作者：周旭
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
现代电子设备设计制造手册试读：
前言
如今的中国已成为世界电子设备制造中心。中国整个电子设备制造业的结构正在发生新的变化与调整，由上海、苏南、浙北所构成的长江三角洲已经成为中国电子设备制造业热点之最，全球每10台计算机中，就有1.5台的主板在此生产；全世界每10部手机中就有3部液晶显示屏在此制造；全球每2只鼠标中就有1只由此提供……长三角地区拥有世界先进的电子设备设计制造技术，IT产业成为这里的主导产业。同样，全国各地的电子信息产业也都在迅猛发展，新器件、新材料、新工艺不断问世，特别是日新月异的微电子技术正在向各个领域广泛渗透。在这样的大背景之下，传统的电子设备结构设计和工艺方法受到严峻挑战，中国电子设备制造业迫切需要大量精通各方面知识的设计、制造工程师。
现代电子设备所处的环境主要包括气候环境、机械环境、电磁环境、生物化学环境和核辐射环境等。各种环境因素的影响可能导致电子设备性能降低、失效甚至损坏，必须采取防护措施。本书前半部分以电子设备防护性设计为主线，结合作者多年外企从业经验和国内多次讲学体会，详细介绍了电子设备的可靠性设计技术、热防护设计技术、腐蚀防护设计技术、隔振缓冲设计技术和电磁兼容性设计技术，并以信息设备和电力设备为例详细阐述。
本书后半部分详细介绍了电子设备整机设计制造技术，内容包括电子设备造型设计、整机结构设计、印制电路板组件设计制造技术、微电子工艺、电子设备加工和调试技术等，有力地保证了全书的系统性和完整性。相信本书体现了“一个好的设计师首先是一个好的工艺师”的思想理念。
书中内容尽量避免深奥的理论阐述和公式推导，充分体现了“实用性”这一写作宗旨。本书是环境电磁学、电子与电气工程、无线电和通信工程、信息和计算机技术、仪器和测试技术、机械设计、工业自动化技术、机电一体化技术以及系统可靠性工程等领域专业人员的必备知识手册。
本书主要供电子设备相关企业设计、生产、管理人员参考使用。书中引用了一些前人的成果，在此表示衷心感谢。同时书中错漏、欠妥之处在所难免，竭诚欢迎广大读者批评指正。
周旭 于南通大学
Zhou.x＠ntu.edu.cn
第1章 绪论
1.1 电子设备基础知识
当前，人们把利用电子学原理制成的设备、装置、仪器、仪表等统称为电子设备。例如，通信设备、电视机、电子计算机、电子测量仪器等，正广泛应用于人类生活的各个领域。
电子设备的设计制造技术与电子技术的发展密切相关。新材料的使用、新器件的出现，尤其是大规模和超大规模集成电路的推广应用，以及微电子工艺的不断革新，使电子设备在电路上和结构上都产生了巨大的飞跃。1.1.1 电子设备的分类和特点
1.1.1.1 电子设备的分类方法
电子设备由于产生、变换、传输和接收的电磁信号的不同，一般分为模拟设备和数字设备。此外还有多种分类方法。
1.电子设备按功能及用途分类（1）广播、通信系统 广播、电视设备、各种有线及无线通信设备等。（2）信息处理系统 各种类型的电子计算机及其外围设备、控制设备等。（3）电子应用系统 各种电子检测设备、雷达设备、医用电子设备、激光应用设备等。
2.电子设备防触电保护分类（1）0类设备 0类设备是指仅靠基本绝缘作为防触电保护的设备。当设备有能触及的可导电部分时，该部分不与设施固定布线中的保护（接地）线相连接，一旦基本绝缘失效，则其安全性完全取决于使用环境。（2）Ⅰ类设备 Ⅰ类设备是指设备的防触电保护不仅靠基本绝缘，还包括一种附加的安全措施，即将能触及的可导电部分与设施固定布线中的保护（接地）线相连接。（3）Ⅱ类设备 Ⅱ类设备是指设备的防触电保护不仅靠基本绝缘还具备像双重绝缘或加强绝缘这样的附加安全措施。这种设备不采用保护接地的措施，也不依赖于安装条件。Ⅱ类设备可以具有保持保护接地回路连续性的器件，但其必须在设备内部、按Ⅱ类设备的要求与能触及的可导电表面绝缘起来。有金属外壳的Ⅱ类设备必要时可以采取将等电位连接线与外壳连接。（4）Ⅲ类设备 Ⅲ类设备是指设备的防触电保护依靠安全特低电压（SELV）供电，且设备内可能出现的电压不会高于安全特低电压。Ⅲ类设备不得具有保护接地手段。必要时，可因工作（与保护目的不同）的原因，采取与大地连接的手段，但必须在技术上无损于安全水平。有金属外壳的Ⅲ类设备必要时可以采取将等电位连接线与外壳连接的手段。
3.欧盟WEEE（报废电子、电气设备）指令管辖的电子设备分类（见表1-1）表1-1 WEEE指令管辖的电子电气设备分类表
1.1.1.2 电子设备的一般特点（1）集成度高 电子设备具有“轻、薄、短、小”的特点，它在知识、技术和信息的密集程度等方面均高于其他产品。知识和技术的密集导致物化劳动的密集，因而产品的附加值也高，可以获得较高的经济效益。（2）使用广泛 目前电子设备已广泛应用于国防、科技、国民经济各个部门以及人民生活的各个领域，所处的工作环境十分复杂，往往要在恶劣的条件下工作。（3）可靠性要求高 对军用及航天电子设备而言，可靠性要求非常高，否则会带来不可弥补的损失。例如，航天电子设备，在十分复杂的组成中，若某一个元器件或连触点发生故障，就会影响整台设备的正常工作，甚至会导致导弹、运载火箭和卫星的飞行失控。（4）精度要求高，控制系统复杂 例如，卫星通信地面站，要求直径30m的抛物面天线自动跟踪人造卫星不发生偏差；还要求在一年之内电源不中断，遇到故障能自动换接备用电源等。1.1.2 环境对电子设备的要求
电子设备所处的环境大体上可分为自然环境、工业环境和特殊使用环境。除自然环境之外，工业环境和特殊使用环境一般是可人为制造和改变的，故这类环境有时也称为诱发环境。
环境因素造成的设备故障是严重的。国外曾对机载电子设备进行故障剖析，结果发现，50%以上的故障是由环境因素所致；而温度、振动、湿度三项环境造成的故障率则高达44%。
环境因素造成的设备故障和失效可分为两类：（1）功能故障 指设备的各种功能出现不利的变化，如受环境条件的影响，其功能不能正常发挥。但一旦外界因素消失，功能仍能恢复。（2）永久性损坏 如机械损坏等。
电子设备除了在满足技术性能要求能正常而可靠地工作外，在设计和制造电子设备时还应满足以下基本要求。
1.1.2.1 工作环境对电子设备的要求
电子设备所处的工作环境多种多样。气候条件、机械作用力和电磁干扰，是影响电子设备的主要因素。
