产品三防设计-课件.ppt
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1、产品三防设计产品三防设计1.三防概述2.三防设计方法3.三防设计应用及案例分析产品三防设计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产品三防设计 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用防护性表面膜层
2、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 包装的三防设计产品三防设计 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。环境类型环境(自然)类型的说明 A类受控环境-温湿度受控的室内 或被密封的有限空间内 B类不受控的环境-偶尔会R.H 100%如仓库,地下室,户外 简单遮蔽等 C类恶劣环境-海上舰船,岛屿
3、或污染源附近 (海洋、盐水湖3.7公里内;冶炼厂、煤矿、热电厂等重污染源3公里内;化工、橡胶、电镀等中等污染源2公里内;食品、皮革、采暖锅炉等轻污染源1公里内)产品三防设计从环境类型角度看: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。分类 定义 型结构件安装在室外设备上、能与外界空气直接接触的外露的零件 型结构件除型结构件外,不与外界空气直接接触
4、的零件产品三防设计金属材料-钢材 分类分类 常用牌号常用牌号1冷轧钢板冷轧钢板碳素结构钢碳素结构钢08 08F2热轧钢板热轧钢板碳素结构钢碳素结构钢Q235A SPHC(薄板(薄板2.5mm)3预镀钢板预镀钢板电镀锌电镀锌 (耐指纹)(耐指纹)DX24热浸锌热浸锌5覆铝锌板覆铝锌板 (热浸镀铝锌合金)(热浸镀铝锌合金)铝的含量不同,其性能有差异铝的含量不同,其性能有差异6镀锡板镀锡板 (马口铁马口铁)7不锈钢板不锈钢板奥氏体奥氏体(普通、镜面、磨砂、拉丝)普通、镜面、磨砂、拉丝)303、304、316、1Cr18Ni9Ti8弹簧钢带弹簧钢带65锰、不锈钢锰、不锈钢65Mn SUS301(1Cr
5、17Ni17)产品三防设计金属材料-钢材常用材料对比:冷轧钢板与耐指纹镀锌钢板常用材料对比:冷轧钢板与耐指纹镀锌钢板l 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。l 耐指纹镀锌钢板钣金零件的切口断面由于没有了保护层,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
6、来消除这一现象。l 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。l 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。产品三防设计金属材料-钢材基材基材表面处理表面处理防护原理防护原理 耐蚀性耐蚀性(中性盐雾试验)(中性盐雾试验)注意事项注意事项预镀钢预镀钢板板(预镀)(预镀)预镀锌膜厚预镀锌膜厚 13 微米微米热镀锌膜厚热镀锌膜厚 520微米微米平板面平板面24h无腐蚀无腐蚀限限A类使用,切口边会类使用,切口边会锈蚀,
7、须隐蔽。锈蚀,须隐蔽。冷冷轧轧板板或或钢件钢件电镀锌电镀锌镀层厚镀层厚 612微米(微米(A)镀锌镍层镀锌镍层10微米(微米(B、C)Cr+6钝化钝化-168hCr+3钝化钝化-72/48h对手汗敏感;高温钝化对手汗敏感;高温钝化层破坏耐蚀下降。层破坏耐蚀下降。镀铜镀铜+镍镍Fe/Ep.Cu20 Ni304872h耐磨、装饰耐磨、装饰镀铜镀铜+镍镍+铬铬Fe/Ep.Cu20 Ni30 Cr0,34872h耐磨耐磨不锈钢不锈钢钝化钝化选用奥氏体材料选用奥氏体材料48 h优选优选304、316或或 1Cr18Ni9Ti钢板钢板(件)(件)磷化(或镀磷化(或镀锌)锌)+喷漆、喷漆、(喷粉)(喷粉)厚
8、度厚度 80120 微米微米500 h户外构件需热浸锌户外构件需热浸锌+有机有机涂层(重防护)涂层(重防护)产品三防设计金属材料-铝材l铝及铝合金的耐蚀性:纯铝防锈铝锻铝压铸铝硬铝l铝材料价格:硬铝锻铝防锈铝纯铝压铸铝l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)。产品三防设计金属材料-铝材 铝材分类铝材分类 型号及状态型号及状态 应用场合应用场合 型号型号 纯铝纯铝1100H24非受力件,耐蚀好非受力件,耐蚀好 防锈铝防锈
