2014 設計材料及加工工藝期末總結第一章 概論1. 產品造型設計的三個要素及相互關系。產品設計的三要素：產品的功能、產品的形態、材料與工藝功能與形態建立在材料與工藝基礎上，各種材料的的特性因加工特性不同而體現出不同的材質美，從而影響產品造型設計。2. 材料的特性有哪些？固有特性：物理特性：(1)物理性能：密度、硬度 (2)(力學)機械性能：強度、彈性和塑性、脆性和韌性、剛度、耐磨性等 (3)熱性能：導熱性、耐熱性、熱脹性、耐燃性、耐火性 (4)電性能：導電性、電絕緣性 (5)磁性能：鐵磁性、順磁性、抗磁性 (6)光性能：對光的反射、折射、透射化學特性：(1)抗氧化性 (2)耐腐蝕性 (3)耐候性派生特性：（1）加工特性 （2）感覺特性 （3）環境特性 （4）經濟性第二章 材料的工藝特性1 什么是材料的工藝性？材料適應各種工藝處理要求的能力。材料的工藝性包括成型加工工藝、連接工藝、表面處理工藝2 材料成型加工工藝的選擇。（1）去除成形（減法成形）在坯料成形過程中，將多余部分去除而獲得所需形態，如車削、銑削、刨削、磨削等。（2）堆積成形（加法成形）通過原料堆積獲得所需形態。如鑄造、焙燒、壓制、注射成型。（3）塑性成形坯料在成形過程中不發生重量變化，只有形狀的變化，如彎曲、壓制、壓延等。3 材料表面處理的目的、工藝類型及選擇。表面處理的目的:（1）保護產品 （2) 賦予產品一定的感覺特性工藝類型及選擇A 表面精加工工藝技術：研磨、拋光、噴砂、蝕刻 效果：平滑、光亮、肌理B 表面層改質工藝技術：化學處理、陽極氧化 效果：特定的色彩、光澤C 表面被覆技術：鍍層、涂層（PVD、CVD）、琺瑯、表面覆貼 效果：覆蓋產品材料，表面呈現覆貼材料的效果。4 快速成型的原理及特點，了解幾種快速成型技術?？焖俪尚偷脑恚菏腔陔x散、堆積原理而實現快速加工原型或零件的加工技術。過程：1）利用計算機輔助設計（CAD）技術，建立零件的三維模型；2）對該三維（3D）模型進行分層離散處理，將三維模型數據變成二維(2D)平面數據。把3D模型離散為沿某一方向的多個平面，將3D模型變成2D截面輪廓信息。（相當于把立體切成一層層薄片）。3）將二維平面數據傳輸給快速成型系統中的工作執行部件。4）該執行部件按特定的成型方法，按截面輪廓形狀信息進行逐點掃描，將薄板材料逐層進行加工，逐層堆積形成三維實體。5）后處理成為實體原型/零件。快速成型的特點：實體加工層片加工，不用刀具、模具，加工難度降低，成型速度提高。（1）實現了設計與制造一體化（2）設計易達性（3）快速性。縮短產品開發周期。（4）產品材料的廣泛性。了解幾種快速成型技術：（1） 光固化成型（又稱SLA成型工藝）目前RP領域中最普遍的制作方法，利用液態光敏樹脂聚合物進行選擇性固化成型，成型機為立體平板印刷機。原理：按特定的路徑，數控激光掃描液態光敏樹脂，每掃描一層就固化生成零件的一個截面，平臺下降一個液面，3D實體應用：制作塑料件1）中、小型零件2）中空的立體樹脂模，可代替蠟膜，作為鑄造澆注用模具，制作各種精密合金鑄件。（2）選擇性激光燒結成型（又稱SLS成型工藝）在激光照射下，利用各種固態燒結粉末（金屬、陶瓷、樹脂）進行選擇性燒結成型。成型原理：按特定的路徑，數控激光掃描粉末，每掃描一層就燒結固化生成零件的一個截面層，平臺下降一層，覆蓋一層粉末，3D實體應用：1）直接做商品樣件2） 作為鑄造澆注用陶瓷/金屬模具和其他模具。（3） 熔絲沉積成型（又稱FDM成型工藝）原理：利用電加熱方式，使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點合金），將絲材在噴頭中加熱至略高于熔點，使絲材成熔融狀態。