F7, F8 - Materialval Flashcards
Vad behöver man veta för att kunna göra material- och tillverkningsprocessval?
- Överblick (av vilka material och processer som finns)
- Förståelse (av material egenskaper och begränsningar)
- Metodik (för att matcha krav och egenskaper)
- Information och verktyg (för jämförelse och urval, t.ex. CES)
Varför är geometri en viktig faktor vid val?
Möjliga former begränsas av vilken process vi använder och formen påverkar egenskaperna hos en produkt.
Hur lyser filosofin för materiallära ur ett konstruktionsperspektiv?
Maskiningenjörer skall kunna konstruera maskiner och andra produkter. Vid konstruktion måste man välja material- och tillverkningsprocess.
Ge exempel på några vanliga funktioner ett material kan ha
- Formbevarande (t.ex. speltärning)
- Lastbärande (t.ex balk)
- Lastfördelande (t.ex rullaxel)
- Energiupptagande (t.ex. fjäder)
Exempel som är viktigt att studera map mekanisk miljö
- Statiskt spänning
- Spänningskoncentration
- Utmattningsbelastning
- Slagpåkänning
- Nötning
Exempel som är viktigt att studera map kemisk miljö
- Makromiljö (atmosfär, föroreningar, stänk)
- Mikromiljö (atmosfärsväxling)
Vad är viktigt för alla miljöfaktorer
Tid + temperatur
Exempel som är viktigt att studera map strålningsmiljö?
- UV- och IR-strålning
- Röntgen-, radioaktiv strålning
Exempel som är viktigt att studera map elektrisk/magnetisk miljö?
- Ström, laddning
- Elektrodynamisk kraftverkan
- Ström - värme
Exempel som är viktigt att studera map biologisk miljö?
- Mikroorganismer
- Makroorganismer
Vad är en kravprofil?
Sammanställning av de funktioner detaljen skall uppfylla i den miljö den skall verka (se exempel föreläsning)
Exempel på mekaniska egenskaper
- Styv - vek (E-modul)
- Stark - mjuk (Sträckgräns)
- Seg - spröd (Brottseghet)
- Lätt - tung (Densitet)
Hur kan man kontrollera hur segt ett material är?
Dragprov (spänning-töjning-graf). Se föreläsning
Vilka är de viktigaste materialparametrarna för product performance?
E-modul och sträckgräns
Varför är den plastiska zonen viktig ur produktionsperspektiv?
För att produkten skall kunna tillverkas. Formningsprocessen beror på plasticitet.
Hur beter sig metaller, keramer och polymerer map spänning och töjning?
Se grafer från föreläsning
Vad menas med brottseghet?
Är en materialegenskap som karaktäriserar materialets motståndskraft mot spricktillväxt.
Vad har spröda material för brottseghet och hur reagerar de på sprickor?
Låg brottseghet, sprickor växer snabbt vid kritisk last.
Vad har sega material för brottseghet och hur reagerar de på sprickor?
Hög brottseghet, spänning fördelas runt småsprickor.
Hur ser ett sprött brott ut?
Avlånga flikar (glas, keramer)
Hur ser ett segt (duktilt) brott ut?
Småsprickor, håligheter och plastisk deformation
Vad är en egenskapsprofil?
Sammanställning av varje materials egenskaper i den miljö det skall verka
- Varje material är provat på ett urval av tillgängliga standardiserade sätt (data ur tabell, databaser och uppskattning)
- Pris och möjliga tillverkningssätt bör finnas med i profilen
Hur genomförs en matchning för att göra ett slutgiltigt materialval?
- Studera egenskapsprofilen (egenskaper och begränsningar)
- Studera kravprofilen (kravspecifikation, krav och önskemål)
–> Matchning (sållning, rangordning, omprövning)
–> Slutgiltigt val
Vad är det slutgiltiga målet?
Att hitta ett material som uppfyller krav och önskemål till ett så lågt pris som möjligt.
Vad är det som skall matchas?
Materialets egenskaper och begränsningar (egenskapsprofil) med krav och önskemål (kravprofil)
Hur genomförs sållning och rangordning map krav och önskemål?
- Utgå från designkrav
- Analysera map
1. Funktion
2. Krav
3. Mål/syfte
4. Fria variabler - Utifrrån ovanstående görs
1. Grovsållning (ja-/nej-kriterium)
2. Rangordning (av material som passerat ja)
Ge exempel på funktion
I mekaniska sammanhang:
- Bära last
- Bevara form
- Lagra energi
Ge exempel på mål
Utforma en komponent:
- Så lätt
- Så säker
- Minimal miljöpåverkan
- Minimal kostnad
Ge exempel på krav
- Bära viss statiskt last
- Behåller sina egenskaper i den miljön den verkar i
- Geometrisk passbar i konstruktion
Bubbeldiagram
Se föreläsning
Hur ser processen för schematisk tillvägagångssätt vid materialval ut?
