浅谈产品设计中的材料工艺学
一、设计师如何根据需要选择材料
工业设计师在进行产品设计时，材料的选择是以性能为依据的。材料的性能又受到外界条件和使用条件的制约。所以，设计师在设计工业产品时决定材料所要求的性能时，要考虑产品所处的外界环境和使用环境。
材料的基本性能可分为使用性能和工艺性能。
使用性能是指材料在使用条件下表现出的性能。具体如：力学性能、物理性能和化学性能等；工艺性能则是指材料在加工过程中表现出的性能。如：切削加工性能、铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能等。
因此，工业设计师在设计产品时必须把握好材料的性能以及产品的服务范围和对象，才能在造型设计中更好地选择和运用各种材料，提高工业造型设计的效果。
工业造型材料的基本特征主要包括：感觉物性、加工成型性、表面工艺性以及环境耐候性等。
1、感觉物性，在产品设计中，对材料的感觉物性的认识非常重要，合理利用材料的感觉物性会给产品带来新的特色。例如：木材具有温暖感，它的纹理给人以自然、柔和、舒适的感觉。
2、加工成型性，工业设计师的职责是进行产品设计，而产品则是通过对特定的材料加工成型而付诸实现的。工业造型材料必须是容易加工成型的材料，必须具备优异的加工成型性。所以加工成型性是衡量工业造型材料的重要因素之一。对于不同的材料，其加工成型性不同。
3、表面工艺性，任何设计都不能直接使用基本材料和毛坯。还应该通过一系列的表面处理，改变材料的表面状态。其目的除了防腐蚀、防化学药品、防污染、提高产品的使用寿命外，还可提高材料表面的美化效果、改变产品的视觉效果、提升产品的视觉效果价值。所以，根据材料本身的性质和产品使用环境，正确选择表面处理和表面装饰工艺是提高产品外观质量的重要途径。
4、环境耐候性，对于不同的使用环境，不仅要合理选择材料，而且要有相应的表面处理方法。使产品经得起环境因素的考验。
产品设计还要遵从一系列法则：
1、调和法则，就是使产品整体的各个部分统一和谐，使人感觉各部位材料融合、协调。
2、法则，就是使产品整体的各部位有对比变化，形成材质对比、工艺对比，给人以丰富的心理感受。
3、主从法则，即在产品的设计中要有主次之分，如：对可见部分、主要部位、常触部位加工工艺要精良，选材要到位。而对不可见的部位、次要部位，就应从简从略处理。
4、适合法则，获得优美的艺术处理，不在于多么贵重的材料的堆积，而在于材料的合理配置。即：器不在料，功不在细，设计独到贵胜金。
所以，设计师们在选择产品制作材料时，要综合考虑材料的固有特征，充分发挥材料的优势，并且要扬长避短，这样才能创造出优秀的工业设计作品。
材料的物理性能包括：
1、材料的密度和质量。
2、力学性能（强度、弹性和塑性、脆性和韧性、硬度、耐磨性）。
3、热性能（导热性、耐热性、热胀性、耐燃性、耐火性）。
4、电性能（导电性、绝缘性）。
5、磁性能。
6光性能。
材料的化学性能包括：
1、耐腐蚀性，
2、抗氧化性，
3、耐候性。
不同的材料针对了不同的加工工艺，不同的加工工艺产生出不同效果的产品。所以说，只有处理好了认识材料和想要得到的最终效果之间的关系，就不难设计出好的产品了。工业设计师要学会匠心独运，别出心裁，不断丰富自己的阅历，多接触、多了解、多掌握传统材料以及新型材料。这样才能妙笔生花，甚至化腐朽为神奇，创造出更多更美好的改变世界的工业产品。
二、不同材料的性质及加工工艺
由于不同材料具备不同的物理属性和化学属性，其加工工艺也不尽相同。
1、塑料的特性以及加工工艺
塑料的特性：
塑料的优点：
（1）塑料的质量轻，强度高。
（2）化学稳定性好。
（3）绝缘性好。
（4）导热系数低。
（5）加工性能好。
（6）塑料成型后外表美观，而且还有自润滑、吸振、消声、气密等性能。
塑料的缺点：
塑料的缺点主要是强度、刚度、耐热性比金属差。普通塑料只能在低于100℃以下工作。塑料的热膨胀系数比金属大3~10倍，很容易因为温度差异而影响产品的尺寸精度。另外，塑料在受到外界的光、热、机械力等影响时，会产生变质、变色和变脆的老化现象。
塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。
热塑性塑料的成型加工性能：
（1）吸湿性。如果塑料含水量过多，就会在加工成型时产生气体而在制品上形成气泡，造成产品质量缺陷。因此对亲水塑料在加工成型前要先进行干燥处理。
（2）塑料的物理聚焦态。
（3）流动性和流变性。流动性差的塑料在注塑时需要较大的压力，流动性太好的塑料成型时容易产生溢边。
（4）结晶性。我们可以通过调节冷却速度的方法来控制塑件性能。
（5）热敏性和水敏性。
（6）相容性。相容性是指两种塑料在熔融状态下相互混容的性质。如果两种塑料不相容，则会出现分层，脱皮等现象。
（7）应力开裂。
（8）热性能是指塑料的比热，导热系数，热变形温度等。
（9）收缩性。塑料制品脱模冷却到室温后，都会有收缩现象。进行模具设计时，一定要考虑塑料的成型收缩率。
（10）毒性，刺激性和腐蚀性。
塑料产品的设计原则：
（1）尺寸精度，要考虑到不同塑料的流动性。
（2）脱模斜度，在设计塑料产品时，必须要设计足够的脱模斜度。因为塑件在模具中
成型后就逐渐因冷却而收缩，这样就会使四溅包住型腔中的突出部分，使开模取件发生困难，甚至可能使塑件表面擦伤、拉毛。如果塑件本身没有结构斜度，在模具设计时就应该留有一定的工艺斜度。
（3）壁厚，模具的壁厚要大小适中。
（4）加强筋，为了满足塑料产品对刚度和强度的要求，就必须设计加强筋。