在數控狀態下噴頭做X-Y平面掃描，將熔融的材料從噴嘴噴射出來，涂敷在工作臺上，冷卻后生成零件的一個截面層，平臺上移一層，3D實體。應用：制作中、小型塑料零件（4） 分層實體成型（又稱LOM成型工藝）層疊成型法laminated object manufacturing-LOM原理：以薄片材（紙、塑料薄膜、復合材料，片材背面涂有熱熔膠， ）為原材料，在數控狀態下，激光按實體截面輪廓切割薄片材，切割完一層利用熱碾壓裝置是該層與下層粘合在一起，然后下層切割，進層層疊加形成3D實體。應用：制作尺寸較大的零件第三章 材料的感覺特性1 材料的感覺特性包含的內容1）觸覺質感 2）視覺質感 3）自然質感 4）人為質感2 質感設計及其作用材料的質感是設計材料的一個重要特征，質感設計是工業產品造型設計中一個重要的方面，是對工業產品造型設計的技術性和藝術性的先期規劃。質感設計的形式美法則：調和與對比法則，主從法則。質感設計的運用原則：合理地使用材料，藝術性地使用材料，創造性地使用材料。作用：1） 提高適用性 通過觸覺質感設計2） 增加宜人性 通過視覺質感設計3） 塑造產品的精神品味 產品的精神品味就是產品的意境4） 達到產品的多樣性和經濟性 良好的人為質感設計可替代和彌補自然質感5） 創造全新的產品風格 大膽選擇材料，非常規手段加工處理材料，將差異很大的材料組合在一起3 材料抽象表達的含義面對一種材料，人們往往會產生種種感覺，種種感覺的擴張，種種感覺與感覺的聯系，就會產生將材料做這樣或那樣處理的種種有意或無意的設計行為，這種設計行為就稱為材料的抽象表達。材料的抽象表達不僅體現了裝飾性，還體現了設計師的設計理念，即表達了設計作品外在質感與內在情感的有機結合，從知覺的角度將材料視做有生命的物，富裕作品新的生命力。材料的抽象表達對設計有直接意義。材料作為設計的表現主體，以其自身的固有特性和感覺特性參與設計構思，其審美特征被充分挖掘，為設計提供了新的思路、新的視覺經驗和新的心理感覺。4 材料的美感有哪些？色彩美感，肌理美感，光澤美感，質地美感，形態美感第四章 材料與環境綠色設計的特征、原則及方向綠色設計的特征：1） 環境協調性將環境問題、產品的性能與造型設計各因素進行綜合考慮，防止產品在滿足功能的過程中對環境產生污染破壞，產品報廢時避免或盡量減少有害廢棄物，實現最低的成本、最高的重復利用和再生利用。2）價值創造性A 結構與零部件設計的結構技術的更新B 材料與工藝選擇的污染防范技術的運用C 人與環境整體關系中，進行創新設計，提高產品總體價值。3）功能全程性綠色設計認為產品的的生命周期為：從產品制造、使用、以至使用結束后的處理及回收的整個過程。綠色設計是將產品的功能與價值貫穿到產品開發直至廢棄全過程的設計思想與策略。綠色設計的原則：1) 研究：產品的環境對策。研究產品全生命周期過程對人和自然的影響，在設計過程中充分考慮環境效益，盡量減少對環境的副作用。2) 保護：最大限度保護環境。措施：減少原材料的使用，降低自然資源的消耗，降低各種技術、工藝對環境的破壞。3) 減量化：減少物質浪費與環境破壞。措施：設計中減少產品體量，精簡產品結構，加工過程中降低能耗，流通環節降低成本，消費過程中減少污染。4) 回收：產品廢棄物中有利用價值的資源或部件5) 再利用：利用零件的互換性更換零件，重新啟用裝置 將廢棄裝置中有用的零件拆卸出來重新利用。6) 再生：將廢棄物作為資源回收綠色設計的方向：1） 綠色產品的設計（1）產品的簡約設計 目的：降低資源與能源消耗 措施：產品體量：輕、薄、短、小。 