設備零件加工用素材選擇

前面有提過設備用機械零件製作數量經常是少量多樣化，
所以多以素材進行車、銑、鑽、磨後加上表面處理或熱處理為主。

除了加工方法的限制之外，
加工完成品尺寸設計上，也要考慮素材選擇性是否經濟。

一般的金屬素材除了鑄造用的鑄錠以外，
一般多以板材(塊材=厚板材)，圓棒跟其他型材為主，
其中板材又分為板金折彎加工用的薄板跟切削加工用的厚板，
圓棒也有分為軸支撐用棒材跟捲線用的線材，
基本上的斷面形狀就是長方形跟圓形。

為了備料、功能與使用上的選用方便，
除了長方型與圓形斷面以外，
也規範出許多不同斷面的型材，例如 L型的角鋼(鐵、鋁)，C或U型的槽鋼(鐵、鋁)，口字型的方管，圓管，I 或 H字型的工字樑或H型鋼樑等等。

圖片來源：台灣三住(Misumi)網頁

因為鋁材越來越普遍，
加上熔點相對鐵、鋼低、流動性好，
後來出現許多鋁擠型製品，
提供了更多種斷面型狀，可以兼顧抗彎、抗扭、抗壓(挫曲)的性能需求。

圖片來源：東野精機

不過型材多半以滾軋、擠、抽、拉等方式進行製造，
不同廠商在模具設計、製程上有關直度、扭轉角度的控制能力不同，
雖然有標準規範在，為了兼顧性能與成本，
延伸出尺寸精度應用上的限制，
加上加工過程(切斷、鑽孔、焊接、鎖固等)影響，
一般來說僅適合應用在精度要求比較低的狀況上。

圖片來源：東野精機鋁擠型變形量說明網頁

因為型材會有製造上的基本公差在，
所以對於精密度要求比較高的零件加工來說，基本上還是會選擇以較大的塊材進行加工。

程序上先銑除表面的瑕疵，
再來要銑出三個基準面，
然後在以基準面為尺寸上的參考原點進行其他的必要形狀或鑽孔加工。

所以塊材加工上必須要留一點餘料供移除表面瑕疵與銑基準面，至於要留多少？
有的公司會要求設計師註記在圖面上，個人看法倒是不需要，
因為加工的師傅自然會根據素材的狀況跟最終尺寸去選擇毛料。

加工時每翻面一次就浪費時間上下料跟夾持動作，也會因此損失一點精度公差，
因此在零件設計完成後製作工程圖時，要注意標示要從三個基準面開始標起，
不要六面都拉尺寸基準標註跟精度，以免造成六面都需要精加工的狀況發生。

零件設計上可以利用多塊板材像堆積木一樣組裝成比較複雜的零件，
因此除了加工基準面以外，經常也需要加工出給其他零件組裝使用的安裝基準面，
在安裝基準面常用有兩種設計方式，
一種是在材料上從基準面加工出精度較高的安裝基準平面，如果要求高平坦度，甚至會使用精密研磨；
另外一種常用的方式是在板材平面上絞孔、打定位銷，但是要這樣作必須考慮到板材平面本身平坦度與精度夠不夠，如果是使用一般的塊材，這種方式其實效益並不高，因為要在塊材上製作出一定平坦度跟精度的平面，那就乾脆順便銑出安裝基準面就可以，不需要再進行絞孔打銷這類額外的工作。

兩種典型的安裝基準靠邊設計：
左邊是絞孔打銷
右邊是銑出安裝基準平面

小直徑D10以下的銷跟絞孔精度通常在"條"(0.01mm)以下，
鑽孔位置精度通常也在5條以內，對一般的組裝精度來說已經非常夠用；
相對一般銑平面的精度其實也不會差很多，堪用。

考慮材料表面瑕疵銑除需要加工成本，在鋁合金板材市場上，
針對機械設備等用度有一種貼膜板塊材產品，
這種貼膜板兩面已經先經過研磨，可以省去上下兩面的銑面(+研磨)加工作業，
加上表面平坦度與厚度精度比一般的板材來得好，
就很適合利用鑽、絞孔、打銷的方式作安裝基準靠邊設計。

市場上比較早導入跟使用的是日本神鋼Kobelco等級較低的綠膜板、紅膜板，其實還有等級更高的藍膜跟橘膜板，如下圖示：

圖片來源：株式會社神戶製鋼所，高精度鋁合金厚板網頁

四種板的區分如下表所示：

圖片來源：神戶製鋼所網頁

表中很清楚表示兩種材質：
藍綠膜板材質是相對鋁合金A5052做比較的A5052P-H112，
橘紅膜是相對A5083做比較的A5083P-O，
分別有其訴求的強度與精度。
台灣材料廠商進口導入選擇的概念就是以考慮成本為主，
庫存進綠膜板或紅膜板供應給加工廠商；
藍膜跟橘膜除非有客戶指定才會進口，一般不會有庫存。

基本上對機械零件來說，強度設計上比較在意的是變形量，
破壞(降伏或抗拉)強度通常遠低材料的極限，
板厚度精度稍微差一點也無所謂，組裝時調整克服即可。
但是重點在於平直度就很重要，
所以一般塊材都需要銑出平坦面才能使用，
所以貼膜板基本每米的平直度約0.2mm以下，對一般的組裝精度要求來說其實還不錯，可以直接使用，
其實考慮到銑平面與可能的研磨加工費用，其實直接使用貼膜板對加工廠商來說是比較划算的。

因此零件設計時的最終厚度，其實可以考慮以貼膜板的供料厚度作為設計值。
例如大正鋁業有進ALHIGE5052(藍膜板) 5、8、10、12、15mm的厚度可以使用；ALJADE5052(綠膜板) 3、4、5、6、8、10、12、13、15、16、18、20、25、30mm的厚度可以。

或者是新懋鋁業也有進不同來源的貼膜板可以試試。

如果用量不大可能要先問問配合加工廠商有沒有已經進的貼膜板？那些厚度可以用？

不然要加工廠直接進一片比一般板貴的貼膜板，有時候不太容易，當然如果有材料中盤商可以直接出指定尺寸的材料就更方便，當然價格上會更貴一點。

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