產品造型設計材料與工藝調研系別：機械工程系班級：工業設計102班姓名：湯轉學號：201006084209一.金屬材料在產品中的應用（沖壓成型在產品中的應用）1.金屬材料的概述2.金屬材料的成型方法3.沖壓成型產品舉例4.沖壓成型產品設計要點5.沖壓產品分析二.塑料在日常生活中的應用1.塑料的概述2.塑料主要的成型方法3.塑料成型方法在產品中的應用（圖片舉例）4.塑料水杯分析5.

塑瓶產品在乳飲料包裝中的應用---PET瓶一.金屬材料在產品中的應用----沖壓成型在產品中的使用分析一.金屬材料成型----概述

材料成型加工行業是制造業的重要組成部分，材料成型加工技術是汽車、電力、石化、造船及機械等支柱產業的基礎制造技術，新一代材料加工技術也是先進制造技術的重要技術。據統計，全世界75%的鋼材經塑性成形，45%的金屬結構用連接得以成型。汽車結構中65%以上由鋼材、鋁合金、鑄鐵等材料通過以上幾種加工方法成型。

在現代產品設計中,可運用的材料豐富多彩。其中,金屬以其自身的特質在工藝制作材料中占有很大的比重。不同的金屬經過不同的冶煉、熔鑄、捶打、焊接等工序,可以制作各種富有現代感的產品。金屬材料在體現設計效果上起著不可忽視的作用。

金屬材料是現代工業的支柱，金屬材料的工藝性能優異，能夠按照設計師的構思實現產品的多種造型。廣泛應用于工業產品造型設計中，是設計師快速實現設計構思的重要途徑。隨著科學技術的發展，肯定會有越來越多的處理工藝被發明出來，這些都會對產品設計的發展做出重要影響。

金屬材料的成型分為：液態成型、塑性成形和連接成型三大類。其中，液態成型又叫做鑄造，包括：砂型鑄造和特種鑄造；塑像成型可分為：自由鍛、模段、板料沖壓、擠壓、軋制和拉拔；常見的連接成型工藝主要有焊接、膠接和機械連接。經過十周對《產品造型設計材料與加工工藝》的學習，老師在課堂上生動的基礎知識的講解，經典的案例分析和一下寶貴資料的觀看，和對一些常識性錯誤的分析，使我對材料成型的方法有了一定的認識。下面是本人在網上和實際調查中得到的一些金屬材料在生產生活中的應用實例，就沖壓成型方法和性能做了一些簡單的分析。有不當的地方敬請老師批評、指正，我一定認真修改。二.金屬材料的成型方法三.沖壓成型產品舉例

沖壓即能制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造像汽車大梁、壓力容器一類的大型零件。尺寸和形狀精度即可滿足一般要求，也可制造精度在微米級、形狀復雜的零件。沖壓在汽車（車身、底盤、油箱、散熱器片等）、機械、家用電器、日用品（水壺、鋁鍋、廚具等）、電機、儀表（支架、擋板、殼體等）、航空航天、兵器制造中具有十分重要的地位。在罐裝食品、飲品的封裝等方面應用廣泛。藝術造型上，常做標牌、鎖具、燈具、筆、服裝上的裝飾品等。以殼體類零件居多,沖壓產品尺寸精確，表面光潔度好，一般沖壓后不再或很少進行機械加工.---------沖壓殼體沖壓（拉伸）件沖壓烤漆飾品沖壓飾品形狀簡單、對稱，盡可能采用圓形或矩形，受力均勻

產品表面均由上下模具切、拉、擠而成，故產品形狀設計應簡單，符合模具的一端（型腔）或兩端（通模）是開放式的特點，應能制造。為保證模具強度和壽命，盡量避免長槽或長懸臂的結構設計

形成產品表面的沖壓深度不能過長，過長時是分幾次壓成的，產品的拉、擠成型表面不應設計過長。（如：氧氣瓶）在型腔內可設計復合型腔特點的形貌（孔窩、凸臺）以及通孔等。如：汽車車身既充分利用沖壓件有薄、勻、輕、強的特點，又要滿足沖壓產品需要較強剛度的要求