產品結構：結構精簡。 產品品質：高性能。（2） 產品的可拆卸設計2）綠色包裝設計目標：降低包裝成本，降低包裝廢棄物對環境的污染.對策：無包裝設計、可再利用包裝設計3) 開發綠色能源綠色能源耗能低、環保性好、儲量豐富及可再生能源。4) 創造有生命的材料第五章 金屬材料及加工工藝1 金屬材料的分類1） 按金屬材料構成元素分類構成元素分：黑色金屬：生鐵(C2.11%)，鋼(C 0.0218%2.11%)分為碳素鋼和合金鋼 工業純鐵(C0.0218%) 有色金屬：鋁及鋁合金，銅及銅合金，其他金屬基合金 特殊金屬材料：非晶態金屬、形狀記憶合金、減震合金、超導合金等2）按材料性能和用途分類金屬結構材料、金屬功能材料3）按材料加工工藝分類鑄造金屬材料、變形金屬材料、粉末冶金材料4）按材料密度分類輕金屬、重金屬2 金屬材料的基本特性金屬材料具有晶體結構、金屬鍵結合。1）金屬特有的色彩、光澤，光反射能力，不透明。2）優良的力學性能 高彈性模量、熔點、強度、剛度、韌性3）優良的加工性能 鑄造成型、塑性成型、切削加工、焊接4）表面工藝性好 適于各種表面處理工藝5）電與熱的良導體6）可制備金屬間化合物，與其他金屬或非金屬元素形成多元合金7）化學性質活潑，易于氧化。 3金屬材料的成型加工工藝有哪些？鑄造，金屬塑性加工，切削加工，焊接加工，粉末冶金（1） 鑄造的主要工藝、特點及應用主要工藝：（1）砂型鑄造（2）熔模鑄造（3）金屬型鑄造（4）壓力鑄造（5）離心鑄造鑄造的特點：1）優點： 生產成本低，工藝靈活性大，適應性強，可鑄出各種復雜形狀，適合不同材料，批量生產。2）缺點：晶粒粗大，工藝復雜，易產生缺陷，鑄件力學性能比鍛件和焊件差。砂型鑄造：在砂型中生產鑄件的鑄造方法，以型砂和芯砂為造型材料制成鑄型，液態金屬在重力下充填鑄型來生產鑄件的鑄造方法。特點：所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產、成批生產和大量生產均能適應，是鑄造生產中的基本工藝。 應用：鋼鐵和大多數有色合金鑄件。熔模鑄造：又稱失蠟鑄造，通常是在蠟模表面涂上數層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟模熔去而制成型殼，再經過焙燒，然后進行澆注，而獲得鑄件的一種方法，由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱熔模精密鑄造。特點：工藝過程較復雜，且不易控制，使用和消耗的材料較貴，故它適用于生產形狀復雜、精度要求高、或很難進行其它加工的小型零件，如渦輪發動機的葉片等。應用：可用熔模鑄造法生產的合金種類有碳素鋼、合金鋼、耐熱合金、不銹鋼、精密合金、永磁合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。金屬型鑄造：又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。鑄型是用金屬制成，可以反復使用多次（幾百次到幾千次）。金屬型鑄造目前所能生產的鑄件，在重量和形狀方面還有一定的限制，如對黑色金屬只能是形狀簡單的鑄件；鑄件的重量不可太大；壁厚也有限制，較小的鑄件壁厚無法鑄出。優點：鑄件表面光潔度和尺寸精度均優于砂型鑄件，鑄件的組織結構致密，力學性能較高應用：適用于中小型有色金屬鑄件和鑄鐵鑄件的生產。壓力鑄造：實質是在高壓作用下，使液態或半液態金屬以較高的速度充填壓鑄型(壓鑄模具)型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。