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這就是所謂的設(shè)計(jì)能力之一吧，其實(shí)一個(gè)好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在材料的選擇上至關(guān)重要，甚至到了生死存亡的地步，“材料不對(duì)，一切白費(fèi)”，這并不是一句單純的行業(yè)告白，而是多少人前赴后繼的血淚良言。
其實(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)很廣泛的概述，這里面又分了很多細(xì)分行業(yè)和專業(yè)，而且每個(gè)細(xì)分行業(yè)所注重和用到的材料是完全不一樣的，這也是為什么很多跨行的機(jī)械設(shè)計(jì)總是會(huì)在前期有很多失敗和彎路的原因，也算是一種試錯(cuò)成本吧。
那下面就我所在的行業(yè)，以及本人對(duì)材料的一些粗淺認(rèn)知做一個(gè)分享，當(dāng)然這個(gè)內(nèi)容一定是有局限性的，不一定正確，但是我分享的選擇方法還是具有普遍適應(yīng)性的，可以供大家參考。
通常我們選擇一個(gè)設(shè)計(jì)零件的材料，會(huì)從以下幾個(gè)方面來選擇。
01 材料剛性是否足夠
根據(jù)你的設(shè)計(jì)要求，首先要考慮的就是材料的剛性，因?yàn)椴牧系膭傂詻Q定了你的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性，記住，我們是在做一款產(chǎn)品，產(chǎn)品是需要在實(shí)際工作中使用的，是需要一定的穩(wěn)定性和耐糙性的，所以我們選擇的材料一定要考慮產(chǎn)品的使用范圍，使用環(huán)境，使用強(qiáng)度等等因素綜合來考慮對(duì)零件材料的選擇。
例如我們做一臺(tái)立式加工中心，我們通常對(duì)基礎(chǔ)大件選擇的是HT300的灰口鑄鐵，因?yàn)檫@種材料具有較好的剛性，為什么我們不選擇塑料材質(zhì)來做，因?yàn)樗芰喜馁|(zhì)根本就沒有強(qiáng)度和剛性，一受力就掛了，所以這是我們選擇的一個(gè)原則，當(dāng)然灰口鑄鐵有很多種，例如HT200、HT250等等，為什么我們要選擇HT300呢？因?yàn)镠T300的硬度更高一點(diǎn)，其實(shí)HT250也是經(jīng)常選擇的一種，但是基本上也就是這兩種了，這里面有很多前人們積累下來的經(jīng)驗(yàn)，我們的很多設(shè)計(jì)其實(shí)都是建立在很多前人們的經(jīng)驗(yàn)上去完成，如果每個(gè)產(chǎn)品都去做一些列的強(qiáng)度或可靠性的試驗(yàn)，那真的黃花菜都涼了，市場(chǎng)需求是不等人，我們只有充分的利用前人的經(jīng)驗(yàn)和成果，我們才能真正去贏得一個(gè)未來。
其實(shí)很多“朋友”一直就喜歡抬杠，總是說沒有經(jīng)過校核和試驗(yàn)的設(shè)計(jì)就是不負(fù)責(zé)任，但是前人設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都在市場(chǎng)上運(yùn)行了幾十年了，而且市場(chǎng)的保有量都在幾萬臺(tái)以上，對(duì)于這種成熟型產(chǎn)品根本就不需要去進(jìn)行所謂的論證，改進(jìn)設(shè)計(jì)也要現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)，企業(yè)給你錢是讓你幫他賺就更多的錢，而不是讓你來完成你的學(xué)術(shù)追求的，在企業(yè)講的就是如何快速的與市場(chǎng)對(duì)接，快速的將自己的能力通過市場(chǎng)的需求變現(xiàn)，這才是最真實(shí)的職場(chǎng)現(xiàn)狀，所以作為一個(gè)企業(yè)人，一定要善于利用前人的經(jīng)驗(yàn)和成果，那就是一座座金山，等待你的發(fā)掘和采納。
