产品造型设计材料与工艺_第十三讲-材料的选择.ppt

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。,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,材料及工艺的选择,材料及工艺选择的通用程序可以综合如下几个步骤：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,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。,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。,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：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。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,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材料选择与科学研究不同，科学研究对于所有的问题一般都只有一个唯一正确的答案，而材料选择则要求考虑互相对立的优点和缺点，再做必要的折衷和判断，因此材料选择就可能有不同的解决方法。由不同的制造者生产出来的能完成同一功能的相同的构件常选用不同的材料，甚至于所采用的制造方法也不一样。实际上对于材料选择并没有一个正规的程序，其中最合适的途径将取决于应用特点，公用特点和工程师的个人爱好.评价阶段可以从最关键的性质开始，然后继续评价次要性质，或者可以根据所有有关的性质对候选材料比较在许多应用场合，使用系统分级和定量的方法是有利的。不论用那种方法评价都必须考虑制造方法对材料性质的影响，以及制造方法对材料成本，加工成本和精整成本的影响。,五最佳材料的选择,选择材料的最终阶段就是决定最佳材料。在很多情况下采用最好材料容易做出决定，但是如果评价的结果不明确，设计就应当应用他的判断力和经验做出最终决定在这种情况下，评价方法可以采用改变材料的各种软要求的相对重要性的方式，进行反复评价，当发现在可以得到的材料中没有一种能满足各种要求时，则应放宽规定的要求，或必须考虑另行设计。,实例：装饰材料选择,一.满足使用功能根据建筑物和各个房间的不同使用性质来选定装饰材料。如用于厕所、卫生间的装饰材料应防水、易清洁；厨房的材料则要求易擦洗、耐脏、防火，所以不宜选用纸质或布质的装饰材料，材料的表面也不宜有凸凹不平的花纹图案；用于起居室地面的材料则应耐磨隔声等。二.符合审美的要求装饰材料的选择搭配必须满足装饰美化的要求，符合人们的审美情趣。要达到这一目的，应该恰当的选择匹配装饰材料的质感、线型和色彩。1.在质感选择上要注意：一般室内装饰用材料的质感要细腻光洁，这是因为人与内饰面的距离比较近；外饰面的材料质感则可以粗扩厚重一些；用于卧室、会客室饰面的材料质感可以柔软一些，如壁纸、地毯、木地板等，使人觉得温暖亲切。2.对于材料的线型图案选择:比较小的空间里材料的图案可以选用小型的，线条细的；而空间较大的房间里，饰面图案可以大些，线型粗些，体现以小见小，以大见大的原则。,实例：装饰材料选择,三经济合理从经济角度考虑装饰材料的选择，应有一个总