離心鑄造：將液態金屬澆入旋轉的鑄型里，在離心力作用下充型并凝固成鑄件的鑄造方法。特點：金屬液在離心力作用下充型和凝固，金屬補縮效果好，鑄件外層組織致密，非金屬夾雜物少，機械性能好；不用造型、制芯，節省了相關材料及設備投入。鑄造空心鑄件不需澆冒口，金屬利用率可大大提高。因此對某些特定形狀的鑄件來說，離心鑄造是一種節省材料、節省能耗、高效益的工藝，但須特別注意采取有效的安全措施。應用：大批生產管、筒類鑄件，如鐵管、銅套、缸套、雙金屬鋼背銅套、耐熱鋼輥道、無縫鋼管毛坯等，還可用于輪盤類鑄件。（2） 塑型加工的主要工藝： 1）鍛造 2）壓制 3）擠壓 4）拔制 5）沖壓（3）切削加工工藝：1）車削 2）銑削 3）刨削 4）磨削 5）鉆削 6）鏜削 7）鉗工4 金屬材料的普通熱處理工藝有哪些？退火、正火、淬火、回火5 金屬材料的表面處理技術（一）前（預）處理目的：清除工件表面的污物、銹蝕及氧化皮等，清潔表面。方法：機械處理、化學處理、電化學處理（二）表面裝飾技術1）表面著色：化學著色、電解著色、陽極氧化染色、鍍覆、琺瑯、涂覆、熱處理著色2）表面肌理工藝：表面鍛打、研磨、拋光、鑲嵌、蝕刻第六章 高分子材料及加工工藝1 高分子材料的特點A 可分割性 B 彈性 C 可塑性：加熱后塑性成性能好 D 絕緣性：對電、熱、聲的絕緣性能好2 高分子材料的三種力學狀態及在成型加工中的意義玻璃態 Tf 大形變、不可逆Tg與Tf的意義（1）含義Tg-高分子材料使用的溫度上限，高于Tg時，變形大或斷裂， Tg衡量材料的耐熱性 。Tf-高分子材料的成型溫度， 成型加工難易的標志。（2）實際應用常溫下呈玻璃態，則該聚合物用作塑料。常溫下呈高彈態，則該聚合物用作彈性材料，如橡膠。3 塑料的性能特點塑料能自由成型并易加工。雖然塑料制品的性能,根據其種類、成型條件及使用環境等變化較大,但與其它材料相比較,塑料具有良好的綜合特性。1）多數塑料制品有透明性,并富有光澤,能著鮮艷色彩。2）質輕,耐振動與沖擊,比強度高（按單位質量計算的強度） 減摩、耐磨和自潤滑，減震消音，具有柔韌性和彈性。3） 塑料電絕緣性、熱物理性能好。4） 優良的化學穩定性能，耐腐蝕性好。5） 塑料成型容易、加工方便,能大批量生產。4 塑料的主要成型工藝注射、擠出、吹塑、壓制5 塑料二次加工工藝中的二次熱成型熱塑性塑料在一定溫度下可以軟化、熔融流動，冷卻后獲得一定的形狀，再加熱又可再軟化乃至熔融流動，所以二次成型僅適用于熱塑性塑料。將熱塑性塑料加熱到一定溫度T (TgTTf), 利用模具進行成型。熱成型方法有多種, 成型過程中對坯件施加的壓力, 基本上都是以真空、氣壓或機械壓力三種方法為基礎加以組合或改進而成的。 6 塑料的表面處理工藝涂飾、鍍飾、燙印、壓花、彩飾等。7 按熱行為分類，塑料分為哪幾種？每種塑料各舉幾個應用實例。熱塑性塑料：1）聚乙烯塑料（PE） 薄膜：線型低密度聚乙烯地膜覆蓋用薄膜（應用最多）、農用大棚薄膜、包裝用薄膜、果品保鮮用薄膜、防化膜、其他吹塑超薄薄膜等。型材，中空制品（水壺）和注射制品。2） 聚丙烯塑料（PP）工農業：噴灌管、化工管道、板材、電纜包覆和護套、打包帶、包裝袋、瓦楞板等。機械零件：法蘭、齒輪、手把、接頭、汽車水、油箱殼體、電視機殼體等。日用品：水杯、食具、玩具、飲料、藥品容器、包裝薄膜如玻璃紙透明。紡織品：丙綸纖維、無紡布等。3） 聚苯乙烯塑料（PS）用于制作透明或色澤鮮艷的各類制品，如文具、燈具、燈飾、室內外裝飾、化妝品裝飾、果盤，電子工業、儀表設備外殼、車燈罩、光學零件（三棱鏡、透鏡），另外用懸浮法制成不同密度的泡沫塑料可做隔音包裝、隔音、防震、救生材料等。 