《产品三防设计》PPT课件.ppt
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1、结构工程师培训产品三防设计专项,目录,1.三防概述2.三防设计方法3.三防设计应用及案例分析,1.三防概述,1.1 三防定义:-防湿热、防霉菌、防盐雾-国外通称 防腐蚀-凡是由环境(大气环境或平台环境)引起的设备故障都属于 防护范畴1.2 三防设计发展:-时间方面,后期补救到前期设计-内容方面,工艺防护到系统设计(优选材料,结构设计,工艺防护)-形式方面,随意设计到规范设计,2.三防设计方法,2.1 三防设计总则 2.1.1 产品应用环境分类 2.1.2 三防设计中的结构件分类 2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择 2.1.4 环境类型与对应的可选用基体材料 2.1.5 环境类型与对应的可
2、用防护性表面膜层 2.2 各类环境中三防设计 2.2.1 A类环境下的三防设计 2.2.2 B类环境下的三防设计 2.2.3 C类环境下的三防设计 2.3 包装的三防设计,2.1三防设计总则,产品设计的全过程中应始终注意腐蚀控制问题,即在方案论证、技术设 计、材料与工艺选择、研制和生产过程中都要考虑腐蚀及其控制。产品设计 时,主要从以下方面综合考虑腐蚀控制问题:环境条件、结构设计、材料选 择、金属腐蚀与预防、表面防护、有效的防护包装。,2.1.1 产品应用环境分类,从环境类型角度看:A类环境中:只有 II 型结构件;B类环境中:不受控房间内的都是 II 型结构件;室外(包括只有简单遮蔽)的产品
3、外壳等属于 I 型结构件;C类环境中:外壳一定是 I 型结构件。而无论何种外环境下,封闭的外壳内的零件都属于 II 型结构件,而且这些内部 II 型结构件所处的小环境都是属于A类环境。,2.1.2 三防设计中的结构件分类,金属材料-钢材,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,金属材料-钢材,常用材料对比:冷轧钢板与耐指纹镀锌钢板 耐指纹镀锌钢板表面有一层薄的锌层(常用型号的锌层厚度约 2.8 微米)和极薄的防 手印有机涂层,对钢基体有一定保护作用,但其防护能力很有限,用这种板材制作的 零件表面耐蚀能力远不及符合质量要求的镀锌彩色钝化的冷轧钢零件。耐指纹镀锌钢板钣金零件的切口断面由于没有了保
4、护层,极易出现锈蚀,而对这种缺 陷在加工时较难采取措施进行有效防护。当有焊接时,镀锌钢板容易留下难看的高 温烧蚀痕迹,除非涂上有机涂层加以掩盖、否则只能保留而影响外观和该处的导电 性;冷轧板零件则可通过打磨后电镀来消除这一现象。当要求局部喷涂(即局部表面要求导电)时,若用冷轧板镀锌后喷涂,则无涂层区域 上的彩色钝化膜会因高温过程而大大降低保护能力;而镀锌钢板上的耐指纹膜一般不 会受到影响。因此这种情况下二者表面的耐蚀性能接近。两种材料中冷轧钢板价格较低,但一般需电镀处理,故加工工序多、周期长。,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,金属材料-钢材,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,
5、金属材料-铝材,铝及铝合金的耐蚀性:纯铝防锈铝锻铝压铸铝硬铝铝材料价格:硬铝锻铝防锈铝纯铝压铸铝根据结构特点及功能要求铝及铝合金的选用原则是:无承力要求及导电件选用纯铝;有一般承力要求的钣金件可选用防锈铝;铝型材及机加工件例如:选用锻铝6061或6063;压铸铝合金应选用YL102,而尽量不用ADC12(含铜)。,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,金属材料-铝材,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,金属材料-铝材,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,金属材料-铜材,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,金属材料-铜材,常用材料对比:紫铜与黄铜 二者的耐蚀能力相似,在大气
6、中都有较好的抗蚀性,但会受含硫或 氨的大气影响。黄铜强度高、易加工、价格低,故在电、热性能都满足要求的情况 下可尽量多选用黄铜。,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,金属材料,常用金属材料耐腐蚀性能对比:材料本身在大气中的耐蚀能力为纯铝防锈铝奥氏体不锈钢黄铜 纯铜压铸锌合金碳钢表面预镀的冷轧碳钢板材料表面抗腐蚀性能为:耐指纹电镀锌钢板 覆铝锌板热镀锌钢板,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,非金属材料-橡胶,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,非金属材料-塑料,2.1.3 常用材料的防腐性能对比和选择,注:-表示可以选用;-表示不允许选用;-表示有条件限制(特别的表面防护措施
7、)选用,2.1.4 环境类型与对应的可选用基体材料,注:-表示可以选用;-表示不允许选用;-户外涂层可以用在室内、但成本高,2.1.5 环境类型与对应的可用防护性表面膜层,2.2 各类环境中三防设计,2.2.1 A类环境下的三防设计 2.2.1.1 结构形状与尺寸 2.2.1.2 结构件材料的选择 2.2.1.3 表面防护工艺选择2.2.2 B类环境下的三防设计 2.2.2.1 典型结构特别要求 2.2.2.2 结构形状与尺寸 2.2.2.3 结构件材料的选择 2.2.2.4 表面防护工艺选择2.2.3 C类环境下的三防设计,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.1 结构形状与尺寸 避
8、免尖角,避免凸出的棱角,也要避免尖锐的凹角;可能的话,拐角处尽量做成流线性、且内角半径尽可能大;一般折弯半径不能低于0.5mm,厚度低于1.0mm的薄板折弯半径 不能低于0.3mm;可能时,应规定加工精度、切口尖角度(或毛刺高度)、倒内圆角 尺寸等。,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.1 结构形状与尺寸 避免凹凸不平的平面,由于“拉丝”或“喷砂”都是使表面粗化而形成一定的装饰纹路,因此除非确实有装饰需要、否则不建议采用“拉丝”或“喷砂”处理;而且只允许在铝材、不锈钢材料表面应用。目前装饰用的拉丝或喷砂表面粗糙度分别为:拉丝 Ra 为 1.72.7 mm;喷砂 Ra 为 1.4 2.
