(產(chǎn)品造型材料與工藝)總述

1、產(chǎn)品造型材料與工藝綜述 院系：機(jī)械工程學(xué)院 班級(jí)：工設(shè)#班 姓名：# 學(xué)號(hào)：#在設(shè)計(jì)中，材料及加工工藝和設(shè)計(jì)是密切相關(guān)的。產(chǎn)品造型材料及工藝是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的物質(zhì)技術(shù)條件，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提。設(shè)計(jì)通過(guò)造型材料及工藝轉(zhuǎn)化為具體產(chǎn)品，而造型材料及工藝通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)其自身價(jià)值。材料作為一個(gè)包括產(chǎn)品人環(huán)境的系統(tǒng)，以其自生的特性影響著產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不僅保證了維持產(chǎn)品功能的形態(tài)，并通過(guò)材料自身的性能滿足產(chǎn)品的功能需求，成為直接被產(chǎn)品使用者所視基礎(chǔ)記得唯一對(duì)象。任何一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，只有與選用材料的性能特點(diǎn)及其加工工藝性能相一致，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的和要求。每一種新材料、新工藝的出現(xiàn)都會(huì)為設(shè)計(jì)實(shí)施的可行性創(chuàng)造物質(zhì)條件，并

2、且對(duì)設(shè)計(jì)提出更高的要求，給設(shè)計(jì)帶來(lái)新的飛躍，出現(xiàn)新的設(shè)計(jì)風(fēng)格，產(chǎn)生新的物質(zhì)功能、新的結(jié)構(gòu)和新的形態(tài)。而新的設(shè)計(jì)構(gòu)思也要求有相應(yīng)的材料與加工工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就對(duì)材料及工藝提出了新的要求，同時(shí)也促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展和工藝技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新。而對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)而言，是一門集藝術(shù)、技術(shù)、人文、社會(huì)等科學(xué)于一體的交叉學(xué)科，是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科。 材料的定義：1、材料(廣義) ： 指人們思想意識(shí)及其之外的所有物質(zhì)?？梢允鞘⒛?、金屬、水等有形物質(zhì)，也可是光、影、空氣、磁場(chǎng)、創(chuàng)意等無(wú)形物質(zhì)。2、材料(狹義)： 指工業(yè)生產(chǎn)加工所使用的物質(zhì)，即可以直接制造成品的物質(zhì)或原料。（包括自然物與人造物），也可稱為尚未定型的物

3、。材料分類1、 按材料歷史發(fā)展分類。第一代：天然材料。石器時(shí)代的木片、石器、骨器等天然材料第二代：加工材料。陶、青銅和鐵等從礦物中提煉出來(lái)的材料第三代：合成材料。高分子材料，原料主要從石油、煤等礦物資源中來(lái)第四代：復(fù)合材料。第一代到第三代材料都是各項(xiàng)同性的，復(fù)合材料各向異性為特征第五代：智能材料或應(yīng)變材料。材料的特征隨環(huán)境和時(shí)間變化的復(fù)合材料第六代：納米材料。2. 按材料來(lái)源分類（1）天然材料：是指不改變?cè)谧匀唤缰兴３值淖匀惶匦曰蛑皇┘拥投燃庸さ牟牧隙?。?）加工材料：是指介于天然材料和人造材料之間，經(jīng)過(guò)不同程度的人為加工的材料。（3）人造材料：是指人工制造的材料。主要由兩大部分：一是以天

4、然材料為藍(lán)本所制造的人工材料；其二是利用利用化學(xué)反應(yīng)制造自然界不存在或幾乎不存在的材料。產(chǎn)品設(shè)計(jì)選用材料的基本原則1、 使用性原則-性能：物理、化學(xué)、力學(xué)2、 工藝性原則：工藝方法、工藝水平、新工藝3、 性價(jià)比原則：實(shí)用、美觀、經(jīng)濟(jì)4、 環(huán)保性原則：選用生態(tài)環(huán)境材料材料的表面處理 產(chǎn)品材料的表面主要解決產(chǎn)品的視覺(jué)與觸覺(jué)的問(wèn)題，具體包括色彩、光澤、紋理、質(zhì)地等直接賦予視覺(jué)與觸覺(jué)的一切表面造型要素。產(chǎn)品表面所需的色彩、光澤、肌理等，除少數(shù)材料固有的特性之外，大多數(shù)依靠各種表面處理工藝來(lái)得到。根據(jù)產(chǎn)品的性能、使用環(huán)境、材料性質(zhì)，正確選擇表面處理工藝和面飾材料。經(jīng)過(guò)對(duì)整本書(shū)的整理與概括，以下是它的核心

