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1-3-4《选样挑选材料》在线教案

[日期:2009-11-25 23:17:26] [字体:特大 ]

    着手选材,可以先进行初选,然后综合评价后进行试验。初选可通过两个途径,一是根据制品用途选材;二是根据制品要求性能选材(利用材料性能表和性能等级分类等);同时还要考虑经济成本安全卫生社会可持续发展等因素。

  一、根据制品的用途和性能选材
  下面就以一些已工业化的塑料为对象,列举几种简易的选材方法。
  1、根据用途选材
  用途主要是指制品应用域的归类,此外还包括制品的使用环境、受力类型和作用方式、使用对象等等要素。
  (1)制品使用环境
    所谓使用环境是指材料或制品使用时经受周围环境的温度、湿度、介质等,特别是温度和湿度的条件。根据用途的不同,温度条件可由南北极的低温到赤道或沙漠地区的炎热气温,或者是宇航环境的高低温,甚至在火灾时的高温等;湿度条件从在水中长期或间歇浸泡与露天雨淋到冬天的干燥状态(30%RH);有的制品是在特殊气体中使用或者用于接触化学液体或溶液的场合;此外,自然曝露状态下除了风、雨、雾等影响外还受太阳光的曝晒等等。因此,必须考虑待用塑料对使用环境的适应能力。
    (2)制品的受力类型和作用方式
    根据制品的受力类型受力状态及其对材料产生的应变来筛选能满足使用要求的材料是很必要的。也就是说,要考虑上述各种环境下的外力作用是拉伸、压缩、弯曲、扭曲、剪切、冲击或摩擦,或是几种力的组合作用。此外,还要考虑外力的作用方式是快速的 (短暂)或是恒应力或恒应变的,是反复应力还是渐增应力等等。
    用于冲击负荷场合的制品,应选择冲击强度高的;用于恒定应力的场合而且必须防止变形时,应选择蠕变小的材料;用于反应力作用的场合应选择疲劳强度比较高的材料;
    (3)使用对象
    使用对象是指使用塑料制品的国别、地区、民族和具体使用者的范围。例如。国家不同,其标准规格也不同。如美国的电气部件用的塑料,为保证其对热和电气的安全性,要求必须符合 UL  

规格。另外,对色彩和图案及形状的要求也会因国家、民族的习惯和爱好而不同,应选择合适的色彩和形状。使用者不同,如儿童、老年、妇女用品也各有不同的要求在工业上使用也要考虑使用对象,而选择不同的材料。
    (4)按制品用途进行分类
    按用途分类的方法有多种,有的按应用领域分类。如汽车运输工业用的,家用电气设备用的,机械工业用的,建筑材料用的,宇航和航空用的……等等;有的,按应用功能分类。如结构材料(外壳、容器等),低摩擦擦材料(轴承、滑杆、阀衬等),受力机械零件材料。耐热、耐腐蚀材料(化工设备、耐热设备和火箭导弹用材料),电绝缘材料(电气结构制品)、透光材料……。表中(表略)列出一些机械部件采用工程盟栀料的情况。当有几种材料同属一类用途时,应根据其使用特点和材料性能进一步比较和筛选。最好选择2-3种进行试验比较。比如说外壳这类用途就包括动态外壳,静态外壳,绝缘外壳等,因此要求使用不同特性的塑料。动态外壳是经常受到剧烈震动或轻微撞击的容器,要求材料除有刚性和尺寸稳定性外,还要有较好的冲击强度。在室内应用时可采用ABS塑料,在户外使用的应考虑耐老化性能好的材料。如AAS(丙烯睛-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物)或MAAS,或用酚醛、环氧或聚的玻璃钢等。静态外壳是用在不活动或少活动的部位,如仪表壳、收音机和电视机外壳等。要求形状和尺寸稳定、美观,一般可采用高冲击强度聚苯乙烯、ABS、聚丙烯等;如要求透明则可采用乙酸丁酸纤维素、聚甲基丙烯酸酯或聚碳酸酯。至于绝缘外壳,除要求绝缘外,有的还要求有高的机械强度和冲击强度,如电动机罩、电动机械外壳等,则可采用玻璃纤维增强聚碳酸酯,玻璃纤维增强聚对苯二甲酸丁二酯(PBTP)或热固性树脂的玻璃钢等。

  二、材料选择与资源保护
  气候、环境和能源问题已经是世界经济发展遇到的 最大问题之一  


    选择材料时,尽可能选取再生、可再生和储藏量丰富的资源,尽可能不选择或少选取那些不可再生、再生周期长的资源和稀有资源。
  少用短缺稀有的原材料,多用废料、余料或回收材料作为原材料,尽量寻找短缺或稀有原材料的代用材料。提高产品的可靠性和使用寿命。尽量减少产品中的材料种类,以利于产品废弃后的有效回收。尽量采用相融好的材料,不采用难于回收或无法回收的材料,尽量少用或不用有害的原材料
  传统产品单纯以满足人的物质需求为主要目标,强调产品的功能而轻视产品使用过程中和使用后对能源的消耗及对环境的不利。现代产品设计将设计-制造-流通-消费-弃置四个过程作为设计整体进行。这一设计的核心思想是将防止污染、保护环境、保护资源的目标纳入产品开发设计中,促进物流过程中宜人价值、生态价值、经济价值的实现。
  在产品开发与使用的整个过程中,从有利于人类生态环境与资源环境的角度,将产品置于不同层面上的绿色设计包含:在材料与工艺选择中体现防污染的产品设计;在人与环境整体关系中体现创新设计;提高产品全过程总体价值。从产品设计功能全程性来考虑产品的绿色设计包含:拓展产品生命周期,理解和掌握与产品相关的环境同题,对原材料的循环管理与利用,对废弃物的管理和处置。

  三、标准件与元器件
  进行产品设计时,尽量使用标准件,这即可节约成本,又可以加快工程的进度。使用标准件,尽量减少零部件数目,这样既便于包装、拆卸、重新组装,又便于维修及报废后的分类处理。 
  但是过多使用标准件有时会使产品缺乏个性。
  进行产品设计时,尽量使用标准化设备、工具及元器件,并尽量减少其规格品种。采用模块化设计,促进部件互换、通用及快速更换、拆卸。

  四、设计案例
  1、简约环保垃圾桶
  图垃圾桶利用可回收的型材,制成方便组装与拆卸的垃圾桶。从制造、节能、运输、减少空间、可回收再生等方面体现了绿色设计的思想。
 
  2、简约环保储物桶
  图中是可折叠的材料桶,在产品包装和运输方面可大大减少存放空间。

  3、请同学们设计一个学生用简约型书架

  在产品设计中,设计师的材料知识能力往往不足,比如对材料加工工艺不了解、新材料了解不足等,导致产品设计时不能正确选取材料。

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