（5）支撑面，塑料产品一般用底部边框或单独设计的底脚来代替连续的平面作为产品的底部支撑面。
（6）圆角，塑料产品的所有转折角都应该尽可能的设计成圆角，因为尖角容易造成应力集中，当塑件受到冲击时容易破裂。
（7）孔，要考虑到塑料的工艺强度。
（8）螺纹。
（9）嵌件，大多是金属嵌件，也可以是玻璃、木材、橡胶的。
在塑料制品的设计加工时一定要考虑到以上因素。以下是举例说明：
ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）
化学和物理特性：
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。
ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。
ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。
注塑模工艺条件：
干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为：80~90℃下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。
熔化温度：210-280℃；建议温度：245℃。模具温度：25-70℃。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。
注射压力：500~1000bar。
注射速度：中高速度。
典型用途：汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。
2、金属的特性以及加工工艺
金属的特性：有金属光泽、不透明、导电性好、导热性好、延展性好、可塑性好，大多数在常温下为固态、硬度也大。可以制成合金，发挥金属的优势。缺点：容易腐蚀、氧化，变的老旧。
加工工艺通常有：铸造、锻造、冲压、钣金和焊接。
A、加工工艺举例（冲压）：
冲压工艺及冲模设计的影响及提高冲模寿命的措施：
(1)冷冲压用原材料的影响。要做到：冲压前应对原材料的牌号、厚度、表面质量进行严格检查还要保证材料表面质量和清洁。
(2)排样和搭边的影响：排样方法与搭边值对模具寿命影响非常大，不必要的往复送料排样法和过小的搭边值往往是造成模具急剧磨损和凸凹模啃伤的重要原因。
(3)模具导向结构和导向精度的影响：必要和可靠的导向，对于减小工作零件的磨损，避免凸凹模啃伤极为有效。
(4)模具几何参数的影响：凸凹模的形状、间隙和圆角半径不仅对冲压件成形影响极大，而对模具的磨损影响也很大。
B、模具的材料的影响：
模具的材料性质及热处理质量对模具寿命的影响是影响模具寿命诸因素中最重要的因素。
（1）模具的热加工和表面强化的影响
（2）模具加工工艺的影响：模具加工后模具的表面粗糙度对模具的寿命影响很大，所以要根据制件情况，合理的选择加工工艺。
（3）压力机的精度与刚性的影响
（4）模具的使用、维护和保养的影响
（5）正确使用、维护和保管模具是提高模具寿命的重要方面。它包括模具正确安装与调整；注意保持模具的清洁和合理的润滑；防止误送料、上双料；严格控制凸模进入凹模的深度，控制校正弯曲、整形等工序中上模的下死点位置；及时的打磨、抛光等。
D、对冷冲模具用钢使用性能的基本要求：
（1）具有高硬度和强度，以保证模具在工作过程中抗压、耐磨、不变形、抗粘合；
（2）具有高耐磨性，以保证模具在长期工作中，其形状和尺寸公差在一定范围内变化，不因过分磨损而失效；
（3）具有足够的韧性，以防止模具在冲击负荷下产生脆性断裂；
（4）热处理变形小，以保证模具在热处理时不因过大变形而报废；
（5）有较高的热硬性，以保证模具在高速冲压或重负荷冲压工序中不因温度升高而软化。
3、玻璃的性质以及加工工艺
玻璃的种类：
（按组成分类）元素玻璃、氧化物玻璃。
（按用途分类）建筑玻璃、日用轻工玻璃、仪器玻璃、光学玻璃、电真空玻璃。
（按性能分类）光敏玻璃、声光玻璃、高折射玻璃、反射玻璃、热敏玻璃、耐高温玻璃、低膨胀玻璃、高绝缘玻璃、导电玻璃、半导体玻璃、耐火玻璃、耐酸玻璃。
玻璃的主要成分：主要由以二氧化硅为主的各种氧化物组成。
玻璃的性质主要有：硬度大，普通玻璃易碎，破碎之后产生锋利的断口，由于是非晶体，所以没有固定的熔沸点。透光性好，不溶于水，耐腐蚀，化学性质稳定，不耐高温。
A、不同种类玻璃的生产工艺特点：
（1）瓶罐玻璃一般均采用连续作业的池窑生产，成形后，将瓶罐送入连续作业式退火炉进行退火，再进行加工和增强处理。
（2）器皿玻璃的组成要求：
具有使用要求的热稳定性和化学稳定性；易于熔制和澄清；符合成形方法要求的粘度温度曲线；生产过程中不易析晶。
具体方法有：压制法、压吹法、离心浇注法。
（3）平板玻璃的生产工艺特点：
窑内各项热工制度非常稳定并易于调整，要求窑内温度稳定、窑压稳定，液面稳定。浮法生产工艺：在锡槽中进行成形。有槽垂直引上法工艺：利用槽子砖成形。压延玻璃和夹丝
玻璃是利用水平连续压延法，能大量生产。
（4）仪器玻璃：有良好的化学稳定性，主要表现为对酸、碱和水的侵蚀抵抗性好，对冷热急变的抵抗能力强，玻璃机械强度大，弹性好、脆性低、硬度高，使用温度高。
（5）颜色玻璃：玻璃配合料加入着色剂经熔制和热处理后可以得到各种不同色调的颜色玻璃。
B、玻璃的深加工：
（1）冷加工：研磨、抛光、切割、喷砂、钻孔和切削。
（2）热加工：烧口、火抛光、火焰切割，或钻孔、焊接。
（3）玻璃的表面处理：