1.气候环境对电子设备的要求
气候环境对设备的影响主要表现在使电气性能下降、温升过高、运动部位不灵活、结构损坏，直至不能正常工作。为了减少和防止这些不良影响，电子设备必须做到：（1）采取散热措施，限制设备工作时的温升，并能够耐受高、低温循环时的冷、热冲击。（2）采取各种防护措施，防止潮湿、盐雾、空气污染等气候因素对电子设备内元器件及零部件的侵蚀和危害，延长其寿命。
2.机械环境对电子设备的要求
机械环境，是指电子设备被运载或使用时，所受到的振动、冲击、离心加速度等机械作用。它对设备的影响主要是：元器件损坏、失效或电参数改变；结构件断裂或变形过大；金属件疲劳、破坏等。为了防止机械作用对设备产生不良影响，必须采取减振缓冲措施，确保电子设备内电子元器件和机械零部件，在受到外界强烈振动和冲击的情况下，不致变形和损坏，保证其工作的可靠性。
3.电磁环境对电子设备的要求
电子设备工作的周围空间，充满了由于各种原因所产生的电磁波。外部及内部电磁干扰有可能使设备或系统的工作性能偏离预期的指标，即工作性能发生了“降级”；甚至还可能使设备或系统失灵，或导致寿命缩短，或使系统效能发生非预期的永久性下降，严重时还能摧毁设备或系统。
为了保证设备在电磁干扰的环境中能正常工作，要求采取各种措施，提高设备的电磁兼容能力。
1.1.2.2 使用环境对电子设备的要求
1.对设备体积、重量的要求（1）三种主要因素
① 设备用途因素。对于军用电子设备，减小其体积、重量就直接影响着部队的战斗力和设备使用的灵活性，同时对减少战士体力消耗，提高战斗力有着重要的战术意义。如野战部队背负式通信机，其宽度不应超过人的双肩宽度（平均约为400mm），高度为背负时不能碰到臀部（平均约为500mm），其重量不超过18kg。又如人造卫星使用的电子设备，其体积、重量有极严格的要求，任何一部分体积增大，就意味着减少其他设备的体积。此外，卫星的重量和发射火箭的起飞重量有严格的比例。卫星的重量每增加1kg，火箭的燃料就多耗费数吨。
② 运载工具因素。各种运载工具如汽车、坦克、飞机、舰船等，由于安装各种设备的空间有限和操纵控制的需要，对电子设备的体积重量有较严格的要求。一般来说，航空设备的要求最高，其次是各种车辆，再次是各种舰船。飞机座舱容积有限，所用的各种电子设备，往往都将分机或部件的体积重量尽可能做得很小，仅把设备的控制和指示部分安装在飞行员的座舱内，其他部分则安装在飞机的各个部位，各部分之间用电缆连接。汽车、坦克用电子设备的体积要求和空用相似，重量要求则可放宽。
电子设备工作时，为了减少冲击、碰撞、振动和加速度的破坏作用，减少其体积、重量，会收到良好的效果。因为当重量减少时其质量也将减小，如果施加的加速度一定，则对设备的破坏力就会减小。
③ 经济成本因素。为了节省原材料和降低生产费用，应力求使电子设备的体积小、重量轻。（2）表征设备体积、重量的指标
① 平均密度（重量体积比）。设备的总重量与总体积之比，称为设备的平均密度。设备的平均密度对结构设计有直接影响。当平均3密度为0.5kg/dm时，结构设计不会遇到很大困难；当平均密度为1.53～1.7kg/dm时，结构设计需要精心安排；当平均密度为2～2.2kg/3dm时，结构设计需要应用特殊材料（如高强度轻金属合金）、高稳3定元器件和采用新工艺、新结构；当平均密度达到2.5kg/dm时，结构设计将很困难。
② 体积填充系数。设备内全部零部件的体积总和与机箱（柜）内部容积的比值。
设备的平均密度和体积填充系数，标志着设备紧凑性的程度。平均密度越高，体积填充系数越大，则设备的紧凑性越高。（3）高紧凑性产生的矛盾
现代电子设备都希望有较高的紧凑性，但追求紧凑性会产生一系列矛盾，这主要表现在以下几方面：
① 设备温升限制。这是绝大多数设备（尤其是大功率设备）提高紧凑性时遇到的最大困难。若设备的平均密度增大，则单位体积发热量增加。为了保证设备正常工作，就需要采用一套冷却系统，而冷却系统本身具有一定的体积和重量，这样反而提高了设备的总体积和总重量。
② 分布参数限制。随着紧凑性提高，元器件间距变小，这会导致设备电磁兼容性能下降，尤其是超高频和高压设备，由于分布电容增大，容易产生自激和脉冲波形变坏。由于元器件之间距离小，还容易产生短路和击穿。
③ 装配和维修困难。平均密度和体积填充系数增大，给生产时的装配和使用时的维护、修理带来一定困难，降低了设备的可靠性。
④ 产品成本增加。紧凑性高的设备，在整机结构方面要求有较高的零件加工精度和装配精度，因而提高了产品成本。
2.操纵和维护人员对设备的要求（1）操纵人员对电子设备的要求
① 为操纵者创造良好的工作条件。
② 设备操作简单，操纵者能很快进入工作状态，不需要很熟练的操作技术。
③ 设备安全可靠，有保险装置。当操纵者发生误操作时，不会损坏设备，更不能危及人身安全。
④ 控制机构轻便，尽可能减少操纵者的体力消耗。读数指示系统清晰、便于观察，且长时间观察不易疲劳，也不损伤视力。（2）维护人员对电子设备的要求
① 在发生故障时，便于打开维修或能迅速更换备用件。例如，采用插入式和折叠式结构、快速装拆结构，以及可换部件式结构等。
② 可调元件、测试点应布置在设备的同一面；经常更换的元器件应布置在易于装拆的部位；对于电路单元应尽可能采用印制板并用插座与系统连接。
③ 元器件的组装密度不宜过大，即体积填充系统在可能的条件下应取低一些（一般最好不超过0.3），以保证元器件间有足够的空间，便于装拆和维修。
④ 设备应具有过负荷保护装置（如过电流、过电压保护），危险和高压处应有警告标志和自动安全保护装置等，以确保维修安全。
⑤ 设备最好具备监测装置和故障预报装置，能使操纵者尽早地发现故障或预测失效元器件，及时更换维修，以缩短维修时间，并防止大故障出现。
1.1.2.3 制造环境对电子设备的要求
1.生产条件对电子设备的要求
生产厂的设备情况、技术和工艺水平、生产能力和生产周期，以及生产管理水平等因素都属于生产条件。