5、內(nèi)容。金屬金屬材料1、金屬材料的工藝性能：各種金屬材料只有經(jīng)過(guò)一系列加工和工藝處理才能制成產(chǎn)品，材料適應(yīng)各種加工和工藝處理要求的能力，稱為金屬材料的工藝性能。2、鋼材的品種（按外形分）：型材、板材、管材、鋼絲3、 型材：種類（按斷面形狀）：分為圓鋼、方鋼、扁鋼、六角和八角鋼、工字鋼、槽鋼、等邊和不等邊角鋼等。 規(guī)格：圓鋼的規(guī)格用其直徑（mm），六角或八角鋼的規(guī)格用多邊形的內(nèi)切圓直徑（mm）表示，工字鋼的規(guī)格用其高x腿寬x腰厚（mm）表示。4、 板材的分類：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以鋼板厚度大于或小于4mm為界，分為薄鋼板和厚鋼板兩大類，習(xí)慣上還把厚度在20mm以下的厚板稱為中板，超過(guò)60mm的鋼板稱為特厚

6、板。5、 碳鋼：又稱碳素鋼，是含碳量小于2.11的鐵碳合金。由于碳鋼冶煉簡(jiǎn)便、加工容易、價(jià)格低廉，在一般情況下能滿足使用要求，所以，在工程中的應(yīng)用非常普遍。（低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼）6、合金鋼：為了更好的改善碳素結(jié)構(gòu)鋼的性能，在鋼的冶煉過(guò)程中，向鋼液中加入某些合金元素，這種鋼稱為合金鋼。7、鋁及鋁合金：它在構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品“小巧輕薄”及間潔平直、剛勁挺拔的造型風(fēng)格方面，都有不容忽視的作用。8、鋁材：鋁及鋁合金經(jīng)過(guò)壓力加工具有一定的形狀及尺寸后，可供直接使用或再加工使用的半成品，稱之為鋁材。金屬材料成型工藝鑄造工藝1、 鑄造的基本概念：把熔化的金屬熔液澆注到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待熔

7、液凝固并冷卻后獲得毛坯或零件的工藝過(guò)程稱為鑄造。2、 分類（按鑄型不同）：砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、殼模鑄造及磁型鑄造等3、 分類（按鑄造工藝方法）：壓力鑄造、離心鑄造及實(shí)心鑄造等。壓力加工工藝（鍛造、沖壓）切削加工工藝特種加工工藝（電火花加工、激光加工）快速成型技術(shù)（光固化成型工藝、疊層實(shí)體制造工藝、熔融沉積快速成型工藝）塑料塑料1、塑料得到迅速發(fā)展的原因：原料廣泛、性能優(yōu)良（質(zhì)輕，并具有電絕緣性、耐蝕性、耐藥品性、絕熱性等），加工成型方便，具有裝飾性和近代質(zhì)感。而且塑料品種繁多，價(jià)格比較低廉。2、塑料的優(yōu)點(diǎn)：1性能適用范圍廣，產(chǎn)品成本低；2質(zhì)輕，耐振動(dòng)與沖擊，比強(qiáng)度高；3透明性好，富

8、有光澤，能著鮮艷色彩；4耐腐蝕；5成型加工方便，能大批量生產(chǎn)；6電、熱絕緣性好。3、塑料的缺點(diǎn)：1、不耐高溫，低溫容易發(fā)脆；2、塑料屬于化工原料，長(zhǎng)時(shí)間使用或儲(chǔ)藏過(guò)程中，受到周圍環(huán)境如氧氣、光、熱、輻射、濕氣、雨雪、工業(yè)腐蝕氣體、溶劑和微生物等的作用，尤其是紫外光的光氧化作用，使得塑料的色澤改變，化學(xué)結(jié)構(gòu)破壞，機(jī)械性能下降，變得硬脆或軟黏而無(wú)法使用（老化現(xiàn)象）；3、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。6、 塑料工藝方法分類：吹塑成型，壓延成型，澆注成型，壓制成型，擠出成型，注射成型，傳遞模塑成型。（P50表格）7、 塑料的分類（按其加工性能和化學(xué)構(gòu)造的不同）：熱塑性塑料、熱固性塑料1）、熱塑性塑料：這類塑料是指