第一，形成玻璃的光滑面或散光面，通过表面处理控制玻璃表面的凹凸；第二，改变玻璃表面的薄层组成，改善表面性质，以得到新的性能；第三，进行表面涂层。
4、陶瓷的性质以及加工工艺
陶瓷的性质：耐高温、化学性质稳定、耐腐蚀、硬度大，美观、绝缘性好、导热性差。不具有可塑性，一旦成型就无法修改。具有不可改变的性质。可以长久保存。原料造价低廉，很容易获取。
陶瓷是以粘土为主要原料，并与其他矿物原料经过破碎、混合、成形、烧成等过程而制得的制品。
陶瓷主要的加工工艺有：
（1）拉坯成型。
（2）注浆成型。
（3）旋压成型。
（4）滚压成型。
（5）压制法成型。
（6）热压注成型。
（7）等静压成型。
下面以注浆成型为例，介绍陶瓷的加工工艺：
注浆成型制备陶瓷：分为空心注浆和实心注浆。空心注浆适用于浇注薄壁制品。
注浆成形主要依靠多孔模具的脱水作用。实心注浆又称双面注浆，模型从两面吸取泥浆中的水分，直到模心内腔吸满为止，脱模后是一个实心的物体。
强化注浆的方法：
为缩短模型吸浆时间，提高成坯的质量，常采用压力注浆、离心注浆、真空注浆等。
注浆成形对泥浆的要求：
(1)流动性好。可充分流注到模型的各个部位。
(2)稳定性好。久置后各组分颗粒不全沉淀。
(3)具有适应的触变性。太大，则易静止稠化，不便浇注。而触变性太小，则生坯易软塌。
(4)含水量要少。可缩短注浆时间，增加坯体的强度，降低干燥收缩，缩短生产周期，延长石膏模的使用寿命。
(5)滤过生能好。使泥浆中的水分能顺利地通过附着在模型壁上的泥层而被模型吸收。一般可通过改变泥浆中瘠性原料和塑性原料的含量来调整泥浆的滤过性。
(6)形成的坯体要有足够的强度。
注浆之后凝固，开模。就可以进入下一步：烧制成型。
以上就是生活中常见的几种材料在产品设计中的主要加工工艺举例。
工业设计师在设计产品时，要考虑的因素很多。这就要求设计师生平要丰富自己的阅历，尽量完善自己，多参加实践活动，多研究材料的加工工艺，对材料本身要有更多的、更深的见解，能够熟练掌握和运用各种不同的材料创造出丰富的、具有不同特殊功能和新奇外观的产品，这样才能成为一个合格的工业设计师。
材料工艺学是一门深奥的学问。需要的是长年累月的不断丰富和积累，不仅要对传统材料有很深的认识和独到的见解，还要对新型材料有很好的了解和认识。不但会观察，还要会巧妙的运用不同的材料来塑造不同的产品，提升产品本身的价值，进而产生不同的艺术效果和使用效果来丰富我们的生活。我们的生活也将因材料工艺学的不断发展而变得更加丰富多彩。
《铸造工艺学》课后习题答案 湖南大学 1、什么是铸造工艺设计？ 铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。 2、为什么在进行铸造工艺设计之前要弄清楚设计的依据，设计依据包括哪些内容？ 在进行铸造工艺设计前设计者应该掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件这些是铸造工艺设计的基本依据，还需要求设计者有一定的生产经验，设计经验并应对铸造先进技术有所了解具有经济观点发展观点，才能很好的完成设计任务 设计依据的内容 一、生产任务1）铸件零件图样提供的图样必须清晰无误有完整的尺寸，各种标记2）零件的技术要求金属材质牌号金相组织力学性能要求铸件尺寸及重量公差及其它特殊性能要求3）产品数量及生产期限产品数量是指批量大小。生产期限是指交货日期的长短。二、生产条件1）设备能力包括起重运输机的吨位，最大起重高度、熔炉的形式、吨位生产率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力、地坑尺寸、厂房高度大门尺寸等。2）车间原料的应用情况和供应情况3）工人技术水平和生产经验4）模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验 三、考虑经济性对各种原料、炉料等的价格、每吨金属液的成本、各级工种工时费用、设备每小时费用等、都应有所了解，以便考核该工艺的经济性。 3.铸造工艺设计的内容是什么？ 铸造工艺图，铸件（毛坯）图，铸型装配图（合箱图），工艺卡及操作工艺规程。 4.选择造型方法时应考虑哪些原则？ 1、优先采用湿型。当湿型不能满足要求时再考虑使用表干砂型、干砂型或其它砂型。 选用湿型应注意的几种情况1）铸件过高的技术静压力超过湿型的抗压强度时应考 虑使用干砂型，自硬砂型等。2）浇注位置上铸件有较大水平壁时，用湿型易引起 夹砂缺陷，应考虑使用其它砂型3）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜 选用湿型4）型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型 2、造型造芯方法应和生产批量相适应 3、造型方法应适用工厂条件 4、要兼顾铸件的精度要求和生产成本 5-浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？ 确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环，关系到铸件的内在质量、铸件的尺寸精度铸造工艺过程中的难易，因此往往须制定出几种方案加以分析，对此择优选用。 应遵循的原则为：1、铸件的重要部分应尽量置于下部2、重要加工面应朝下或呈直立状态3、使铸件的大平面朝下，避免夹砂伤疤类缺陷4、应保证铸件能充满5、应有利于铸件的补缩6、避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验7、应使合箱位置，浇注位置和铸件冷却位置相一致 5为什么要设计分型面？怎样选择分型面？ 分型面的优劣，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。选择分型面的原则：1、应使铸件的全部或大部置于同一半型内2、应尽量减少分型面数目，分型面少，铸件精度容易保证3、分型面应尽量选用平面4、便于下芯，合箱，检查型腔尺寸。5、不使砂箱过高6、受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度7、注意减轻铸件的清理和机