生产条件对产品的要求，一般有以下几个方面：（1）设备中的零件、部件、元器件，其品种和规格应尽可能地少，尽量使用由专业厂生产的通用零件、部件或产品。因为这样便于生产管理，有利于提高产品质量，并降低成本。（2）设备中的机械零、部件必须具有较好的结构工艺性，能够采用先进的工艺方法和流程，使得原材料消耗低、加工工时短。例如零件的结构、尺寸和形状便于实现工序自动化；以无屑加工代替切削加工，即提高冲制件、压塑件的数量和比例等。（3）设备中的零、部件和元器件及其各种技术参数、形状、尺寸等，应最大限度地标准化和规格化。还应尽可能采用生产厂以前曾经生产过的零、部件，充分利用生产厂的先进经验，使产品具有兼容性。（4）设备所使用的原材料，其品种、规格越少越好，应尽可能少用或不用贵重材料，立足于使用国产材料和来源多、价格低的材料。（5）设备（含零、部件）的加工精度要与技术条件要求相适应，不允许无根据地追求高精度。在满足产品性能指标的前提下，其精度等级应尽可能低，装配也应简易化，尽量不搞选配和修配，力求减少装配工人的体力消耗，同时也便于自动流水线生产。
2.经济性对电子设备的要求
电子设备的经济性有两方面的内容，即使用经济性和生产经济性。使用经济性包括设备在使用、储存和运输过程中所消耗的费用，其中维护费所占的比例最大，电源费用次之。
生产经济性是指生产成本，包括生产准备费用、原材料和辅助材料费用、工资和附加费用、管理费用等。
为了提高产品的经济性，在设计阶段就应充分考虑以下几个方面。（1）研究产品与部件技术条件，分析产品设计参数，正确制订设计方案。（2）根据产量确定产品结构形式和生产类型。产量的大小决定着生产批量的规模，生产批量不同，其生产方式类型也不同，因而其生产经济性也不同。（3）运用价值工程观念，在保证产品性能的条件下，按最经济的生产方法设计零、部件；在满足产品技术要求的条件下，选用最经济、合理的原材料和元器件，以求降低产品的生产成本。（4）全面构思、周密设计产品的结构，使产品具有良好的操纵、维护性能和使用性能，以降低设备的维护费用和使用费用。
1.2 电子设备设计制造基础
1.2.1 概述1.2.1.1 电子设备设计制造的依据（1）电子设备的性能指标 电子设备的性能指标包括电性能指标和机械性能指标。前者主要是指电信号幅度的标量（如灵敏度、输出功率等）、电信号频率的标量（如频率的精度、准确度、稳定度等）和电信号的波形标量（如调制度、非线性失真、噪声抑制等）。后者主要是指各类移动、旋动、传动的精度（如随动系统的跟踪度、定位系统的精度等）及其结构强度。此外，不同设备尚有一些特殊的性能指标和运输、储存条件。（2）设备的环境条件 设备的环境条件，主要指气候条件、机械作用力条件、化学物理条件（如金属的腐蚀、非金属的老化、酸碱粉尘、盐雾侵蚀、生物霉菌等）和电磁污染条件（各种干扰信号的侵入和辐射）。（3）设备的使用要求 设备的使用要求，主要包括对设备体积、重量、操作控制和维护的要求。（4）设备可靠性和寿命要求 设备的无故障工作时间长，承受过负荷的能力强。（5）设备制造的工艺性和经济性要求 设备制造的工艺性和经济性要求是既易于组织生产又造价低廉。设计应根据产品的用途性质（军用、民用、高可靠性、一般可靠性）、使用场合和产品自身的级别，参照国内外同类型先进产品型号，进行设计方案的论证；应致力于性能价格比的提高，不要盲目追求高性能、高精度指标，使制造工艺复杂、成本增高。
1.2.1.2 电子设备设计制造的顺序
1.预研阶段
预研阶段的工作，一般按拟订研究方案、试验研究两道程序进行。（1）拟订研究方案 其目的是确定研究工作的方向和途径，其主要工作内容如下：
① 搜集国内、外有关的技术文献、情报资料，必要时调查、研究实际使用中的技术要求。
② 编制研究任务书，拟订研究方案，提出专题研究课题，明确其主要技术要求。
③ 审查、批准研究任务书和研究方案。（2）试验研究 其目的是为了通过研究探索工作，以解决关键技术课题，得出准确、可靠的数据和结论，其主要工作内容是：
① 对已确定的各专项研究课题，进行理论分析、计算，探讨解决的途径，减少盲目性。
② 设计、制造试验研究需用的零件、部件、整件、必要的专用设备和仪器。
③ 展开试验研究工作，详细观察、记录和分析试验的过程与结果，掌握第一手资料。
④ 整理试验研究的各种原始记录，进行全面分析，编写预研工作报告。（3）预研工作完成时应达到的条件
① 具备整理成册的各种试验数据记录、各项专题的试验研究报告等原始资料。
② 具备预研报告书。
2.设计性试制阶段
凡自行设计或测绘试制的产品，一般都要经过设计性试制阶段，其工作程序一般分为下列几项。（1）论证产品设计方案，下达设计任务书
① 搜集国内、外有关产品的设计、试制、生产的情报资料及样品。
② 调研实际使用中设备的技术要求，确定试制产品目标。
③ 会同使用部门编制设计任务书草案，同时提出产品设计方案，论证主要技术指标，批准下达设计任务书。（2）进行初步设计和理论计算
① 进行理论计算，按计算结果，对产品或整个体系的各个部分合理分配参数。
② 通过必要的试验，进一步落实设计方案，提出线路、结构和工艺技术等关键环节的解决方案。
③ 编制初步设计文件。
④ 对需用的人力、物力进行概算。（3）进行技术设计
① 根据对技术指标的修正意见，进一步调整分配各部分的参数。
② 拟定标准化综合要求。
③ 编制技术设计文件。
④ 对结构设计进行工艺性审查，制订工艺方案。（4）进行样机制造
① 编制产品设计工作图纸与必要的工艺文件。
② 设计制造必要的工艺装置和专用设备。
③ 试验掌握关键工艺和新工艺。
④ 制造零、部、整件与样机。
⑤ 对样机进行调整，进行性能试验和环境试验，对是否可提交现场试验做出结论。（5）现场试验与鉴定
① 现场试验检查产品是否符合设计任务书规定的主要性能指标与使用要求；通过试验编写技术说明书。
② 组织鉴定，对能否设计定型做出结论。（6）设计性试制工作结束时应达到下列要求：
① 具备产品设计方案的论证报告、初步设计文件、技术设计文件。
② 具备产品设计工作图纸及技术条件。
③ 具备产品工艺方案及必要的工艺文件。
④ 具备整理成册的各种试验的原始资料、试验方法与规程。
⑤ 具备必要的专用工艺装置、设备及其设计图纸。
⑥ 具备对设备结构的工艺性审查报告、标准化审查报告及产品的技术经济分析报告。
⑦ 具备一定数量的样机及现场试验报告。
⑧ 具备产品需用的原材料、协作配套件及外购件汇总表。
3.生产性试制阶段（1）主要内容
① 修改产品设计文件，修改与补充生产工艺文件。
② 培训人员，必要时调整工艺装置，组织生产线，补充设计和制造工艺装置、专用设备。
