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  • 产品结构设计中关于各类材料的选用

    来源:www.nwovbc.com 发布时间:2019-10-26

    顶级工业设计2019.9.11我想分享

    绘制零件图后,设计人员应列出零件使用的材料和重要的材料选择因素,然后合理选择材料,包括以下三个步骤:

    首先,根据应用目的,列出组件的所有功能要求(而不是材料的性能),并尽可能量化,例如:

    1.额定连续载荷下的最大允许变形

    2.使用和运输过程中应力的类型和大小:长期应力、动态应力或静态应力

    3.最高工作温度

    4.工作温度下允许的尺寸变化

    5.零件的允许尺寸公差

    6.零件的性能要求

    7.零件是否需要着色、粘合、电镀等。

    8.储存期需要多长时间,是否在室外使用

    9.对阻燃性等有什么要求吗?

    其次,根据构件的功能要求,考虑使用性能值(工程性能)和设计数据,提出目标材料(构件材料)的性能值,并通过这些性能要求选择材料。即使这些性能估计是粗略的,候选材料的选择也非常方便,为最终材料的选择提供了有益的基础。

    选择合适的材料性能是关键和复杂的,因为部件的某个功能通常包含几个性能,如线性膨胀系数、成型收缩、吸水性、蠕变等。除了尺寸稳定性要求中的尺寸精度之外。

    零件的强度和刚度不仅应考虑材料性能,还应考虑产品的结构设计,如厚度和加强筋等。

    材料的成型工艺、耐用性和经济性也是选择材料时应该考虑的因素。有时,某些应用要求可能不一定规定材料性能的定量要求。例如,电镀性能通常通过实际测试或现有经济性进行筛选。例如,塑料射弹带要求材料经受复杂的外力,例如高速冲击、压缩、扭曲、剪切以及高速高温高压气流的影响。因此,很难直接提出材料的定量要求。因此,除了力学计算外,还可以通过摩西试验和勘探试验计算应力条件,并提出粗略的性能要求。

    最后,通过比较零件的工程性能要求和材料性能来确定候选材料。

    选择塑料时应注意以下问题:

    1.必须全面了解所选材料的性能,然后根据使用条件考虑配方、工艺和产品设计等。

    2.塑料通常导热系数低,因此应充分注意它们的选择和设计。

    3.塑料的线膨胀系数一般大于金属,有些容易吸水,所以尺寸变化很大。选择和设计时应考虑合适的配合间隙和公差范围。

    4.有些塑料容易产生应力开裂,因此在设计过程中应尽可能降低应力。产品设计应避免应力集中,或做适当的后处理,并严格控制加工工艺。

    5.有些塑料在选择和设计后容易蠕变、收缩或变形,应充分注意

    6.各种塑料具有一定范围的使用强度和允许的接触介质,以及它们能够承受的压力和速度极限。在选择和设计时应该考虑它们。

    在产品结构设计过程中,在为产品选择材料时,我们常常不知道该选择什么。下表给出了一些参数,希望对产品结构设计者有所帮助。

    1.产品的使用环境,如果长期暴露,我们必须选择抗紫外线的塑料材料,普通的ABS是不抗紫外线的,如果它与食品接触,我们必须使用食品级的材料等等

    2.产品的性能特点,这种性能包括耐热性、抗冲击性、耐压性、耐磨性、阻燃性等。如长期使用高温塑料来选择热变形温度较高的材料

    3.安全性能。有些产品需要国家3C认证要求和国家CQC认证要求。这些材料需要仔细挑选。普通聚对苯二甲酸乙二酯是阻燃材料,也是阻燃的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和聚碳酸酯等

    4.外观,材料的外观很常见,通常是ABS或ABS电脑,然后是聚丙烯、电脑,但价格不同,如聚丙烯丝网印刷很容易脱落,虽然价格便宜,但容易收缩,尺寸收缩较大,尺寸和质量难以控制。防抱死制动系统是最常用的,性价比高,个人电脑是最贵的,其次是个人电脑防抱死制动系统,这取决于产品的定位。