设计材料及加工工艺 思考题P32 3．连接技术是一种富有创造性的技术，试对各种连接方式进行分析。 答：连接工艺是将两个或两个以上的材料零部件连接在一起的工艺和技术，是产品设计中一个十分重要的问题。产品无论是简单的还是复杂的，都是由不同材料、不同功能的零部件组装而成。 连接工艺按照不同的连接原理，可以分为机械连接结构，焊接和粘接三种连接方式；而按照连接后的功能特征可以分为动连接 不同的连接方法，其 连接性能、适用范围有较 大差别，连接方法的选择 不仅与连接性能的要求有 关，而且和装配的材料件 的种类和性能要相适应。 1.机械连接 机械连接是采用机制 螺钉、螺栓、螺母、自攻丝螺钉、铆钉等机械坚固件，将需连接的零部件连接成为一个整体的过程。各零部件相互的连接是靠机械力来实现的，随着机械力的消除，接头可以松动或拆除。 机械连接的优点是连接快速、连接强度高、耐久性好。但由于大部分紧固件是金属的，由此也带来诸如增加重量、接合区域局部高应力、不同材料因温度升高导致的热膨胀失配以及美学上的问题等。 2.焊接 焊接是将两个或两个以上的零件或组件连接于一体的一种工艺方法，主要是采用热熔的方法，将连接部分加热至融合或焊缝间填以焊料进行连接。 焊接主要用于金属之间的连接，也用于部分非金属部件间的连接。焊接方法的选择取决于材料的种类、结构要求、美学要求、制件形状、尺寸及公差要求以及技术经济因素等。 3.粘接技术 粘接技术是借助溶剂或胶黏剂在构件表面上产生的黏合力，将同种或者不同种材料牢固地连接在一起，实现同种材料或不同种材料间紧密连接的一种技术。 粘接技术具有以下特点： ○1能够连接多种不同种类的材料； ○2垂直于粘接表面的应力分布均匀； ○3相对于机械连接而言，是一种可以减轻重量的轻型连接设计； ○4粘接过程可以在常温下进行，避免了热应力和热变形的产生； ○5对连接处具有一定的密封作用； ○6可以实现较大面积的自动连接工艺。 粘接技术适用于金属、塑料和木材等多种材质。通常用在需要永久性的非拆卸的连接件中，也常与机械紧固件结合使用。使用粘接连接时要注意，由于各种胶黏材料是有机化合物，它的一些性能会受时间、温度、相对温度和其他环境因素的影响。 4.静连接 连接后的各个零件或组件之间无相互位置变化，连接零件之间不允许产生相对运动，连接固定为一体，故称为固定连接。根据连接后的可拆性分为可拆固定连接和不可拆固定连接。 不可拆固定连接：连接成为一个整体后，至少必须毁坏连接中的某一部分才能拆开的连接，具有不可
一、铸造工艺设计依据（铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程）（一）生产任务 （1）铸造零件图样提供的图样必须清晰无误，有完整的尺寸和各种标记 （2）零件的技术要求金属材质牌号、金相组织、力学性能要求、铸件尺寸及重量公差及其它的特殊性能要求 （3）产品数量及生产期限产品数量是指批量大小，生产期限是指交货日期的长短。数量大的采取先进技术，应急单件产品应考虑使生产设备尽可能简单 （二）生产条件 1）设备能力2）车间原材料的应用情况和供应情况3）工人技术水平和生产经验4）模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验 （三）考虑经济性 二、设计内容和设计程序 设计内容：铸造工艺图、铸件（毛坯）图、铸型装配图（合箱图）、工艺卡及操作工艺规程 设计程序：1）零件的技术条件和结构工艺性分析2）选择铸造及造型方法3）确定浇注位置和分型面4）选用工艺参数5）设计浇冒口、冷铁和铸肋6）砂芯设计7）在完成铸造工艺图的基础上，画出铸件图8）通常在完成砂箱设计后，画出铸型装配图9）综合整个设计内容制铸造工艺卡 三、铸件结构审查 作用：一）审查零件结构是否符合铸造工艺的要求。二）在既定的零件结构条件下，考虑铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中采取措施予以防止。 （一）从避免缺陷方面审查铸件结构。1)铸件应有合适的壁厚2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角3）铸件内壁应薄于外壁4）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节5）利于补缩和实现顺序凝固6）防止铸件翘曲变形7）避免浇注位置上有水平的大平面结构 （二）从简化铸造工艺方面改进零件结构1）改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板的结构2）取消铸件外表侧凹3）改进铸件内腔结构以减少砂芯4）减少和简化分型面5）有利于砂芯的固定和排气6）减少清理铸件的工作量7）简化模具的制造8）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造 