③ 按照设计文件、工艺文件，使用工艺装置、专用设备制造零件，进行装配、调试，考验各种文件及装置的适用性及合理性。
④ 做好原始记录，统计分析各种技术定额。
⑤ 拟订正式生产时的工时及材料消耗定额，计算产品劳动量及成本。（2）生产性试制工作结束应达到的条件
① 具备修改过的产品设计文件及工艺文件。
② 具备满足成批生产需要的工艺装置、专用设备及其设计图纸。
③ 根据需要，已经选定标准样机与样件。
④ 已经初步确定成批生产时的流水线和劳动组织。
⑤ 具有符合技术条件的小批量生产产品，提出了产品成本概算。
4.产品的鉴定、定型
鉴定的目的在于对一个阶段工作做出全面的评价和结论。审查时一般应邀请使用部门、研究设计单位和有关单位的代表参加。重要产品的鉴定结论应报上级机关批准。（1）申请设计定型的标准 产品的主要性能稳定，经现场试验（或试用）符合设计指标和使用要求；主要配套产品和主要原料可在国内解决；具备了规定的产品设计文件和技术条件。（2）申请生产定型的标准 具备生产条件，生产工艺经过考验，所生产的产品性能稳定；产品经试验后符合技术条件；具备了生产与验收的各种技术文件。
5.整机批量制造（1）原材料、元器件检验，理化分析和例行试验
工厂为保证产品质量，对进厂的原材料、辅助材料和外购元器件都要进行入厂质量检验。例如，原材料的理化分析、关键（或主要）元器件的例行试验。这些工作由检验部门根据供应部门提供的元器件、原材料进行。（2）主要元器件的老化筛选
为剔除早期失效的元器件和提高元器件的上机率，对主要元器件（特别是半导体器件）应进行老化筛选，其主要内容有高低温冲击、高温储存、带电负荷等。（3）零件制造
电子整机所用的零件分通用零件（包括标准零件）和专用零件两种。一般通用零件和标准零件都是外购，专用零件则由本厂自制。民用电子设备的专用零件数量不多，而军用和专用电子设备的专用零件数量较多。因此，整机厂一般都具有一定的机械加工能力，特别是模具制造能力。（4）通用工艺处理
通用工艺处理包括对已制造好的零件、机箱、机架、机柜、外壳、印制板、旋钮和度盘等进行电镀、油漆、丝网漏印、化学处理、热处理加工，以便提高这些零件的耐腐蚀性，并增强外观的装饰性。（5）组件装校
一般专用组件的装校都由专业车间进行，也可由总装车间承担。无论采取哪种方式，其目的都是使组件具有完整的独立功能。组件装配完毕之后，须对其进行调整和测试，以求得性能达标。（6）总装
总装包括总装前的准备、总装流水、调试、负荷试验和检验包装等工序。
① 准备加工。在流水线生产和调试以前，先将各种原材料、元器件等进行加工处理，称为预加工（装配准备）。某些不便在流水线上操作的器件，由于事先做了预加工，也可减少在流水线上安排的困难。典型的预加工包括：导线的剪切、剥头、浸锡，元器件引脚的剪切、浸锡、预成型，插头座连接，线扎的制作、标记打印，高频电缆、金属隔离线的加工等。
② 总装流水。整机总装是在装配车间（亦称总装车间）完成的。总装应包括电气装配和结构安装两大部分，而电子设备则是以电气装配为主导、以其印制电路板组件为中心进行焊接和装配的。
流水作业操作是目前电子设备总装的主要形式。由于采用传送板或传送带顺序移动加工产品，极大地提高了劳动效率。
③ 负荷调试。一般在产品总装完成后都要进行调试和负荷试验。调试、负荷的时间和方式根据产品而定。
④ 检验包装。根据技术条件和使用要求，在总装完成后必须进行检验和必要的例行试验，将完全符合标准的产品再包装和入库。
1.2.1.3 电子设备虚拟设计制造技术
1.虚拟制造的基本概念
虚拟制造（VM：Virtual Manufacturing）又称拟实制造，其中的“虚拟”是指现实世界的数字化，即对真实世界的动态模拟，又称为虚拟现实技术；“制造”是虚拟现实技术在制造中的应用和实现。虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质体现，即采用计算机仿真和虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程中的决策与控制能力。
2.虚拟制造的类型
广义的虚拟制造过程不仅包括与产品开发制造有关的工程活动的虚拟，还包含对企业组织经营有关的管理活动的虚拟。因此，虚拟设计、生产和控制机制是虚拟制造的有机组成部分，按照这种思想可将虚拟制造分成3类。（1）以设计为中心的虚拟制造 它强调以统一制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真与分析、优化，就产品的结构性能、运动学、动力学、热力学方面的性能和可装配性进行分析，以获得对产品的设计评估与性能预测。（2）以生产为中心的虚拟制造 它是在企业资源有限的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的加工过程及其组合进行优化。它分析和评价产品的“可生产性”，优化组合制造资源和环境，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。（3）以控制为中心的虚拟制造 它是将仿真技术引入控制模型，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制。
3.虚拟制造的特征（1）高度集成 基于计算机虚拟制造环境，进行产品设计、制造、测试，设计人员或用户可“进入”虚拟制造环境，检验其设计、加工、装配和操作，而不依赖于传统的原型样机的反复修改。通过综合运用系统工程、知识工程、并行工程和人机工程等多学科先进技术，实现信息集成、知识集成、串并行交错工作机制集成和人机集成。（2）敏捷灵活 所开发的产品（部件）可存放在计算机里，不但大大节省仓储费用，而且可根据用户需求或市场变化快速改型设计、投入批量生产，从而缩短新产品的开发周期，提高质量，降低成本。（3）分布合作 它可使分布在不同地点、不同部门的专业人员在同一个产品模型上同时工作，相互交流，信息共享，减少大量的文档生成及其传递的时间和误差，从而使产品开发更快捷、优质、低耗，以适应市场需求的变化。
