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设计前须知!设备和产品的“选材方法”

  • 2022.12.14 16:25:21
  • 米思米
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在设计和开发时,无法绕过的一个项目便是对设备和产品的“选材方法”。在制造业,要使用包括金属材料和树脂材料在内的各种材料。这次介绍一下根据用途和目的进行选材的步骤。

 

设计前须知!设备和产品的“选材方法” 在选择设备和产品的材料时,需要从“功能”和“成本”两个视角进行

设计前须知!设备和产品的“选材方法”

在选择设备和产品的材料时,首先要从“功能”和“成本”两个视角着手。即使再廉价无法使用也没有意义,反之,功能再高级,如果价格过于高昂也难以使用。可以说两者平衡的状态才是最好的设计。在机械设计和产品开发时,应同时考虑“功能”与“成本”的平衡,选择材料。

 

 

设计前须知!设备和产品的“选材方法” 决定功能的3个性质

那么材料的“功能”究竟是什么呢?材料的“功能”有如下三方面内容。

  • 机械性质
    主要是与“强度”有关的性质。指在加工成设备和零件时能够承受外力的性质。作为材料的性质,包括强度、硬度、韧性等。具体来说,不锈钢和钢铁都属于坚固的材料,而铝等则为不太坚固的材料。

  • 物理性质
    主要是如重量、电、热量等“物理”性质。是在加工成设备和零件时所具备的针对使用条件的性质。研究力以外的功能,如是否导电,热量会造成多大程度的膨胀,是否会对磁铁有反应等。作为材料的性质,包括比重、导电率、热膨胀率、磁性等。例如,希望对磁铁有反应、易于导热或导电的材料时, 就选择碳钢材料。

  • 化学性质
    是有关氧化(生锈)和是否易于与化学品等反应的性质。它是用于设备和零件时所具备的针对环境的性质。研究材料不会因周围环境(如溅到水或海水的部分、暴露于酸或油的部分等)而腐蚀的功能。即耐腐蚀性这一材料性质。例如,铁和钢铁材料在部分情况下会腐蚀,但不锈钢和铝则不易腐蚀。

设计前须知!设备和产品的“选材方法”

 

设计前须知!设备和产品的“选材方法” 决定产品成本的3个重要因素

为了尽可能低成本地制造具有同样功能的设备或零件,选材很重要。而在选材时关系到成本的有以下三个重要因素。

  • 材料本身的价格
    这个容易理解。金比铁贵、银比铜贵,这点任何人都能够想象得到。即使同样都是金属材料,同样都是树脂材料,但种类和等级不同,材料本身的价格也会有差异。具体来说,不锈钢往往要比钢铁材料价格高。

  • 获取材料的难易度
    获得获取所需材料的难易度与获取材料本身的难易度略有不同。简言之,要看材料是否普遍在销售、流通。例如,即使是相同钢材,材料制造厂家根据板材、圆棒材、块材等形状,选择是否经销。还有加工成较易使用的形状来销售的,如钢筋中常见的工字钢或L型钢等材料。如果是材料制造厂家经常使用的一般性材料,可以较低价格获取。另外,还可以拥有多个供应商,有助于发生灾害等时的风险对冲。相反,即使材料本身价格很低,如需购买特殊形状,也会增加成本。

  • 材料的加工难度
    在机械设计和产品开发中,成本问题并非仅由材料的价格决定。在加工过程中产生的成本也影响到设备和零件的价格。例如,你想制作硬度大的零件,试图购买坚硬的材料来进行机加工等,由于坚硬的材料加工难度相应较大,因此加工成本就会增加。所以有购买硬度易于加工的材料并在机加工等机械加工后进行淬火等热处理的方法。另外因需要高强度钣金零件而增加板厚,仍然会增加塑性加工的成本。即使模具价格略有增加,通过在设计方面追加加强筋或立壁等方式,也能将成本控制在较低水平。

设计前须知!设备和产品的“选材方法”

 

设计前须知!设备和产品的“选材方法” 总结

在选择产品材料时,平衡材料的性质和成本这两点最为重要。


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