机械设计人员如何选择零件材料？做好设计要掌握哪些材料知识？
一个好的产品设计，在材料的选择上至关重要，甚至到了生死存亡的地步，“材料不对，一切白费”，这并不是一句单纯的行业告白，而是多少人前赴后继的血泪良言。
其实机械设计(Mechanical Design)是一个很广泛的概述，这里面又分了很多细分行业和专业，而且每个细分行业所注重和用到的材料是完全不一样的，这也是为什么很多跨行的机械设计(Mechanical Design)总是会在前期有很多失败和弯路的原因，也算是一种试错成本吧。
通常我们选择一个设计零件的材料，会从以下几个方面青参考。
1 材料刚性是否足够
根据你的设计要求，首先要考虑的就是材料的刚性，因为材料的刚性决定了你的产品设计的可行性，记住，我们是在做一款产品，产品是需要在实际工作中使用的，是需要一定的稳定性和耐糙性的，所以我们选择的材料一定要考虑产品的使用范围，使用环境，使用强度等等因素综合来考虑对零件材料的选择。
例如我们做一台立式加工中心，我们通常对基础大件选择的是HT300的灰口铸铁，因为这种材料具有较好的刚性，为什么我们不选择塑料材质来做，因为塑料材质根本就没有强度和刚性，一受力就挂了，所以这是我们选择的一个原则，当然灰口铸铁有很多种，例如HT200、HT250等等，为什么我们要选择HT300呢？因为HT300的硬度更高一点，其实HT250也是经常选择的一种，但是基本上也就是这两种了，这里面有很多前人们积累下来的经验，我们的很多设计其实都是建立在很多前人们的经验上去完成，如果每个产品都去做一些列的强度或可靠性(Reliability)的试验，那真的黄花菜都凉了，市场需求是不等人，我们只有充分的利用前人的经验和成果，我们才能真正去赢得一个未来。
其实很多“朋友”一直就喜欢抬杠，总是说没有经过校核和试验的设计就是不负责任，但是前人设计的产品都在市场上运行了几十年了，而且市场的保有量都在几万台以上，对于这种成熟型产品根本就不需要去进行所谓的论证，改进设计也要现实一点，企业给你钱是让你帮他赚就更多的钱，而不是让你来完成你的学术追求的，在企业讲的就是如何快速的与市场对接，快速的将自己的能力通过市场的需求变现，这才是最真实的职场现状，所以作为一个企业人，一定要善于利用前人的经验和成果，那就是一座座金山，等待你的发掘和采纳。
2 材料防锈如何处理
很多机械设计(Mechanical Design)者往往会忽略掉这个问题，如何防锈处理其实是一个很重要的问题，这不仅关系到产品适用的稳定性，也关系到产品的外观质量，对于工业技术产品慢慢开始与艺术接轨的今天而言，忽略产品的外观简直是不可原谅的过错，很多人愿意为你的产品买单，并不单单是买一个功能，也是在购买一个心情，购买一个建立在可以欣赏基础上的实用物，所以我们作为一个产品设计者，一定要极度的关注零件的防锈问题。
例如我们经常使用的45号钢如何防锈处理，通常我们会选择“发蓝”处理，这是工业产品针对该材料做得最多的一种防锈处理方式，该方式的价格低廉，而且可以让零件焕发出一种厚重感，给人以信心和可靠，或者对零件进行喷漆和喷塑处理，这也是很多产品，特别是外观处理上使用很多的方式，或者根据环境的使用要求，对零件不进行单独的处理，而是在使用过程中利用封油或防锈液进行保护，这也是在机械加工工装中用得比较多的方式，无论是什么方式我们都得选择一样。
如果上述方式都不太适合，那我们就必须跟换材质，例如我们可以选择不锈钢，这样就可以基本上杜绝防锈处理这个尴尬了，但是很多所谓的不锈钢其实并不是完全不生锈的，只是相对难生锈一些而已，所以在使用过程中，我们还是要充分的考虑零件或产品的防锈问题。
3 材料稳定性如何
