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設計前須知!設備和產品的“選材方法”

發布日期: 2023-09-12

在設計和開發時,無法繞過的一個項目便是對設備和產品的“選材方法”。在制造業,要使用包括金屬材料和樹脂材料在內的各種材料。這次介紹一下根據用途和目的進行選材的步驟。

 

在選擇設備和產品的材料時,需要從“功能”和“成本”兩個視角進行

在機械設計前須知!在選擇設備和產品的材料時,需要從“功能”和“成本”兩個視角進行

在選擇設備和產品的材料時,首先要從“功能”和“成本”兩個視角著手。即使再廉價無法使用也沒有意義,反之,功能再高級,如果價格過于高昂也難以使用??梢哉f兩者平衡的狀態才是最好的設計。在機械設計和產品開發時,應同時考慮“功能”與“成本”的平衡,選擇材料。

 

 

決定功能的3個性質

那么材料的“功能”究竟是什么呢?材料的“功能”有如下三方面內容。

  • 機械性質
    主要是與“強度”有關的性質。指在加工成設備和零件時能夠承受外力的性質。作為材料的性質,包括強度、硬度、韌性等。具體來說,不銹鋼和鋼鐵都屬于堅固的材料,而鋁等則為不太堅固的材料。
  • 物理性質
    主要是如重量、電、熱量等“物理”性質。是在加工成設備和零件時所具備的針對使用條件的性質。研究力以外的功能,如是否導電,熱量會造成多大程度的膨脹,是否會對磁鐵有反應等。作為材料的性質,包括比重、導電率、熱膨脹率、磁性等。例如,希望對磁鐵有反應、易于導熱或導電的材料時, 就選擇碳鋼材料。
  • 化學性質
    是有關氧化(生銹)和是否易于與化學品等反應的性質。它是用于設備和零件時所具備的針對環境的性質。研究材料不會因周圍環境(如濺到水或海水的部分、暴露于酸或油的部分等)而腐蝕的功能。即耐腐蝕性這一材料性質。例如,鐵和鋼鐵材料在部分情況下會腐蝕,但不銹鋼和鋁則不易腐蝕。

在機械設計前須知!材料的“功能”有如下三方面內容。

 

決定產品成本的3個重要因素

為了盡可能低成本地制造具有同樣功能的設備或零件,選材很重要。而在選材時關系到成本的有以下三個重要因素。

  • 材料本身的價格
    這個容易理解。金比鐵貴、銀比銅貴,這點任何人都能夠想象得到。即使同樣都是金屬材料,同樣都是樹脂材料,但種類和等級不同,材料本身的價格也會有差異。具體來說,不銹鋼往往要比鋼鐵材料價格高。
  • 獲取材料的難易度
    獲得獲取所需材料的難易度與獲取材料本身的難易度略有不同。簡言之,要看材料是否普遍在銷售、流通。例如,即使是相同鋼材,材料制造廠家根據板材、圓棒材、塊材等形狀,選擇是否經銷。還有加工成較易使用的形狀來銷售的,如鋼筋中常見的工字鋼或L型鋼等材料。如果是材料制造廠家經常使用的一般性材料,可以較低價格獲取。另外,還可以擁有多個供應商,有助于發生災害等時的風險對沖。相反,即使材料本身價格很低,如需購買特殊形狀,也會增加成本。
  • 材料的加工難度
    在機械設計和產品開發中,成本問題并非僅由材料的價格決定。在加工過程中產生的成本也影響到設備和零件的價格。例如,你想制作硬度大的零件,試圖購買堅硬的材料來進行機加工等,由于堅硬的材料加工難度相應較大,因此加工成本就會增加。所以有購買硬度易于加工的材料并在機加工等機械加工后進行淬火等熱處理的方法。另外因需要高強度鈑金零件而增加板厚,仍會增加塑性加工的成本。即使模具價格略有增加,通過在設計方面追加加強筋或立壁等方式,也能將成本控制在較低水平。

在機械設計前須知!決定產品成本的3個重要因素

 

總結

在選擇產品材料時,平衡材料的性質和成本這兩點最為重要。

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