4） 聚氯乙烯塑料（PVC） 衣物類工農業：農用薄膜（透氣、透紫外線）、雨布耐酸、堿管、絕緣層、電線管、醫藥衛生器具。國防：結構零件。建材：墻板、天花板、目前大量用于飾條、室內門窗、塑鋼門窗等。5） ABS塑料電器部件：電器外殼、電話機外殼、電視機外殼、筆記本電腦外殼、顯示器外殼等；汽車部件：臺面等用品：旅行箱、安全帽等；板材：電冰箱內襯、建筑門窗、百葉窗管材：ABS管、管件等其它：該材料電鍍性能良好，可獲得金屬質感的電器零件外觀、獎牌、飾件等6） 聚酰胺塑料（PA） 俗稱尼龍軸承、滾輪、齒輪、葉片、密封圈、電纜接頭，薄膜、管材，假發，棉綸。大型汽車殼體7） 聚碳酸酯塑料（PC）機械結構、包裝材料，開關，電器，電視機面板，照相機電動工具殼體，薄膜，建筑采光板8） 氟塑料 熱熱塑性薄膜、管材、棒料、軸承、墊圈、閥門、各種型材及零件等，適用于高溫和環境惡劣條件下使用。熱固性塑料：酚醛塑料（PF） 應用：電子管插座、開關、燈頭及電話機第七章 木材及加工工藝1.木材的構造、性能特點木材的構造：木材來自樹木，樹木由根、干、枝、葉等部分組成，我們所說的木材主要來自樹木的樹干部分，是由樹木砍伐后經初步加工而得的，是由纖維素、半纖維素和木質素等組成。樹干是木材的主要部分，由樹皮、木質部和髓心三部分組成。性能：1） 木材由疏松多孔的纖維素和木質素構成，因樹種的不同，密度也不同，一般為0.3-0.8g/cm3，木材的密度直接受含水率變化的影響。2） 木材具有天然的色澤和美麗的花紋。3） 具有平衡和調節空氣的作用4） 具有可塑性5） 易于加工成型和添飾6） 良好的絕緣性能7） 易變性，易燃8） 各向異性2 木材的成型加工工藝及連接方法木材加工的基本方法：1） 鋸割：最常用2） 刨削：主要工藝之一。木材經過刨削加工后，可以獲得尺寸和形狀準確、表面平整光潔的構件。3） 鑿削：木制品構件間結合的基本形式是框架榫孔結構。4） 銑削：木工銑削機床是一種萬能設備，既可用來截口、起線、開榫、開槽等直線成型表面加工和平面加工，又可用于曲線外形加工。5） 彎曲成型：是用實木軟化彎曲或層積木材彎曲成型制作曲木部件的方法。連接方法：1）榫結合 2）膠結合 3）釘結合 4）板材拼接方式第八章 無機非金屬材料及加工工藝1 玻璃的性能特點1） 強度：抗壓強度較高，抗拉強度較低2） 硬度：脆性材料，硬度較大，比一般金屬硬，不能用普通刀具進行切割3） 光學性能：高度透明的物質，具有一定的光學常數、光譜特性，可吸收或透過紫外線和紅外線、感光、光變色、光存儲和顯示等重要光學性能。4） 電學性能：常溫下是電的不良導體，具有較高電阻率，可做絕緣材料。溫度升高，導電性迅速提高，熔融狀態變為良導體。5） 熱性質：導熱性很差，制品越厚，承受溫度急劇變化的性能越差。6） 化學穩定性：較穩定。耐酸腐蝕性較好，耐堿腐蝕性較差。2 玻璃的主要成型方法1） 壓制成型：在模具中加入玻璃熔料加壓成型。多用于玻璃盤碟、玻璃磚的制作。2） 吹制成型：最常見，將玻璃黏料壓制成雛形型塊，再將壓縮氣體吹入處于熱熔態的玻璃型塊中，使之吹脹成為中空制品。主要用以制造空心產品，水杯、燈泡等。3） 壓延成型：用金屬輥將玻璃熔體壓成板狀制品。用于生產壓花玻璃、夾絲玻璃。4） 拉制成型：利用機械拉引力將玻璃熔體制成制品，分為垂直拉制和水平拉制。用于生產平板玻璃、玻璃管、玻璃纖維。5） 浮法成型：是生產平板玻璃的主要工藝方法。質量較高。3 玻璃的二次成型加工及表面處理玻璃制品的二次加工：冷加工：1）研磨 2）拋光 3）切割 4）磨邊 5）噴砂 6）鉆孔 7）車