过程中要求遵循一定原则与步骤，其过程极为复杂。然而以往选材方式大多以设计人员主观经验为主，很难提高材料利用效率并使材料构件使用寿命延长。这就要求现代材料选择中需充分利用辅助选材手段如计算机技术等，并将材料的选择纳入成本考虑以及价值工程等内容中，为机械工程设计奠定坚实基础。

一、机械工程材料选择的主要研究现状

（一）从构件失效抗力角度分析

材料失效抗力主要指构建自身是否具备抗磨损、抗变形等能力，通过对构件参量进行表征以避免构件材料在使用前便出现失效的状况。以往失效抗力在研究过程中既需考虑到材料力学性能，也需构建相应的模型确定其在实际工况中的特性。如许多学者关于热作模具钢的失效分析过程中，通过测试材料寿命并分析模具寿命，得出模具设计选材的标准，其具体选材步骤主要体现在：①对用于零件成形的机械材料进行确定并结合模具使用条件，以此判断选择哪种模具以及具体抗力要求；②通过对模具时效形式的分析对抗力指标进行确定，选择满足指标标准的钢种；③对满足抗力指标要求且符合模具类型的钢种确定的基础上，判断是否与首相抗力指标以及其他指标相吻合；④进行选材过程中还需考虑到材料的来源、经济性以及是否便于生产管理等因素。这种选材方式的研究很大程度上为热模具的选材奠定理论基础。

（二）从绿色工程材料选择方面

现代经济高速发展的背景下，选材过程中不仅要求材料具有较高的性能，同时还将其与环境问题、资源使用方面连接在一起，由此产生绿色度概念。以往许多学者研究过程中对绿色度主要界定在材料的属性、能耗情况、对环境的影响以及使用周期等方面，并在此基础上提出“七点星形图”的方式，能够对材料绿色度进行评级，并跟评级结果确定材料的选择。这种方式在环保工程材料选择过程中可作为主要的参考依据。

（三）从注塑模具材料选择方面

关于注塑模具材料的选择，大多依靠注塑制品的相关指标，将满足性能指标要求的材料从所有模具材料中选择出来。以往研究过程中对其选材主要采用BP神经网络方式，其结合材料选择中的相关知识构建神经网络系统。设计人员在神经网络系统的应用下，无需大量查阅选材知识且不对人员经验做出要求，材料倾向程度可直接通过系统给定的材料选定度进行反映，有利于确定最佳材料选择方案。

（四）材料选择中计算机系统的应用

在信息技术发展的今天，机械工程材料在选择过程中充分利用计算机系统，常用的包括KBS系统或CES系统等，能够帮助设计人员从所有材料中选择满足工程要求的材料，并利用多目标优化的方式消除影响选材的因素。例如有学者在试验实际过程中主要利用数字逻辑方式，并配合非线性函数的使用，这样可分级规划候选材料，优选符合标准的材料。另外，从许多文献中也可发现，在利用计算机系统的同时，也可融入模糊设计定量的方式，根据模糊数学理论综合评判材料属性。

（五）定量评价方式的应用

这种选材方式主要根据系统工程理论，使系统整体囊括所有局部问题并进行处理。在材料选择过程中往往综合评价材料的关键性质与次要性质，通过许多研究学者总结的如成本分析方式或目标函数方式等进行材料性能的确定。但需注意这种定量评价方式在应用过程中需考虑材料内部结构以及结构间的关系问题。

二、机械工程材料选择中材料数据库的应用分析

（一）材料数据库的构成

材料数据库的产生主要针对大量数据难以处理的问题而提出，使材料系统中利用数据库技术能夠将材料物化性能、型号特征以及耐腐蚀特性等融入其中，并利用数据形式描述相关参数值的关系。该数据库在构成方面主要体现在材料信息内容、商业信息以及生产应用三方面，使用中用户只需将材料参数输入其中便可将满足条件的材料显示出来。当前在材料数据库研究方面已逐渐产生许多类型的材料数据库，如耐磨料磨损、航空、冷冲模具以及金属材料数据库等。

（二）材料数据库的现代研究发展

随数据库技术的快速发展，关于材料数据库的研究也逐渐完善，出现专家咨询系统以及以Web技术为基础的数据库系统。其中在专家咨询系统方面，其将许多材料选择信息融入其中，用户在优选过程中可根据给定的经验公式进行材料选择的推理与预测，如在研究过程中体现的合金设计系统，将元素信息、合金的信息以及经验方程式等融入其中，只需按照操作系统步骤便可完成选材。而以Web技术为基础的数据库系统可使用户直接在Internet中访问材料数据，具有一定的数据信息共享特征，可使材料的优选更为灵活。

结论

材料的优选是保证机械工程设计与质量的重要前提。实际选择过程中应充分结合以往研究的理论方法，并在此基础上探究新的优选方式，注重结合计算机系统与网络技术，以定量选择的方式取代传统定型选择方式，综合判断选材方案，以得出既符合工程要求，又可实现低成本目标的选材方案。

（作者单位：宁夏共享模具有限公司）