四、浇注位置的确定（浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置） 1）铸件的重要部分应尽量置于下部2）重要加工面应朝下或呈直立状态3）使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷4）应保证铸件能充满5）应有利于铸件的补缩6）避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯、合箱及检验7）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置一致 五、分型面的选择（分型面是指两半铸型相互接触的表面）1）应使铸件全部或大部分置于同一半型内2）应尽量减少分型面的数目3）分型面应尽选用平面4）便于下芯、合箱和检查型腔尺寸5）不使砂箱过高6）受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度7）注意减轻铸件清理和机械加工量 六、砂芯设计 砂芯的功用：形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位 砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位 置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成过程 中砂芯所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时阻力小和容 易清砂 确定砂芯形状（分块）及分盒面选择的基本原则：总原则：使 造芯到下芯的整个过程方便，铸件内腔尺寸精确，不致造成气 孔等缺陷，使芯盒结构简单 1）保证铸件内腔尺寸精度2）保证操作方便3）保证铸件壁厚 均匀4）应尽量减少砂芯数目5）填砂面应宽敞，烘干支撑面是 平面6）砂芯形状适应造型、制芯方法 芯头：伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。 对芯头的要求：定位和固定砂芯，使砂芯在铸型中有准确的位 置，并能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，使之 不致被破坏；芯头应能及时排出浇注后砂芯所产生的气体至型 外；上下芯头及芯号容易识别，不致下错方向或芯号；下芯、 合型方便，芯头应有适当斜度和间隙。 芯头可分为垂直芯头和水平芯头 芯头组成：芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等 结构 作用：固定型芯，避免型芯漂浮，将芯子中浇注时产生的气体 导出 设计：1、芯头高度：1）对于细而高的砂芯，上下都应留有芯 头，以免在液体金属冲击下发生偏斜，而且下芯头应取高一些。 对于湿型可不留间隙，以便下芯后能使砂芯保持直立，便于合 箱2）对于粗而矮的砂芯，常不可用上芯头（高度为零），这可 使造型、合箱方便3）对于等截面的或上下对称的砂芯，上下 芯头可用相同的高度和斜度，而对需要区分上下芯头的砂芯， 一般应使下芯头高度高于上芯头的 2、芯头斜度：为合箱方便，避免上下芯头和铸型相碰，上芯头 和上芯头座的斜度应大些。对水平芯头，如果造芯时芯头不留 斜度就能顺利从芯盒中取出，那么芯头可不留斜度。芯座—模 样的芯头总是留有斜度的，至少在断面上要留有斜度，上箱斜 度比下箱的大，以免合箱时和砂芯相碰 3、芯头间隙：为下芯方便，通常在芯头和芯座之间留有间隙。 机器造型、制芯时间隙一般较小，而手工造型、制芯则间隙较 大，湿型的间隙小，干砂型、自硬型的间隙大；芯头尺寸大， 间隙大。 七、铸造工艺设计参数 1. 铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件各部分尺寸允许的极 限偏差，取决于铸造工艺方法等多种因素 2. 机械加工余量为保证铸件的加工面尺寸和零件精度，应有 加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工 时又被切去的金属层厚度，成为机械加工余量，简称加工余量。 3. 铸造收缩率K=[（Lm-Lj）/Lj]*100% Lm—模样（或芯 盒）工作面的尺寸Lj—铸件尺寸 4. 起模斜度为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一 定的斜度，以免损坏砂型或砂芯，这个斜度成为起模斜度。 八、浇注系统的组成及各部分的作用（浇注系统是铸型中液态 金属流入型腔的通道的总称） 1.浇口杯：承受来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出， 便于浇注；减轻液流对型腔的冲击；分离渣滓和气泡，阻止其 进入型腔；增加充型的压力头 2.直浇道：从浇口杯引导金属向下，进入横浇道、内浇道或直 浇道导入型腔。提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能 克服各种流动阻力，在规定的时间内充满型腔 3.直浇道窝：缓冲作用；缩短直—横拐弯处的高度紊流区；改 善内浇道的流量分布；减小直—横浇道拐弯处的局部阻力系数 和水头损失；浮出金属液中的气泡 4.