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产品造型设计材料与工艺_第十三讲材料的选择.pptx
材料的某些要求,根据其预定用途,可以属于硬要求,也可以属 于软要求。 例如,对于燃汽涡轮叶片来说,高熔点是硬要求,但在电绝缘场 合,高熔点就不是硬要求。另一方面,对于绝缘体来说,高电阻 率是硬要求,但是对燃气涡轮叶片来说,高电阻率就不是硬要求。
三.对可选择对象的筛选
一旦明确地规定了材料的要求并进行了分类以后,其余的选择过程就是 寻找—种或几种能非常好的满足这些要求的材料.
四. 对可供选择的材料进行评价
在把可能被选用的材料范围缩小到不妨碍对材料的任何硬要求的限制以后,即着手寻 找能最好的满足材料软要求的一种或几种材料.评价阶段的任务就是对照规定的材料 的要求来衡量候选材料,从而为某种用途选定最佳材料.
1.硬要求,即是否要求 2.软要求,即相对要求
二. 对材料要求的分类
硬要求 就是如果考虑某种材料,这种材料必须满足的要求. 可加工性和可获得性是硬要求,它们是一些不容许打折扣的参数。 硬要求也可以包括若干性能特性规定最低指标的要求。 一种材料和相邻材料的相容性。
软要求 即相对要求,是可以妥协或折衷的要求,机械性能,比重 和成本均属软要求。 软要求的相对重要性取决于应用场合,可根据软要求的相对重要 性对它们进行比较。
破坏分析法通常用于预计产品可能发生破坏的各种途径, 也可以把这种方法看作是可靠性评价的一个系统方法.
构件在工作中破坏的原因可以追溯到材料和加工方法中 的缺陷,或者是遭遇了意外的工作条件。
5.工作条件对材料的要求
构件未来的工作环境在决定材料的要求方面起着很 重要的作用.腐蚀环境以及高温、低温条件能使大 多数材料的工作性能变坏.不管什么时候,只要一 个应用适合采用一种以上的材料,材料的相容性就 变成了一个选择条件。另外,还有环保要求等
一.要求分析 二.要求分类 三.对象筛选 四.材料及工艺评价 五.最佳选择
一.材料要求的分析
产品研究设计阶段的结果是详细地规定对材 料性能的要求,规定的根据是构件应有的功 能和预计的行为,以及构件未来的工作环 境.然后把这些材料要求转化成材料的机械 性能,物理性能和化学性能。
一.材料要求的分析
2.可加工性的要求
材料的可加工性是材料被加工能力的尺度,也是材 料被做成成品构件形状的能力的尺度
根据特定的制造方法,可加工性可以定义为可焊性, 可铸造性和可切削加工性等.坯料形状与所需产品 的形状相似的程度有时也被当作可加工性的尺度。
加工操作几乎总要影响材料的性能,因此,可加工 性的考虑和功能要求有密切关系,记住这一点有重 要童义。
3.材料的成本
成本通常是评价材料的控制因素,因为在许多应用 场合对于打算采用满足应用要求的材料都有一个成 本极限.当超过成本极限时,要修改设计来改变材 料要求,以便成本保持在极限以下。
虽然材料一般都是根据单位重量成本定价,但是, 依据单位体积成本或单位有关性能的成本也可以很 好地进行比较。
加工成本常常超过毛坯材料的成本,而且在许多情 况下,采用相对较贵的材料所花的费用比采用加工 费很高的廉价材料所花的费用低。
材料及工艺的选择
由于工程师所能采用的材料和加工方法很多, 因而选择过程常常是一件困难的任务.
因为不仅材料必须达到要求的性能,加工方 法必须造出所要求的形状,而且材料和加工 方法又必须相容,所以使选择问题更加复杂 化了.
另外,成形过程对材料性质造成的影响也不 应当忽视.
材料及工艺的择
材料及工艺选择的通用程序可以综合如下几 个步骤:
例如在高温环境中为了避免热变形,组成部件的所有材 料的热膨胀系数应当一样.
在潮湿环境中,为避免原电池腐蚀,直接接触的材料应 当仔细选择。
在构件之间有相对运动的运用场合,应当考虑所包括的 材料的抗磨性能,在设计中应当为接触面提供润滑,否 则必须选择自润滑材料.
二. 对材料要求的分类
分析了对材料的要求以后,下一步是把这些 要求分成主要的两类,这两类要求是:
开始选择材料时要把所有的工程材料都当作选择对象。 材料选择过程的起始阶段与单纯选择只供评价的侯选材料不同,对解决
材料问题的各种不同的途径都要加以考虑. 为打开通向不同方向的渠道,不让传统的思想干扰操索性的设想,创造
性在这一阶段是最重要的。 这一阶段的重要性是产生可供选择的方案, 不必过多地考虑它们的可行性。所有可供选择的方案提出来后,再淘汰 掉明显不合适的设想,然后把注意力集中到看起来是现实的设想上.过 去的经验和现有的生产设施在这一阶段起着很重要的作用。 这一阶段结束时,侯选材料减少到详细评价时易于控制的数量.把材料 的要求分成软要求和硬要求简化开始的筛选过程
任何产品材料的性能要求大致可以分为五大 类:
1.功能要求 2.可加工性的要求 3.材料的成本 4.可靠性的要求 5.工作条件对材料的要求
1.功能要求
功能要求与产品要求的特点有直接关系,给 这些产品的特点赋于定量的数值通常是不可 能.尽管如此,仍然必须通过各种途径使它 们尽可能精确地和最相近的适当的物理性能, 化学性能和机械性能发生关系。
材料及工艺的选择
材料及工艺的选择
研究和制造有竞争性的产品,最重要的要求之一就是选 择产品中不同构件所用的各种材料和加工方法的最佳组 合.大多数现代产品都比较复杂,常常不得不应用多种 材料,以便使功能要求,令人满意的外观和合理的成本 三者之间达到恰当的平衡.
材料的选择是一个连续过程,从设计的早期阶段开始一 直延续到大量生产的最终阶段.甚至在构件生产过程中, 为了利用新材料和新方法,还要继续进行材料和加工方 法的选择,这样做就可能降低成本和提高性能.但是, 对新材料必须进行非常仔细的鉴定,以便确保它们的全 部性能已经合格.大量产品的破坏是由于新材料的长期 性能尚未完全弄清楚以前就采用而造成的。
4.可靠性的要求
材料的可靠性可以定义为材料在预计的有效期内完 成预定的工作而不破坏的几率.
材料的可靠性是难于度量的,因为它不仅取决于材 料的固有特性,而且加工过程和生产方法对它也有 很大影响,一般说来,新的非标准材料的可靠性比 老的标准材料低。
尽管评价可靠性有许多困难,但它仍然是必须考虑 的一个重要选择因素.