9、0mm。应规定预防划痕的措施;规定表面的不平度;规定在制造过程中避免产生深的加工刻痕(或选择适当的装配方法),以防止形成应力集中源。宁可采用简单的、致密的、光滑的表面,并具有理想的外形、布局和转角,而不采用复杂的不规则形状和粗糙表面。要求电镀光亮镀层作装饰的表面,应规定其表面粗糙度 Ra 不大于 0.8m,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.1 结构形状与尺寸 避免积水结构,不应形成凹形,减少腐蚀机会。如:平面转接处应向下平滑;设备的外罩恰当地倾斜,使水流走;在可能积水和留存湿气的空间,应开设排水孔和排气孔需要表面处理的零件应尽量避免肓孔。若不可避免,孔或槽的深度应尽可能在其宽度(或
10、直径)的50以内,宽度或直径应尽量大,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.1 结构形状与尺寸 避免会进水的缝隙,在加工过程中或设备工作时会导致积水的缝隙应尽可能避免。需要进行表面处理的结构件,应尽可能避免夹缝,除非能确保该夹缝不会进入溶液、或者结构上难以实现。如一些搭接点焊的结构应谨慎采用,尤其是需要电镀者;如果非用搭接点焊不可、且将进行化学腐蚀的表面处理,则应该采用“胶接点焊”工艺,以防止夹缝中截留酸、碱溶液。对于折弯180的结构,只允许在预镀钢板制作的零件上使用。,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.1 结构形状与尺寸 注意防尘,机柜、机箱空气入口处应考虑防尘措施,对防
11、尘装置应规定定期除尘制度,防止滤尘器成为灰尘集散的污染源。冷却风扇推荐采用吸风方式、避免吹风方式。整机结构中应考虑零件上积聚的粉尘能被尽量排出,尽可能避免粉尘在设备内循环。,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.1 结构形状与尺寸 组合工序的安排,带有螺纹连接、压合、搭接、铆接、点焊、单面焊接等组合件,原则上不允许进行电化学处理(电镀、阳极化);不同金属材料组合在一起的组件不能一起进行溶液处理。这些组合件应尽可能采用涂漆,或在电化学处理后进行组合。例如:需要点焊加强筋的门板可采用喷涂;搭接点焊在一起电镀的结构可以先分开电镀再采用铆接的方式;在要求压铆不同材质的螺柱(螺母)时,不能同时进
12、行电镀或氧化处理,如铝板或冷轧钢上有不锈钢螺钉时。,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.1 结构形状与尺寸 焊接,需进行溶液处理时,焊接应采用对头焊。若是搭接焊,则应避免间断焊缝,不采用不封闭的焊缝(即应将重叠区封闭起来,使其不会夹带溶液);焊接结构的设计应易于操作,以改善焊接质量。如图4所示。必须使用搭接点焊时,应采用“胶接点焊”工艺。,断续焊,不好,连续焊,好,不好 好,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.1 结构形状与尺寸 控制应力,避免应力腐蚀,机械应力和残余应力是应力腐蚀破裂的必要条件之一,而产生应力腐蚀的有效应力是拉伸应力。暴露在腐蚀介质中的零部件应避免承受过大
13、的机械应力和应力集中,或采取适当的工艺措施消除内应力。应优先采用使各零件或部件能装配和配合得精确的设计方案,避免使某一零件因别的零件而过分受力,尤其在焊接、铆接、螺铨孔等部位,同时应注意防止缝隙或产生裂纹;应尽可能减少结构加强件和连接件的附加应力。不锈钢和黄铜等属于容易产生应力腐蚀破裂的材料,需注意此问题。焊接件的焊缝处是残余应力集中区,在有腐蚀介质的环境中、焊缝处极易发现应用腐蚀开裂。应力腐蚀断裂的过程如图所示。,1、应力 2、保护膜局部破坏 3、腐蚀坑形成 4、应力腐蚀裂纹的产生与扩展 5、最终纯机械断裂,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.1 结构形状与尺寸 避免局部过热或过冷