9、铝Al-Mg5A06 5052-H32中等受力件,耐蚀好中等受力件,耐蚀好 6061-T66063、6061厚板机加工件厚板机加工件,高强度用高强度用6061-T6;挤出成型用挤出成型用6063/6061 锻铝锻铝Al-Mg-Si 压铸铝合金压铸铝合金(Al-Si)YL102 ,A360 耐蚀性好,流动性差耐蚀性好,流动性差(Al-Si-CU)ADC12,A380耐蚀性差,流动性好耐蚀性差,流动性好强度好强度好 硬铝硬铝Al-Zn-Mg-Cu7075耐蚀性差,强度高耐蚀性差,强度高产品三防设计金属材料-铝材表面处理表面处理防护原理防护原理耐蚀性(中性盐雾试验)耐蚀性(中性盐雾试验)注意事项注意
10、事项铝铝 板板压铸铝压铸铝无色化学无色化学氧化氧化铬酸盐氧化膜,铬酸盐氧化膜,低于低于1,致密,致密100h无腐蚀无腐蚀48h表面导电表面导电阳极氧化阳极氧化膜厚大于膜厚大于6微米微米240h 以上以上(不能)(不能)表面不导电表面不导电化学镀镍化学镀镍化学镀膜层均匀化学镀膜层均匀通常用其特殊功能而不要求耐蚀性;通常用其特殊功能而不要求耐蚀性;当膜厚当膜厚30微米时,有可能通过微米时,有可能通过96 h。可焊性可焊性镀金镀金/镀银镀银镍底层起屏蔽保护作镍底层起屏蔽保护作用用镀金:镀金:72h无腐蚀;钎焊不要求无腐蚀;钎焊不要求镀银:不要求,应考虑防变色。镀银:不要求,应考虑防变色。无特别要求,
11、无特别要求,必须镍底层。必须镍底层。喷涂喷涂(漆漆)有机涂层有机涂层500h 以上无蚀点以上无蚀点产品三防设计金属材料-铜材材料材料型号型号表面处理表面处理耐蚀性耐蚀性注意事项注意事项紫铜紫铜(纯铜纯铜)T2-M(Y)T3-Y (M)钝化钝化,镀镍镀镍,镀锡镀锡,镀银镀银,镀金镀金良好良好高导电或导热零件高导电或导热零件黄铜黄铜(铜锌铜锌)H62钝化钝化,镀镍镀镍,镀锡镀锡,镀银镀银,镀金镀金良好良好紧固件紧固件,一般导电及连一般导电及连接器用接器用青铜青铜(铜锡磷铜锡磷)(铍铜铍铜)QSn6.5-0.4-YQBe2-Y钝化钝化,镀银镀银,镀金镀金良好良好电连接电连接,EMC,连接器连接器白铜
12、白铜(铜镍铜镍)BZn18-18良良A类环境下屏蔽罩类环境下屏蔽罩(可焊可焊)产品三防设计金属材料-铜材常用材料对比:紫铜与黄铜常用材料对比:紫铜与黄铜 二者的耐蚀能力相似,在大气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。产品三防设计金属材料常用金属材料耐腐蚀性能对比: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产品三防设计非金属材料-橡胶材料名称材料名称主要优点主要优点主要
13、缺点主要缺点应用范围应用范围硅橡胶硅橡胶(高抗撕高抗撕)1.使用温度使用温度-60180;2.电性能、耐候性好;电性能、耐候性好;3.可粘接。可粘接。耐油性差耐油性差防水密封垫防水密封垫,“O”形圈形圈,高频高频,微波部件的密封微波部件的密封,EMIS衬垫。衬垫。三元乙丙三元乙丙胶胶(EPDMEPDM)1.力学性能好力学性能好,使用温度范围宽;使用温度范围宽;2.耐候性好;耐候性好;3.耐高压及耐电弧性好。耐高压及耐电弧性好。阻燃性差阻燃性差粘接性差粘接性差户外产品密封件户外产品密封件,耐高压垫片耐高压垫片氯丁橡胶氯丁橡胶1.力学性能力学性能,耐候性耐候性,阻燃性好,阻燃性好,2.易粘接,易粘
14、接,3.耐油。耐油。可能是可能是“硫硫”源源.耐寒性差耐寒性差,密度大密度大,电性能差。电性能差。克氯丁泡棉用于低克氯丁泡棉用于低应力密封条应力密封条.丁腈胶丁腈胶1.耐油,耐油,2.耐温可在耐温可在130长期工作长期工作耐候性差耐候性差不耐臭氧不耐臭氧油封件油封件产品三防设计材料代号材料代号特点特点适用范围适用范围PMMA372有极好的透明度。机械强度也较高,有一定的耐热性,耐寒性,有极好的透明度。机械强度也较高,有一定的耐热性,耐寒性,耐侯性,耐腐蚀,绝缘性能良好。制品尺寸稳定,易成型。缺点耐侯性,耐腐蚀,绝缘性能良好。制品尺寸稳定,易成型。缺点是质较脆,易溶于有机溶液,做为透光材料,表面
15、硬度不够,易是质较脆,易溶于有机溶液,做为透光材料,表面硬度不够,易搽毛。就其综合性能看,优于聚苯乙烯等一般塑料。搽毛。就其综合性能看,优于聚苯乙烯等一般塑料。透明罩透明罩/板、灯板、灯。ABSABS是一种三元共聚物,因此兼有三种单体材料的共同性能,使是一种三元共聚物,因此兼有三种单体材料的共同性能,使其具有其具有“坚韧,质硬,刚性坚韧,质硬,刚性”的材料。的材料。ABS树脂具有较高的冲击树脂具有较高的冲击韧性和机械强度,尺寸稳定,耐化学性及电性能良好,易于成型韧性和机械强度,尺寸稳定,耐化学性及电性能良好,易于成型和机加工等特点。表面还可电镀;但其耐侯性差。另外,和机加工等特点。表面还可电镀
