進階篇：8）材料和工藝選擇

本章目的：如何選擇合適的材料？如何選擇合適的製造工藝？來知足現有的設計要求。

//這張後期須要重構

 

 

1.材料選擇的原則
1.1 材料的通用化
材料選擇要充分考慮已使用過的材料,除非有充足理由,不要隨意用新材料,這樣能夠借鑑已有材料的使用經驗,產品設計容易成熟;同時,對一家公司來講,材料品種少,易於採購和減小管理成本般來講,大多數材料都有國際標準、國家標準和行業標準,大的公司也有一些關於材料方面的標準或規範,這都是須要儘可能遵循的。這樣能夠減小設計工做量和少走彎路,對設
計新手來講,尤爲應該如此,當有不少經驗積累時才能夠在原來的材料基礎上作改進,選擇和使用新材料。
選擇材料和驗收材料時依據標準或規範,能夠收到事半功倍的效果。特別是知名材料供應商的技術規格書更是選擇材料的必讀資料,一般它都是源於國家或國際標準,且要求每每高於這些標準。它的細緻和可執行性,更利於材料的正確選擇和產品有質量問題時的處理。
1.2 材料的性價比
一般,高性能的材料就意味着高價格。一個好的工程師要緊緊樹立材料的性價比的概念:用高性能的材料設計出高質量的產品不必定表明高水平,用低價格的材料設計出高質量的產
品才真正是高水平。材料選擇要充分考慮到價格因素和性能功能需求的平衡,不可偏頗除非是在作開創性的設計,或者所處的是特殊行業,沒有材料成本的要求和時間的約束,不然,選擇材料還要充分考慮市場的供貨便利性,即材料已在大量生產,有多家供應商在供貨
1.3 材料的環保要求
材料的環保要求、安全要求將愈來愈受到重視。環保要求包括多個方面。其一是國內和國際標準規定的電子產品材料的有害物質限量要求,如「電子信息產品中有毒有害物質的限
量要求」,「歐盟RoHS標準有害物質含量」等。其二是在材料原料生產、製造加工和用戶使用過程當中不會形成環境污染。其三是材料的可回收性、可重複使用性。
1.4 材料的應用創新
跨行業的材料「移植」,是材料應用、創新的一種方法。一種材料工程師在本身從事的行業可能從沒用過,但是在其餘行業中的相似應用已很成熟,而用這種材料又能夠從產品性能
或價格等方面帶來很奷很大的變化,這時就能夠考慮「移植」。複合材料已成爲挖掘材料潛能、開發新材料的有效途徑,也是應對產品特殊功能需求的好方法。
熟能生巧,當對某種材料有透徹的瞭解時,能夠從改變材料的分子結構、組成成分、加工工藝等方面造成新的材料,達到提升性能或下降材料成本的目的。
若是產品設計須要全新的材料,就須要作更多的樣品試製、小批量試製和檢測來熟悉材料的應用情況,再批量應用,這個流程是須要遵照的,不然會有大的失誤。

 

 

 

 

 

1.「模仿創新」

沒錯，就是抄，若是你喜歡好聽一點的詞請稱之爲「模仿創新」。請不要考慮考慮丟臉之類的，這纔是最保險最可靠的方式，結構設計最初的考量抄襲纔是正確的。如何很好の抄襲，也是考量一個工程師的功底的。

