2018/4/29

20180429 環陽明山北海岸自行車之旅

父母往生後放在金寶山的金寶塔,
所以每年都會往來北海岸一帶好幾次;
每次在台二線上看到自行車車友跨著愛駒在海岸線上馳騁,心裡總是充滿著羨慕,
總想著那一天來好好騎一趟。

其實幾次參加環大台北挑戰也都有經過這一段,
只是受限於活動關門時間壓力,都只能快快通過,沒能慢騎看風景。
2010/10/02 第一次參加環大台北,在出野柳隧道後,
印象中是完成100K車友騎機車幫忙拍的照片
2010/10/02,在過金山後中角旁拍的照片,那一天天氣好,拍照很漂亮


最近老婆週末假日常有一天需要加班,
心裡就開始想可以來去跑一趟,
確定老婆加班挑這禮拜天,看氣象預報Ok,
就報備要出門騎車,獲恩准可以成行,
但是沒說要去騎100多公里…

如果要騎在靠海這一側,
就要從基隆往淡水方向騎:

心裡有幾條路線 :
首先要到基隆的話 :
1. 走忠孝東路接台五進基隆,左轉台二線右轉接情人湖濱海大道接台二往淡水。
2. 走河濱車道到南港繼續接往汐止,走台五往基隆,再轉台二線接情人湖濱海大道接台二往淡水。

3. 要縮短距離,就坐捷運到南港展覽館站,轉台五到基隆,再轉台二線接情人湖濱海大道接台二往淡水。
基本上以上的路線只有在過汐止時需要爬坡,
但是都是緩坡,還有體力時其實並不難,
對一般常騎自行車道的車友來說,
有挑戰但是若有毅力會堅持下去,
不算很難完成。

不進基隆的話 :
4. 走陽金公路下金山,左轉走台二往淡水;
5. 走至善路接經風櫃嘴往萬里或金山,再左轉台二往淡水。
以上兩條都要爬山,對一般沒有練過的車友來說,非常非常不建議走這兩條爬山路線,卡在半路上進退不得很尷尬,
甚至掉頭下山還蠻危險的。

北海岸這一段基本上就是平地為主,
只有白沙灣後到聖約翰大學這一段會有上下坡,
不過因為騎到這邊通常已經累了,
所以雖然是緩坡,騎起來還是很辛苦。
過了聖約翰大學後往淡水方向基本上都是緩下坡,
只要小心車輛都算容易騎。

回程若狀況不好,在過淡水後可從紅樹林捷運站上車回家。

這幾條路線的選擇因人而異,
例如出發地點,住在南港、松山一帶的車友,自然是走台五到基隆比較方便,
想要爬山當然就挑風櫃嘴或陽金公路,
所以沒有最好的路線,只有自己想要挑戰的路線。


雖然很久沒騎長途、沒爬山,
但是發神經決定就來挑個要爬山的路線。

爬山路線主要有兩條:
走陽金公路路線最高點在小油坑,海拔高度800左右,
經風櫃嘴路線海拔高度640左右,
看起來走風櫃嘴比較好爬,實際上不然,因為坡度較陡,
從往風櫃嘴的路禁行大型公車就知道路比陽金窄而陡,
所以陽金公路雖然海拔較高,但是長度長,相對坡度反而比較緩和一點。

所以要爬山喜歡爬陡一點、繞遠一點到萬里的就走風櫃嘴,
喜歡爬坡緩一點,直接到金山走比較短一點的就走陽金公路,
印象中走陽金公路到金山的車友比較多,
走風櫃嘴下萬里的車友比較少。


出門前其實都還在猶豫要走那一條?

想想自己很久沒騎車爬山了,試試風櫃嘴好了,
如果狀況不好就掉頭下山回家,
如果狀況好就翻過山,下萬里吃儂徠海鮮麵當午餐,
後段如果狀況不好就撐到紅樹林坐捷運回板橋,
如果狀況還可以就騎回家。

七點跟著老婆一起起床,
老婆出門後開始弄車子,吃早餐,
結果搞到出門幾乎已經 9:00,還好沒約人,不然就不好意思了。

我是從板橋出發,挑新月橋進河濱車道,
上華江橋過河往大稻埕北向前進。

到重陽橋上橋再接機車道下橋就是往士林的百齡橋,
這一個牽引道對我來說是新的,
應該是這一兩年才剛完成的人行與自行車共用越堤道,Google衛星地圖上也沒有:

下百齡橋直走接中正路到往士林官邸跟故宮的方向,

這一條路線會比走河濱車道短一些,不過路上車很多,
尤其是在中正路經過捷運站那一段,車多而亂,千萬小心;
如果是一隊人馬一起,建議走河濱會比較好,
雖然遠了點,但是少了紅綠燈干擾,時間上不見得會比較久。

在故宮前的7-11或全家記得補滿水,
或者是找派出所借飲水機補水,
因為再過去就進入山區,
商店非常的少,水若帶得不夠會很慘。

從故宮開始,至善路幾乎就是一路往上,

 
其中有幾段還有點小陡,
而且因為遮蔭少,太陽直曬下溫度相對也高(今天有34度),
對一般人來說,光是到轉進風櫃嘴前的這一段至善路可能就很難不落地騎完,
我就看到好幾組車友停下來休息。

如果這一段都很難一口氣騎完,那轉進上風櫃嘴的路大概就得休息很多次了。

抵達轉進往風櫃嘴產業道路的橋時,建議要先休息一下,補充點水份跟熱量,
同時讓爬至善路這一段上坡的身體稍微休息舒緩一下,
因為一過橋就是一段陡坡向上,
 
如果沒休息,其實會騎得很辛苦,
當然高手例外,不過經常走這一段的高手應該也不會 、不需要看這一篇。

過橋後往風櫃嘴基本上只有中間一小段有小下坡可以輕鬆一下,
其他路段就是只能往上爬,
尤其是越接近觀景台,感覺上越陡,
尤其是倒數第二個U turn的道路內側彎道,那個坡度感覺簡直像是在爬牆,
如果想輕鬆點,可以趁著前後沒車時逆向切往外側彎道,
過了彎道再切回順向靠右,
過了最後一個彎道後就請堅持一下,
視線所及的最高點一過就到風櫃嘴觀景台,
可以照個相慶祝完成挑戰風櫃嘴。