4.虚拟制造的关键技术（1）建模技术 VMS（虚拟制造系统）的建模包括产品模型（完备的产品模型使产品实施过程中的全部活动融于一体）、工艺模型（包括功能模型、物理和数学模型、统计模型、计算机工艺仿真、制造数据表和制造规划）和生产模型（静态描述和动态描述，从而可预测产品生产的全过程）的信息体系结构。（2）计算机仿真技术 仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化，形成系统模型，然后在分析基础上运行此模型，从而得到一系列的统计性能。基本步骤为：研究系统→收集数据→建立系统模型、确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果并分析。（3）虚拟现实技术 虚拟现实技术VRT（Virtual Reality Technology）是为改善人与计算机的交互方式、提高计算机的可操作性而产生的，它是综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境（称为虚拟环境）中提供现实感觉的技术。（4）优化技术 以一定的约束条件构造合适的优化算法，通过较少的分析次数得到局部或全局的最优解。
综上所述，虚拟制造技术的推广可以帮助企业缩短设计周期、减少成本、提高产品质量、优化产品性能；使其在竞争日益激烈的市场上抓住商机，立于不败之地。我国虚拟制造技术的研究刚刚起步，系统、全面的研究尚未开展，目前仍停留在对国外的理论消化与国内环境的结合上。面对新世纪商品经济的飞速发展，VM系统在电子设备设计制造领域各方面的应用有着巨大的潜力。1.2.2 电子设备结构设计基础
电子设备结构设计是研制各种类型电子设备的一个重要环节，它对保证电子设备的优良性能起着重要的作用。20世纪中、后期，伴随着固体电路、集成电路、大规模集成电路的相继出现，电子设备开始向小型、超小型、微型组装方向发展。结构设计中一些传统的设计方法逐步被机电结合、光电结合等新技术所取代。尤其是超大规模集成电路及其衍生的各种功能模块的出现，使许多曾被视为不可逾越的纯机械技术和工艺失去意义，同时也给电子设备的结构设计注入了新的内容。
1.2.2.1 电子设备结构设计内容
1.整机组装结构设计
整机组装结构设计也称总体设计。根据产品的技术条件和使用环境条件，对整机的组装进行系统构思，并对各分系统和功能性单元提出设计要求和规划。具体包括以下内容：（1）结构单元 包括机柜、机箱（或插入单元）壳体的结构形式、外观造型、装配和安装方式、人工和自动操作方式以及其他附件。（2）传动和执行装置 信号在传递或控制过程中，某些参数（声、光、电或机械）的调节和控制所必需的各种传动装置、组件和执行元件。（3）环境防护 包括元件、组件及整机的温度控制、防腐、防潮、防霉、振动与冲击隔离、屏蔽与接地、接插与互连等。（4）总体布局 对各零部件、组件合理地进行结构布局，以确定相互之间的连接形式和结构尺寸等。
2.热设计
电子设备的热设计是指对电子元件、组件以及整机的温升控制。尤其是高密度组装的设备，更需注意其热量的排除。温升控制的方法包括自然冷却、强迫风冷、强迫液冷、蒸发冷却、温差电致冷、热管传热等各种形式。
3.结构的静力计算与动态参数设计
对于运载工具中使用或处于运输过程中的设备，应具有足够的强度和刚度。当结构自身不能有效地克服因机械力引起的材料疲劳、结构谐振等对电性能的影响，则要采取隔振与缓冲措施，以避免或减弱上述因素造成的性能下降。
4.电磁兼容性结构设计
电子设备中的信号处理和传输系统的自动化，要求各系统具有可靠的抗干扰能力。这就需要进行诸如电磁屏蔽、接地等电磁兼容性设计，以提高设备对电磁环境的适应性。其措施包括噪声源的抑制、消除噪声的耦合通道和抑制接收系统的噪声等。
5.传动和执行装置设计
电子设备在完成信号的产生、放大、变换、发送、接收、显示和控制的过程中，需要对各种参数（声、光、电或机械）进行调节和控制。因此要有相应的传动装置或执行元件来完成这项功能。这里除了常规的机械传动装置设计之外，主要是与声、光、电性能密切相关的转动惯量、传动精度、刚度和摩擦系数等参数的设计。
6.防腐蚀设计
恶劣的气候条件会引起电子设备中金属和非金属材料发生腐蚀、老化、霉烂、性能显著下降等各种损坏。应根据设备所处环境条件的性质、影响因素的种类、作用强度的大小来确定相应的防护措施或防护结构，选择耐腐蚀材料，并研究新的抗腐蚀方法。
7.连接设计
电子设备中存在着大量的固定、半固定以及活动的电气触点。这些触点的接触可靠性对整机或系统的可靠性有很大的影响。必须正确地设计、选择连接方法和工艺，如焊接、压接、熔接等。同时，还应注意对各种接插件、开关件等活动连接件的选用。
8.人机工程学在结构设计中的应用
电子设备既要满足电性能指标的要求，又要使设备的操作者感到方便、灵活、安全，外形美观、大方。这就要求用人机工程学的基本原理来考虑人与设备的相互关系，设计出符合人的生理、心理特点的结构与外形，更好地发挥人和机器的效能。
9.可靠性试验
可靠性是衡量电子设备质量的极其重要的指标。对于特殊用途的设备，必须根据技术要求对设备或者模拟设备进行可靠性试验或加速寿命试验，以确认设计的正确性及其可靠性指标。
1.2.2.2 电子设备结构设计方法
电子设备由于品种多、可靠性高，采用传统的设计方法往往造成结构设计工作周期长、成本高的局面，只有充分应用现代设计方法，才能使结构设计更好地适应电子设备的多品种、小批量、高可靠性的特点，提高设计质量，缩短设计周期，降低设计成本，从而满足电子设备研制、生产的需要。
从20世纪60年代末期开始，设计领域中相继出现了一系列新兴理论与方法，这些方法统称为现代设计方法，主要有计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、动态设计、人工神经元计算方法、工程遗传算法、智能工程、价值工程、工业艺术造型设计、人机工程、并行工程、模块化设计、相似性设计、摩擦学设计、三次设计、反求工程设计等。
1.现代设计方法的主要特点（1）系统性 传统设计方法是经验类比的设计方法，用收敛性的思维方法，过早地进入具体方案，功能原理分析既不充分又不系统，不强调创新，也很难得到最优方案。现代设计方法是逻辑的、系统的设计方法。（2）社会性 现代设计开发新产品的整个过程都要以面向社会、面向市场为指导思想，从产品的概念形成到报废处理的全寿命周期中的所有问题，全面考虑解决。而传统设计注意技术性，很少考虑社会性问题。（3）创造性 现代设计激励创造冲动，突出创新意识。（4）最优化 现代设计重视综合集成，在性能、技术、经济、制造工艺、使用、环境等各种约束条件下和广泛的学科领域之间，通过计算机以高效率综合集成最新科技成果，寻求最优方案和参数，而传统设计属于自然优化。（5）动态化 现代设计在静态分析的基础上，考虑载荷谱、负载率等随机变量，进行动态多变量最优化设计。（6）宜人性 现代设计在保证产品物质功能的前提下，强调产品的精神功能。（7）智能化 现代设计使用计算机模仿人的智能活动，能够设计出高度智能化的产品。