9、受熱時(shí)軟化，可以加工成一定的形狀，能多次重復(fù)加熱塑制而其性能不發(fā)生顯著變化的高分子材料。熱塑性塑料的化學(xué)構(gòu)造為鏈狀線型高分子。 2）、熱固性塑料：這類塑料是指在加工成型后，加熱不會(huì)再軟化，或在溶劑中不再溶劑的高分子材料。8、 塑料的分類（按應(yīng)用）：通用塑料、工程塑料通用塑料：一般指使用廣泛，產(chǎn)量大，用途多，價(jià)格低廉的高分子材料。工程塑料：是指具有某些金屬性能，能承受一定外力作用和有較高的機(jī)械強(qiáng)度，適用作工程技術(shù)上的結(jié)構(gòu)材料的塑料。9、 塑料分述（1）聚乙烯（PE）：聚乙烯塑料味白色或淺白色蠟狀半透明固體，薄膜狀聚乙烯幾乎是透明的，有柔順性、熱塑性和彈性，透氣性很強(qiáng)，透水性差，適合作防濕用的包裝

10、材料。聚乙烯在所有塑料中密度最小，比水輕，能浮在水上。（2） 聚丙烯（PP）：聚丙烯的各種性能與聚乙烯非常相似，密度在塑料中屬于最小的一類，為0.90.92，外觀比聚乙烯更透明，質(zhì)地更輕。（3） 聚苯乙烯（PS）：聚苯乙烯為無(wú)色透明、類似玻璃狀的材料，可自由著鮮艷色彩，其密度比聚丙烯、聚乙烯小，具有優(yōu)秀的電性能（高頻特性），可用作雷達(dá)的絕緣材料。（4）聚氯乙烯（PVC）：聚氯乙烯樹(shù)脂為白色粉末狀，密度1.4，耐酸堿，耐水，無(wú)毒，難燃，電絕緣性能良好，能耐多種溶劑。（5）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，有機(jī)玻璃）（6）ABS塑料成型工藝1、 注射成型：注射成型又稱注塑成型。在現(xiàn)代各種塑料成型技術(shù)中，

11、用注射成型法生產(chǎn)的產(chǎn)品，比用任何其他方法生產(chǎn)的都多。此法不僅適用于全部熱塑性塑料，而且也適用于部分流動(dòng)性較好的熱固性塑料制件的成型。優(yōu)點(diǎn)：能一次成型出外形復(fù)雜、尺寸精確的塑料制件；可以極方便地利用一套模具，成批地制得尺寸、形狀、性能完全相同的產(chǎn)品，而且所得制件幾乎無(wú)需進(jìn)一步修飾加工；生產(chǎn)性能好，成型周期短，而且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化作業(yè)，具有較高的生產(chǎn)效率和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。缺點(diǎn)：成型設(shè)備和模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，所以小批量生產(chǎn)的制品不宜采用此法成型加工。普遍使用柱塞式注射機(jī)和螺桿式注射機(jī)。2、 壓制成型3、 壓注成型：壓注成型又稱傳遞成型。壓注成型是在克服壓制成型缺點(diǎn)，吸收注射成型優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起

12、來(lái)的。特點(diǎn)：1、制品性能均勻密實(shí)，質(zhì)量好；2、塑件的尺寸精度較高；3、成型周期較短，生產(chǎn)效率高；4、可以成型難以用壓制法成型的塑件。缺點(diǎn)：壓注模比壓制模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型壓力也比壓制成型時(shí)高，且成型后加料腔內(nèi)留有余料，從而影響下一次成型4、 擠出成型5、 塑料制件的連接：1熱熔粘接2溶劑粘接3膠接6、 塑料的其他成型方法簡(jiǎn)介：（1）壓延成型、（2）吹塑成型（包括擠出吹塑和中空吹塑）、（3）真空成型、（4）澆注成型7、 塑料制件的表面處理：涂漆、鍍金屬，以及修飾著色陶瓷陶瓷1、 傳統(tǒng)陶瓷：現(xiàn)在一般將那些以黏土為主要原料，再加入其他天然礦物原料，經(jīng)過(guò)揀選、粉碎、混煉、成型、煅燒等工序制作的產(chǎn)品，統(tǒng)稱為