到了風櫃嘴觀景台別以為苦難就此結束,
對公路車車友來說另外一種折磨正要開始,
公路車相對較趴的騎乘姿勢在下坡時,
上半身簡直就是跟往下的道路平行,
上身的重量壓在彎把上,加上彎把煞車超難按,煞車力道又弱,
一趟連續下坡下來,腎上腺素的分泌絕對在超高水準,
如果上半身 、手腕肌耐力不夠,第三天保證大拇指痛到沒力氣(我就是這樣)。

不幸的是,不管原路下坡或往萬里下坡都躲不掉要下坡,
建議不要怕麻煩,把坐墊高度降低一些會好很多,到了山下再調回正常高度 ;
相反的上山前可以將坐墊調高 、調前一點,
上坡踩踏時身體的重量可以幫上很大的忙,
所以除非純心想挑戰山路跟自己的極限,
真的不要怕麻煩調整一下坐墊高度會好很多。

從風櫃嘴觀景台下萬里,在3公里左右的連續下坡髮夾彎結束後,會有兩條路可以選擇:
往左會經過天祥寶塔,接到核二廠後金山前的北基加油站,路程較短,但是有幾個陡上陡下的坡要小心;
往右會接到基金公路進萬里市區的路口,路程較遠,但是坡度較緩;
兩條路線風景都不錯,機動車輛也不多,可惜不是平地,不然是絕佳的單車路線。

我因為想走萬里吃儂徠海鮮麵跟到野柳附近看海景,所以選擇向右的路線。


進金山前有三條路線可以選,
最輕鬆的就是直接穿過市區,平、短但車多,可覓食,無風景可看。
想要車少速度快走左邊緩上緩下的外環道,可遠眺左方的陽明山,沿途有兩間7-11可以補給休息,尤其是第一間位於陽金公路出口,是車友聚集的熱點,想找車友LDS挑這間絕對不會失望,可以碰到很多同好且可獲得許多密境路線資訊。

想要更少車、看海景可走右邊,但是會有一個短上坡過金山青年活動中心跟港口,沒有補給點,車很少,想看海景跟田的可以走這一條。

過了金山後的路主要就是台二,

但是有一些台二離海較遠的路段,往右側產業道路進去其實也很有味道,
比較出名的就是老梅,這個季節剛好可以看綠石槽,可惜太晚出門、走錯一小段中社加上爬風櫃嘴又花掉太多時間,後來還是變成在趕路回家,真是可惜,
下次還是早點出門坐火車到基隆開始騎會比較有時間多看點風景。

台二過金山到白沙灣前這一段跟過白沙灣後一段的風向常常剛好是相反的,
像這一次是先順風後逆風,逆風時一個人騎就很辛苦了,

而且過白沙灣後會開始進入上上下下的地形,尤其是北海岸風景管理處後跟進三芝前,有兩個比較長的坡,如果體力已經不好,這兩段也算是蠻折磨人的。

使用Strava記錄的路徑圖:


2018/4/28

機械設備上常用的材料:工程塑膠

工程塑膠在除了五大泛用塑膠(PVC、ABS、PE、PP、PS)以外,
其他的工程塑膠相對鋼材來說,其實以單位重量價格來看算是貴的材料,
動輒每公斤都要幾百塊,甚至上千。

五大泛用塑膠一般會用在容器、纖維、管路建材、消費性產品上,
在特殊用途上若要使用,通常還需要不同的添加物跟製程,
所以就算一樣是PVC,價格也會不同,
例如抗靜電PVC板,一片1200x2400xt5 mm要價在NTD 6000以上,
重量約19公斤,換算重量計算單價要NTD 300/Kg,
比不銹鋼、鋁都貴得多;
早期 Takiron 抗靜電 PVC 板剛進台灣的時候甚至一片要NTD12000,
後來有出現很多廠商製作類似產品,價格才降下來。

在電子業中用到的塑膠會有電性、耐熱、結構強度等等各種要求,
尤其是在連接器上,經常會有許許多多"很奇怪"的工程塑膠,
例如 LCP,液晶高分子,一聽就是很高科技的東西。

還好在機械設備上相對會比較單純一點。

機械設備上零件的主要用途就是用來作為支撐,
所以如果會有特別需求,都是因為接觸產品、環境的特殊要求。

例如:

需要透明以便於觀察,所以就會用到 PVC、PC,甚至 PMMA等透光率較好的非結晶性塑膠材料。

需要用在高真空中的塑膠零件,就必須用到低吸水率的材料,
例如PE、PP、PFA等吸水率在0.01%,甚至以下的塑膠,
如果用上像尼龍吸水率高達2.5%,那就悲劇了,抽真空抽不完,
因為尼龍會把它吸收的水分慢慢放出來。

但是若需要抗靜電塑膠材料,尼龍就是很好的材料,因為會吸收空氣中的水份,
靜電荷在尼龍零件的表面時會比較容易透過水的微導電性慢慢的消散掉。

需要磨擦係數低會使用鐵氟龍 PTFE 或高密度聚乙烯 HDPE。

需要抵抗酸鹼溶劑等會用 PVDF、PTFE。

支撐上例如先前曾經提到過的要接觸晶圓、玻璃等材質,
需要有點耐磨耗的特性(硬度較高),所以經常會使用到PEEK。


不過設備上一開始最常使用的塑膠應該是PVC,PE,在各種空壓管路、配件中都會出現。

在機械設備上比較常看到作為結構件的應該是 POM、PA6 (MC)、PTFE、PVDF、PEEK等等。

但是工程塑膠有一點很麻煩的是即使名稱相同,
不同廠商所製造出來的材料性質跟品質都會有所不同,
所以如果是大量使用或者是特殊要求,
建議要跟加工廠商及材料供應商確認材料的性質是否可以使用?
免得一旦出問題就要花更多時間成本去處理。