横浇道：向内浇道分配洁净的金属液；储留最初浇入的含气 和渣污的低温金属液并阻留渣滓；使金属液流平稳和减少产生 氧化夹渣物 5.内浇道：控制充型速度和方向，分配金属，调节铸件各部位 的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一 定的补缩作用 九、浇注系统的分类及其优缺点 按阻流断面位置分为封闭式浇注系统和开放式浇注系统 （一）封闭式浇注系统 正常浇注条件下，所有组元能为金属液充满的浇注系统（用于 不易氧化的各种铸铁件） 优点：有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属 少，清理方便 缺点：进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金 属氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静 （二）开放式浇注系统 在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统（适 用于轻合金铸件和球铁件等） 优点：进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲刷力小，金 属氧化轻 缺点：阻渣效果稍差，内浇道较大，金属消耗略多 按内浇道在铸件上的位置分类 （一）顶注式浇注系统 以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部的（简单式，楔形式， 压边式，雨淋式，搭边式） 优点：容易充型，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的缺陷；充 型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的顺序凝固和冒 口的补缩；冒口尺寸小，节约金属；内浇道附近受热较轻；结 构简单，易于清除 缺点：易造成冲砂缺陷；金属液下落过程中接触空气，出现激 溅、氧化、卷入空气等现象，使充型不平稳；易产生砂孔、铁 豆、气孔和氧化夹杂物缺陷；大部分浇注时间，内浇道工作在 非淹没状态，相对地说，横浇道阻渣条件较差 （二）底注式浇注系统 内浇道设在铸件底部的 优点：内浇道基本上在淹没状态下工作，充型平稳；可避免金 属液发生激溅、氧化及由此而形成的铸件缺陷；无论浇口比是
第六章压制成型 2. 简述热固性塑料模压成型的工艺步骤。 将热固性模塑料在以加热到指定温度的模具中加压，使物料熔融流动并均匀地充满模腔，在加热和加压的条件下经过一定的时间，使其发生化学反应而变成具有三维体形结构的热固性塑料制品。 (1)计量 (2)预压 (3)预热 (4)嵌件安放 (5)加料 (6)闭模 (7)排气 (8)保压固化 (9)脱模冷却 (10)制品后处理 4. 在热固性塑料模压成型中，提高模温应相应地降低还是提高模压压力才对模压成型工艺有利为什么 在一理论的操作温度下，模温提高时，物料的黏度下降、流动性增加，可以相对应的降低模压；但若继续升高模温会使塑料交联反应速度增快、固化速率升高此时便需要提高模压。一般而言提高温度应提高模压压力。 8. 试述天然橡胶硫化后的物理性能的变化，并解释之。 橡胶在硫化的过程中，交联密度发生了显着的变化。随着交联密度的增加，橡胶的密度增加，气体、液体等小分子就难以在橡胶内运动，宏观表现为透气性、透水性减少，而且交联后的相对分子质量增大，溶剂分子难以在橡胶分子之间存在，宏观表现为能使生胶溶解的溶剂只能使硫化胶溶胀，而且交联度越大，溶胀越少。硫化也提高了橡胶的热稳定性和使用温度范围。 天然橡胶在硫化过程中，随着线型大分子逐渐变为网状结构，可塑性减小，拉伸强度、定伸强度、硬度、弹性增加，而伸长率、永久变形、疲劳生热等相应减小，但若硫化时间再延长，则出现拉伸强度、弹性逐渐下降，伸长率、永久变形反而会上升的现象。 10. 橡胶的硫化历程分为几个阶段各阶段的实质和意义是什么 (1) 焦烧阶段又称硫化诱导期，是指橡胶开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。对于模型硫化制品，胶
什么是铸造工艺设计？ 铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。 2、为什么在进行铸造工艺设计之前要弄清楚设计的依据，设计依据包括哪些内容？ 在进行铸造工艺设计前设计者应该掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件这些是铸造工艺设计的基本依据，还需要求设计者有一定的生产经验，设计经验并应对铸造先进技术有所了解具有经济观点发展观点，才能很好的完成设计任务 设计依据的内容一、生产任务1）铸件零件图样提供的图样必须清晰无误有完整的尺寸，各种标记2）零件的技术要求金属材质牌号金相组织力学性能要求铸件尺寸及重量公差及其它特殊性能要求3）产品数量及生产期限产品数量是指批量大小。生产期限是指交货日期的长短。 二、生产条件1）设备能力包括起重运输机的吨位，最大起重高度、熔炉的形式、吨位生产率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力、地坑尺寸、厂房高度大门尺寸等。2）车间原料的应用情况和供应情况3）工人技术水平和生产经验4）模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验 三、考虑经济性对各种原料、炉料等的价格、每吨金属液的成本、各级工种工时费用、设备每小时费用等、都应有所了解，以便考核该工艺的经济性。 