进阶篇：8）材料和工艺选择

本章目的：如何选择合适的材料？如何选择合适的制造工艺？来知足现有的设计要求。

//这张后期须要重构

 

 

1.材料选择的原则
1.1 材料的通用化
材料选择要充分考虑已使用过的材料,除非有充足理由,不要随意用新材料,这样能够借鉴已有材料的使用经验,产品设计容易成熟;同时,对一家公司来讲,材料品种少,易于采购和减小管理成本般来讲,大多数材料都有国际标准、国家标准和行业标准,大的公司也有一些关于材料方面的标准或规范,这都是须要尽可能遵循的。这样能够减小设计工做量和少走弯路,对设
计新手来讲,尤为应该如此,当有不少经验积累时才能够在原来的材料基础上作改进,选择和使用新材料。
选择材料和验收材料时依据标准或规范,能够收到事半功倍的效果。特别是知名材料供应商的技术规格书更是选择材料的必读资料,一般它都是源于国家或国际标准,且要求每每高于这些标准。它的细致和可执行性,更利于材料的正确选择和产品有质量问题时的处理。
1.2 材料的性价比
一般,高性能的材料就意味着高价格。一个好的工程师要紧紧树立材料的性价比的概念:用高性能的材料设计出高质量的产品不必定表明高水平,用低价格的材料设计出高质量的产
品才真正是高水平。材料选择要充分考虑到价格因素和性能功能需求的平衡,不可偏颇除非是在作开创性的设计,或者所处的是特殊行业,没有材料成本的要求和时间的约束,不然,选择材料还要充分考虑市场的供货便利性,即材料已在大量生产,有多家供应商在供货
1.3 材料的环保要求
材料的环保要求、安全要求将愈来愈受到重视。环保要求包括多个方面。其一是国内和国际标准规定的电子产品材料的有害物质限量要求,如“电子信息产品中有毒有害物质的限
量要求”,“欧盟RoHS标准有害物质含量”等。其二是在材料原料生产、制造加工和用户使用过程当中不会形成环境污染。其三是材料的可回收性、可重复使用性。
1.4 材料的应用创新
跨行业的材料“移植”,是材料应用、创新的一种方法。一种材料工程师在本身从事的行业可能从没用过,但是在其余行业中的相似应用已很成熟,而用这种材料又能够从产品性能
或价格等方面带来很奷很大的变化,这时就能够考虑“移植”。复合材料已成为挖掘材料潜能、开发新材料的有效途径,也是应对产品特殊功能需求的好方法。
熟能生巧,当对某种材料有透彻的了解时,能够从改变材料的分子结构、组成成分、加工工艺等方面造成新的材料,达到提升性能或下降材料成本的目的。
若是产品设计须要全新的材料,就须要作更多的样品试制、小批量试制和检测来熟悉材料的应用情况,再批量应用,这个流程是须要遵照的,不然会有大的失误。

 

 

 

 

 

1.“模仿创新”

没错，就是抄，若是你喜欢好听一点的词请称之为“模仿创新”。请不要考虑考虑丢脸之类的，这才是最保险最可靠的方式，结构设计最初的考量抄袭才是正确的。如何很好の抄袭，也是考量一个工程师的功底的。

