Friday, October 26, 2012

基礎材料科學 6061? 7075?

今天要介紹金屬1A溜溜球中最常見的幾個材料
到底甚麼是6061? 甚麼是7075?
為什麼不是鐵製的溜溜球?

我們拿金屬溜溜球在外面表演時,常常有不了解的路人說我們的溜溜球是鐵做的
這時專業的你一定會急忙說明我們這種是鋁合金做的
但有沒有想過為什麼是用鋁合金呢? 而不是使用其它的材料?



這說起來就是機械工程設計上的決策問題
"設計"一詞在書中定義為「解決人類需求的一個決策過程」
所以溜溜球設計用鋁合金來製作、加工絕對不單只是因為大家都用鋁合金而已
當然希望每個設計者都是清楚這件事情的

之前有提到溜溜球加工的過程,少量的高精密溜溜球大多採用電腦控制車床製作
以車床來說,安全的加工厚度通常都在1mm以上,若低於安全厚度,零件很容易在製作時壞掉
雖然較硬的材料可以更薄,但也不會薄到哪裡去
聰明的你注意到了一點,在溜溜球的設計決策過程中,往往都有幾個固定的限制條件
重量、尺寸
你不會希望溜溜球太重、太輕;你也不會希望溜溜球太大、太小
依照長久以來我們的習慣,我們都習慣直徑大約在55mm、重量65g左右的溜溜球
若要滿足以上的條件,不鏽鋼或鐵類的材料第一個被剔除,因為他無法同時滿足以上的條件,又可以讓溜溜球的厚度維持在安全厚度以上

除此之外
之前所提到的"空轉指數",也就是動力學上的軸向角慣量
為了讓溜溜球易於空轉,所以我們不可能製作等厚設計的溜溜球
通常我們一定將外框設計得較重、較厚,若改用密度較大的材料來製作
就無法在安全厚度下還可以同時達到較好的重量分配

所以,似乎在常見材料中,鋁合金拔得頭籌
但所謂的決策過程還不只那麼簡單
在決策過程中,我們還要考慮材料的價格、材料強度、材料是否容易加工、還有材料的美觀性
不得不說,鋁合金是上天送給我們的禮物
相較於銅、鐵,鋁合金便宜很多,在合理使用範圍內有足夠的強度
以電腦控制車床來說,也是非常好加工
而且在加工完之後,還可以藉由"陽極處理"技術美化鋁合金的外觀 (以後會說明)
鋁合金整個幾乎就是最好的選擇


那甚麼又是6061、7075呢?
鋁合金不是只有一種,根據裡面成分的比例可以分成很多種材料
材料通常都是由數字加字母所組成的編號
以鋁合金來說,我們可以看到一些6061、6063、7005、7075等這種材料
這在網路上都可以找到他們的材料成分與特性 http://www.bmlink.com/news/530305.html
從數據上來看,我們可以明顯地看到7075不論是在降伏強度與抗拉強度都比6061來得要好(下一篇解釋專有名詞)

6061、7075同樣都是鋁合金
但7075強度表現較好,但材料成本較高,以加工難易度來說,兩者對於機器是一樣的
7075的溜溜球以同樣的力道敲到時,較6061的溜溜球還要不易變形
這也是為什麼7075製成的溜溜球比較貴
雖然在溜溜球界中,若你有錢,7075幾乎是你最好的選擇
但在其他領域就不是如此了,正所謂設計是一個決策過程,需求不同,決策的點也會不一樣
例如7075鋁合金在焊接處強度特差

這邊教大家一個快速分辨7075與6061溜溜球的方法,以免被有心人士欺騙
當然不是直接拿起來敲啦,雖然7075比較硬,但這種方法也太瞎了
基本上由於7075的含鐵量與含銅量較低,所以7075的導熱性也比較差,也就是導熱係數低
這代表著同樣靜置於常溫的溜溜球,當你手摸到溜溜球時,會覺得6061較為冰冷
因為6061材質的溜溜球很快就會把你手上的熱傳走,而7075的較慢,所以你會覺得7075的比較不冰冷


在這樣簡單的介紹後,你了解到6061與7075不同的地方了嗎?
不是人家說7075好就是他真的好喔,其實是有原因的
現在你也知道為什麼溜溜球要用鋁合金而不是用鐵了

但你也發現到,所謂興趣真正好玩的地方
為了瞭解你的興趣,而來研究這些知識,你會發現後面有更多知識等著你
下一次再更深入講解所謂的強度兩個字
未來也會讓大家更瞭解所謂設計、決策的重要性,而不是重複改變外型而已



一個良好的興趣應該
使你具有向上的動力
開啟你對知識的慾望

要不然頂多只能稱為嗜好而已





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