    最好的办法是考虑可替换的材料,因为这涉及到降低成本。应该考虑这一点。考虑到这一点,应该考虑收缩率相似的材料。

    本文来自:克里奥和普罗产品结构设计

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    设计者绘出零件图后,要对零部件列出使用料件和重要选材因素,然后合理地选材,包括以下三个步骤:

    一、根据应用目的,列出部件的全部功能要求(并不是材料的性能),并尽可能定量化,例如:

    1.在额定的连续载荷下允许的最大变形量

    2.使用和运输过程中所受的应力种类和大小:是否长期受力,是动态受力还是静态受力

    3.最高工作温度

    4.在工作温度下允许的尺寸变化

    5.零部件允许的尺寸公差

    6.零部件的使用性能要求

    7.零部件是否要求着色、粘接、电镀等

    8.要求储存期多长,是否在户外使用

    9.有无耐燃性能要求等等

    二、根据部件的功能要求,考虑使用性能数值(工程性能)和设计数据,提出目标材料(零部件材料)的性能数值,并通过这些性能要求来选定材料,即使这些性能估计是粗略的,也大大方便候选材料的筛选,为最终材料的选定提供有益的依据

    选择恰当材料性能是关键而且复杂的,因为零部件的某一功能常常含有几种性能,例如在尺寸稳定性的要求中除尺寸精度外,还要考虑线胀系数、模塑收缩率、吸水性、蠕变性等等

    零件的强度和刚度,除了从材料性能上考虑以外,还要从制品结构设计上如厚度和加强筋等等加以考虑

    材料的成型工艺性、耐久性、经济性等也都是选材时应考虑的因素,有时候,某些使用要求不一定能明确对材料性能的定量要求,如电镀性往往要通过实际试验或已有的经济来筛选,又如塑料炮弹弹带,要求材料经受高速冲击、压缩、扭拧、剪切等复杂的外力作用和高速高温高压气流的影响,很难直接提出材料的定量性要求,因此,除了通过力学计算外,还可通过摩西试验和探索试验来推算受力情况,提出粗略的性能要求

    三、最后,通过零部件工程性能要求与材料性能的比较来确定候选材料

    选择塑料时应注意下面几个问题:

    1.必须对选用材料的性能有较全面的了解,然后根据使用条件去考虑配方、工艺和制品设计等

    2.塑料一般导热性低,选用和设计要充分注意

    3.塑料的线胀系数一般比金属大,有的易吸水,因此尺寸变化较大,选用和设计时要考虑恰当的配合间隙和公差范围

    4.有的塑料有应力开裂倾向,设计时要尽量减少应力,制品设计要避免应力集中,或做适当的后处理并要严格控制加工工艺

    5.有的塑料有蠕变和后收缩或变形的倾向,选用和设计时应充分注意

    6.各种塑料有一定的使用强度范围和允许接触的介质以及能承受的压力和速度极限,选用和设计时应该考虑

    在产品结构设计的过程中,对产品的材料进行选型的时候,往往不知道选什么,下述表格给出一些参数,希望对产品结构设计师有所帮助

    1.产品的使用环境,如果长期暴晒,就要选用抗紫外线的塑胶材料,普通ABS是不抗紫外线,如果是接触食品的,就要采用食品级的材料等等

    2.产品的性能特征,这个性能,就包含耐热、抗冲击能力、抗压、耐磨、阻燃等等,比如长期在高温下使用的塑料就要选择热变形温度高一些的材料

    3.安全性能,有的产品需要国家3C认证需求、国家CQC认证需求,这些材料都是需要慎重选择的,常见的PBT是阻燃材料,还有阻燃级的ABS和PC等等

    4.外观,外观的材料很常见,一般都是ABS或者ABS+PC,再就是PP、PC,只是价格不一样,比如PP丝印就容易脱落,价格虽然便宜,但容易缩水,尺寸收缩较大,尺寸和质量都较难控制。ABS是最常用的,性价比较高,PC最贵,其次是PC+ABS,这些就要根据产品的定位来看了

    5.最好就是要考虑可以更换材料,因为涉及到降低成本,这个是要考虑的,考虑这个就要考虑收缩率差不多的材料

    本文转自: Creo与Proe产品结构设计

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