2014年12月12日

案例研究:驱动轴的材料选择

项目
选择用于1/2英寸直径的材料,六英尺长的驱动轴用于运行连接到杆组件一端的电动工具。轴横截面如下所示。

描述
轴材料的主要要求是:

  • 产量强度> 30 ksi
  • 失败前5年 - 对应3,500小时实际使用
  • 轻的
  • 易于制造
  • 耐腐蚀

根据这些要求,仅考虑铝合金。由于其重量,不考虑钢合金。由于其重量和成本,未考虑铜合金。尽管有满足屈服强度需求的塑料,但人们担心在小轴花纹中获得均匀性能的能力。

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在T6温度条件下,最具成本效益的选择是挤出6061铝。6061-T6的铝关联规范需要35 KSI的最低屈服强度。6061是一种通常挤出的合金,与满足强度需求的其他铝合金相比,购买价格便宜,易于挤出。

物质评估过程
部分选择材料用于组件涉及以下步骤:

  • 评估原型以确定材料是否可以满足应用程序性能和可靠性要求。
  • 评估组件的潜在供应商,以确定它们是否能够生成符合规格的组件。

评估原型
原型评估涉及将6061-T6杆的加工成轴样品。使用加速测试条件对样品进行测试,以模拟3500小时的使用。还评估了另外两种比6061-T6高屈服强度的铝合金,以防万一测试表明需要选择。测试表明,轴横截面尺寸的微小变化需要在3500小时之前防止故障。另外,确定6061-T6是合适的。由于轴的工具尚未开始,因此尺寸更改很容易进行。

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供应商评估
评估供应商不需要获得轴样品,这是一件好事,因为制造轴所需的工具要等到开发周期后期才准备好。从两家挤出公司获得了与轴相似的挤出6061-T6组件的生产样品,并进行了评估,以查看它们是否符合6061-T6的组成和强度要求。还进行了对每个供应商的一个样本的金属学检查,以验证微观结构是否正确。

一个公司的样本很好。来自另一家公司的样本的强度略低于要求和低于最低的微观结构。确定第二家公司没有适当的质量流程来确保轴将始终如一地满足强度的需求。因此,将组件确实满足强度要求的公司被选为轴的产品供应商。

后来,准备好制造轴的工具,制作样品并评估了组成,强度和微观结构。根据结果​​,对挤出过程进行了一些小修改,以获取所需的微叠和强度。

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结论
在此处讨论的原型和供应商评估揭示了产品开发周期初期的问题。这实现了容易实施的决策,并确保开发项目按计划进行。

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