讓咱們看看FMEA手冊（質量五大工具的泰山北斗）中怎麼看待抄襲的,以下表：

很顯然，你越是創新，肩負的風險越大。（並非說創新很差，但但願讀者理解風險的概念）

抄襲的順序依次是：

①抄標杆產品的材料和工藝；

②抄同類產品的材料和工藝：好比車用產品就能夠抄襲統一系統或子系統下的產品的材料和工藝，由於工做條件幾乎是同樣的；

③聽取材料供應商意見，在有實物保證的前提下，採用知足條件的材料（這條必須慎重採用！）。

 做者一直在想，如何很好地表達這種理念。核心點在於，遇到了問題首先須要「找現有方法」，而不是去「想新方法」。

2.專用的材料工藝數據庫

通常國內的公司很難有這個東西，暫時也不想多寫。但一些較正規的公司會有本身的結構設計指南或手冊，在手冊中會詳細敘述公司內部所用的材料以及其牌號，這是極好的。

有心的讀者能夠收集相關的手冊及其中材料和牌號，轉換成通常的國標牌號，創建本身的材料數據庫。

3.材料工藝兼容性矩陣

固然，若是隻是抄襲，產品最多隻能保證在不錯的基礎上。若須要創新，但願提升現有產品的質量並有爲之付出風險的覺悟時，做者提供一種輔助工具，即材料工藝兼容性矩陣；

//注：這是一種很好的創新的方法，優化零件製造工藝無疑能帶來高性價比的次時代產品。

從章節：進階篇：3）面向製造的設計指南；
中咱們瞭解到製造工藝有其限制。

爲了製造一個特定的零件，須要選擇適當的工藝，它的基礎是零件的各類所需屬性要和不一樣工藝性能之間配合良好。且零件的全部功能決定以後，就能夠用表列出重要的幾何特性、材料特性和其餘所需的屬性。

這表明一種「購物單」，必須添上材料特性和工藝性能。在「購物單」上的屬性和零件的最後功能有關，而且由幾何形狀和服務條件肯定。

大多數零部件並非由單一工藝產生的，並且須要不一樣的一些工藝來完成最後零件所須要的屬性。特別當成形工藝做爲初始工藝時，須要用材料切削和精加工工藝來產生零件的一部分或者最後的特性，這種狀況就很典型。很明顯，把許多工藝結合在一塊兒使用是必要的。單一工藝一般不能完成零件的全部最終屬性。但請緊記，DFMA分析的目的之一簡化產品結構並強化零件。

經驗代表，充分利用初始製造工藝的各類性能，提供零件儘量多的全部屬性，通常來講這樣是最經濟的。

//就是說，如若想要省錢，能一次注塑成形了事，就不須要增長機加工來處理等。

一般有數以百計的工藝和成千上萬的各類材料，而新的材料和工藝又不斷的開發。幸運的是，下列的觀察結果能夠幫助簡化全部的選擇問題。

1）許多工藝和材料的組合模式是不可能的，以下圖所示的材料工藝兼容性矩陣。

2）許多工藝組合是不可能的，所以不會出如今任何加工序列中；

3）一些工藝隻影響零件的一種屬性，特別是表面處理工藝和熱處理工藝就是如此。

4）工藝序列有一個自然的次序：先爲成形工藝，隨後經過切削材料來精製特徵，而後加強材料的特性。

工藝分爲:①初級工藝；②初級/次級工藝；③三級工藝；

有些工藝將初級工藝指那些爲製造生產原材料的工藝。列如平板卷制、拉管及拔絲。在本文談及生產零部件時，初級工藝這個術語主要指成形工藝。這樣的工藝一般首先出如今操做的序列之中，應該選擇工藝儘量多地生成零件所需的屬性。鑄、鍛和注射是主要成形工藝的例子。

初級/次級工藝能造成零件的主要形狀，在零件上造成特徵或精製零件上的特徵。這些工藝在工藝序列中的開頭或稍後一些出現。這種工藝範圍包括材料切削和其餘工藝諸如機加工、磨以及絞。

三級工藝不影響零件的幾何形狀，而且總在初級/次級工藝以後出現。它的範圍包括精加工工藝、諸如表面處理和熱處理。由於三級工藝僅僅影響零件的單一屬性，所以三級工藝的選擇能夠簡化（較爲簡單）。列如，研磨能夠實現良好的表面精加工，而鍍層常常用來改進外觀或抵抗腐蝕。

 

4.零件的形狀屬性定義

瞭解形狀屬性定義是爲了製做材料工藝兼容矩陣作準備。

 

 

5.材料工藝兼容矩陣的舉例運用

上述內容能夠在《面向製造及裝配的產品設計》-（美）布斯羅伊德著找到，讀者能夠詳細再看。

 

//關於材料工藝兼容矩陣，做者是很是但願能用軟件來輔助設計的，用excel表格不是不行，但太費力氣，委實不值得。做者本身曾經嘗試製做過這個軟件，但失敗了。