Свойства материала более подробно

Функциональность детали во многом зависит от очевидных факторов, таких как форма, размер, толщина стенки, стыки и т. Д. Менее очевидными, но не менее важными являются свойства материала, из которого она отлита под давлением.ЧПУ обработанный, Или 3D-печать (вырезание, сгибание, формовка и т. д.).

Проектирование происходит на макроуровне, в то время как свойства материала обычно решаются на молекулярном уровне. Чем раньше в процессе проектирования вы начнете думать о материалах и их свойствах, тем более эффективным и экономичным будет ваш готовый дизайн. Этот совет по дизайну разработан, чтобы помочь вам с этой ранней оценкой. В нем представлен обзор четырех общих категорий свойств материалов (металлы и пластмассы), некоторые важные соображения при выборе материалов для следующей конструкции детали и вопросы проектирования, которые часто упускаются из виду.

Почему выбор правильного материала имеет значение

Выбор правильного материала-будь то металл или пластик-часто прост и делается почти случайно. Однако это также может быть сложным и критическим для производительности детали. Допустим, вы хотите сделать чехол для части оборудования, предназначенного для использования в помещении. Большинство пластиковых корпусов не особенно требовательны с термической или электрической точки зрения, не обладают экстремальными механическими свойствами и поэтому могут использоваться в относительно неприхотливой среде. Большинство из этих деталей могут быть изготовлены из АБС, поликарбоната (ПК) или смеси АБС/ПК.

С другой стороны, представьте себе корпус для воздушного фильтра мотоцикла. Его необходимо периодически открывать и закрывать для замены фильтра. Эта функция может выполняться активным шарнирным соединением или встроенным пружинным зажимом. Корпус должен выдерживать атаки летящих обломков, тепла двигателя, ультрафиолетового излучения от солнца, влаги из различных источников и химического воздействия топлива и чистящих химикатов. Определение правильного материала для этого приложения обычно требует исследований и итеративного прототипирования.

Воздушный фильтр мотоцикла является хорошим примером компонента, который должен сбалансировать несколько свойств материала, таких как термостойкость, прочность и гибкость.

Компоненты смартфона могут представлять собой еще большую проблему. Их функции могут включать отвод тепла и защиту, электрическую изоляцию, избирательное прохождение и блокировку радиосигналов; в случае случаев добавляется защита от повторного падения. Каждый компонент этой сложной конструкции имеет очень специфические требования, которые, в свою очередь, требуют определенных свойств материала. Таким образом, правильный выбор материала имеет решающее значение.

Эффективный выбор материала начинается с четкого понимания функций комплектного устройства или сборки. Далее должны быть определены функции отдельной детали в общей работе. Если есть несколько аспектов для рассмотрения, расставьте приоритеты и отделите незаменимые от желательных, но не необходимых свойств. Например, гладкий, косметическийОтделка поверхностиЧто важно в портативном устройстве, может быть более вторичным, если для удовлетворения требований к прочности требуется прочность армированного стекловолокном материала. Список возможных соображений очень длинный. Однако они обычно попадают в одну из этих четырех категорий: механические, физические, тепловые и электрические свойства материала.

Свойства материала с первого взгляда

Механические свойства

Механические свойства-это характеристики, которые материал проявляет при применении различных сил. К ним относятся такие характеристики, как прочность на растяжение и сжатие, гибкость и твердость.

В случае пластмасс. Пластмассы имеют различные механические свойства, начиная от гибкого полипропилена для активного шарнирного соединения и заканчивая жестким нейлоном, армированным стекловолокном.

Для металлов. Напротив, все металлы являются относительно жесткими. Например, различные типы стали жестче, чем алюминий.

Физические свойства

Физические свойства-это косметические характеристики материала и его реакция на химические вещества и излучение. К ним относятся плотность и устойчивость к химической коррозии и УФ-повреждениям. Он также включает косметические аспекты, такие как цвет и текстура поверхности.

Для пластмасс. Физические свойства пластмасс сильно различаются. Например, уретаны-плохой выбор для гумми.D среды, в то время как пластмассы3D-печатьПри использовании стереолитографии становятся хрупкими при воздействии ультрафиолетового света.

Для металлов. Металлы также имеют различные допуски к химическому воздействию. Нержавеющая сталь является очевидным выбором среди металлов для многих потенциально агрессивных сред, но плохо отрывается в других областях, таких как теплопередача.

