三、材料、标准件、常用件和功能件的选择

初步设计了公共座椅方案后，张明和同学们开始面临椅子材料的选择问题。用哪种材料比较适合户外环境，同时具有较好的加工性能呢？

（一）材料的选择

材料作为产品的物质基础，不仅是产品结构、造型的载体，而且应能满足功能要求。不同的材料具有不同的性质与使用范围，从而直接影响到产品的功能。例如：选用含有一定比例砂的陶土制作的砂锅保温性好，可直接在火上加热，但表面粗糙，不易清洁；而用瓷土制作的瓷器，质地坚硬，表面光滑，便于清洗，但不宜在火上加热。

在产品设计中，为每个零件选用合适的材料对产品的性能极为重要。图3.11是设计人员在选择材料时要考虑的因素。

1．物理性能

物理性能主要包括强度、韧性、密度、熔点、颜色等。选择材料时，应考虑在产品的生产和使用过程中材料的物理性能能否满足要求。如：一般机械工程材料要求具有足够的机械强度、刚性、冲击韧性及加工性能等；电器工程材料除具有机械性能外，还要具备导电性、导热性、绝缘性或磁性等特殊性能；对于特殊环境使用的产品，还要考虑材料的化学稳定性等。

图3.11　选择材料时要考虑的因素

案例分析

自行车车架的材料对比

自行车的车架用什么材料才能称为好材料？从自行车的使用角度来看，车架的材料应满足三个条件：第一个是刚性强，受力变形小；第二个是强度高，可以承受很大的外力；第三个是韧性好，材料可以经过变形来吸收一定能量。

目前市场上常见的自行车车架材料有铝合金、钢和碳纤维等（图3.12~图3.14）。

铝合金与钢的对比：从以上三个条件上看，一般铝合金的性能都比不上钢，但自行车常用的材料还是铝合金。其原因就是在满足相同强度的条件下，用铝合金制作的自行车比钢制自行车的质量轻很多，人们在骑行和搬运时相对更轻松。

碳纤维与铝合金、钢的对比：碳纤维是一种复合材料，它的密度要比铝合金小，而强度比钢高，韧性比二者都强。因此，碳纤维比铝合金和钢更适合做自行车的车架。

虽然碳纤维更适合做车架，但是作为普通家用自行车还是不合算。因为长期在阳光下骑行，碳纤维中的树脂容易老化，碳纤维表面不耐刮擦，破损后雨水容易渗入多孔的碳纤维内部，大幅度降低其本身强度；另外，连接处的螺钉固定都有严格的力矩规定，加之价格过高，所以碳纤维自行车的主要消费者是骑行爱好者或自行车运动员，而非普通家庭。

图3.12　铝合金自行车　　　　图3.13　钢架自行车　　　　图3.14　碳纤维自行车

讨论：结合实际情况，分析高中生选择什么材料的自行车较为合适。

2．化学性能

化学性能包括毒性、腐蚀性、稳定性等。选择材料时，设计人员要熟悉材料的组成状况，不能仅仅根据商品的名称来选择。如设计日常用品时，设计人员要了解相关的国家标准，确保选择的材料无毒、耐腐蚀、人体可以直接接触等。

小贴士

我国颁布实施了许多有关食品包装的法律、法规、卫生标准及相关标准检验方法。食品包装材料主要分为五大类，分别为塑料制品、橡胶制品、纸制品、涂覆材料与无机包装材料。

3．加工成型性能

材料的性质是决定产品结构形式和成型工艺的主要因素。不同性质的材料需要不同的成型工艺。在一定的条件下，同样的材料通过不同的成型方法也能获得不同形态的产品。

材料应有良好的加工成型性，符合生产中成型、加工工艺和表面处理的要求，并与现有的加工工艺和设备相适应。例如：钢铁材料的加工，主要应用铸造、锻压、焊接和各种切削加工以及热处理和表面处理；塑料几乎可以注塑成任何形状复杂的形体；而木材可通过车、钻、刨、锯等方式，加工成各种形状。