根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)，非標(biāo)工裝設(shè)計(jì)，我個(gè)人覺得應(yīng)該是45號(hào)鋼和鋁合金用得比較多一些，如果是機(jī)械加工的工裝設(shè)計(jì)，那45號(hào)鋼和合金鋼會(huì)用的多一些，如果是自動(dòng)化行業(yè)的工裝設(shè)計(jì)，那鋁合金可能會(huì)用得多一些，主要還是更具剛性來判斷，當(dāng)然具體的情況，還得從你自己的角度出發(fā)。 02 材料防銹如何處理
很多機(jī)械設(shè)計(jì)者往往會(huì)忽略掉這個(gè)問題，如何防銹處理其實(shí)是一個(gè)很重要的問題，這不僅關(guān)系到產(chǎn)品適用的穩(wěn)定性，也關(guān)系到產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，對(duì)于工業(yè)技術(shù)產(chǎn)品慢慢開始與藝術(shù)接軌的今天而言，忽略產(chǎn)品的外觀簡(jiǎn)直是不可原諒的過錯(cuò)，很多人愿意為你的產(chǎn)品買單，并不單單是買一個(gè)功能，也是在購買一個(gè)心情，購買一個(gè)建立在可以欣賞基礎(chǔ)上的實(shí)用物，所以我們作為一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)者，一定要極度的關(guān)注零件的防銹問題。
例如我們經(jīng)常使用的45號(hào)鋼如何防銹處理，通常我們會(huì)選擇“發(fā)藍(lán)”處理，這是工業(yè)產(chǎn)品針對(duì)該材料做得最多的一種防銹處理方式，該方式的價(jià)格低廉，而且可以讓零件煥發(fā)出一種厚重感，給人以信心和可靠，或者對(duì)零件進(jìn)行噴漆和噴塑處理，這也是很多產(chǎn)品，特別是外觀處理上使用很多的方式，或者根據(jù)環(huán)境的使用要求，對(duì)零件不進(jìn)行單獨(dú)的處理，而是在使用過程中利用封油或防銹液進(jìn)行保護(hù)，這也是在機(jī)械加工工裝中用得比較多的方式，無論是什么方式我們都得選擇一樣。
當(dāng)然如果上述方式都不太適合，那我們就必須跟換材質(zhì)，例如我們可以選擇不銹鋼，這樣就可以基本上杜絕防銹處理這個(gè)尷尬了，但是很多所謂的不銹鋼其實(shí)并不是完全不生銹的，只是相對(duì)難生銹一些而已，所以在使用過程中，我們還是要充分的考慮零件或產(chǎn)品的防銹問題。
03 材料穩(wěn)定性如何
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，我們選擇一個(gè)零件的材料，同時(shí)還要考慮該材料的穩(wěn)定性，例如我們前面舉例說明的HT300灰口鑄鐵，為什么機(jī)床的大件都是采用這種材料，就是因?yàn)檫@種材料在產(chǎn)品的使用過程中，有著非常好的材料穩(wěn)定性，無論是熱穩(wěn)定性還是它的材料組織穩(wěn)定性等都非常好，而對(duì)于高精度機(jī)床這種特性的產(chǎn)品，這樣的材料就是非常好的選擇，如果你選擇用鋼來做這樣的基體，那可能你加工的零件時(shí)合格，但是裝配后就會(huì)發(fā)生各種幾何變形，發(fā)到客戶手上有又會(huì)再次變形，總之就是在不斷的變形中，它們可以隨之溫度，濕度和振動(dòng)等環(huán)境的變化而隨時(shí)變化，這對(duì)于一個(gè)高精度要求的產(chǎn)品而言，簡(jiǎn)直就是噩夢(mèng)，所以在材料的溫度性上考慮是非常關(guān)鍵的一個(gè)因素，也是決定一個(gè)產(chǎn)品成敗的因素。
我們公司最近購買了一臺(tái)產(chǎn)品，其工作臺(tái)是灰口鑄鐵，可能是HT200的，因?yàn)榱慵脑O(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠，太單薄了，還有就是可能在零件鑄造完成后沒有經(jīng)過二次時(shí)效處理，所以機(jī)床購買回來后，工作臺(tái)面的精度一直在變，我們自己重新研磨和調(diào)試后還是在變化，這根本就沒有辦法調(diào)試，更別提后續(xù)如何正常使用了，這樣的產(chǎn)品在實(shí)際上就是個(gè)廢品，雖然從外表上看，什么功能都和齊全，而且各種動(dòng)作都能夠做出來，操作系統(tǒng)也很正常，但是最重要的精度沒有，我們需要的是加工精度，這對(duì)我們來說就沒有任何意義了。所以作為一個(gè)設(shè)計(jì)工程師，一定要考慮材料的穩(wěn)定性。
