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產品結構設計中各類材料的選用

www.sjzgbw.live 2019-09-11 15:16 設計.世界 瀏覽(3132)

摘 要:設計者繪出零件圖后,要對零部件列出使用料件和重要選材因素,然后合理地選材
設計者繪出零件圖后,要對零部件列出使用料件和重要選材因素,然后合理地選材,包括以下三個步驟:

一、根據應用目的,列出部件的全部功能要求(并不是材料的性能),并盡可能定量化,例如:
1.在額定的連續載荷下允許的最大變形量
2.使用和運輸過程中所受的應力種類和大小:是否長期受力,是動態受力還是靜態受力
3.最高工作溫度
4.在工作溫度下允許的尺寸變化
5.零部件允許的尺寸公差
6.零部件的使用性能要求
7.零部件是否要求著色、粘接、電鍍等
8.要求儲存期多長,是否在戶外使用
9.有無耐燃性能要求等等

二、根據部件的功能要求,考慮使用性能數值(工程性能)和設計數據,提出目標材料(零部件材料)的性能數值,并通過這些性能要求來選定材料,即使這些性能估計是粗略的,也大大方便候選材料的篩選,為最終材料的選定提供有益的依據

選擇恰當材料性能是關鍵而且復雜的,因為零部件的某一功能常常含有幾種性能,例如在尺寸穩定性的要求中除尺寸精度外,還要考慮線脹系數、模塑收縮率、吸水性、蠕變性等等

零件的強度和剛度,除了從材料性能上考慮以外,還要從制品結構設計上如厚度和加強筋等等加以考慮

材料的成型工藝性、耐久性、經濟性等也都是選材時應考慮的因素,有時候,某些使用要求不一定能明確對材料性能的定量要求,如電鍍性往往要通過實際試驗或已有的經濟來篩選,又如塑料炮彈彈帶,要求材料經受高速沖擊、壓縮、扭擰、剪切等復雜的外力作用和高速高溫高壓氣流的影響,很難直接提出材料的定量性要求,因此,除了通過力學計算外,還可通過摩西試驗和探索試驗來推算受力情況,提出粗略的性能要求

三、最后,通過零部件工程性能要求與材料性能的比較來確定候選材料
選擇塑料時應注意下面幾個問題:
1.必須對選用材料的性能有較全面的了解,然后根據使用條件去考慮配方、工藝和制品設計等
2.塑料一般導熱性低,選用和設計要充分注意
3.塑料的線脹系數一般比金屬大,有的易吸水,因此尺寸變化較大,選用和設計時要考慮恰當的配合間隙和公差范圍
4.有的塑料有應力開裂傾向,設計時要盡量減少應力,制品設計要避免應力集中,或做適當的后處理并要嚴格控制加工工藝
5.有的塑料有蠕變和后收縮或變形的傾向,選用和設計時應充分注意
6.各種塑料有一定的使用強度范圍和允許接觸的介質以及能承受的壓力和速度極限,選用和設計時應該考慮

在產品結構設計的過程中,對產品的材料進行選型的時候,往往不知道選什么,下述表格給出一些參數,希望對產品結構設計師有所幫助
1.產品的使用環境,如果長期暴曬,就要選用抗紫外線的塑膠材料,普通ABS是不抗紫外線,如果是接觸食品的,就要采用食品級的材料等等
2.產品的性能特征,這個性能,就包含耐熱、抗沖擊能力、抗壓、耐磨、阻燃等等,比如長期在高溫下使用的塑料就要選擇熱變形溫度高一些的材料
3.安全性能,有的產品需要國家3C認證需求、國家CQC認證需求,這些材料都是需要慎重選擇的,常見的PBT是阻燃材料,還有阻燃級的ABS和PC等等
4.外觀,外觀的材料很常見,一般都是ABS或者ABS+PC,再就是PP、PC,只是價格不一樣,比如PP絲印就容易脫落,價格雖然便宜,但容易縮水,尺寸收縮較大,尺寸和質量都較難控制。ABS是最常用的,性價比較高,PC最貴,其次是PC+ABS,這些就要根據產品的定位來看了
5.最好就是要考慮可以更換材料,因為涉及到降低成本,這個是要考慮的,考慮這個就要考慮收縮率差不多的材料

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