2.计算机辅助设计
计算机辅助设计（CAD）是随着计算机及其外围设备的发展而形成的一门技术，是计算机科学与工程科学技术之间跨学科的边缘学科，是一种重要的现代设计方法，也是近年来我国大力推广的一项新技术。CAD是指设计者以具有高速计算能力和显示图形的计算机为工具，用各自的专业知识对产品进行规划、分析计算、综合、模拟、评价、绘图和编写技术文件等设计活动的总称。在电子设备的研制和生产过程中，从方案设计到设计出图，都采用CAD来完成，包括设备的外观造型设计、热设计计算、强度与刚度计算、装配设计、装配干涉检查、传动机构的运动模拟试验和自动绘图等，使设计师在显示屏幕上边设计、边修改和边验算，完全摆脱了传统的设计方法，使设计变得非常直观、方便、快捷、精确。在结构设计工作中，绘图工作量约占总设计工作量的50%～60%，这样，大大地减少了设计计算、制图和制表所需的时间，减少了许多过去手工作图那种枯燥的重复性工作，提高了设计的工作效率，缩短了设计周期。另外，图样按统一的标准格式输出，质量高，图样版面清晰、规范、干净、漂亮。
3.模块化设计
产品模块化设计，可以满足日益增长的多品种、多规格的要求。尽量做到零、部件标准化，非标零、部件通用化，零、部件设计模块化，这样，大大地减少了设计工作量，减少了重复出现的技术过失，增大了结构的互换性、维修性和生产性。
4.并行工程
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程的系统方法。并行工程的目的在于寻求新产品的易制造性、缩短上市周期和增强市场竞争力。要求涉及产品的所有部门和工程技术人员，集中起来组成并行设计组共同设计制造产品；对产品的各种性能和制造过程进行分析评议，不断改进设计，取得优良结果，一次成功。并行工程的内涵还包含了人的因素和企业文化。如果说传统的串行工程方法容易造成各自为政、效率低下的话，并行工程方法则能改变企业组织结构和工作方法，促进人们之间的相互理解，激励积极性，提高协同作战的能力，塑造良好的企业文化氛围，形成一个适合人类发展需要的社会-技术系统。例如在设备研制、生产的整个过程中，电路师、结构师、工艺师和标准化师组成并行组，积极地投入到研制、生产中。一方面，使结构设计在充分满足电路设计的前提下，更好地适应实际的工艺要求；另一方面，使结构设计在充分满足电路设计的前提下，更加符合国家的有关技术规范、法令和标准。这样一来，使作为工程语言的设计图样更加有利于操作，有利于设备的研制和生产。
5.价值工程
产品价值等于产品功能与产品成本之比。价值工程从产品的功能研究开始，对产品进行设计，或重新审查设计图样文件，剔除那些与用户要求的功能无关的材料、结构、零部件，设计出功能相同而成本更低的产品。在设备研制、生产的整个过程中，一方面，在满足使用要求的前提下，尽量设计成易加工的结构件形式，尽量降低结构件的加工精度要求，降低制造成本。有些不重要的尺寸，由未注尺寸和形位公差来控制；另一方面，在满足性能和可靠性的前提下，结构设计尽量选用价格低、易采购的材料，以降低成本，利于组织生产。1.2.3 电子设备制造材料基础
1.2.3.1 金属材料
我们的祖先远在三千年前就掌握了一些冶铁、炼钢、铸锻和热处理的技艺，比欧洲要早1700多年，对世界文明与人类进步作出过重要的贡献。如今，金属材料仍占据材料工业的主导地位。
1.黑色金属
黑色金属：如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。（1）铁的常用分类
① 生铁。生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，也称“铣铁”。含碳量为2.11%～6.67%，并含有硅、硫、锰、磷等杂质。生铁可分为普通生铁和合金生铁，前者包括炼钢生铁和铸造生铁，后者主要是锰铁和硅铁，在炼钢时作钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。
生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成型。但含硅高的生铁（灰口铁）的铸造及切削性能良好。
a.炼钢生铁。炼钢生铁含硅量不大于1.7%，碳以FeC状存在。3炼钢生铁硬而脆，断口呈白色，主要用做炼钢原料和可锻铸铁原料。
b.铸造用生铁。铸造生铁硅含量为1.25%～3.6%，碳多以石墨状态存在。铸造用生铁断口呈灰色，软、易切削加工，主要用来生产各种铸铁件原料如床身、箱体等。
c.球墨铸造用生铁。球墨铸造用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在铁中石墨化，低磷提高生铁的机械性能；主要用于生产性能（机械性能）较好的球墨铸铁件。
② 铸铁。铸铁是含碳大于2.11%的铁碳合金，它是将铸造生铁（部分炼钢生铁）在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。与生铁的区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件具有优良的铸造性，可制成复杂零件，一般都具有良好的切削加工性；另外，具有耐磨性良好、价格低等特点。
a.白口铸铁。碳全部以渗透碳体（FeC）形式存在。断口呈亮白3色，故称白口铸铁。白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工，大多用做炼钢和可锻铸铁的坯料。
b.灰口铸铁。铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在，断口呈灰色。它具有良好的铸造性能，切削加工性好，耐磨性好，熔化配料简单，成本低，广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。灰口铸铁按基体组织不同，分为铁素体基灰口铸铁、珠光体-铁素体基灰口铸铁和珠光体基灰口铸铁三类。