Тепловые свойства

Тепловые свойства отвечают за то, как материал ведет себя при разных температурах. Легко ли он деформируется в тепле, или же он ослаблен теплом? Или он становится хрупким в ответ на холод? Обладает ли он хорошей теплопроводностью или хорошими изоляционными свойствами? Температуры, которые влияют на деталь, могут быть вызваны либо окружающей средой, либо сгенерированы сборкой, в которой деталь выполняет свою функцию.

Для пластмасс. Тепловые характеристики могут играть большую роль в выборе пластмасс. В то время как силикон идеально подходит для огнестойкой посуды, многие пластмассы могут быть повреждены только жарой в закрытом автомобиле в летний день.

Для металлов. Металлы обычно выдерживают более высокую температуру, чем большинство пластмасс. Никель-хромовый «суперсплав», такой как Inconel, может выдерживать температуры до 700 ° C, что делает его подходящим для компонентов ракетного привода. В менее требовательных приложениях алюминий может быть идеальным материалом для радиатора, где нержавеющая сталь не является вариантом.

Электрические свойства

Электрические свойства включают такие характеристики, как проводимость, удельное сопротивление и индуктивность.

Для пластмасс. Электрические свойства пластмасс сильно различаются. Это особенно важно учитывать в компактных устройствах, таких как смартфоны, в которых ток и сигнал должны быть изолированы, чтобы избежать деформации, или в медицинских устройствах, в которых высокие токи или магнитные поля используются для диагностических или лечебных целей.

Для металлов. Проводимость также широко варьируется среди металлов. Медь обычно является нашим первым выбором, когда важна хорошая проводимость. Тем не менее, алюминий также является хорошим электрическим проводником и, для загрузки, является недорогим и особенно устойчивым к коррозии, когда проводимость не является критическим фактором.

Обычно забывают материальные соображения

У многих дизайнеров есть несколько любимых материалов, которые они всегда используют, если у них нет очевидных недостатков. Это хорошо, если материал соответствует потребностям и цена правильная. Но в некоторых случаях это означает, что вы отказываетесь от преимуществ другого материала, с которым вы можете столкнуться при небольшом исследовании. Это также может замедлить процесс разработки, если у вас возникнут проблемы с прототипом, которые вы могли бы ожидать заранее, если бы вы исследовали свойства материала. Вы также можете обнаружить, что вы уже отвечаете требованиям по более низкой цене, что может окупиться в течение длительного производственного периода. Вот несколько примеров:

* Вы можете подумать, что повреждение продукта теплом или ультрафиолетовым излучением не имеет отношения к использованию в помещении. Но что, если его оставить снаружи на солнце или в закрытой машине?
* Вы думали о всех видах химического воздействия? Даже если вы предостерегаете от определенных химических веществ в мелком шрифте, эластичный материал может предотвратить недовольство пользователей вашим продуктом.
* Вы учли все условия использования? Часть автомобиля может быть защищена от ультрафиолетового излучения под капотом, но подвергается воздействию перегруженного тепла, в то время как аналогичная часть на мотоцикле найдет прямо противоположные условия.
* Насколько хорошо будет возраст части? Это одноразовый? Можно ли заменить? Установлено ли оно постоянно?
* Имеет ли значение плотность? Некоторые движущиеся части могут извлечь выгоду из легкого веса, в то время как другие должны быть тяжелыми для правильной работы.
* Размер и прочность могут быть взаимозаменяемыми. Более тонкая деталь из более прочного материала может сэкономить место. Экономия материалов может компенсировать более высокие удельные затраты.
* Качество поверхности-это не только эстетический вопрос. Такие факторы, как текстура, могут иметь решающее значение для эргономики.
* Правильно подобранный материал может помочь решить проблемы дизайна. Например, встроенный пружинный зажим или активные шарнирные соединения могут устранить необходимость в соединителях.
* Тепло может быть проблемой со многими продуктами. Хорошо продуманный радиатор из подходящего металла или пластика может эффективно рассеивать тепло из критических областей.

Если вам нужна дополнительная помощь, пожалуйста, свяжитесь и по телефону 86-0755-28025755 или по электронной почте наSales@richconn.com.cn. Чтобы получить свой следующий дизайн-проект сегодня, просто загрузите 3D-модель CAD. Вы получите интерактивную цитату вНесколько часов.