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一课时产品制造有四个因素，那就是设计、材料、制造和检测。四者的关系演变如下：材料与产品的关系在这四个要素中，设计是灵魂，因为设计决定机械产品的性能、品质与先进性；材料是基础，没有材料，机械产品就无从谈起，因此选材正确与否，直接影响机械产品的性能、耐久性和成本；制造是关键，理想的设计、正确的选材，只有通过制造才能做出实用、有竞争力的机械；检测是保证，机械产品质量的控制决定于检测装置和手段的精确程度。（1）材料的性能。材料性能包括使用性能和工艺性能。使用性能因产品的性质而不同，如用于高速旋转的部件，比强度和比刚度是首要考虑的问题。在有些情况下，线胀系数是关键，如用于急冷急热的部件，高线胀系数容易产生热疲劳火脆性材料的炸裂；但是在某些情况下，利用线胀系数的变化实现管材的连接，如此种种，都说明材料的力学性质、物理化学性质对机械制造有着决定性的作用。三设计选材注意要点选材过程中，材料的工艺性能也不容忽视，有时甚至是决定性的。工艺性能不佳，成品率就低，因而增加产品的成本。我国有关机械制造的热加工工艺落后，铸锻件的成品率与国外存在明显差距，因而造成能耗高、污染严重、产品成本高。为此，必须重视精密成形，由此可以节材50%-90%，减少加工工时30%-70%，生产成本可降低20%-50%。材料的工艺性能涉及面极其广泛。对金属材料来说，从冶炼到铸造，到轧制成板材，锻造成锻件，都存在收得率或合格率问题；板材的伸冲性能与焊接性能，以及冷加工性能都影响着产品的质量和成本。（2）材料的价格（成本）根据产品的种类和性质不同，材料价格差异很大。如建筑材料为1，则汽车、军机材料分别为10和1500，生物医用材料高达50000。因此对后者质量要求十分严格，而对建材来说，产量和廉价工艺更为重要。影响产品价格因素很多，材料是其中之一。一般来说，材料在机械产品中的成本10%-20%,如表1.4-6（3）材料的质量与质量控制材料质量对机械产品有决定性作用。不同产品对材料质量要求不同，主要体现在所规定的材料标准之中，包括国家标准、行业标准和企业标准。标准是根据标准差来确定的。当材料或零件在大批量生产时，逐个检查费时费力，有时甚至是不可能的。一般采取抽样检查，根据检查结果来定是否可以投产或出厂。（4）材料的供应问题材料是机械制造的基础，材料的供应资源往往是限制材料发展的因素之一。材料由于缺陷在不同阶段所造成的损失有如下论述：如在草图阶段发生问题为1时，则生产阶段为10，终检阶段为100，出厂使用阶段为1000，产品改型则为10000，但是对材料质量的要求因产品而异，必须考虑经济性、现实性和必要性。对结构材料来说，没有缺陷的材料是不存在的，关键在使用条件下，缺陷的发展速度是否在寿命期内足以发展到失效的程度，只要在使用寿命期内裂纹的扩展在一定安全系数范围内，缺陷还是允许存在的。因此对材料质量要求和加强监测之间有一个折衷的选择，如图1.4-34所示，当材料质量要求非常严格时，生产成本大为增加，对检测的投入可以少一些；而当对材料质量不太严格时，生产成本可以减少，但要加强检测，以保证符合标准所规定的要求，则检测设备与人力的投入大为增加。二者之间存在一个折衷选择（trade-off），是成本降到最低。当然对实行6σ管理时，重点在于保护生产质量，而不能在很多合格与不合格品中挑选合格品，因为在混有不合格品中挑选合格品难免有漏检的机会。但前者成本过高，所以一般在二者之间采用折衷选择。产品设计选材过程中容易出现的几个误区1）要重视材料的综合性能，切忌单一追求高强度指标在机械设计选材时往往喜欢追求高强度指标，认为强度高则安全系数高，孰不知一般来说，材料的强度愈高，裂纹扩展率也愈高，一旦出现裂纹，或构件表面已存在缺陷，在受力条件下，裂纹很快扩展而导致断裂。相反，强度低的材料对裂纹敏感性差反而安全可靠。而且高强度钢的氢脆敏感度大，因而钢中氢容许量因强度的提高而锐减，高含氢量容易发生滞后断裂。2）要重视在接近使用条件下材料及构件的力学性能实验室的材料或构件的性能往往与实际情况相去太远，如果不重视使用环境的条件便很难得出正确的选材。图1.4--36是不同强度、不同环境和不同状态的钢在疲劳应力下表现的示意图。（国标上数据可作为参考数据）可以看出，钢的强度级别不同，缺口的影响也不同，腐蚀介质的作用也不一样，但是总的趋势是强度愈高，缺口敏感性愈严重，腐蚀介质的作用愈明显。如在缺口与腐蚀介质的共同作用下，效果就更突出。此外，材料在不同疲劳载荷谱的作用下，都会有不同的表现，因为材料会发生锻炼效应而寿命有所提升，也可能因受到过度损伤而加速破坏，因此，材料或零部件只有在接近使用条件下的试验才可以得到正确结果。材料在疲劳与蠕变的交互作用下，会加速其破坏过程，因此，单项测试数据不能作为设计的惟一依据。再一个容易忽略的问题是不能用小样品测试的数据来做为设计大体积、宽厚结构的依据，因为二者的力学性质差异很大，特别是塑性和裂纹扩展率。上述问题都是在材料工程化过程中急待解决的问题。3）机械产品质量的减小主要决定于材料密度的减少，而强度、模量的影响较小。在设计过程中往往有一种错误的估计，即强度提高1倍，机械产品的质量可减小一半。根据力学计算，材料强度或模量的提高，只能部分降低产品的质量，如图1.4-37。所以为了降低产品的质量，重要的是选择密度小的材料而不能主要依赖强度的提高。4）要高度重视部件的应力集中因子机械制造离不开孔、沟、槽及粗细过渡等应力集中部位，部件的断裂往往就从这些地方开始。表1.4-9为飞机机翼不同零件发生断裂的次数，可以看出，凡是带螺纹或孔的零件都容易发生断裂，这就是应力集中所致。螺纹、螺栓、孔和轴肩都是应力集中之所在．它们占了所有破坏部件的70%以上，由此说明应力集中系数的选择十分重要。解决的办法一是曲率半径尽量加大，另一种办法是使圆弧部位产生压应力，如喷丸、渗碳、渗氮等，最重要的是选用塑性好，无缺口敏感的材料。应该指出，用光滑样品侧出的塑性相同的材料，其缺口敏感性可能不相同，要通过实验来确定，这就要求设计人员与材料工作者的密切合作。5）机械设计人员与材料工作者要密切合作，才能做到合理选材设计人员往往根据材料的已有数据进行设计，而材料数据往往与其生产流程和微观结构密切相关，材料工作者只有严格把关，才能保证数据的可靠性和重复性，使设计人员所采用的数据切实可靠。另外，材料的某些弱点可以通过设计人员的优化设计来克服，如结构陶瓷的脆性问题至今仍难以大幅度地改善，陶瓷学家寄希望于设计人员合作．改变目前的设计方法和理念，采取措施使陶瓷能广泛应用于机械产品，利用陶瓷耐高温、耐磨损、膨胀系数小等特点，使机械制造更上一层楼。选择材料的基本原则在理解了零件的使用要求和掌握了材料的机械性能的基础上，一般考虑以下几方面：1.强度首先考虑承受载荷的状态和应力特性。在静载荷下工作的零件，可以选用脆性材料制造。当载荷带有冲击时，应主要使用塑性材料。对于承受弯曲或扭转应力的零件，由于应力在横截面上分布不均匀，可以采用复合热处理，如调质和表面硬化，使零件的表面与芯部具有不同的金相组织，提高零件的疲劳强度。对于接触应力大的零件，可以对材料进行局部强化处理，如调质、渗碳、渗氮等，改善材料的表面性能。当零件承受交变应力时，选择耐疲劳的材料。组织均匀、韧性较好、夹杂物少的钢材的疲劳强度都较高。零件的结构形状、表面状态和热处理方法对疲劳强度有明显的影响。受冲击载荷较大的零件，应选择冲击韧性较好的材料制造。2.刚度弹性模量是材料影响零件刚度的唯一机械性能指标，而各种材料的弹性模量相差不大，故改变材料对零件刚度的影响不明显。由于结构形状对零件的刚度有明显的影响，设计中常通过改变结构来调整零件的刚度。3.磨损零件表面的磨损是一个十分复杂的过程，耐磨性材料的选用原则很难简单地说明。在一定条件下，摩擦系数小且稳定，耐磨性好、磨合性好的材料称为减摩材料。钢－青铜、钢－轴承合金组成的摩擦副就具有良好的减摩性能。4.制造工艺性当零件的结构复杂，尺寸较大时，宜采用铸件或焊接件制造。这对材料提出了铸造性、可焊性的要求。采用冷拉或深拔工艺制造的零件，如键、销，要考虑材料的延伸率和冷作硬化对材料机械性能的影响。当零件在机床上的加工量很大时，应当考虑材料的可切削性能，减小刀具磨损，提高生产效率和加工精度。5.材料的经济性根据零件的使用要求和制造的数量，综合考虑材料本身的价格、材料的加工费用或毛坯材料的费用（如铸件或切割的钢板）、材料的利用率等选择材料。有时可以将零件设计成组合结构，用两种材料制造，如蜗轮的齿圈和轮毂、滑动轴承的轴瓦和轴承衬等，从而节省贵重材料。当零件在一些特殊环境下工作时，如高温、腐蚀性介质，应当参考有关的专业文献选择材料。标准化的原则标准化具有重要的经济意义，标准化的优越性表现为：1.把相同零件的型号与尺寸限定在合理的数量范围内，可以采用先进的工艺对标准零件进行专业化、大批量、集中制造，从而保证质量，降低成本。2.技术条件、检验及试验方法的标准化，有力于提高零件的可靠性。3.在设计中采用标准零件和部件，可以提高设计效率，使设计者把更多的时间与精力用于创造性的工作。4.标准化程度高了，便于机器的制造与维修工作。通用化与标准化密切相关。通用化是在减少与合并产品的型式、尺寸及材料的基础上，使零件和部件尽可能在不同规格的同类产品上通用。这也有利于产品的流通及维修。在经济一体化、全球化的形势下，通用化具有十分重要的意义。