关于本次标题的内容，实际上就是机械设计所需掌握的能力之一。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，再努力也没用”，李敖的这句话可谓一针见血，也是无数人前赴后继的血泪良言。
其实机械设计是一个很宽泛的领域，这里面又划分了很多细分行业和专业，并且每个细分行业所注重和使用到的材料是千差万别的，这就是为何很多跨行的机械设计总是在前期容易出现失败和走弯路的原因，算是一种试错成本吧。
那下面就笔者所在的行业，以及本人对材料的一些粗浅认知做一个分享，当然这个内容一定是有局限性的，不一定完全正确，但是我相信这次分享的内容还是具有普遍适应性的，应该可以供大家参考。
通常我们在设计中选择一个零件的材料，会从以下几个方面来考量。
01 材料刚性是否足够
根据每次不同的设计要求，首先应该考虑的就是材料的刚性，因为刚性决定了产品设计的可行性，请牢记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磨损性的，所以选择的材料前必须要评估产品的使用范围，使用环境，使用强度等因素，综合评估出该零件材料所需的刚性。
例如我们设计一台立式加工中心时，通常对基础大件的材料选择HT300的灰口铸铁，因为该材料具有较好的刚性，而为何不可能选择塑料材质，因为塑料材质根本就没有强度和刚性，一旦受力就变形损坏了，所以刚性性能是选择铸铁的一个重要因素。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也经常被使用，基本上主要就是这两种。并且这里面有很多前人积累下来的经验，而我们的很多设计其实都是建立在前人的经验上去完成的。如果每个产品都从头去做一系列的强度验证或者可靠性试验，那真的黄花菜都等凉了，而市场需求是不等人的，只有充分利用前人的经验和成果，才能真正去赢得一个未来。
其实行业内有些“朋友”比较喜欢抬杠，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，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再去进行所谓的合理性论证，改进设计更现实一点。企业提供给我们资源是让我们帮它赚取更多的营收，而不是让我们来完成学术追求的，在企业讲究的就是如何快速的与市场对接，快速的将公司和员工的能力通过市场的需求来变现，这才是最真实的职场。所以作为职场人，一定要善于利用前人的经验和成果，那就是一座座金山，等待你的发掘和开采。
如果是非标工装设计行业，笔者个人觉得应该是45号钢和铝合金用得比较多一些；如果是机械加工的工装设计领域，那可能45号钢和合金钢会用的多一些，主要根据材料的刚性来判断，当然具体还得从实际的需求角度出发。
02 材料防锈如何处理
很多机械设计者往往会忽略掉这个问题，如何进行防锈处理其实是一个很重要的环节，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，很多人愿意为某个产品买单，并不单单是买一个功能，也是在购买一个外观和美观效果。如果是用于设备组装的零部件产品，一个生锈的零件就可能影响到整台设备的正常运行，甚至进一步影响到整条生产线的稳定稼动，所以作为一个产品设计者，一定要重视零件的防锈问题。
例如经常被用到的45号钢如何做防锈处理，通常我们会选择发黑处理，这是表面处理行业中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，且可以让零件焕发出一种厚重感，给人以信心和可靠感。或者可以对零件进行喷漆和喷塑处理，这也是很多产品在外观处理上使用较多的方式；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润滑油脂或防锈液进行保护，这也是在机械加工工装中应用比较多的防锈方式。总之无论是何种防锈方式都需要选择一样去实施。