让咱们看看FMEA手册（质量五大工具的泰山北斗）中怎么看待抄袭的,以下表：

很显然，你越是创新，肩负的风险越大。（并非说创新很差，但但愿读者理解风险的概念）

抄袭的顺序依次是：

①抄标杆产品的材料和工艺；

②抄同类产品的材料和工艺：好比车用产品就能够抄袭统一系统或子系统下的产品的材料和工艺，由于工做条件几乎是同样的；

③听取材料供应商意见，在有实物保证的前提下，采用知足条件的材料（这条必须慎重采用！）。

 做者一直在想，如何很好地表达这种理念。核心点在于，遇到了问题首先须要“找现有方法”，而不是去“想新方法”。

2.专用的材料工艺数据库

通常国内的公司很难有这个东西，暂时也不想多写。但一些较正规的公司会有本身的结构设计指南或手册，在手册中会详细叙述公司内部所用的材料以及其牌号，这是极好的。

有心的读者能够收集相关的手册及其中材料和牌号，转换成通常的国标牌号，创建本身的材料数据库。

3.材料工艺兼容性矩阵

固然，若是只是抄袭，产品最多只能保证在不错的基础上。若须要创新，但愿提升现有产品的质量并有为之付出风险的觉悟时，做者提供一种辅助工具，即材料工艺兼容性矩阵；

//注：这是一种很好的创新的方法，优化零件制造工艺无疑能带来高性价比的次时代产品。

从章节：进阶篇：3）面向制造的设计指南；
中咱们了解到制造工艺有其限制。

为了制造一个特定的零件，须要选择适当的工艺，它的基础是零件的各类所需属性要和不一样工艺性能之间配合良好。且零件的全部功能决定以后，就能够用表列出重要的几何特性、材料特性和其余所需的属性。

这表明一种“购物单”，必须添上材料特性和工艺性能。在“购物单”上的属性和零件的最后功能有关，而且由几何形状和服务条件肯定。

大多数零部件并非由单一工艺产生的，并且须要不一样的一些工艺来完成最后零件所须要的属性。特别当成形工艺做为初始工艺时，须要用材料切削和精加工工艺来产生零件的一部分或者最后的特性，这种状况就很典型。很明显，把许多工艺结合在一块儿使用是必要的。单一工艺一般不能完成零件的全部最终属性。但请紧记，DFMA分析的目的之一简化产品结构并强化零件。

经验代表，充分利用初始制造工艺的各类性能，提供零件尽量多的全部属性，通常来讲这样是最经济的。

//就是说，如若想要省钱，能一次注塑成形了事，就不须要增长机加工来处理等。

一般有数以百计的工艺和成千上万的各类材料，而新的材料和工艺又不断的开发。幸运的是，下列的观察结果能够帮助简化全部的选择问题。

1）许多工艺和材料的组合模式是不可能的，以下图所示的材料工艺兼容性矩阵。

2）许多工艺组合是不可能的，所以不会出如今任何加工序列中；

3）一些工艺只影响零件的一种属性，特别是表面处理工艺和热处理工艺就是如此。

4）工艺序列有一个自然的次序：先为成形工艺，随后经过切削材料来精制特征，而后加强材料的特性。

工艺分为:①初级工艺；②初级/次级工艺；③三级工艺；

有些工艺将初级工艺指那些为制造生产原材料的工艺。列如平板卷制、拉管及拔丝。在本文谈及生产零部件时，初级工艺这个术语主要指成形工艺。这样的工艺一般首先出如今操做的序列之中，应该选择工艺尽量多地生成零件所需的属性。铸、锻和注射是主要成形工艺的例子。

初级/次级工艺能造成零件的主要形状，在零件上造成特征或精制零件上的特征。这些工艺在工艺序列中的开头或稍后一些出现。这种工艺范围包括材料切削和其余工艺诸如机加工、磨以及绞。

三级工艺不影响零件的几何形状，而且总在初级/次级工艺以后出现。它的范围包括精加工工艺、诸如表面处理和热处理。由于三级工艺仅仅影响零件的单一属性，所以三级工艺的选择能够简化（较为简单）。列如，研磨能够实现良好的表面精加工，而镀层常常用来改进外观或抵抗腐蚀。

 

4.零件的形状属性定义

了解形状属性定义是为了制做材料工艺兼容矩阵作准备。

 

 

5.材料工艺兼容矩阵的举例运用

上述内容能够在《面向制造及装配的产品设计》-（美）布斯罗伊德著找到，读者能够详细再看。

 

//关于材料工艺兼容矩阵，做者是很是但愿能用软件来辅助设计的，用excel表格不是不行，但太费力气，委实不值得。做者本身曾经尝试制做过这个软件，但失败了。