在產品上靈活設計加強筋、肋、起伏或翻邊（如：盆、鍋等）等以提高其剛性。并且這些在制造時可一次成型，是其他方法難以做到的。4對拉伸件，盡量設計成回轉體，尤其是柱形最好

一般不設計成空間曲面如汽車覆蓋件；工件結構特別復雜需多次沖才能壓完成時，可以分解沖壓后焊接，降低模具費用和加工周期5注意最小拐角、折彎等與板厚有關的設計（查手冊）。如：小支撐板等四.沖壓產品的設計特點五.產品分析之一------啤酒蓋子分析瓶蓋是包裝不可或缺的重要組成部分,而應用于啤酒飲料等產品的瓶蓋對氣密性要求極高但同時，由于與液態產品接觸，也面臨著一系列的問題。下面對啤酒蓋子進行簡單的分析。金屬材料：涂印過的平板鐵皮性能：成型工藝簡單，成本低，具有極好的密封性

成型方法：沖壓成型利用沖模在壓力機上使板料分離、變形，板料沖壓的坯一般為2mm，蓋子的沖壓成型分為兩步分離和變形，先從板料上沖下落料，然后再進行彎曲變形。分離工序

使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序，如落料、沖孔、切斷、修整等。變形工序

使坯料的一部分相對于另一部分產生位移而不破裂的工序。如拉深、彎曲、翻轉、成型等。

啤酒飲料包裝用皇冠蓋是通過涂印平板鐵皮的沖壓后成型的，瓶蓋的齒口是沒有任何保護層的“裸鐵”，在儲存和包裝使用過程中，遇到較大濕度或水分就會出現令人頭疼的切口生銹現象。為解決這一問題，近年來行業內開發了防銹瓶蓋，其原理就是瓶蓋成型后在其切口上直接滾涂防銹油，然后通過常溫自然固化或紫外固化等形成防銹保護膜，使瓶蓋切口部位的“裸鐵”與外界空氣隔絕，使其在后期使用、處理、儲存、運輸過程中不易生銹。防銹瓶蓋在解決皇冠蓋切口生銹問題的同時也帶來了一定的食品安全隱患。首先由于受到瓶蓋特殊加工制作工藝的限制，切口防銹油未經烘房高溫固化，防銹油中的苯、醇、醚類高沸點有機溶劑必然不能得到快速充分揮發，因而防銹瓶蓋滾涂的防銹油不能完全符合國標GB9685-2008《食品容器、包裝材料用添加劑衛生標準》及歐盟(EU)No10/2011、（EC）No2023/2006等食品安全法規。其次，皇冠蓋相對密閉的包裝方式導致其儲存過程中持續揮發出來的苯、醇、醚類高沸點有機溶劑會較多的吸附或滲透到皇冠蓋內墊片材料上，在皇冠蓋用于食品包裝后，瓶蓋內墊片中吸附的有毒有害溶劑就會遷移進入包裝食品，引發食品安全風險。

零件缺陷及形成原因：的有機溶劑殘留，合理評估普通皇冠蓋的切口生銹問題和防銹皇冠蓋的食品安全風險，趨利避害，避免引起食品安全事件。隨著社會經濟的不斷進步以及人們飲食文化的持續多元化，食品安全日益成為備受關注的熱門話題之一——“三聚氰胺奶粉”、“瘦肉精火腿”、“臺灣塑化劑”等等，每一次食品安全事件無不沖擊著行業的生存與發展和牽引著消費者的飲食傾向與選擇神經。那么作為啤酒和可樂等飲料包裝行業近年來新開發的一種新產品，防銹皇冠蓋的食品安全現狀和前景如何呢？我們又應該如何控制和完善其安全性呢？綜上所述，小小皇冠蓋其中涉及到的食品安全管控也是大有文章的。作為皇冠蓋生產廠家，只有從客戶和消費者的切身需求出發，以包裝的食品安全為己任，才能從根本上解決瓶蓋食品安全，保障包裝食品的安全。零件缺陷及形成原因：產品分析之二