c.可锻铸铁。可锻铸铁是用碳、硅含量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件，再经过长时间高温退火处理，使渗碳体分解出团絮状石墨而成。可锻铸铁按热处理后显微组织不同分两类；一类是黑心可锻铸铁和珠光可锻铸铁；另一类是白心可锻铸铁。黑心可锻铸铁主要用于制造轮壳、弹簧支座、阀门等。珠光体可锻铸铁则用于制造曲轴、连杆、轮轴、活塞环等。
d.球墨铸铁。在铁水（球墨生铁）浇注前加一定量的球化剂（常用的有硅铁、镁等）使铸铁中石墨球化。由于碳（石墨）以球状存在于铸铁基体中，改善其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性大大提高。并具有耐磨、减振、工艺性能好、成本低等优点，现已广泛替代可锻铸铁及部分铸钢。（2）钢的常用分类
当铁中含碳量在0.03%～1.2%范围时则为钢。炼钢原料除铣铁、废钢外，还有去除不纯物用的熔剂，如生石灰、萤石和脱氧剂等，使钢的品质得以提高。炼钢方法主要有转炉、电炉和平炉三种。
① 按品质分类。普通钢（磷含量≤0.045%，硫含量≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.035%）；高级优质钢（磷含量≤0.035%，硫含量≤0.030%）。
② 按化学成分分类。
a.碳素钢。低碳钢（碳含量≤0.25%）；中碳钢（0.25%<碳含量≤0.60%）；高碳钢（碳含量>0.60%）。碳素钢具有不错的机械性质，能实施热处理，而且在一般用途上都能胜任。
b.合金钢。合金钢是指碳钢添加一种或一种以上合金元素所形成的钢料。所添加的合金元素主要有镍（Ni）、铬（Cr）、钨（W）、钒（V）、锰（Mn）、钼（Mo）、钴（Co）、硅（Si）、钛（Ti）、硼（B）等。例如，12%的铬可以使钢不易腐蚀，成为耐蚀钢；加入18%钨、4%铬、1%钒时即为高速钢。
a）钢中主要合金元素的功用。合金钢因其添加元素和量的不同而特性迥异。铬在钢中和碳作用形成稳定而硬的碳化物，能增进钢的硬度；还能增进钢的抗腐蚀性、耐磨性。钛在不锈钢中，可以防止高温时铬量的局部减少，维持其防蚀的能力。
镍在钢中的影响有增进钢的硬度，增加钢的韧性。高镍合金钢能耐腐蚀，例如不锈钢就含有8%左右的镍。钴可代替镍增加强度及耐热等性能，但会降低钢的硬度。钴增加钢的保磁能力，是制造磁石钢的主要元素。
锰和钼可增加钢的强度及硬度。硅能增加钢的电磁传导率，故适于制造电气材料。钨能耐高温，而且溶于钢中会与碳形成碳化物称为碳化钨，能提高钢的强度，还可加入钢中制造永久磁钢。
铜可以增加钢的强度，含量不可以超过1.5%，否则会使钢变脆。此外，铜在钢中有抵抗空气腐蚀的性能，当低碳钢内含铜1%时，其抵抗空气腐蚀性较不含铜的高出约4倍；在不锈钢中加铜3%～4%，也有助不锈钢的防蚀作用。
硫在钢中为有害的杂质，硫与铁化合成为FeS，与锰化合成MnS，其结果会使钢强度降低，增加钢的热脆性。硫含量0.2%以上，就会严重影响钢的强度和韧性。
b）合金钢的分类。按合金元素含量可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）、中合金钢（合金元素总含量5%～10%）、高合金钢（合金元素总含量>10%）。普通低合金钢的强度比较高，综合性能比较好，耐腐蚀，耐磨，耐低温，并具有较好的切削性能、焊接性能。
合金钢也可依照加入元素的种类来区分。由于任何钢中均含铁、碳两种元素，因此，如再加入一种元素即称为三元钢，如镍钢、钼钢等。加入两种元素称为四元钢，如镍钼钢。
就用途来区分，合金钢可以分为一般构造用合金钢和特殊钢。构造用合金钢适用于普通机械，合金量较低；而特殊钢大多使用在需要高硬度、耐蚀、耐热、磁性等场合，合金量高，见表1-2。表1-2 合金钢的用途
在钢中添加Cr和Ni可以增加钢的耐蚀性。在空气及海水环境中，钢的耐蚀性随Cr量的增加而增加，含Cr量在12%以上，就几乎不会发生腐蚀。不锈钢耐蚀的原因，是Cr能在钢的表层形成一种致密的氧化铬膜，可以阻隔钢料内部的氧化作用，因而可以防止一般空气环境下的腐蚀。但是，如果铬钢在强酸（如硫酸、盐酸）环境中，这层氧化膜就会被破坏而丧失耐蚀性。在含有硫酸及盐酸的环境中，钢的耐蚀性随Ni量的增加而增大，由此可知，一般环境下使用，不锈钢只需添加Cr，就可以防止发生腐蚀的现象，然而在特定环境下（如在硫酸、盐酸中）使用，就必须再添加Ni，才能达到防蚀的目的。
磁石钢主要用于制造永久磁铁，属于硬磁材料。
③ 按成型方法分类。可分为锻钢、铸钢、热轧钢、冷拉钢。
④ 按用途分类。
a.工程用钢。普通碳素结构钢；低合金结构钢；钢筋钢。碳素结构钢主要保证力学性能，故其牌号用Q加数字表示。其中，“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服点数值。例如，Q275表示屈服点为275MPa。通常Q195、Q215、Q235钢，碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等；常用于建筑结构和制造普通铆钉、螺钉、螺母等零件。Q255和Q275钢，碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板，用做结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件。
b.结构钢。
a）机械制造用钢。调质结构钢；表面硬化结构钢（包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢）；易切削结构钢；冷塑性成型用钢（包括冷冲压用钢、冷镦用钢）。
易切削结构钢是在钢中加入一些使钢变脆的元素，使钢在切削时易脆断成碎屑，从而有利于提高切削速度和延长刀具寿命。使钢变脆的元素主要是硫，硫化锰很脆并有润滑效能，从而使切屑容易碎断，并有利于提高加工表面的质量。