工程塑膠材料例如塊材(厚板材)或棒材或型材都是透過擠出製程生產出來的,只是模具不同,相對的越厚越大的其實越容易出問題,
中心跟邊緣以及頭尾 、中心段性質會不同,
台灣 、中國廠商有可能會將不合格料當次級品賣,
雖然不常見,但是只要碰上一次就很嘔了。

工程塑膠另外一個特色是可以混料 !
混料的情況就變得更複雜,
尤其是混纖維,有纖維材質 、使用比例 、纖維長度 、製造時流動造成的方向性問題等等,
講難聽一點,為什麼會有材料批號的管理 ?
因為每批都會有小差異 !!!

所以使用工程塑膠在設計上建立稍微多留點性質規格上的裕度會比較保險。

其他相關介紹:
機械設備上的常用材料
鋁合金
不銹鋼
鑄鐵
軸承鋼

參考網站:

Omnexus Properties
大同天文特殊鋼塑膠中英文名稱對照表
塑膠工業中心(PIDC),以前有很多技術資訊可以檢索查詢,後來已經轉型成資訊是有價值的網站,可惜...
高成好料網:將塑膠分為:一般工程塑膠、高階工程塑膠、絕緣斷熱材料、ESD抗靜電基材四大類,有提供材料單價、加工參考費用等。



2018/4/22

組裝膠合方式與力量傳遞跟接觸關係

很早就想寫這一篇,
在2000年左右工作上檢討零件設計時的組合問題,
其實就試過使用VHB雙面膠黏著零件的效果:
3M 的VHB雙面帶產品廣告上甚至有"可有效取代鉚釘、螺絲、銲接等傳統機械接著方式",如下圖示:
圖片來源 : 3M網站
後來在負責CAE軟體技術支援時,注意到兩個元件之間的接觸問題,
包括很多人問到如何模擬焊接 ;
2014念博班,老闆實驗室有在處理複合材料,
因此也經常使用膠合方式處理金屬件跟CFRP或GFRP的結合,
對接觸面的力量傳遞有了更深刻的認識。

以下希望能讓大家思考另外一種考慮力量傳遞路徑後新的零件設計與製作的方法。


要將兩件東西結合在一起有許多種方法,
一般人最常見的有兩種:
螺絲固鎖跟膠水、膠帶黏接。
在木工上還有榷接;
紙張固定上還有打釘書針、穿線;
在機械零件上還有焊接、緊配…

這些方法各有優缺點。

收斂重點回到自動化設備上,
設備上認知到的零件組裝方式以螺絲固鎖的方式為主,
優點就是方便拆裝!
設備上的零件經常有拆裝、調整、更換的需求,
因此拆裝方便是很重要的因素考量,
因此螺絲固鎖成為機械設備上零組件接合的最主要方式。

有一種情況是很少需要拆開的情況,例如軸承,
如果經過計算軸承使用壽命很長,
設計上可以採用緊配的方式,
將軸承座與軸承外環的配合孔比軸承外環直徑小一點,
然後使用暴力正確方式將軸承敲入軸承座固定,
往後萬一有需要更換軸承時再以軸承提取器將軸承逼出,如下影片 SKF 的軸承提取器操作影片:



如果兩個結合件不會再拆開的話,
那通常會採取焊接的方式,
例如H型鋼樑,不可能用整塊鐵去作切削,
都是用三塊等厚或不等厚度的鋼板焊接而成,
型鋼作成的機架跟上面的安裝用基準面板也多是用焊接的方式進行結合。

但是不是所有的材料都適合作焊接,例如中、高碳鋼,
在焊接後焊道非常容易產生裂紋甚至是裂縫,造成焊道在受力時容易裂開。

其他的結合方式在機械設備上可以說是非常的少見

以前在設計零件時,碰到 L 型結構件時經常會有一種困擾,
整塊材料下去作切削太浪費,
如果使用鈑金折尺寸控制又困難,
此時焊接似乎是唯一的解決方式,
但是焊接很重師傅工,
功力如果不好,焊接成品一樣會歪七扭八,
而且還要磨焊道 、作熱處理退火釋放應力跟表面處理,其實非常耗工。

以前曾經提出一個構想:
將零件分件加工後用黏的再加鎖螺絲!

這個構想一提出來,幾乎所有人都出現不可思議的表情!

懷疑我是不是吃錯藥了!
平常看起來還蠻聰明的樣子,怎麼會想用雙面膠或膠水取代焊接?!
一定是工作壓力太大,秀逗了!

其實這是因為大家長期以來對使用在文件、消費性產品膠合印象,
對膠合黏接的印象就是不是很牢靠,
所以很難想像要在設備上使用膠合固定方式。

但是其實我要用的雙面膠或膠水其實並不是一般的膠,
是工程上用的特殊膠水或膠帶,
這些膠水跟膠帶是有強度測試數值的。

上網買了一捲 3M 的VHB 雙面膠,
將固定感測器用的不鏽鋼厚度1.6固定片跟鋁板的膠合面用酒精清潔去油污,
上膠帶壓著過一天,
第二天讓同仁把固定片拆下來,
一片驚訝的“幹”聲不斷!
怎麼可能???
金屬固定片都變形了還分不開!!!