16、;但其耐侯性差。另外,ABS与与PMMA372有机玻璃熔接性良好,可作双色成型塑件。有机玻璃熔接性良好,可作双色成型塑件。各种内部结构件各种内部结构件PC/ABS与与ABS相比:强度高,电绝缘性较好,吸水率降低。相比:强度高,电绝缘性较好,吸水率降低。各种面板、承力各种面板、承力结构件结构件PA力学性能优异,冲击韧性好,有弹性,耐磨性和自润滑性好,耐力学性能优异,冲击韧性好,有弹性,耐磨性和自润滑性好,耐油、抗菌、抗霉,但吸水性强,尺寸稳定性差,。油、抗菌、抗霉,但吸水性强,尺寸稳定性差,。固定夹、卡箍等固定夹、卡箍等PC耐冲击韧性优于一般塑料,尺寸稳定性好,具有优良的综合性能耐冲击韧性优于一
17、般塑料,尺寸稳定性好,具有优良的综合性能,耐热温度,耐热温度120 C,耐寒为,耐寒为-100 C才脆化,耐磨性、耐腐蚀性才脆化,耐磨性、耐腐蚀性、耐大气老化性良好,电绝缘性优良,物品精度高。但易产生应、耐大气老化性良好,电绝缘性优良,物品精度高。但易产生应力开裂,加工要求较高。力开裂,加工要求较高。面膜等面膜等PPS极优异热稳定性,耐介质优,自熄性,尺寸稳定,抗蠕变性优良极优异热稳定性,耐介质优,自熄性,尺寸稳定,抗蠕变性优良,吸水性低,但加工温度高。使用温度,吸水性低,但加工温度高。使用温度-60+220绝缘插座、开关绝缘插座、开关、接线架、接线架非金属材料-塑料产品三防设计 A类环境B类
18、环境C类环境II型结构件II型结构件I型结构件I型结构件冷轧钢板热轧钢板预镀钢板奥氏体不锈钢铝铜注:-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)选用产品三防设计注:-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A类环境B类环境C类环境II型结构件II型结构件I型结构件I型结构件户外型粉末涂层室内型粉末涂层丙烯酸油漆涂层热浸锌电镀锌彩色钝化镀镍镀铬铝阳极氧化铝彩色化学氧化铝无色化学氧化产品三防设计产品三防设计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
19、 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产品三防设计2.2.1.1 结构形状与尺寸l 避免尖角 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。产品三防设计2.2.1.1 结构形状与尺寸l 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
20、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 2.0mm。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 产品三防设计2.2.1.1 结构形状与尺寸l 避免积水结构 不应形成凹形,减少
21、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(或直径)的50以内,宽度或直径应尽量大产品三防设计2.2.1.1 结构形状与尺寸l 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
22、折弯180的结构,只允许在预镀钢板制作的零件上使用。产品三防设计2.2.1.1 结构形状与尺寸l 注意防尘机柜、机箱空气入口处应考虑防尘措施,对防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。产品三防设计2.2.1.1 结构形状与尺寸l 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
23、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,不能同时进行电镀或氧化处理,如铝板或冷轧钢上有不锈钢螺钉时。产品三防设计2.2.1.1 结构形状与尺寸l 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。搭接焊,不好对头焊,好断续焊,不好连续焊,好不好 好产品三防设计2.2.1.1 结构形状与尺寸l 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
24、的必要条件之一,而产生应力腐蚀的有效应力是拉伸应力拉伸应力。暴露在腐蚀介质中的零部件应避免承受过大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。123451 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
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