-----------電腦插頭內置金屬殼沖壓模具的設計

電腦插頭內置金屬殼沖壓模，主要是設計一組合凸模和復合凹模，通過其聯動，將傳統的分模加工合而為一，使落料、折彎成型一氣呵成，既減少了誤差，保證了質量，又降低了成本，提高了生產率。關鍵詞:沖壓模;組合凸模;復合凹模該零件主要用于電腦接線插頭塑料外形內置隔離電線的金屬蓋板，分上下兩只，合起時正好將電線包住，以便于在其外部注塑。該零件屬于典型的沖壓件。電腦插頭內置金屬殼零件所用的材料為搪錫板的帶料，厚度為0.3mm。

圖1為電腦插頭內置金屬殼零件圖1.存在問題：有時候金屬殼會出現帶電的情況

2.模具設計模具結構

如圖2所示，該模具分成上模和下模兩部分組成，上模由模裝柄1、上模板3、固定板4、卸料板7、組合凸模8等組成.其中上模板3與固定板4由螺釘2固定，卸料板7、橡皮墊6則由螺釘5固定在固定板4上，組合凸模8固定在上模板3上，與卸料板7成間隙配合，當橡皮墊6被壓縮時，卸料板可隨螺釘5沿組合凸模上下移動，整個上模由模裝柄裝在沖床上;下模由復合凹模10,下模板11、內推芯12、內推芯固定板13和橡皮墊15等組成，內推芯12與下模的下模板11成間隙配合，間隙只限于內推芯12可在下模板11間上下移動，內推芯12固定在內推芯固定板13上，當上模的組合凸模下壓時，內推芯12隨內推芯固定板13一起壓縮橡皮墊15下移.1.模柄2.螺釘3.上模板4.固定板

5.螺釘6.橡皮墊7.卸料板8.凸模

9.帶料10.凹模11.下模板12.內推芯

13.固定板14.緊固螺釘

15.橡皮墊

為避免上述現象，可設計一沖壓成型模具，將落料、折彎成型在該模具中一次性完成，這樣就避免了分步加工中誤差的產生，減少了設備占用、減少了工序、提高了質量、降低了工人的勞動強度，也提高了生產率。

如圖2所示即為加工電腦插頭內置金屬設計的沖壓模具。

該零件由于生產批量大，傳統的生產工藝必須先在落料模上落料，再在折彎模上折彎成型。這種方法雖然所用的模具結構簡單，但必須有兩道工序才能完成，且在成型的過程中，零件再次定位，有誤差，質量得不到保證，且操作麻煩。3.工藝分析產品分析之三

---------可口可樂金屬易拉罐包裝

2005年底可口可樂公司計劃推出新的鋁制“LoveCoke”等高線瓶。這種等高線狀，擠壓的鋁制瓶是由美國俄亥俄州揚斯敦的Exal公司在美國，法國制成。瓶蓋是用皇冠瓶蓋，油墨用UV防涂改油墨，圖形由英國的設菲爾德設計師設計。

下面是我在網上搜集的有關可口可樂金屬易拉罐的包裝加工工藝，加入了我自己對可口可樂加工工藝的理解，我相信經過這些學習會更好的理解產品造型、選材和加工過程，對我們玩具專業有很大的幫助。1.成型方法：易拉罐生產廠需要從其它廠家購進鋼板或鋁板,然后通過一系列的拉伸沖壓成型。罐身從印刷工序出來然后進行清漆油墨烘烤罐內部清洗等處理工藝生產出產品來。是需要特定的生產工藝和生產線的！易拉罐由罐身和罐蓋兩部分組成,行內稱兩片罐。2.下面是罐子的制作工程:1)生由薄鋁帶,(厚0.27MM~0.33MM,寬1.6M~2.2M,一卷重約3T)由沖床沖成圓杯2)沖后的杯由拉伸機拉成罐子的形狀3)拉伸后的罐子經清洗,烘干,外表印刷并烘干,內壁噴涂并烘干,罐口縮頸返邊,漏光檢測后就是成形的易拉罐(沒有蓋子)4）罐蓋也是用鋁帶用沖床一次沖成形的，經過噴涂烘干和檢測后即完工制作過程中不需要熱處理。3.性能：