其實膠合黏接在兩個零件接觸面所形成的有效接觸範圍比螺絲固鎖或僅在邊緣焊接的接觸面積多非常多,
雖然膠的機械強度性質沒有金屬來強,
但是可以靠接觸面積大形成更為有效的表面接著與力量傳遞。

所以早期使用鋁合金的飛機,有許多結構件都是使用鉚接或螺絲+膠水接合,
只靠鉚接或螺絲力量會不夠均勻,
會集中在鉚接附近,而導致結構(蒙皮)脫落。
機翼蒙皮脫落
圖片來源:GOOGLE搜尋

事實上隨著化學工業的進步,
專業工程用膠水固化後的接著強度完全不是一般在文具所使用的膠水可以比擬的。

目前常見的高性能膠水通常是熱固性的環氧樹脂,
一般雙液型的會在混合後在室溫下反應升溫,
溫度甚至高達80度以上,
使環氧樹脂固化成型,
固化後的環氧樹脂抗拉強度甚至可以達到30MPa以上,
資料來源:Henkle旗下Loctile(樂泰)型錄
A6061-T6的Shear Strength為30000psi

因此在許多工業領域上被大量的使用,
例如複合材料幾乎都是用環氧樹脂黏的,
像Airbus 380、Boeing 787、F-35、Giant TCR等等,
甚至太空梭的耐熱陶瓷也是用黏的(所以會脫落...),
知道這個殘酷的事實後,會不會不敢坐飛機?
或著是不敢騎碳纖維自行車?

膠合的力量在經過計算設計後其實可以達到很好的黏著強度。

例如上表中的 E-60HP,其膠水性質在固化後的剪切強度約為 A6061-T6 的 1/10,
看起來強度好像很低,
但是若跟螺絲固鎖範圍或者是焊接的有效面積作比較,
其實膠合介面上的強度有時會更強,
在承受剪切或拉伸力量的強度上反而比螺絲固鎖的方式更好。
圖片來圓:Loctite Design Guide for Bonding Metals
不過在台灣加工廠商很少能夠接受這種方法,不能接受的原因有幾個:
1. 習慣舊的加工方式與流程步驟,而且還排斥新方法。
2. 如果舊的方法不行就是不能作,反正現在不缺單,請另請高明。
3. 對使用膠水的步驟跟程序無法達成,比如說表面的前處理、膠合處理時間限制、處理過程環境的控制、膠合後的加壓與靜置時間等等。
4. 萬一要Repair...
5. 對膠就是完全的不信任。

說真的我只有在花崗岩組件製作廠商跟製作複合材料產品的廠商那邊看有用這種方法,
其他真得很少見。

另外在 3M 網站上有看到車殼廠商有使用 3M 的 VHB 雙面膠固定蒙皮取代原有的鉚接,如下:

另外一個是醫療用櫃的組裝,是用雙面膠帶取代焊接:

不過要使用膠合方式要注意膠的耐溫性,膠的缺點就是不耐溫;
相對的如果要拆裝膠合零件,可以使用加熱膠合位置軟化膠跟其黏著強度就可以取下零件,
在許多電子產品的組裝上,膠合已經變成是一種經常利用的方式。

參考資料:
Design Guide for Bonding Metals,Loctite
第七章 熔接 WELDING,網路搜尋教材

機械設備常用材料:鋁合金介紹

鋁合金有不易生鏽、強度重量比好等特性,
加上回收再製的經濟效率高,
近數十年來,在使用上取代傳統鋼、鐵材料的比例越來越高。

鋁合金在機械設備上的應用依據製造方式可以分為三種 :
板材或圓棒、擠型材跟鑄造材三種。

鑄造材在機械設備上幾乎都是用在作為現成標準品的材料,
鋁擠型連接件,使用ADC12
圖片來源:東野精機網站
少數有量或特殊需求才會用在自製零件上;
鋁鑄造機架
圖片來源:Google搜尋鋁鑄件圖片

擠型材多用在取代鋼管的型材構件,
替代鋼管型材用鋁擠型
圖片來源:東野精機網站
或者是氣缸管 、線性滑台基座等的零件;
氣缸本體為鋁擠型加工
圖片來源:氣立可型錄
鋁擠型除了在工業上的應用以外,在建材上也用很多,尤其是作為鋁窗的結構件;
另外一個用很多的是電子工業上的散熱器、固定用線槽、盒體等。
鋁擠型的表面除了可以作各種顏色的陽極處理以外,經常也會再上一層保護漆,
所以雖然是金屬材質,其表面經過陽極處理跟上漆以後幾乎可以說是絕緣的。

鋁擠型使用到的鋁材早期以A6063-T6為主,
後來 Misumi 在台灣導入鋁擠型產品時,以其使用更高級的材料A6N01S-T5為訴求,
強調A6N01S-T5的強度表現跟A6061-T6相近,
但是要注意所謂的強度是把材料用到瀕臨破壞時所能承受的極限負載能力,
但是一般在機械設計上更在意的是變型,而不是破壞強度,
從這個角度來看,用 A6063T6 跟 A6N01S-T5 根本沒有差別,
兩者的 E 值幾乎是完全一樣,在破壞前,兩者承受同樣大小的負載所產生的變型量可以說是相同的,
但是當初有很多使用者分不清楚破壞強度跟剛性強度的差異,
誤以為 A6N01S-T5 的剛性強度也會比較好,其實是被誤導了。

一般的零件設計主要用到的是塊(板)材,可以在其上進行各種切削、鑽孔、研磨等加工,
通常為了防止腐蝕、氧化跟美觀,會在表面進行陽極處理同時提高耐蝕性。
圓棒個人經驗很少用,以軸 、棒用途來說,用鋼材空心管在價格強度比上更划算跟習慣。


每一種材料的起始使用往往是基於某些特殊目的,鋁材也不例外。

鋁合金的開始應該是基於航空器的需求,
不論是太空船 、民航機或軍用機,機體重量決定了飛機很多重要的性能因素,
例如最大可飛行距離、最短可以降距離、燃油效率 、重量推力比...
所以鋁合金相對鋼鐵材料在航空器上具有在強度重量上的無比優勢,
一直到最近十幾年才被強度重量比表現更好的複合材料所取代。

