上海正昊电力科技有限公司
摘要：机械工程材料的选用一直是机械设计中必不可少的环节，合理的选用机械工程材料能使机械设计少走弯路，做到降低设计成本，减少材料浪费，节约设计时间，提高设计效率和产品质量等。
关键词：工程材料 合理选用 机械设计 重要作用
一 机械工程材料的定义及分类
机械制造业中所用到的材料称为机械工程材料。金属材料和非金属材料是机械工程材料的两大类。其中，金属材料又分为黑色金属材料和有色金属材料，是机械工程材料中应用最广泛的材料。金属材料可以通过化学处理，物理处理，机械处理或者工艺方法来提升其力学性能，工艺性能得到优化。塑料、陶瓷、复合材料、橡胶、高分子化合物等都属于非金属材料。由于非金属材料具有许多独特的性能，在机械工程中的应用越来越广泛。
二 机械工程材料在机械设计中的应用现状
2.1 材料浪费现象严重
主要表现在两方面，一方面是非正常浪费，即人为浪费，选错料，下错料，领错料，设计用料出现失误等。另一方面则是正常浪费，设计余量，边角余料等。其中非正常浪费占比较大，是机械工程材料主要的浪费源。出现这种情况，与设计审核，选领料流程，机械成品的终检等密切相关。
2.2 产品废品率高
由于我国机械材料的运用与国外还存在一定差距，国外技术应用比我国稍强，技术应用上的差距，导致我国机械材料运用上，废品率高，钢铁材料的废品率最为明显，在2018年7月24日国新办就2018年上半年工业通信业发展情况举行发布会上，运行监测协调局副局长黄利斌先生指出，我国钢铁产能利用率为77.7%，而国外钢铁利用率高达90%左右。
三 机械工程材料的选用原则
3.1 材料的使用性能原则
材料的使用性能是材料选取最重要的依据，包括机械性能，物理性能和化学性能。机械性能又是主要的必能指标，主要参数有强度极限、屈服强度、弹性极限、断面收缩率、伸长率、冲击韧性和硬度等。只有零件强度达到要求，才能使零件正常工作且能保证其使用寿命。
3.2 材料的工艺性能原则
材料的工艺性能主要有：铸造、热处理、压力加工、焊接和切削加工等。材料加工所用的加工工艺性好坏会影响到零件质量、生产效率和生产所需成本。良好的加工工艺性可以大大减少加工过程中的动力、材料消耗、缩短加工周期及降低废品率等。
3.3 材料的经济性能原则
在材料满足使用性能和工艺性能的前提下，我们还要考虑材料的经济性，每种产品的成本高低会影响经济效益，产品成本包括多个方面：原料成本、加工费、生产管理费用、成品率等等。每种产品可能会有很多材料可供选择，但最佳材料的决定要综合所有的材料性能原则。
3.4 可靠性原则及资源、能源和环保原则也逐渐成为了机械工程材料选材的两个重要原则。
四 工程材料的合理选用在机械设计中的重要作用
工程材料的合理选用在机械设计中的重要作用主要表现在以下几方面：
4.1 降低设计成本
工程材料的合理选用可以降低设计成本。
产品设计需要经费，产品优化需要经费，产品试验需要费用，而这些都属于产品定型前的设计成本，每个设计方案完成后都要进行成本论证，将产品构成所需要的各种材料进行评估，尽管产品设计费用只占产品总成本的很小一部分，但却决定了产品成本的一大部分，所以，在设计过程中，合理的选用工程材料也就间接的决定了产品的一大部分成本。机械工程材料是构成产品的基本元素，如果不能合理选用工程材料，就会使设计成本变高，显然，这是任何企业或者公司不愿看到的。为了降低设计成本，必须积累选材经验，以更小的成本换取更大的利益。
4.2 减少材料浪费
工程材料的合理选用可以减少材料浪费。现在机械工程材料的应用现状很不明朗，浪费严重，废品率高。为什么会出现如此多的浪费？为什么废品率如此高？我们知道，产品的设计需要多个流程：设计准备，市场调研，设计定位及创意草图，产品设计效果图，机构设计，样机模型制作，样机性能测试，最后是批量生产。设计步骤虽然很多，但都是为了实现产品功能而设置。为了实现产品功能，会有很多材料可供选择。样机模型制作的时候，也许会使用多种材料，如果样机性能测试能够满足产品功能，可以在批量生产之前，对样机所需材料进行评估，合理的选用替代材料，避免批量生产后出现故障率高，使用寿命短等等问题。机械产品设计过程中，产品材料选用不合理，会在批量生产的过程中，出现大量浪费，比如，设计选用的材料在机加工过程中，因加工困难，报废率较高；材料选取不当，加工工艺麻烦，浪费大量时间与资源。所以，合理的选用机械工程材料，可以减少材料浪费，提高产品合格率。
4.3 节约设计时间，提高工作效率
工程材料的合理选用可以节约设计时间，提高工作效率。方案确定后，在产品设计时，会用到一些时间，这部分时间被分配到产品图纸绘制，产品所需材料的选用，产品样机制作，产品样机测试等环节。产品材料选用是否合理，会直接影响到样机测试环节及产品批量生产环节。往往会因为材料选用不合理，在样机制作及测试时，出现错误，浪费大量时间。当然，如果样机的制作及功能测试能够通过，完全符合产品功能要求，就要考虑如何节约设计时间，提高工作效率。昂贵的材料也许能满足功能条件，但任何一个企业都会在满足功能的条件下，考虑选用价格低廉的材料作为替代材料。任何企业或者公司考虑的也不仅仅是成本，还要考虑环境因素的的影响、人性化设计和产品外观等因素。在优化设计的过程中，就会浪费大量时间，使工作效率大打折扣。所以，合理的选用机械工程材料，可以减少设计时间，提高工作效率。
4.4 提高产品质量
合理选用机械工程材料可以提高产品质量。产品质量是决定产品成败的核心因素之一，产品质量不过关，就不会有效益，也没有人会去用质量不合格的产品。我们在产品设计时，合理的选用材料，就能少走弯路，将合理的材料用在产品上，可以将材料的利用率最大化，提高产品利益。假如所选材料不能满足工艺性能，加工过程中就会使工艺成本升高，也许材料本身价格低廉，但是，加工费用过高也就间接增加了设计成本。合理的选用机械工程材料，不仅要考虑使用性能，工艺性能，经济性能还要考虑可靠性及环保特性。在这些性能满足的情况下，选用的材料，可以大大提高产品质量。
五 结语
随着经济的发展，社会的进步，机械设计行业也在迅速发展，机械设计是其中一个重要环节。在机械设计过程中，基于机械工程材料的选用原则，机械工程材料的合理选用可以降低设计成本，减少材料浪费，节约设计时间，提高设计效率，保证产品质量。机械工程材料的合理选用，将会使机械设计更合理，产品成品率大大提高，也会成为间接推动机械行业发展的一股强大动力。
参考文献：
[1]王毓敏 《工程材料成形与应用》 重庆大学出版社 2005.1
[2]于永泗 齐民 《机械工程材料》 大连理工大学出版社 第八版 1988.8
[3]国新办就2018年上半年工业通信业发展情况举行发布会 中国网 2018.7.24
[4]李博 机械工程材料应用及前景展望分析 建材发展导向2016年4月
作者简介：刘玉铭（1990.02）男 山东曹县 汉 本科 机械工程师 上海正昊电力科技有限公司 研究方向：机械设计