LCA(低成本自动化)中使用的结构材料基本上都是金属材料。尤以铁基材料为主。除结构材料外,执行器(电动机、气缸等)等控制设备和运动传输元件(同步带、输送机)上还使用了塑料和复合材料。在本期栏目中,主要介绍金属材料的概述。
(1)什么是金属
金属一般具有以下性质。其中,适用于LCA结构材料的性能主要是项目2.。
1. 常温下基本为固态
2. 坚固且易受外力作用而变形(易于加工和成型)
3. 外观有光泽
4. 易于导热导电
(2)什么是坚固且易受外力作用而变形的性质
【图1】中显示了铁和铝两种材料的应力-应变曲线。
【表1】中显示了2种材料的强度(抗拉强度)和硬度(HB)值。
【表1】铁与铝材的典型机械特性
抗拉强度(N/mm2) | 硬度(HB) | 密度(g/cm2) | |
S45C:机械结构钢 | 690以上 | 201~269 | (7.9) |
A5052:Al-Mg类板材 | 265 | 68 | (2.7) |
抗拉强度(或极限强度)是应力-应变曲线的最大应力值除以试样的横截面积所得的值。可以看出,S45C([照片1])的材料强度是铝材(A5052)的2.6倍。
【图1】中的铝材的应力-应变曲线显示出,铝的特性与铁不同,不存在极点(屈服点),而是表现出会因应力而连续发生变形的特性。这种延展较大的性质称为高延展性。利用铝材的这一特性,可以通过拉拔加工生产铝框。
铝材料的比重只有铁材料的1/3,所以我们希望将其作为一种轻质材料使用,但由于其材料强度低,不适合用作为支撑载荷的结构材料,而且,其硬度也较低,不具备耐磨性。(采用硬质防蚀铝处理和铝合金可以确保达到一定的性能水平。)