电子产品结构材料特性和选择方法(全套课件254P)

2017/8/17
第一讲 概述
1.3.3 主要指标 1.3.4 加工工艺 1.3.5 材料优选方法 1.4 国内外材料应用的差距 1.4.1 材料技术指标 1.4.2 复合材料应用 1.4.3 合金材料低能耗成型工艺 1.4.4 案例讨论 1.5 小结
第一讲 概述
1.1.引言 1.1.1 电子产品的结构设计起源和发展
第一讲 概述
1.3.4 加工工艺 1.3.4.1 塑料 确定了材料，往往也确定了制造工艺，比如选择塑料，就是 选择了注塑工艺。不同的制造工艺适用于不同的零件。比如 塑料件的特点是使用在受力不大、零件的形状又比较复杂、 但累计产量达几万个甚至几十万个时的产品。如手机、中低
档数码相机和电视机的结构件等。
材料分析工程师（分析材料故障）； 材料质量工程师（材料来料检验）。
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1.1.2 新材料是社会进步的重要因素
* 我们为什么要研究材料？
案例讨论：
*为什么秦、汉、唐、宋、明中国走在世界文明的前面？
图1-1 秦 铜弓、箭源自第一讲 概述* 为什么中国优先发展导弹、航天飞船、而不是航天飞机 ？
图1-2 中国 神7飞船返回仓
1.3.4.3 合金材料
高强度要求的复杂结构零件，生产量即使很小，既不适合 用塑料零件（往往因为刚度不够）；也不适应使用钣金 冲压件（因为成型困难）或机械切削（加工成本高）加工， 此时应该采用铝、镁、钛等合金铸造工艺或半固态注射工艺。
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1.3.5 材料优选方法
了解了材料的选择方法，通过那些路径可以实现我们 的选择？掌握一流的国际标准、一流厂商的产品规格 书、是实现材料优选的方法，将在后续各种材料的介 绍中进一步说明。目前在很多材料品种上国内外技术 的差距是很大的。
1.2.2 性价比
通常，高性能的材料就意味着高价格。一个好的工程师要牢 牢树立材料性价比的概念：用高性能的材料设计出高质量 的产品不一定代表高水平，用低价格的材料设计出高质量的 产品才真正是高水平。材料选择要充分考虑到价格因素和性 能功能需求的平衡。
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1.2.3 环保要求 材料的环保要求将越来越受到重视。环保要求包括多 个方面。其一是国内和国际标准规定的电子产品材料
第一讲 概述
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图1- 3 塑料和金属的强度和刚度的比较
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1.3.2 移植 一种材料在自己从事的行业可能从没用过，可是在其他行业中 的类似应用已很成熟，而用这种材料又可以从产品性能或价格 等方面带来很好很大的变化，这时就可以考虑“移植”。比如 碳纤维早期用于军用飞机，目前已用于雷达天线等。
美 航天飞机
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1.2 材料选择的原则 选择材料时，不一定要选择最好的材料，但工程师一定要 知道什么是最好的材料，一流的材料水平能够做到何种水 平，谁是这个材料的技术领先者。这样才能真正把握好材
料选择这个环节。
1.2.1 通用化
国际/国家/行业/企业标准、材料规格书是重要依据。
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1.4.4 案例讨论： 波音 VS 空客 采用复合材料的比例 空客A380飞机复合材料占25％，主要应用部件包括中央翼、 外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等，仅中央翼用 复合材料就达5．3吨，实现减重1．5吨。A380是第一个将复 合材料应用于受载很大的中央翼盒的大型民用机，开创了大 型民用机大规模采用复合材料的先河。
第一讲 概述
波音B787飞机整机主要结构均采用碳纤维复合材料制成，从 外表看，除机翼、尾翼前缘、发动机挂架外，几乎看不到金 属。复合材料重量占飞机的50%。这是世界上第一个采用复 合材料机翼和机身的大型客机，被公认为复合材料发展史上 的一个重要的里程碑。复合材料的大量应用大幅减轻了飞机 的结构重量，并使飞机的燃油效率提高20％。 既然飞机都可以大规模的用复合材料，从发展趋势看，那些电子 产品结构件将会用复合材料？
第一讲 概述
1.4. 国内外材料应用的差距 1.4.1 材料技术指标 主要是技术指标低、指标少而不全，见后续材料的规格书介绍。 1.4.2 复合材料应用 主要是碳纤维复合材料在电子产品的应用不多。 1.4.3 合金材料低能耗成型工艺 主要是指铝、镁、钛合金零件的成型工艺落后，具体见这一讲 的介绍。
的有害物质限量要求。其二是在材料原料生产、制造
加工和使用过程中造成环境污染。其三是材料的可回 收性、可重复使用。
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1.3 材料选择的方法
1.3.1 类比和比较
除了少数的原创产品，大多数产品都是已有产品的复制或改 进，所以解剖原有产品进行分析和类比来确定材料就是一种 常见的方法。 除此对材料的强度、刚度等特性比较也是一种方法，杜邦公 司的 塑料与各种金属的比较如下表。可以根据产品的要求在 表中初选合适的材料
电子产品结构材料特性和选择方法
第一讲 概述
1.1 引言 1.1.1 电子产品的结构设计起源和发展 1.1.2.新材料是社会进步的重要因素 案例讨论 1.2 材料选择的原则 1.2.1 通用化 1.2.2 性价比 1.2.3 环保要求 1.3 材料选择的方法 1.3.1 类比和比较 1.3.2 移植
* 我们从那里来，要到那里去？任何一个专业都需要了解和回答这个问题，才
能不迷失方向，得到发展。
* 结构专业的分工细化是技术发展趋势。目前在一些公司，结构设计领域已从单纯的结 构工程师分为：结构工程师、 EMC工程师、 热设计工程师、结构可靠性工程师、材 料工程师。
* 在材料工程师中又分为：
材料技术工程师（选择材料）； 材料采购工程师（材料成本和厂商选择）；
跨行业的材料“移植”，也是材料应用创新的一种方法。
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1.3.3 主要指标 材料选择要依据整机产品的规格所赋予的结构件要求，考虑到力 学特性、外观、手感、制造工艺、加工性能、电磁屏蔽、耐候性 能、阻燃性能、耐老化性能、耐化学性能等材料的特性。材料的 选择要满足主要需求、兼顾其它要求。将这些要素排序后可知， 通常最基本的要求是力学特性和制造工艺。
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1.3.4.2 金属薄板
钣金件适用于受力较大，形状比塑料零件相对简单一些的产 品，比如电子测量仪器、通讯设备等产品的结构件，其累计 产量在1～2000个范围可以用数控折弯、数控冲裁的方法； 大于此产量的钣金件，应该用冷冲模生产方式，这样的制造 工艺选择，可以得到合适的生产成本。
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