3.铸造工艺设计的内容是什么？ 铸造工艺图，铸件（毛坯）图，铸型装配图（合箱图），工艺卡及操作工艺规程。 4.选择造型方法时应考虑哪些原则？ 1、优先采用湿型。当湿型不能满足要求时再考虑使用表干砂型、干砂型或其它砂型。 选用湿型应注意的几种情况1）铸件过高的技术静压力超过湿型的抗压强度时应考 虑使用干砂型，自硬砂型等。2）浇注位置上铸件有较大水平壁时，用湿型易引起 夹砂缺陷，应考虑使用其它砂型3）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜 选用湿型4）型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型 2、造型造芯方法应和生产批量相适应 3、造型方法应适用工厂条件 4、要兼顾铸件的精度要求和生产成本 5-浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？ 确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环，关系到铸件的内在质量、铸件的尺寸精度铸造工艺过程中的难易，因此往往须制定出几种方案加以分析，对此择优选用。 应遵循的原则为：1、铸件的重要部分应尽量置于下部2、重要加工面应朝下或呈直立状态3、使铸件的大平面朝下，避免夹砂伤疤类缺陷4、应保证铸件能充满5、应有利于铸件的补缩6、避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验7、应使合箱位置，浇注位置和铸件冷却位置相一致 5为什么要设计分型面？怎样选择分型面？ 分型面的优劣，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。选择分型面的原则：1、应使铸件的全部或大部置于同一半型内2、应尽量减少分型面数目，分型面少，铸件精度容易保证3、分型面应尽量选用平面4、便于下芯，合箱，检查型腔尺寸。5、不使砂箱过高6、受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度7、注意减轻铸件的清理和机械加工量。 6、什么叫浇铸位置 浇铸位置是指：浇铸时铸件在型腔内所处的状态和位置 7、芯头长些好，还是短些好？间隙留大些好？还是不留好？举例说明
材料成型加工与工艺学-习题解答(9-10- 11)
第八章注射成型 2.塑料挤出机螺杆与移动螺杆式注射机的螺杆在结构特点和各自的成型作用上有何异同? (p278)注射螺杆与挤出螺杆在结构上有何区别: (a)注射螺杆长径比较小，约在10~15之间。 (b)注射螺杆压缩比较小，约在2~5之间。 (c) 注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较深，以提高生产率。为了提高塑化量，加料段较长，约为螺杆长度的一半。 (d)注射螺杆的头部呈尖头形，与喷嘴能有很好的吻合，以防止物料残存在料筒端部而引起降解。 (p221)挤出机螺杆成型作用是对物料的输送、传热塑化塑料及混合均化物料。 移动螺杆式注射机的螺杆成型作用是对塑料输送、压实、塑化及传递注射压力。是间歇式操作过程，它对塑料的塑化能力、操作时的压力稳定以及操作连续性等要求没有挤出螺杆严格。 3.请从加热效率出发，分析柱塞是注射机上必须使用分流梭的原因? (p278)分流梭的作用是将料筒内流经该处的物料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程。既加快了热传导，也有利于减少或避免塑料过热而引起热分解现象。同时塑料熔体分流后，在分流梭与料筒间隙中流速增加，剪切速度增大，从而产生较大的摩擦热，料温升高，黏度下降，使塑料进一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射机的生产量及制品质量。
6.试分析注射成型中物料温度和注射压力之间的关系，并绘制成型区域示意图。 (p298) 料温高时注射压力减小；反之，所需的注射压力加大。 8.试述晶态聚合物注射成型时温度(包括料温和模温)对其结晶性能和力学性能的影响。 (p297)结晶性塑料注射入模具后，将发生向转变，冷却速率将影响塑料的结晶速率。缓冷，即模温高，结晶速率大，有利结晶，能提高制品的密度和结晶度，制品成型收缩性较大，刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和充及强度下降。反过来，骤冷所得制品的结晶度下降，韧性较好。但在骤冷的时不利大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。中速冷塑料的结晶和曲性较适中，是用得最多的条件。实际生产中用何种冷却速度，还应按具体的塑料性质和制品的使用性能要求来决定。例如对于结晶速率较小的PET塑料，要求提高其结晶度就应选用较高的模温。
《水深火热》电磁炉 ———设计材料及加工工艺 学院艺术学院 学生倪搏学号 0104511 专业工业设计届别 10 届 指导教师柳献忠职称讲师 二O一二年十二月