当然如果上述方式方法都不太适用，那可能就必须考虑更换材质，例如我们可以选择不锈钢，这样基本上就可以省去防锈处理这个流程，但是其实所谓的不锈钢并不是完全不生锈的，只是在一般使用环境中相对难生锈一些而已，如果在一些存在水雾、腐蚀性液体、污染性气体的特殊使用条件下还是会出现生锈现象。所以在设计零件或产品的过程中要充分的考虑其防锈问题。
03 材料稳定性是否合适
在产品设计的过程中选择一个零件的材料，必须要考虑该材料的稳定性。例如前面举例说明的HT300灰口铸铁，为何机床的大件都是采用这种材料，也是因为该材料在使用中有着非常好的稳定性。无论是热稳定性还是它的材料组织稳定性都非常好，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。如果我们选用钢铁材料来做机床的基体，那可能加工出来的零件精度是合格，但是装配完成后可能就会发生各种几何变形，物流运输到客户手上又会再次变形。总之就是它的尺寸可能会不断的变化，随着温度，湿度和振动等环境的变化而随时变化。这对于一个要求实现高精度加工的产品而言，简直就是噩梦。所以在材料冷热稳定性上的评估是非常关键的，也是决定产品设计成败的重要因素。
笔者的公司最近购买了一台机床，其工作台是灰口铸铁，材质是HT200的。可能因为工作台设计强度不够，太单薄了，也可能在其铸造完成后没有经过二次时效处理。所以该机床购买回来后，工作台面的精度一直在变，我们自己重新研磨和调试后还是在变化。这种情况根本就没有办法调试到理想的状态，更别提后续如何正常使用了。这样的产品在实际上就是个废品，虽然从外表上看，什么功能都齐全，而且各种动作都能够做出来，操作系统也很正常，但是最重要的台面精度没有保证，我们就没法去确保最终的加工精度。所以作为一个设计工程师，一定要慎重考虑材料的稳定性。
04 材料加工性能是否合适
材料的加工性能其实是考验机械工艺工程师的内功，当然对于机械设计工程师来说还是要有基本的概念。往往加工图纸在设计完毕后，一般会有机械工艺的工程师签会审的名字，在他的审核工作中，也包含对零件的材料进行加工性能的评估。
何谓材料的加工性能，说得直白一点就是零件是不是易于加工。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。所以很多场合虽然出于防锈的考虑，选择了不锈钢材质，但是后续在其加工上就可能存在一些障碍。例如在不锈钢上加工小孔，特别是螺纹孔，比如M3的螺纹，这个作业就是很麻烦的事情，既容易断钻头，也容易断丝锥，很多工人都不愿意干，如果是必须要做，价格也会非常高，不仅材料费用高，加工费用更高，相比45号钢要高出一大截。
而HT300的加工性能就非常好，这也是为何机床大件都会选用这种材料的主要原因之一。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。如果是比较成熟的加工工艺，会在零件的半精加工前加一道时效处理的工序，这样可以极大的去除在前几道工序中零件所产生的加工应力，并最终保证精加工工序的精度稳定性。
材料的加工性能并不单单影响零件自身的加工，也牵涉到刀具的选择，加工机床的损耗，加工效率的改善等等。这是一个综合的评估和选择过程，值得认真去学习和研究，也是一位设计工程师所需标配的能力。
05 材料成本如何节省
零件最终的生产成本，其实就是基于以上几个因素的一个综合反映。如果选择的材料刚性差，不达标，最终要颠覆重来，这就意味着很大的成本损失；如果选择的材料不好做防锈处理，那就意味着影响正常使用和外观不佳，卖不出去，也是成本积压；如果选择的材料稳定性差，产品精度总是不稳定，一样会卖不出去，还是成本积压；如果选择的材料加工性能不好，那加工成本就会上升，还是和成本息息相关。所以一个产品设计的优劣评估，除了要从功能上来审核之外，也需要同时从成本上来评价。
06 最后
一位优秀的机械设计工程师，一定会基于以上各个因素来统筹考虑产品和零件设计。如果完全没有这样的认知，那基本也谈不上是合格的设计师，顶多也就是个绘图员而已。
笔者本次分享的主要是选择一个零件材料的主要因素和考量角度，一般应该从那些方面去入手，切入点在哪里。工作中只有掌握了这些基本思路，才能通过具体的方法找到适合自身需求的材料，否则很容易陷入无从入手的境地。