13、傳統(tǒng)陶瓷。2、 現(xiàn)代陶瓷：現(xiàn)代的陶瓷概念，應(yīng)越過(guò)傳統(tǒng)狹窄的含義，擴(kuò)展到：無(wú)論是否使用黏土類原料，凡是經(jīng)高溫?zé)崽幚砉に嚭铣傻臒o(wú)機(jī)非金屬固體材料，均通稱為陶瓷。3、 陶瓷的分類（按性能和用途分）：普通陶瓷，特種陶瓷。普通陶瓷也稱傳統(tǒng)陶瓷。特種陶瓷又稱新型陶瓷、精細(xì)陶瓷、精密陶瓷、高性能陶瓷。陶瓷的性質(zhì)：1光學(xué)性質(zhì)（白度、透光度、光澤度）；2力學(xué)性質(zhì)；3熱穩(wěn)定性；4化學(xué)性質(zhì)；5氣孔率和吸水率。陶瓷成型加工工藝普通陶瓷制品與特種陶瓷制品的制造工藝基本相同，生產(chǎn)流程都比較復(fù)雜，但一般都包括原料配制、坯料成型和窯爐燒結(jié)三個(gè)主要工序。坯料成型分類：可塑性成型，注漿法成型，壓制成型。玻璃玻璃玻璃的主要成分是二

14、氧化硅，一般通過(guò)熔燒硅土加上堿而得到的，其中堿的作用是助溶劑，也可加入其他物質(zhì)，例如：石灰（提高穩(wěn)定性）、鎂（去除雜質(zhì)）、氧化鋁（提高光潔度）或加入其它氧化物得到不同顏色。 按照化學(xué)成分分類; 碳酸鈉石灰玻璃：主要用途平板玻璃、餐具、器皿。 碳酸鈉石灰鋁玻璃：啤酒瓶、酒瓶鋁玻璃：光學(xué)用玻璃、裝飾用玻璃 鉀石灰玻璃：光學(xué)用玻璃、人造寶石、化學(xué)用玻璃 硼酸硅玻璃：電真空管用玻璃、光學(xué)用玻璃、化學(xué)用玻璃安瓿玻璃 碳酸鋇玻：光學(xué)玻璃 石英玻璃：石器玻璃、化學(xué)用玻璃 按照用途分類： 容器玻璃：具有與一定化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱震性和一定的機(jī)械強(qiáng)度，能夠經(jīng)受裝罐、殺菌、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程；可用作盛放飲料、食品、藥物、化妝

15、品。 建筑玻璃：具有采光和防護(hù)功能，應(yīng)該具有良好的隔音、隔熱和藝術(shù)裝飾效果；可用作建筑的門、窗、屋面、墻體及室內(nèi)外裝飾。 光學(xué)玻璃：無(wú)雜質(zhì)、無(wú)氣泡，對(duì)光纖有嚴(yán)格的折射、反射數(shù)據(jù)；用作望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、放大鏡、照相機(jī)及其他光學(xué)測(cè)量?jī)x器的鏡頭。 電真空玻璃：具有較高的電絕緣性和良好的加工、封接氣密性能；可做燈泡、顯像管、電子管等 泡沫玻璃：氣孔占總體積的80%90%，相對(duì)密度小，隔熱、吸聲、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可采用鋸、鉆、釘?shù)葯C(jī)械加工；應(yīng)用于建筑、車輛、船舶的保溫、隔音、漂浮材料 光學(xué)纖維：直徑小，工藝要求高；用于傳輸光能、圖像、信息的光纜等特種玻璃：具有特殊用途；如半導(dǎo)體玻璃、激光玻璃、微晶玻璃、防輻

16、射玻璃、聲光玻璃等玻璃的熱處理 （一）退火：消除制品的熱應(yīng)力，還可以使內(nèi)部的結(jié)構(gòu)均勻。 （二）淬火：在玻璃表面形成一個(gè)有規(guī)律，均勻分布的壓力層，提高玻璃制品的機(jī)械強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性。2、 玻璃成型加工工藝基本上可分為配料、熔化和成型三個(gè)階段。機(jī)械成型方法：（1）壓制法； （2）吹制法； （3）拉制法； （4）壓延法； （5）澆鑄法； （6）燒結(jié)木材木材特性 （一）易加工、易連接。木材可以除了用機(jī)械加工外還可以用手工加工；可以加工成各種型面，也可以加工成彎曲、壓縮、施切等加工；可以以各種形式的榫結(jié)合，也可以用釘子、螺釘、各種連接件及膠黏劑結(jié)合。 （二）與鋼材相比。導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、聲音傳導(dǎo)性小，熱脹冷