鋁合金的使用從航空器開始後,
因為優異的強度重量比特性延伸應用到運動器材,
再普及到建材、電子消費性產品,
各行各業的使用越來越普遍,
有趣的是汽車 、機車這兩個產業,
鋁合金的使用主要在引擎跟部份非主要結構件上,
只在少數高性能訴求的車輛上才有看到用在主要的車體結構上,
例如 Audi 的等等;
Audi R8 Coupe車體結構使用材料
圖片來源:Google圖片搜尋R8 Coupe

至於機械設備領域上也經常會拿來用在各種零組件的製造上。

從前面一篇機械設備常用材料的簡介中有提到,
鋁合金材料在機械設備上使用最多的是 A6061-T6/T651,
主要機械性質如下:
比重:2.7 g/cc
楊氏係數:68.9GPa
蒲松氏比:0.33
降伏強度@0.2%:276 MPa
抗拉強度:310 MPa
疲勞強度:96.5 MPa
熱膨脹係數:23.6 µm/m-°C
比熱:0.896 J/g-°C
熱傳導率:167 W/m-K
熔點:582 °C
 潛變安全溫度上限: 150  °C
(582+273)/2=427.5,427.5-273=154.5 °C

A6061-T6 素材主要以板、塊材、棒材的型式為主,
A6061-T6 對機械設備的應用上可以說兼顧了價格 、強度 、表面處理、耐腐蝕 、容易取得等優點而被大量拿來使用,
在零件設計選用上要注意留預料給加工移除有瑕疵的表面,
例如最後的零件厚度要求是 12mm,素材就要使用 13 或 15mm 厚去銑除上下表面,移除瑕疵、作出基準平面;圓柱狀零件也要有同樣的考慮。

就像前面提到的,鋁合金的使用是從航空器開始,
在航空器上追求的是強度重量比,
因此除了A6061-T6 以外,航空產業經常使用的 A2024 跟 A7075 也會被設備業拿來用在一些強度要求比較高的情況下,
但是 A2024 跟 A7075 雖然強度好但是耐蝕性較差,價格也比較貴,
相對 A6061-T6 使用量少很多。

不過坦白說,如果是看變形量,其實這些鋁合金的差異都不大,


鋁材型號
A6061-T6
A5052-H321
A69
A5083-H321
A83
A2024-T351
A7075-T6
比重 g/cm^3
2.76
2.75
2.75
2.75
2.75
2.81
2.85
彈性係數 GPa
70
72
72
72
72
75
73
降伏強度 MPa
280
195
218
225
150
330
515
抗拉強度 MPa
315
230
267
325
29.5
480
585
破裂伸長率 %
12
12
 
16
22
19
11
硬度 HB
95
60
68
77
71
120
150
疲勞強度 MPa
100
120
127
160
 
140
160
熱膨脹率 ppm/℃
23.6
23.4
23.4
23.4
23.4
23.2
23.6
圖表資料:參考新懋網頁資料整理

鋁材型號與主要材料成份:
A1XXX:純鋁;軟,成型加工性、陽極處理效果最佳
A2XXX:鋁銅合金,耐蝕性不佳,強度高,常用在電線、航空器
A3XXX:鋁錳合金,成型性好、耐腐蝕,常用在鋁罐、影印機滾筒
A4XXX:鋁矽合金;熱膨脹係數最小、耐磨、耐熱,常用在汽缸頭、活塞
A5XXX:鋁鎂合金;耐疲勞、耐蝕,常用在消費性產品、船舶、車輛
A6XXX:鋁鎂矽合金;T6熱處理後強度很好,設備零件上應用很多
A7XXX:鋁鋅鎂合金;強度最佳,但陽極處理效果不佳,常用在航空器、軍事用途

所以除非在使用上有特別高應力的狀況發生會造成破壞,
或者是對硬度有額外的要求,
對一般結構件來說,便宜好加工的材料就是首選,
所以市場上相對便宜、容易取得的A6061-T6還是主流。

為了要節省上下兩面的加工時間與成本,
有廠商以船舶、車輛用的 5 系列合金像50525083等雙面研磨後貼膜的板材給設備加工應用,

這種貼膜板,上下兩面已經經過研磨,平坦度可達0.2mm/m以下,
可以節省上下兩面的銑平、除瑕疵料加工作業,雖然貼膜板比較貴一點,
但是可以省掉這兩道的加工跟刀具耗損成本其實是划算的。
例如:
美鋁的MIC-6,群智鋁業
日本神戶鋼鐵、日本輕金屬的A69\A83,新懋

以一般的機械設計會使用到的材料來說,A6061-T6應該還是最主要的鋁合金,
如果加工協力廠商願意配合,貼膜板也是很好的選擇。

參考資料來源:
新懋鋁業、群智鋁業、大正鋁業

鋁材價格參考網站 :
BuyMetal.com
Midwest
OnlineMetals.com
Metricmetal.com
MetalsDepot
Alexandia Precision

其他相關介紹:
機械設備上的常用材料
工程塑膠
不銹鋼
鑄鐵
軸承鋼

切削困難材料

2018/4/21

機械設備上的常用材料

自動化設備上零件所使用的材料跟一般常見的消費品不太一樣,
不過一樣都要考慮到材料的功能跟加工製造成本,
但是因為是少量多樣化製作,素材取得的方便性更重要。

不過最重要的還是功能,
例如設備業上經常使用PEEK在與硬脆材料(晶圓、玻璃)接觸的零件設計,
就是取其硬度較一般工程塑膠硬耐磨,又不會刮、碰傷晶圓或玻璃。
PEEK這種一公斤要好幾千的工程塑膠太貴,
很少會用在一般消費性產品上,成本太高了!!!
不過PEEK有用在一些生醫材料上,取其高強度跟生物低反應特性。