易拉罐的圓形設計，是因為其中裝的液體是負壓液體，圓形可以保證壓力均勻，防止爆裂。蓋子與罐子是分開的，蓋子是指頂蓋，頂蓋事先裝好了拉環，并不是從那個小口灌進可樂才裝拉環的。可樂剛剛做出來的時候是-10攝氏度，在這個溫度下，二氧化碳可以大量溶于水中。把冰可樂裝入罐子，然后用機器封上蓋子。回復常溫后，罐中液體就是負壓的了，因為常溫下二氧化碳很難溶于水，氣體會釋放出來，氣體加強了罐中的氣壓，在高氣壓下，氣體有被壓入水中溶解，最后達到動態平衡。

碳酸類飲料，都有較高的氣壓。現在可口可樂都用鋼制易拉罐了當初用鋁做易拉罐知識因為金屬中鋁的密度小，同樣重量下。強度相對較高，不易被氧化。價格比較便宜，并且鋼制的易拉罐利于回收再利用保護環境，可循環利用，達到了經濟利益和社會利益的雙贏。4.產品缺陷及原因：由于鋁屬于氫前的較活潑金屬，跟碳酸反應，所以內層做了特殊處理，但跟弱酸性的飲料多少會有反應。會產生鋁離子，影響人的智力發育。可口可樂是酸性飲料，之前普遍采用鋁罐包裝，現在杭州中萃普遍使用了鋼制易拉罐。因此為了避免腐蝕，無論是鋼質或鋁質飲料罐都會有一層涂層，這層涂層可以保護鋼質或鋁質罐體不被可口可樂的酸性腐蝕。”在可樂生產流程中，機器會對每一罐走入流通環節的可樂進行檢測，如分量不達到標準，將被沖出生產線外。有些可樂之所以分量不足，原因可能有兩個，飲料通過制罐過程中存在肉眼看不見的‘砂眼’漏液，或者是由于一罐飲料的漏液，對其他罐體腐蝕后出現外漏現象。”

5.易拉罐的發展史

1940年，歐美開始發售用不銹鋼罐裝的啤酒，同一時期鋁罐的出現也成為制罐技術的飛躍。1963年，易拉罐在美國得以發明，它繼承了以往罐形的造型設計特點，在頂部設計了易拉環。這是一次開啟方式的革命，給人們帶來了極大的方便和享受，因而很快得到普遍應用。到了1980年，歐美市場基本上全都采用了這種鋁罐作為啤酒和碳酸飲料的包裝形式。隨著設計和生產技術的進步，鋁罐趨向輕量化，從最初的60克降到1970年的21～15克左右。

皇冠和波爾是世界上較大制罐集團，皇冠集團擁有223家工廠，分布50個國家，在全球中每5個飲料罐就有一個來自皇冠，在北美、歐洲等地每3個食品罐就有一個來自皇冠。

金屬材料趨向鋁板材：

制造易拉罐的材料有兩種：一是鋁材，二是馬口鐵。美國用于包裝容器的鋁金屬材料消費1998年達到199．92萬噸，比1997年增長2．24％，成為第二大消費市場，由于鋼罐比鋁罐成本低約千分之七美元，在南美地區鋼罐主導飲料包裝市場，但隨著環保意識的提高。以及對資源的循環使用方面考慮，包裝材料鋁質逐步替代鋼質。在噴霧罐方面，過去一直是由鋼質主導地位，而從2000年開始已有許多產品轉向鋁材，增長率達到2％～3％，隨著拉伸技術在生產噴霧罐方面的應用，鋁質類噴霧罐將逐步占領市場。注重回收:

鋁在包裝業中強勁對手來自PET材料，PET材料可以通過注塑模具制成奇異外觀，而鋁材就相對較難，但二種材料的價格上存在很大的差異，PET受石油價格影響，而鋁可通過自己的回收循環使用，降低材料成本，且受到環境組織的重視.近年來歐美及一些易拉罐消費活躍地區，不斷提高鋁罐及鋁質包裝材料的回收率，在回收方面開展較早的國家，已不再爭論廢鋁罐回收價值問題，而已變成日常的工作，而開展較晚的國家正在十分努力去做。美國是這項目開展較早也是回收率最高的國家。德、荷在歐洲起著領頭羊作用。墨西哥提倡100％回收率。

二.塑料在日常生活中的應用

工業設計史中每一次新的材料的出現都會為產品的造型設計帶來新的飛躍，出現新的造型風格，產生新的功能、新的結構和新的形態。這就要求產品設計人員不僅要創造新的設計思想，還要及時掌握新的材料，深入了解新的材料在產品造型設計當中的應用。而各種材料都有其自身的結構美感要素，產品的美感要素往往來源于對這些材料的合理加工和利用。

第二次世界大戰后新型材料塑料的產生，使設計師具有了無限的選擇權，塑料使許多的產品呈現出前所未有的形式和色彩，與先前標準化的金屬表面處理和工業化形式形成了強烈的對比。我國塑料的重點應用領域主要在塑料包裝材料、塑料建筑材料、以及工業領域的應用。這幾大領域中，工業領域應用的塑料種類繁多，數量年年大幅度增加。由于我國人民生活水平的提高，健康消費意識逐漸深入人心，促使抗菌塑料制品近年在我國發展迅速。塑料是抗菌劑應用最廣的領域。抗菌塑料在家電和日用品中成功應用后，今后將主要應用在建材和室內裝飾行業以及轎車的內飾件，其在我國的市場發展空間十分巨大。

塑料的概述1.2.塑料的主要成型方法1)、注射成型是采用注射成型機將粒狀塑料連續輸入到料筒中受熱熔融成黏性流動狀態，由螺桿或柱塞推至料筒端部，通過噴嘴和澆注系統將熔體注入閉合的模具中，經保壓、冷卻后固化成型，然后開模取出塑件。2)、壓縮成型是將塑料原料直接加在敞開的模具型腔內，再將模具閉合，塑料粒料在受熱和受壓的作用下充滿閉合的模具型腔，固化成型后得到塑件。3)、壓注成型在改進壓縮成型缺點，吸收注射模具經驗基礎上發展起來的一種熱固性塑料的成型方法，又稱傳遞成型、擠膠成型。壓縮成型4)、擠出成型將熔融的塑料自模具內以擠壓的方式往外推出，而得到與模口相同幾何形狀的流體，冷卻固化后，得到所要的零件。5)、中空成型（吹塑成型）是將熔融坯料放入吹塑模具內，向坯料吹入壓縮空氣，使處于高彈態的融入塑料型坯發生膨脹變形，然后再經冷卻定型，獲得中空容器它是制造中空件和管筒型薄膜的方法。

吹塑成型發泡成型真空成型壓制成型擠出成型注塑成型3.塑料成型方法在產品中的應用4.塑料水杯分析塑料水杯常用材質有聚丙烯，聚碳酸酯。首先，從理論上講二者都是無毒的，但是從耐老化講，PP更適合做水杯。

其次從合成方法上講，PC一般是用雙酚A型方法合成的，分子內含有苯環，雖然PC本身耐熱性很好，但是作為高分子材料，其內部仍然含有一些低分子物質，這些物質在受熱見光的情況下，會揮發分解，并且大多是致癌的。

因此通常情況下PP水杯更安全。但是為什么市面上有很多PC水杯呢？這是因為，PC的透明性更好，更有玻璃的質感，所以商家為了取悅消費者也會生產PC的水杯。該塑件是一日用品容器—大水杯蓋，塑件壁薄屬薄壁塑件，生產批量很大。要求其化學穩定性好，熔點高，故選用PP，成型工藝性很好，可以注射成型。4.1生產工藝成形方法流程圖原料干燥塑化吹塑冷卻定型脫模