14、控制紧固件数量易损件,在换热操作中应避免局部过热。设计换热器等时,应保证有均匀的梯度。温度分布不均匀时会引起局部过热和高腐蚀率。应考虑合适的降温措施和风道设计,避免散热过度(不应低于环境温度),否则易在较冷部位出现凝露受潮而发生腐蚀现象。尽量减少零件数量、减少凸出的紧固件的数量,使结构表面形状简单、光滑。可能时,整体件是最理想的。易于腐蚀损坏的零件,在结构上应容易维修和更换。并在维护说明中注明。如接地铜排上的钢质螺钉。,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.2 结构件材料的选择-金属材料(无特别限制),普通承力结构件一般钣金钢结构件多选用优质冷轧钢板,表面防护可以是电镀(主要为镀锌)或
15、喷涂;若是内部结构件(装配后不易查看到的)可直接应用耐指纹型电镀锌钢板或者热浸镀锌钢板(注意:这种情况下必须要求切口断面处的锈蚀对功能或产品外观等没有影响),若断口边暴露在可视区域、则应要求对切口断面进行涂漆保护处理。另外,当预镀板零件上有焊接时,由于焊缝周边的烧伤区域极易出现腐蚀,因此必须要求对焊缝区域进行涂覆有机涂层的防护处理。特别注意:对于单板滑道类零件,当采用钢板材料时,禁止使用预镀钢板,必须采用冷轧板电镀锌处理。当同时要求装饰或不适合进行表面处理时,可用奥氏体不锈钢,除钝化处理外、均可以不再作其它表面处理。,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.2 结构件材料的选择-金属材料
16、(无特别限制),普通承力结构件厚度要求超过 3.5mm 的钢钣金件,只能选用热轧钢板;若其表面不作机械加工处理,则必须采用热浸锌或喷涂的表面处理方式。若用铝钣金件,则可根据允许的材料厚度和受力状态选用防锈铝或纯铝板。型材也可作为承力件。铝型材要求其热处理状态应为 T5 或 T6 状态;型钢可直接应用,但表面处理必须选择喷涂。压铸件同样可用作承力构件,注意铝压铸件必须进行氧化及喷涂有机涂层,锌压铸件必须进行电镀或喷涂有机涂层或其它防护处理。,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.2 结构件材料的选择-金属材料(无特别限制),弹性结构零件一般钢零件可选择弹簧钢材料,如 65Mn 等,也可用
17、 T8 等(碳素工具钢)代替。其表面处理应选择磷化(或发蓝)后喷涂有机涂层,或表面质量要求不高时可进行“达克罗”处理。特殊要求时可选择电镀镍、以满足耐磨或导电的要求(注意电镀过程中必须增加“除氢”工序)。当要求较高的防腐蚀性、弹性要求不高、又要导电时,可选择弹性不锈钢材料。一般常用 1Cr17Ni7,在多数情况下需要进行适当的热处理;除钝化外,不需特别的表面处理。当要求较高导电性时用青铜类材料,可以不用进行特别的表面处理,只需作适当清洁和钝化处理即可。但有特殊要求时(如特别高的导电可靠性),可以镀金。,2.2.1 A类环境下的三防设计,2.2.1.2 结构件材料的选择-金属材料(无特别限制),
18、装饰性结构零件装饰性金属结构件主要是指利用金属外表(包括基材和金属镀层)作装饰要求的零件。对于不承受较大载荷的面板类零件,可选择纯铝或防锈铝材料,表面拉丝或喷砂(注意因纯铝质软,表面极易被划伤)。也可根据零件受力情况、或表面装饰要求而选择其它材料,如碳钢、锌合金压铸件(需表面处理)或者不锈钢。需强调的是:当钢件采用电镀装饰性镀层(如镀镍、镀铬等)作装饰时,必须特别注意电镀前的表面状态,一般不宜直接利用板材或棒材的材料原始表面进行电镀,否则装饰效果欠佳、耐蚀性能也不好;较好的方式是在设计中明确表面粗糙度、或者指明增加表面加工措施(如机械抛光),以符合均匀、光滑、无外观缺陷的镀前表面质量(表面粗糙
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