17、縮性能不顯著，這些性能都優(yōu)于鋼材。 （三）具有裝飾性。具有天然的紋理和色澤，可以加工成美麗的花紋圖案，是一種較好的裝飾材料。 （1）顏色。木材的顏色是由于細(xì)胞腔內(nèi)含有各種色素、樹(shù)脂、樹(shù)膠、其他氧化物等，這些物質(zhì)滲透到細(xì)胞壁中呈現(xiàn)各種顏色。樹(shù)木不同，木材所顯示的顏色也有所區(qū)別。 （2）光澤。指樹(shù)木對(duì)光線的反射或吸收的程度。在對(duì)木制品表面處理時(shí)，要求具有較好的光澤，以增加木制品的美觀性。 （3）紋理。之母此案縱向組織的排列方向的表現(xiàn)情況?？梢苑譃橹奔y理、斜紋理、波浪紋理、鄒形紋理、交錯(cuò)紋理、螺旋紋理等。 （四）容易解離。木材可以用機(jī)械的方法打碎后再膠合。刨花板、纖維板的生產(chǎn)就利用了木材的這種特性。

18、 （五）容易腐朽和蟲(chóng)蛀。木材是一種有機(jī)物質(zhì)，在生長(zhǎng)和存儲(chǔ)的過(guò)程中，易受菌、蟲(chóng)的侵蝕，是木材受到了一定程度的破壞，降低了使用性能。 （六）干縮濕脹。木材和其他材料不同，早大氣中受環(huán)境的影響，當(dāng)環(huán)境的濕度和溫度發(fā)生變化時(shí)，常常引起木材的膨脹或收縮，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生變形和開(kāi)裂，降低了木材的使用價(jià)值。 （七）各向異性。由于木材的構(gòu)造在各個(gè)方向不同，木材在不同的方向上的物理機(jī)械性能也有所不同，在使用木材時(shí)應(yīng)充分考慮到木材的這個(gè)缺點(diǎn)。 （八）具有天然缺陷。由于木材是一種天然材料，在生長(zhǎng)過(guò)程中受到自然環(huán)境的影響，有許多天然的缺陷，如節(jié)子、彎曲等。這些天然缺陷會(huì)影響木材的使用。 常用木材1、原木伐倒的樹(shù)干經(jīng)過(guò)去枝

19、去皮后按規(guī)格鋸成的一定長(zhǎng)度的木材。分為直接使用的原木和加工使用的原木兩種。直接使用的原木一般用作樁木、坑木以及建筑工程所用的原木,通常要求具有一定的長(zhǎng)度,較高的強(qiáng)度；加工使用的原木是作為原材料加工用的,是將原木按一定規(guī)格尺寸鋸切后的木材,又稱為鋸材,鋸材按其寬度和厚度的比例關(guān)系又可分為板材、方材和薄木等。板材橫斷面寬度為厚度的3倍及3倍以上者方材橫斷面寬度不足厚度的3倍者薄木厚度小于1mm的薄木片。厚度在0.05至0.2mm的稱為微薄木。2、人造板材利用原木、刨花、木屑、廢材及其他植物纖維為原料，加入膠粘劑和其他添加劑而制成的板材。人造板材幅面大,質(zhì)地均勻,表面平整光滑,變形小,美觀耐用,易于

20、加工。人造板材種類很多,常見(jiàn)的有膠合板、刨花板、纖維板、細(xì)木工板及各種輕質(zhì)板等,廣泛用家具、建筑、車船等方面。膠合板:用三層或奇數(shù)多層刨制或旋切的單板，涂膠后經(jīng)熱壓而成的人造板材，各單板之間的纖維方向相互垂直（或成一定角度）、對(duì)稱，克服了木材的各向異性缺陷。優(yōu)點(diǎn)：幅面大而平整美觀，不易干裂縱裂或翹曲；具有一定的隔火性、防蛀性和良好的隔音性刨花板：利用木材加工廢料加工成一定規(guī)格的碎木、刨花后，在使用膠合劑經(jīng)熱壓而成的板材。優(yōu)點(diǎn)：幅面大，表面平整，隔熱、隔音性能好，縱橫面強(qiáng)度一致，加工方便，表面還可以進(jìn)行多種貼面和裝飾 缺點(diǎn)：重量較大，握釘力較差纖維板：利用木材加工廢料或植物纖維作原料，經(jīng)過(guò)破碎、浸泡、制漿、成型、干燥和熱