在教科書上作材料分類通常會從材料的特性出發,
將材料分為Metal,Polymer,Ceramic跟Composite四大類。



不過在機械設備上,零件用的材料可以簡單分成兩大類 : 金屬跟非金屬。



其中金屬類佔很高的比例,
以重量來看可能有高達7、80%以上。


早期因為冶煉技術與成本的關係,
鐵跟鋼是最常用的;
後來因為鋁越來越普遍而且價格越來越便宜,
加上比較不會生鏽,強度重量比表現好,
在設備佔的比例也越來越高,
尤其在電子用機械設備上,使用鋁合金的零件以數量計算可能比鋼鐵還多。


對一般機械設備開發設計工程師來說,
最優先要認識的機械設備材料有兩個 : SS400(SS41)跟S45C。

SS400(舊稱SS41),現在很多人都還是習慣稱呼SS41,
SS400、SS41、A36(美國規範)等鋼材基本上的性質是很類似的,
多數情況下可以互相替代使用,
SS41(SS400、A36)算是低碳鋼,
材質軟而易切削性,銲接容易且價格便宜,所以在結構上被大量拿來使用,
但是不適合作熱處理強化表面硬度,只能上漆 、染黑、電鍍處理等。

S45C是中高碳鋼,切削性良好,但是銲接較為困難,可以透過熱處理強化表面硬度,因為是成份比較純的鋼,價格比SS400貴一些。
傳統的機械設備上,這兩種材料應該用的最多,少數強度要求低又需要銲接的也會使用S30C,但是我習慣的領域中並不多見,
有些強度要求高的會使用到S60C等高碳鋼再作熱處理強化硬度,但是高碳鋼很難銲接,會裂。

如果需要重基座抗振動,或形狀複雜,就會使用鑄鐵,
低強度要求使用灰口鑄鐵FCxxx(150~350),高強度要求使用球墨鑄鐵FCDxxx(400~800),可參考大詠城機械網站
另外有工具鋼、彈簧鋼、軸承鋼等會用在一些市購元件中,另外再介紹。

對經常處理電子設備的工程師來說,
金屬材料上的使用會增加不銹鋼跟鋁合金,
最常用到的有以下四個材料:
SUS304、A6061-T6、A5052-xxx、A6063-T6或A6N01SS-T5

不鏽鋼用最多的就是SUS304,
在一些要求不可生鏽的情況下,幾乎取代了一般常用的SS400,
雖然材料比較貴而且加工不易,
但是因為不需要再進行表面處理,可以省下兩、三天的時間,
在修改後也不需要再作表面處理,可以直接使用,所以其實也非常受歡迎;
可以焊接、不能熱處理強化硬度,強度比SS400低。

電子設備上零件另外常用的金屬材料就是鋁合金,
最常用的應該是A6061-T6,強度適中、容易取得、價格適中、加工方便、可銲接、表面可作多種陽極處理。
後來有廠商引進切削性更好的貼膜板是A5052-H112材質,用在一般強度、精度要求不高、可以省去上下表面精加工的情況下也越來越多。
鋁材另外一種常用的是用在鋁擠型上的A6063-T6,不過幾年前開始已經被強度表現更好的A6N01SS-T5所取代。
不過鋁材因為需要作陽極處理,若是作大面積修改,若還要送陽極處理,時間上就比較受限。
其他還有一些ADxxx等是用在鋁鑄件上。

其他金屬只會在一些特殊情況下用到,用得並不多,有碰到再另外介紹。

再來是非金屬材料,最常用的就是工程塑膠,
以結構上的用說,塑膠鋼(POM)應該是早期最常被拿來使用的工程塑膠,
以濕製程設備來說,PVC跟PP也用很多,
需要低摩擦、耐腐蝕、處理特殊液氣會使用鐵氟龍系列的工程塑膠,
近年來配合晶圓、LCD玻璃PEEK也用很多,
有些需要用到抗靜電情況時會用尼龍鋼(MCxxx),
工程塑膠的種類跟細項分類還有很多,另外再介紹。

所以以上列出來的設備上經常使用到的材料有:
SS400
S45C
FCDxxx
SUS304
A6061-T6
A5052-xxx
A6063-T6
A6N01SS-T5
POM (聚甲醛樹脂)
PVC
鐵氟龍
尼龍鋼
PEEK
這些都算是作機械設備零件設計上經常會用到的材料,
所以在市場也都還算很容易取得使用,
沒事不要找奇怪的材料,萬一台灣沒有現貨,跟國外進肯定耗時耗材,千萬要注意。

一些特殊材料會另外再作介紹。

其他相關介紹:
工程塑膠
鋁合金
不銹鋼
鑄鐵
軸承鋼

參考資料:
Materials Data Book, Cambridge University Engineering Departments, 2003. 主要有材料性質的定義與簡單解釋。
Omnexus,網站,有Polymer的性質參考資料
www.matweb.com,有各式各樣的材料資料庫,不過偏美國常用的規格與稱呼,有配合多家軟體格式可以輸出材質資料。



2018/4/15

有關(機構)設計主管

坦白說當主管是一件很辛苦的事情,
原因很簡單:人是最難管的!
而且又夾在經營者與部屬之間,上下為難;
好處就是薪資待遇福利應該會比較好一點、Title上比較好看。


我認為(機構)設計主管要作得好,
有幾個重要原則跟過程要作好:

1. 好的向上與向下管理:

向上管理要可以讓老闆(經營階層)信任放心,爭取資源才會容易,說話才會受重視;