在产品设计的过程中，我们选择一个零件的材料，同时还要考虑该材料的稳定性，例如我们前面举例说明的HT300灰口铸铁，为什么机床的大件都是采用这种材料，就是因为这种材料在产品的使用过程中，有着非常好的材料稳定性，无论是热稳定性还是它的材料组织稳定性等都非常好，而对于高精度机床这种特性的产品，这样的材料就是非常好的选择，如果你选择用钢来做这样的基体，那可能你加工的零件时合格，但是装配后就会发生各种几何变形，发到客户手上有又会再次变形，总之就是在不断的变形中，它们可以随之温度，湿度和振动等环境的变化而随时变化，这对于一个高精度要求的产品而言，简直就是噩梦，所以在材料的温度性上考虑是非常关键的一个因素，也是决定一个产品成败的因素。
作为一个设计工程师，一定要考虑材料的稳定性。 材料的稳定性就像情人之间的忠诚度，如果没有这个忠诚度，任何海誓山盟，花言巧语，男才女貌都是假的，没有意义，都是不可靠的。
4 材料加工性能如何
材料的加工性能，其实这是机械工艺工程师的内功，当然一个机械设计(Mechanical Design)工程师还是要有基本的概念，这也是为什么图纸设计完毕后，一定会有一个机械工艺的工程师签一个会审的名字，因为他需要对这个零件的材料进行加工性能的评估。
什么是材料的加工性能，说得直白一点就是零件是不是好加工，例如45号钢就很好加工，但是不锈钢就不好加工，这种材料不仅粘刀，而且切削性能也不好，硬度也较高，所以很多场合虽然我们处于防锈的考虑，选择了不锈钢材质，但是有一些加工上就存在很大的问题，例如在不锈钢上加工小孔，特别是螺纹孔，如M3的螺纹，这个是很麻烦的事情，既容易断钻头，也容易断丝锥，很多工人都不愿意干，如果是强行要做，那价格也是非常高的，不仅材料费用高，加工费用更高，相比45号钢不知道要高到哪里去。
而HT300的加工性能就非常好，这也是为什么机床大件会选择这种材料的原因之一，这种材料很容易加工，而且加工应力也不大，相对来说很容易消除，做的好的加工工艺，会在零件的半精加工前加一道时效处理的工序，这样可以极大的去掉零件前几道加工工序产生的加工应力，并最终保证精加工工序的精度的稳定性。
材料的加工性能并不单纯牵涉到零件的加工，也牵涉到刀具的选择，加工母机的损耗，加工效率的低下等等，这是一个很综合的因素，是值得每个设计工程师认真去学习和研究的知识点，这也是一个设计工程师的标配能力。
5 材料成本如何
零件的生产成本，其实这个成本就是基于以上几个因素的一个综合反映，如果你选择的材料刚性差，不达标，那意味着要颠覆重来，这就意味着成本，如果你选择的材料防锈不好做，那就意味着不稳定和外观差，卖不出去，又是成本积压，如果你选择的材料稳定性差，产品不好用，一样是卖不出去，还是成本积压，如果你选择的材料加工性能不好，那加工成本就会上升，这还是关系到成本，一个产品设计的好坏，除了要从功能上来评价之外，还需要从成本上来评价。
如果你花一百万做了一颗很完美的螺钉，你觉得这有意义吗？有市场价值吗？没有，虽然你把事情做得很漂亮，但是这个事情没有任何意义。
最后 一个好的机械设计(Mechanical Design)工程师，一定是基于以上各个因素来统筹考虑产品和零件设计的，如果他都没有这样的认知，那基本上也就谈不上什么设计工程师，顶多也就是个绘图员而已，他们是没有思想和灵魂的，也就是一个工具，一个会呼吸的工具，低能而抱怨多。
当然，我在这里分享的主要是选择一个零件材料的方法，要从那些方面去入手，切入点在哪里，只有掌握了这些方法，你才能通过这些方法去找到适合自己特定需求的材料，否则你真的无从入手了。 |
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