b）弹簧钢。弹簧用的钢料必须具备耐冲击、疲劳限高而且不产生永久变形的特性，适用的钢料大致可以分为碳钢、硅锰钢、硅锰铬钢三类，有些特殊场合也用到耐蚀钢。弹簧的制造必须先韧化、成型，然后实施热处理，大型的弹簧，如板片弹簧等，系将热轧的板或棒，高温加工成型，在80～850℃淬火于油中或水中，再经400～500℃回火后使用。小型弹簧，如螺旋弹簧等，必须将韧化处理后冷抽的钢线（通常称为琴钢线），冷加工成型，再加热于300～350℃蓝化处理，以提高疲劳限。
c）轴承钢。轴承必须耐磨、有足够的强度及很高的疲劳限。最常使用的材料为高碳低铬钢，其成分为0.95%～1.10%C、0.9%～1.6%Cr、0.5%～0.9%Mn、0%～0.25%Mo；此外，轴承钢属于高级合金钢，所以磷、硫含量必须在0.025%以下。
c.工具钢。
a）碳素工具钢。碳素工具钢基本上不含合金元素，含碳量在0.65%～1.35%范围内，其生产成本低，原料易获得，切削加工性良好，热处理后可以得到高硬度和高耐磨性，用来制造各种刃具、模具和量具。但这类钢的红硬性差，即当工作温度大于250℃时，钢的硬度和耐磨性就会急剧下降而失去工作能力。另外，碳素工具钢若制成较大的零件则不易淬硬，而且容易产生变形和裂纹。
b）合金工具钢。合金工具钢是含有多种合金元素（如硅、铬、钨、钼、钒等）的中、高碳钢。合金工具钢容易淬硬，不易产生变形和裂纹，适用于制造尺寸大、形状复杂的刃具、模具和量具。
c）高速工具钢。高速工具钢是高碳高合金工具钢，钢中含碳量为0.7%～1.4%，钢中含有能形成高硬度碳化物的合金元素，如钨、钼、铬、钒。高速工具钢具有高的红硬性，在高速切削的条件下，温度高达500～600℃硬度也不降低，从而保证良好的切削性能。
d.特殊性能钢。不锈耐酸钢；耐热钢（包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢）；电热合金钢；耐磨钢；低温用钢；电气用钢。
耐热钢主要合金元素的含量为：14%～26%Cr、12%～37%Ni、0.1%～0.4%C、0～3%W等。耐热钢高温强度大，加工性、焊接性良好，主要用于热交换器等。
电气用钢属于软磁材料，主要用于制造变压器、电动机（马达）等的铁芯材料。良好的铁芯材料必须利于导通磁力线以提高效率，所以磁阻要低、导磁性要好，并且要容易磁化及退磁，残留磁力小以减少磁滞损失。常用的铁芯材料有纯铁、硅钢、铁镍合金、铁钴合金、铁氧磁体等，其中以纯铁及硅钢较为常用。纯铁的导磁性好，但是因为比电阻小，涡流损失大，因此添加硅，硅含量过高时材质便脆化，因此一般在5.5%以下，此外，硅钢片制成片状相叠也可以降低涡流损失。
⑤ 按钢材外形分类。钢材按外形可分为型材、板材、管材、金属制品四大类。为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材分为十六大品种（见表1-3）。表1-3 钢材品种
2.有色金属（1）有色金属分类
① 有色纯金属。分为重金属、轻金属、贵金属、半金属和稀有金属五类。
② 有色合金。按合金系统分重有色金属合金、轻有色金属合金、贵金属合金、稀有金属合金等；按合金用途则可分变形（压力加工用）合金、铸造合金、轴承合金、印刷合金、硬质合金、焊料、中间合金、金属粉末等。
③ 有色材。按化学成分为铜和铜合金材、铝和铝合金材、铅和铅合金材、镍和镍合金材、钛和钛合金材；按形状分类时，可分为板、条、带、箔、管、棒、线、型等品种。（2）铜及铜合金
① 纯铜。纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称紫铜或电解铜。纯铜导电性很好，大量用于制造电线、电缆、电刷等；导热性好，常用来制造防磁性干扰的磁学仪器、仪表，如罗盘、航空仪表等；塑性极好，易于热压或冷压力加工，可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材。纯铜产品有冶炼品及加工品两种。
② 铜合金。
a.黄铜。黄铜是铜与锌的合金。最简单的黄铜是铜-锌二元合金，称为简单黄铜或普通黄铜。改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。黄铜中锌的含量越高，其强度也越高，塑性稍低。工业中采用的黄铜含锌量不超过45%，否则将会产生脆性，使合金性能变坏。
为了改善黄铜的某种性能，在一元黄铜的基础上加入其他合金元素的黄铜称为特殊黄铜。常用的合金元素有硅、铝、锡、铅、锰、铁与镍等。在黄铜中加铝能提高黄铜的屈服强度和抗腐蚀性，稍降低塑性；含铝小于4%的黄铜具有良好的加工、铸造等综合性能。在黄铜中加1%的锡能显著改善黄铜的抗海水和海洋空气腐蚀的能力，因此称为“海军黄铜”；锡还能改善黄铜的切削加工性能。
黄铜加铅的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性，铅对黄铜的强度影响不大。锰黄铜具有良好的机械性能、热稳定性和抗蚀性；在锰黄铜中加铝，还可以改善它的性能，得到表面光洁的铸件。黄铜可分为铸造和压力加工两类产品。
b.青铜。青铜是历史上应用最早的一种合金，原指铜锡合金，因颜色呈青灰色，故称青铜。现在除黄铜和白铜（铜镍合金）以外的铜合金均称为青铜。锡青铜有较高的机械性能、较好的耐蚀性、减摩性和好的铸造性能；对过热和气体的敏感性小，焊接性能好，无铁磁性，收缩系数小。锡青铜在空气、海水、淡水和蒸汽中的抗蚀性都比黄铜高。
由于锡是一种稀缺元素，所以工业上还使用许多不含锡的无锡青铜，它们不仅价格便宜，还具有所需要的特种性能。主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。铝青铜有比锡青铜高的机械性能，耐磨、耐蚀、耐寒、耐热、无铁磁性，有良好的流动性，无偏析倾向，可得到致密的铸件。在铝青铜中加入铁、镍和锰等元素，可进一步改善合金的各种性能。
青铜也分为压力加工和铸造产品两大类。
c.白铜。以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色，称为白铜。铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜，纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]