材料的穩(wěn)定性就像情人之間的忠誠度，如果沒有這個(gè)忠誠度，任何海誓山盟，花言巧語，男才女貌都是假的，沒有意義，都是不可靠的。
04 材料加工性能如何
材料的加工性能，其實(shí)這是機(jī)械工藝工程師的內(nèi)功，當(dāng)然一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工程師還是要有基本的概念，這也是為什么圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完畢后，一定會(huì)有一個(gè)機(jī)械工藝的工程師簽一個(gè)會(huì)審的名字，因?yàn)樗枰獙?duì)這個(gè)零件的材料進(jìn)行加工性能的評(píng)估。
什么是材料的加工性能，說得直白一點(diǎn)就是零件是不是好加工，例如45號(hào)鋼就很好加工，但是不銹鋼就不好加工，這種材料不僅粘刀，而且切削性能也不好，硬度也較高，所以很多場(chǎng)合雖然我們處于防銹的考慮，選擇了不銹鋼材質(zhì)，但是有一些加工上就存在很大的問題，例如在不銹鋼上加工小孔，特別是螺紋孔，如M3的螺紋，這個(gè)是很麻煩的事情，既容易斷鉆頭，也容易斷絲錐，很多工人都不愿意干，如果是強(qiáng)行要做，那價(jià)格也是非常高的，不僅材料費(fèi)用高，加工費(fèi)用更高，相比45號(hào)鋼不知道要高到哪里去。
而HT300的加工性能就非常好，這也是為什么機(jī)床大件會(huì)選擇這種材料的原因之一，這種材料很容易加工，而且加工應(yīng)力也不大，相對(duì)來說很容易消除，做的好的加工工藝，會(huì)在零件的半精加工前加一道時(shí)效處理的工序，這樣可以極大的去掉零件前幾道加工工序產(chǎn)生的加工應(yīng)力，并最終保證精加工工序的精度的穩(wěn)定性。
材料的加工性能并不單純牽涉到零件的加工，也牽涉到刀具的選擇，加工母機(jī)的損耗，加工效率的低下等等，這是一個(gè)很綜合的因素，是值得每個(gè)設(shè)計(jì)工程師認(rèn)真去學(xué)習(xí)和研究的知識(shí)點(diǎn)，這也是一個(gè)設(shè)計(jì)工程師的標(biāo)配能力。
05 材料成本如何
零件的生產(chǎn)成本，其實(shí)這個(gè)成本就是基于以上幾個(gè)因素的一個(gè)綜合反映，如果你選擇的材料剛性差，不達(dá)標(biāo)，那意味著要顛覆重來，這就意味著成本，如果你選擇的材料防銹不好做，那就意味著不穩(wěn)定和外觀差，賣不出去，又是成本積壓，如果你選擇的材料穩(wěn)定性差，產(chǎn)品不好用，一樣是賣不出去，還是成本積壓，如果你選擇的材料加工性能不好，那加工成本就會(huì)上升，這還是關(guān)系到成本，一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的好壞，除了要從功能上來評(píng)價(jià)之外，還需要從成本上來評(píng)價(jià)。
如果你花一百萬做了一顆很完美的螺釘，你覺得這有意義嗎？有市場(chǎng)價(jià)值嗎？沒有，雖然你把事情做得很漂亮，但是這個(gè)事情沒有任何意義。
06 最后
一個(gè)好的機(jī)械設(shè)計(jì)工程師，一定是基于以上各個(gè)因素來統(tǒng)籌考慮產(chǎn)品和零件設(shè)計(jì)的，如果他都沒有這樣的認(rèn)知，那基本上也就談不上什么設(shè)計(jì)工程師，頂多也就是個(gè)繪圖員而已，他們是沒有思想和靈魂的，也就是一個(gè)工具，一個(gè)會(huì)呼吸的工具，低能而抱怨多。
當(dāng)然，我在這里分享的主要是選擇一個(gè)零件材料的方法，要從那些方面去入手，切入點(diǎn)在哪里，只有掌握了這些方法，你才能通過這些方法去找到適合自己特定需求的材料，否則你真的無從入手了。
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發(fā)表于 2022-12-20 13:57:20
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