向下管理要能照顧部屬、安排適當工作、協助能力與工作效率提升,讓部屬可以同心齊力為個人、為公司打拼,而不是來公司混吃混喝等退休。

嚴格來說,除了老板與部屬以外,
好的設計主管在管理上應延伸至360度關係管裡,
包括其他單位、供應商、客戶等,
其實都要處理好關係。


2. 好的專案控管:

設計的目的最終就是要做出產品讓公司銷售增加盈利,
所以在時間跟預算上會有一定的要求,
在專案進度與預算的掌握上就必須要能夠符合公司的目標。

很多有好產品的新創公司沒有成功的原因,
幾乎都是死在產品開發速度比競爭者慢,或者是過了市場時機,另外就是錢燒完;
所以專案掌控是非常重要的事情,而且也是老闆對設計主管最看重的項目之一。


3. 好的教導者與整合者:

設計部門可以說是將公司技術能力實現成為商品化的研發核心,
設計主管自然要有一定的技術底子,而且必須要能廣而深,
在必要時可以提點部屬設計上的方向與應注意事項。

另外有一點要注意:
主管通常是比較資深、能力較強而被選任,對某些工作早就習以為常,
但是對職位較低的員工來說,自然在進行工作時會比較生疏、不懂,
因此在溝通上切記不要犯了"不教而殺"的錯誤,
適當甚至多點關懷式的溝通確認員工對工作的了解與執行能力是必要的,
也可以減輕事後彌補的時間與成本,
並增加員工的向心力與降低員工的不滿。

但是當設計部門規模日益龐大時,
機構設計主管不可能直接教所有的工程師,
所以就變成必須倚賴中間的次級主管去教導工程師,
次級主管會有不同的個性跟特質,
也一定會有不同的意見跟想法;

此時設計的最高主管就必須在異中求同,
找出大家不同意見對公司利益最大化的折衷方案;
傾聽、同理心、溝通技巧這時候就變成整合能力上很重要的條件。

除了整合人以外,工具上的整合也很重要,
當人數一多,就必須規劃出一套多人可以輕易遵循的工作法則,
讓工程師在工作過程中,可以把心力放在創造上,
而不是放在處理流程與應付規定上;
又要保持一定的彈性與發展空間因應未來的變化,

這時候對資訊管理、CAx工具、流程標準化的概念就很重要,
這一部分通常也是一般設計主管比較欠缺的。


4. 能夠規劃未來技術方向與執行:

好的設計主管應該能充分理解公司的核心優勢。

必須不時的自省:

在既有核心優勢下公司的生存會不會有危機?

在既有核心優勢下,公司可以發展的產品或技術方向是什麼?

公司未來短中長期成長上需要發展甚麼?

要發展未來需求技術所需要的資源與時間?

其他競爭者發展狀況?

如果沒有新的技術發展項目,
原本體質再好的公司早晚都會完蛋。

設計主管要思考並幫公司訂下技術發展目標,
擴充、延展研發設計資源,
尋覓與決定合作對象,
既有人力、工具技能的提升...
這些都有賴技術主管規劃提出並執行。

這一部分在職掌上有時候會跟經營階層的工作重疊,
所以通常此時的設計主管應該都已經是協理、副總等級。

想要多了解技術發展方向?
參加研討會、人脈等就很重要,
透過多元的資訊來源管道,才會有機會看到足夠多的新技術訊息。

綜合以上:一個好的設計主管必須要有以下的條件:
高EQ、積極、活潑、溝通技巧好、會抓大放小、喜歡分享、人脈廣、有同理心、願意傾聽、興趣廣泛、聰明、反應快、活潑、喜歡新東西...

這種人並不好找!
這也是台灣許多公司在發展上面臨的問題,
野心大、想當主管的人通常比較沒有"喜歡分享"(跟炫耀不同)、"有同理心"、"願意傾聽"的特質,很容易把部屬操到翻,如果又沒有"糖"可以給,離職率高自然會偏高。
心理特質好的常常又不夠積極,但是如果可以作的很Smart,基本上該完成的應該都還是可以完成,但是就老闆角度來看就是缺乏了積極性。

選擇適當的中高階主管對公司的經營者很重要,如何找出適當人選,又願意交心充分授權,
這種識人、用人的能力要靠天份,
往往也是很多二代經營者欠缺的。


以下分享個人以前擔任機構設計(小)主管的一些經驗:

基本上我會將機構設計所需要的技術分成幾個部分:

1. 元件技術:
指得是像各式馬達、直線軌道、螺桿、氣缸、電磁閥等等設備上會使用到的元件;我會安排1~2位工程師專門對應其中一類,例如馬達,該工程師就要負責蒐集相關協力廠商、類型應用比較、安排廠商前來教育訓練等等,其他同仁碰到有選用上的問題,可以先找他了解,特定廠商會偏重在自家產品的推廣,所以需要設計部門有人出來作整合比較。

2. 製程技術:
設備一定有特定對應的產業,當對應到特定產業時,就會有該產業的專業技術需要了解,從產品本身、製造流程到檢查標準方法等,這個部分其實也是學問,產品的發展是需要材料、產品、生產製造技術三方面同時展開才能生產上市,生產技術中有一大塊是屬於機械設備,所以也需要有人專門了解,例如LCD的檢查、清洗、偏光板貼合等等,所以也需要安排工程專精學習,甚至要比生產工程單位更了解製程,才能開發製程設備;同樣的也會安排某1~2位工程師進行了解某一製程。

3. 設計技術:
從1990年代開始,設計技術幾乎已經全面進入電腦輔助的時代,CAD的掌握與孰悉使用會影響到工程師的設計表示能力與工作效率,所以若有人可以根據CAD功能進行研究了解後分享給其他同仁參考應用,可以提升所有同仁在設計應用上的能力,例如應力分析、動力學模擬等等。