- Ställ upp krav (omvandla kundkrav till tekniska krav)
- Bestäm relevanta materialegenskaper för att tillgodose kraven (meritvärden)
- Sök rätt materialgrupp (t.ex CES)
- Justering av design? Komplettera krav?
- Upprätta nya meritvärden för vald design och utvärdera material igen
- Finsålla (3-5 material)
- Samla in data och utvärdera kvarstående material (vilket material uppfyller kraven till så låg kostnad som möjligt)
Hur genomförs materialval mha sållning?
NU:
- Översättning av designkrav till materialspecifikationer
- Utsållning av material som inte uppfyller ställda krav
((SENARE:
- Rangordning (förmåga att uppfylla syfte/mål)
- Sökning av data om lovande alternativ)) (se materialval mha meritvärden
Vad menas med sållning map gränsvärden?
Man sätter gränsvärden (max/min) på materialfunktioner (t.ex. styvhet, kemisk nedbrytning osv) och sållar bort de material som inte klarar gränsvärdena. Kan göras både med linjer i stapeldiagram och boxar i bubbeldiagram.
Hur kan materialdata lagras?
- Numeriskt (kvantifierbara egenskaper)
- Ickenumeriskt (ja/nej, bra/bättre/bäst)
- Specifik stödjande information (erfarenheter med materialet=studier, analyser, appliceringar)
- Generell stödjande information (information, standarder osv.)
Ge exempel på strukturerad data
Handböcker, datablad
Ge exempel på ostrukturerad data
Rapporter, uppsatser, artiklar (internet)
Hur är olika materialdata upplagda i CES?
Material delas upp i:
Materialfamilj (keramer, polymerer, metaller etc.)
Klass (t.ex. olika legeringar inom metaller)
Member (t.ex olika nummer (1000, 2000) inom en viss legering)
Attributes (egenskaper med data/information)
*Exempel på materialegenkaper
- General
- vikt (densitet)
- kostnad (kr/kg)
- Mekaniska
- styvhet (E-modul)
- styrka
- Termiska
- expansion
- värmeledningsförmåga - Elektriska
- ledningsförmåga
- isoleringsförmåga
Hur ser designprocessen ut?
- Marknadskrav
DESIGNFAS
- Koncept
- Primärdesign
- Detaljdesign
ANVÄNDNINGSFAS
- Produktion
- Användning
- Skrotning
Vilket behov av materialdata har man i konceptdesignen?
Data för alla material och processer. Jämför typiska egenskaper för varje materialgrupp och få fram specifik materialgrupp. Parallellt med konceptutformningen.
Vilket behov av materialdata har man i primäradesignen?
Någon av materialgrupperna finns med i materialvalet och bör mynna ut i ett fåtal material. Mer detaljer i materialdata för att väga material mot varandra. Även viktigt med tillverkningsteknik.
Vilket behov av materialdata har man i detaljdesignfasen?
Mål: ett specifikt material. Mycket detaljerad information för att välja det bästa alternativet utifrån krav på produkt (funktioner, tillverkning, återvinning, ekonomi).
Beskriv principen för bubbeldiagram
(Se föreläsning)
- Plotta exempelvis E-modul (y) mot densitet (x)
- Välj om det skall maximeras/minimeras x/y
- Inför rät linje som markerar lutning för konstant värde på x/y
- Lägg till linjer för ytterligare krav
Vad finns det för fördelar med boxar i bubbeldiagram?
- Tydligt vilka materialgrupper som utesluts på vilka grunder
- Behöver ej veta specifika värden
Vad är det för skalor på ett bubbeldiagram?
Logaritmiska (ofta E-modul på y-axeln och densitet på x-axeln)
Vad symboliserar bubblorna i bubbeldiagrammet?
Materialfamiljer (metaller, keramer, polymerer etc.)
Vilka är stegen för materialval mha egenskapskombinationer?
- Ta fram materialindex
- omorganisera (lös ut för E)
- Logaritmera
- Ta fram y=kx+m
Vad är formeln för materialindex map E-modul och densitet?
M=densitet/sqrt(E-modul)
Hur ser indexformeln ut efter omformering?
E=densitet^2/M^2
Hur ser indexformeln ut efter omformering och logaritmering?
log(E)=2log(densitet)-2log(M)
Vad är det man höjer då man “drar upp linjen”?
Ökar värdet på materialindexet, ger bättre material map materialindexet
Vad beror ett meritvärde av?
Beroende av funktion och mål
- -> beror på vad man vill minimera/maximera
- -> beror på vilken funktion den skall uppfylla
Hur genomförs materialval mha meritvärden?
((TIDIGARE:
- Översättning av designkrav till materialspecifikationer
- Utsållning av material som inte uppfyller ställda krav)) (se materialval mha sållning
NU:
- Rangordning (förmåga att uppfylla syfte/mål)
- Sökning av data om lovande alternativ