高溫處理冷卻杯體成品對于杯體加工，主要采用注塑和吹塑相結合的加工方法（注射吹塑）。工藝過程為：由注射機在高壓下將熔融塑料注入型坯模具內形成管狀型坯，開模后型坯留在芯模上，通過機械裝置將熱型坯置于吹塑模具內，合模后由芯模通道引入0.2-0.7MPa的壓縮空氣，使型坯吹脹達到吹塑模腔的形狀，并在空氣壓力下冷卻定型，脫模后得到制品。4.2結構設計的特點分析：①壁厚塑件為喝水杯子，利用最小的壁厚來完成最終杯體所必須具備的功能，但是杯子應具有均勻的壁厚，壁與壁的連接處盡量用圓弧連接，從而避免壁厚的突然劇變。②鍥合度由于水杯使用的特殊性杯蓋與杯體的契合度應該比較適中，利于喝水時的開合，并且在必要時應該在蓋子內加密封圈以防灑水，保證它有一定的裝配精度。③圓角在設計水杯時，通常在制品的棱邊、棱角、加強肋、支撐底、底面、平面等處設計成圓角④造型、色彩方面形態，產品的形態美是產品藝術造型設計的核心，它具有一定的美學規律。應符合產品使用人群的審美需求，對經典的造型加以發揚的基礎上做出創新多開發新的造型，滿座年輕人的個性需求。塑料在產品造型上應用的經典案例就是1998年全透明色蘋果電腦iMac上市，它那整體的有機曲線形態和全新的視覺效果引起了巨大的轟動，不僅如此，iMac的設計還影響到其他的工業設計產品，掀起一股“透明旋風”，被普遍認為是20世紀末最重要的產品設計之一。

4.3塑料水杯合理性分析：

①大多數塑料容易制成透明或半透明制品，幾乎都可以任意著色，這是與金屬及木制品的不同之處，并著色堅牢，不宜退色；塑料質輕，耐震動與沖擊，比強度高，比金屬輕,強度比木材高，可以制作成很薄很堅硬的制品，塑料的比強度比金屬高，不像陶瓷、玻璃制品那么易損壞；塑料電絕緣性好、熱物理性能好。②大多數塑料在低頻低壓下具有良好的電絕緣性能，有的即使在高頻高壓下也可用作電器絕緣材料火電溶介質材料；塑料有耐化學藥品性，多數塑料對一般濃度下的酸、堿、鹽等化學藥品具有良好的耐腐蝕性能，不像金屬那樣發生銹蝕，也不易受日光、風雨的腐蝕，是一種優良的防腐蝕材料；③塑料成型加工方便，能大批量生產。

5.塑瓶產品在乳飲料包裝中的應用---PET瓶5.1PET瓶的成型方法

PET瓶的成型方法有擠出吹塑與注射吹塑工藝成型兩種方式，拉伸吹塑又有一步法與兩步法之分，在一步法成型中，型坯的成型、冷卻、加熱、拉伸與吹塑和瓶體的取出均在一臺機器上依次完成，兩步法則采用擠出或注射成型型坯，并使型坯冷卻到室溫，成為半成品，然后把型坯送入再加熱并在拉伸吹塑機器中成為瓶體。即型坯的成型、拉伸與吹塑分別在兩臺機器上完成。一步法注射吹塑PET瓶，注吹設備中需要有兩副模具即注塑型坯模和吹塑模具。而注塑型坯模主要由型坯模腔及芯棒構成，其各部位尺寸參數選用的正確與否是瓶體能否成型的關鍵，因此很有必要將模具型坯尺寸參數結合成型工藝進行合理選取。①注塑型坯口部及頸部尺寸

型坯口部直徑及螺紋尺寸應與瓶口尺寸螺紋相統一，并能與瓶蓋的螺紋尺寸相匹配。因目前對此