執行上,部門每天早上開會:
禮拜一早上是專案進度會議,目的是要在每個禮拜的一開始,讓工程師自己報告與整理本週的工作重點;
禮拜二~四由工程師輪流進行技術報告,可以說明自己負責的元件、產品製程技術、專案設計的說明。
禮拜五休息或參加上階單位指定的跨部門會議。




工程師的學習成長除了相關元件與產品製程跟設計工具以外,另外會安排參觀展覽、參加研討會,吸收外界的新訊息;
參加展覽會安排兩人一組,分成幾天各別去參加,目的是讓第一天參加回來的人報告心得時,可以讓第三天要去的人有重點參觀攤位可以參考,或者是問更詳細的資訊。

小公司設計人員量少時以上的方法問題就來了,
能夠涉入的技術廣度與深度都會受到很大的限制,
很多公司可以說永遠都在缺適當人選的狀態下,
這也是台灣設備公司發展過程中很大的瓶頸,好人材永遠不夠,
可能也養不起足夠的團隊。

自己的個性喜歡能夠用輕鬆、有效的方式作事情,
一般工作除了設計審查跟機構模組化設計整合以外,
主要偏重在設計工具的整合應用學習與教學、新的產品製程技術、設計流程與專案控管工具上的改善。

在CPT有一段時間過得很忙卻很愉快,就是有碰到好主管跟一群好同事,事情作起來就很愉快,可惜後來碰上經營者的因素散了。

分享別人轉寄的一段有關管理者得的描述:

***
你知道最優秀的管理者是什麼樣嗎?
他們是最棒的個人貢獻者,
他們從來都不想成為管理者,
但不得不決定變成管理者,
因為沒有其他人能夠做得像他們自己一樣好。
我們在蘋果公司也經歷了這樣一個階段,
我們覺得自己是個大公司了,
我們需要招聘一些專業管理者,
於是我們就僱用了一堆專業管理者,
完全沒有用,
他們大多數都是笨蛋。
他們知道如何管理,
但他們不知道該怎麼做事!
所以,如果你是一個優秀的人才,
你怎可能願意為一個學不到任何東西的老闆工作?

You know who the best managers are?
They are the great individual contributors who never ever want to be a manager. 
But decided they have to be a manager, because no one else is gonna be able to do as good a job as them. 
We went through that stage in Apple where we went out and thought oh, we’re gonna be a big company, let’s hire professional management. 
We went out and hired a bunch of professional management. 
It didn’t work at all. 
Most of them were bozos. 
They knew how to manage, but they didn’t know how to do anything! 
And so, if you’re a great person, why do you want to work for somebody you can’t learn anything from?

史帝夫.賈伯斯 蘋果電腦創辦人
***

好的主管:
1. 人品要好
2. 要有成人達己的胸懷
3. 有系統化的思維
參考自:商周

2018/4/7

iLogic範例 Select Case跟If判斷式

iLogic的範例因為是簡單的程式語言,可以寫很多範例,
以下介紹的範例算是很簡單的元件規格選型到模型自動更新,
先作一個單一元件作為開始,後續再介紹複雜的組合型態。

首先來看元件的規格 :
圖片來源 : Newway

這個範例已經有表格化,定義的很清楚,
嚴格來說用iPart也可以作到類似的效果,
但是用iLogic作會有更好的效果。

以下是使用Inventor iLogic控制 Newway Raidal Air Bearing 規格與尺寸的範例影片:

首先還要以其中一個規格建立基礎模型,
建議可以找一個最極限的尺寸、包含最多項目的規格來建立基礎模型,
如果沒有就必須參考多個規格逐一建立特徵,
例如上面的例子中,S32150L300 產生的模型有最大外觀尺寸,但是缺了Q'、S'、T'、U'
所以必需在建立好 S32150L300,再使用 S3225L050 建立包含有S'、T'、U',
然後再建立 S3240L080,建立包含有Q'的特徵。

原因是 iLogic 或 iPart 要無中生有創建特徵很難,
但是要把已經建立好的特徵議制掉卻很簡單,
但是要作抑制特徵的設定時要注意該特徵不能為其他特徵的參考,
這個必須在建立模型時就必須要考慮到,
最好所有特徵位置基準是來自於基準面。

提供Inventor 2018版本的範例擋:下載連結,2018以下Inventor版本無法開啟這個檔案。

其中有關模型參數:


iLogic 中使用Select Case 跟 IF Then 判斷敘述控制模型變化的程式範例:

Select Case S32xx
 Case 12
  S32xxC = 10
  S32xxE = 6
  S32xxrrrM = 120
  S32xxrrrm = 24
 Case 15
  S32xxC = 10
  S32xxE = 6 
  S32xxrrrM = 150
  S32xxrrrm = 30
 Case  20
  S32xxC = 13
  S32xxE = 13
  S32xxrrrM = 200
  S32xxrrrm = 40
 Case 25
  S32xxC = 17
  S32xxE = 13
  S32xxrrrM = 250
  S32xxrrrm = 50
 Case 40
  S32xxC = 20
  S32xxE = 13
  S32xxrrrM = 400
  S32xxrrrm = 80
 Case 50
  S32xxC = 25
  S32xxE = 13
  S32xxrrrM = 500
  S32xxrrrm = 100
 Case 75
  S32xxC = 50
  S32xxE = 25
  S32xxrrrM = 750
  S32xxrrrm = 150
 Case 100
  S32xxC = 75
  S32xxE = 25
  S32xxrrrM = 1000
  S32xxrrrm = 200
 Case 125
  S32xxC = 85
  S32xxE = 25
  S32xxrrrM = 1250
  S32xxrrrm = 250
 Case 150
  S32xxC = 100
  S32xxE = 25
  S32xxrrrM = 1500
  S32xxrrrm = 300
End Select
If S32xxrrr > S32xxrrrM Then
S32xxrrr = S32xxrrrM
End If 

If S32xxrrr < S32xxrrrm Then
S32xxrrr = S32xxrrrm
End If

表單設計: