高阶篇：1.2）材料和工艺的选择

本章目的：正确选择材料和工艺，兼顾可靠性与创新。

1.前言

从产品的概念设计起到样机结束阶段，零件材料和工艺的选择，都会有涉及。

这些选择是非常重要的，常常会影响产品的走向。

作者在这里介绍两类材料和工艺的选择办法。

一类常用且可靠性较高，但设计容易限制在藩篱内。

而另一类是打破依靠经验和惯性来设计产品的，多用于创新型设计，但耗费的时间和精力就较多。

合理选择吧。

2.常用的材料工艺选择办法

2.1 沿用同类产品材料和工艺

沿用同类产品的材料工艺是最牢靠最省时间的办法。

没错，就是抄。如果你喜欢好听一点的词，可以称之为“沿用”、“模仿创新”等。请不要考虑丢脸之类的，这才是最保险最可靠的方式，结构设计最初的考量抄袭才是正确的。

如何很好地抄袭，也是考量一个工程师的功底的。比如塑胶件的材料码的寻找，钣金压铸等通用材料选择等。

从专利规避上讲，作者还没有看过材料抄袭侵犯专利的。

从可靠性设计的依据来看。FMEA手册（质量五大工具的泰山北斗）中有明确记载，如下：

所以，这种“沿用”，是有非常强大的理论依据的，别说不会。

而且从FMEA表中看出，越是创新，需要肩负的风险越大。并不是说创新不好，但希望读者理解风险的概念。

“沿用”的顺序依次是：

1）标杆产品/竞品的材料和工艺；

2）同类产品的材料和工艺：比如车用产品就可以抄同一系统或子系统下的产品的材料和工艺，因为工作条件几乎是一样的；

3）听取材料供应商意见。在有实物保证的前提下，采用满足条件的材料（这条必须慎重采用！）。

作者一直在想，如何很好地表达这种理念。核心点在于，遇到了问题首先需要“找现有方法”，而不是去“想新方法”。

2.2 专用的材料工艺数据库

一般国内的公司很难有这个东西，暂时也不想多写。

但一些较正规的公司会有自己的结构设计指南或手册，在手册中会详细叙述公司内部所用的材料以及其牌号，这是极好的。

有心的读者可以收集相关的手册及其中材料和牌号，转换成一般的国标牌号，建立自己的材料数据库。

3.创新性材料工艺选择办法

3.1 创新意味着打破惯性

不要小看工程师自己的惯性。做塑胶件的工程师设计产品会第一时间选择塑胶工艺，钣金工程师会选钣金，机械加工工程师选机加，其他同样。这个在国外是做过数据调查的。如下图：

所以，当工程师需要创新性设计时，常常需要具体的方法，而不是经验。经验反而是一种束缚。

作者提供几种方法。

3.2 材料工艺兼容矩阵

这可是一个好方法。

从DFM总章节中我们了解到制造工艺有其限制。

为了制造一个特定的零件，需要选择适当的工艺，它的基础是零件的各种所需属性要和不同工艺性能之间配合良好。且零件的所有功能决定之后，就可以用表列出重要的几何特性、材料特性和其他所需的属性。

这代表一种“购物单”，必须添上材料特性和工艺性能。在“购物单”上的属性和零件的最后功能有关，并且由几何形状和服务条件确定。

大多数零部件并不是由单一工艺产生的，而且需要不同的一些工艺来完成最后零件所需要的属性。特别当成形工艺作为初始工艺时，需要用材料切削和精加工工艺来产生零件的一部分或者最后的特性，这种情况就很典型。很明显，把许多工艺结合在一起使用是必要的。单一工艺通常不能完成零件的所有最终属性。但请紧记，DFMA分析的目的之一简化产品结构并强化零件。

经验表明，充分利用初始制造工艺的各种性能，提供零件尽可能多的所有属性，一般来说这样是最经济的。

//就是说，如若想要省钱，能一次注塑成形了事，就不需要增加机加工来处理等。