1.3 材料的选择与规划

设计方案是通过材料物化实现的。虽然，科技已经达到可以根据特殊设计需要来研发新材料的水平，但是，一般技术设计方案的实现，还是在现有材料中进行选择和规划。

一、选择材料

在技术设计方案的实现过程中，能否正确、合理地为每个零部件选择材料，直接影响技术产品的性能、成本、外观、制作流程等。

1．选择材料的一般原则

产品是用来满足人的需求的，产品方案实现的选材要保障其在生产和使用过程中的安全性。材料选择还要从节约利用、减少环境破坏与污染等方面考虑，尽量选取再生、可再生和储藏量丰富的材料资源。制作产品的原材料还要符合国家的政策和法规要求。在保证实用功能的同时，合理运用材质自身的表面特征，努力使产品的实用与审美达到和谐统一。同时，还要分析材料的经济因素，优先选用价格低廉、运输及回收处理费用低的材料。并且，尽可能选用产品使用者的社会文化认同的材料，契合他们的文化特征。选择材料的一般原则如图3-3所示。

选择材料的一般原则

安全第一原则、契合文化特征原则、优质高效低成本原则

实用与美观和谐统一原则、遵守标准与规定原则、环保优先原则

图3-3 选择材料的一般原则

2．选择材料的方法

除了选择材料的一般原则，还可以从产品的使用性能及材料的加工性能等方面进行综合分析和试验，以此作为选择材料的依据。

必要时还要通过力学计算，才能准确选择所需材料。

案例           

轴类零件材料选择

轴类零件是五金配件中经常遇到的典型零件之一，它主要用来支撑传动零部件、传递扭矩和承受载荷，按轴类零件结构形式不同，一般可分为转轴（如图3-4所示，笔记本电脑翻开和闭合的轴）、心轴（如图3-5所示，自行车前轮轴）和传动轴（如图3-6所示，机动车驱动轴）等。

图3-4 转轴        图3-5 心轴        图3-6 传动轴

（1）轴类零件工作条件分析。

转轴在工作时，承受弯曲和扭转应力的复合作用，心轴只承受弯曲应力，传动轴主要承受扭转应力。此外，轴还会承受一定程度的过载和冲击。

（2）轴类零件的主要失效形式。

① 断裂，大多是疲劳断裂。

② 磨损，轴的相对运动表面的过度磨损。

③ 形变，发生过量扭转或弯曲变形。

④ 腐蚀，有时可能会发生腐蚀失效。

（3）轴类零件的主要性能要求。

① 具有足够的强度及良好的韧性，以防止断裂及过量变形。

② 具有高的疲劳强度，防止疲劳断裂。

③ 在相对运动的摩擦部位，应具有较高的硬度和耐磨性。

④ 具有一定的淬透性（可硬化性），保证轴的淬透深度为半径的1/3~1/2。

（4）轴类零件的材料选择及处理工艺。

根据工作条件、失效形式及性能要求的分析，不同种类的轴选择的材料及处理工艺如表3-3所示。

表3-3 轴类材料的选择及处理工艺