摘要 创建于1968年的美的集团，是一家以家电业为主，涉足房产、物流等领域的大型综合性现代化企业集团，是中国最具规模的家电生产基地和出口基地，造型审美是人对产品的基本需要之一，但是现实对工业设计的要求早已超过了以美学为基础的外观造型的围。从工业革命以来，出现了大量机器工具，其基本设计思想是机器的功能和生产效率，并没有把操作者放在首位，迫使人的操作要适应机器的速度、强度和行为方式，造成了“以机器为本”的设计思想。在工业设计的畴，材料是指用于工业设计并且不依赖人的意识而存在的所有物质，因此设计材料所涉及的围十分广泛，从气态、液态到固态，从简单到化学物，无论是传统材料还是现在材料，无论是天然材料还是人工材料，无论是单一材料还是复合材料，均是设计的物质基础。 【关键词】外观造型功能材料
目录 1.电磁炉的发展历史 (4) 1.1早期的炉灶 (4) 1.2中期的炉灶 (5) 1.3现在的炉灶 (5) 1.4电磁炉的发展历史............................. 错误!未定义书签。 1.5电磁炉 (5) 1.6电磁炉的使用................................. 错误!未定义书签。 1.7中国电磁炉的发展 (5) 2电磁炉的结构........................... 错误!未定义书签。 2.1电磁炉的结构 (7) 2.11电磁炉整机零件介绍 (7) 2.12电磁炉主要部件讲解 (6) 2.2电磁炉工作原理 (6) 2.3电磁炉加热电路方框图 (7) 2.4.电磁炉的组成部分 (7) 2.5电磁炉的分类 (8) 3.电磁炉的特性 (8) 3.1电磁炉的优缺点 (8) 3.2电磁炉的保养 (8) 4电磁炉十大品牌排行榜 (8) 5设计材料的分类 (9) 5.1按材料的来源分类： (10) 5.2按材料的物质结构分类： (10) 5.3按材料的形态分类： (10) 5.4外壳材料 (10) 5.5面板的材料 (10) 5.6IGBT的材料 (10) 5.7固定线圈支架的选材 (11) 6加工工艺的分析 (11) 6.1压力铸造 (13) 6.2冲压成型 (13) 6.3铸塑成型 (13) 6.4熔融压制成型 (14) 7电磁炉的包装 (11) 7.1塑料薄膜包装袋： (13)
一.绪论 1，材料成形工艺（有时也称材料成形技术），是将材料制造成所需形状及尺寸的毛坯或成品的所有加工方法或手段的总称。 2 成形方法的选择原则 1）适用性原则满足使用要求；适应成形加工性能。2）经济性原则获得最大的经济效益。3）与环境相宜原则环境保护问题，对环境友好。 3成形方法选择的主要依据 （1）产品功能及其结构、形状尺寸和使用要求等；2）产量；3）生产条件 铸造 1概念：铸造是将液态金属在重力或外力作用下充填到铸型腔中使之冷却、凝固，从而获得所需形状及尺寸的毛坯或零件的方法，所铸出的产品称为铸件。 金属液态成形金属液态成型近净形化生产 2 分类通常从铸型材料、充型和凝固等方面对铸造进行分类。 1）按铸型材料、充型和凝固条件铸造方法分为砂型铸造（用砂型作铸型在重力下充型和凝固的铸造方法）和特种铸造（在铸型材料、充型和凝固等方面与砂型铸造有显著差别的铸造方法的统称） 2）按液态合金充型和凝固条件铸造方法分为重力铸造（如砂型铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、熔模铸造、金属型铸造）和非重力铸造（如压力铸造、低压铸造、挤压铸造和离心铸造）。 3）按铸型材料铸造方法分为一次型铸造（如砂型铸造、壳型铸造和熔模铸造，铸型材料为非金属材料）和永久型铸造（如金属型铸造、压力铸造和低压铸造，铸型材料为金属材料）。 4特点 1）优点 （1）适用范围广合金种类、铸件的形状和大小及质量几乎不受限制； （2）铸件具有一定的尺寸精度通常比普通锻件高，熔模铸件可达到无加工余量；（3）成本较低原材料来源广，价格低廉；铸件与零件形状和尺寸相近，节省材料。2）缺点 （1）铸件晶粒粗大，组织疏松，易产生缩孔和气孔等缺陷； （2）铸件力学性能较低，尤其是冲击韧性较低； （3）生产工序多，铸件质量难以精确控制。
1. 物料的混合有哪三种基本的运动形式? 聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形 式为主? 为什么? i. 分子扩散 ii. 涡流扩散 iii. 体积扩散 体积扩散为主, 因为他主要是指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向另一空间位置的运动, 或两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动,以期达到各组分的均布.对流混合通过两种机理发生, 一种体积对流,另一种层流对流混合, 前者通过塞流对物料进行体积重新排列, 而不需要物料连续变形, 这种重复的重新排列可以是无规的, 也可以是有序的. 在固体掺混机中混合式无规的, 而在静态混合机的混合则是有序的. 而层流对流混合是通过层流而使物料变形, 它发生在熔体之间的混合, 在固体粒子之间的混合不会发生层流混合. 层流混合中, 物料要受到剪切、伸长（拉伸）和挤压（捏合）. 分子扩散主要在与低分子的混合.在浓度梯度驱使下，各组分自发地由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域从而达到各处组分均化的一种扩散形式。分子扩散在气体和低粘度液体中占支配地位。在固体与固体间，分子扩散作用是很小的。在聚合物加工中，熔体与熔体间分子扩散极慢，无实际意义。但若参与混合的组分之一是低分子物质,则分子扩散可能是一个重要因素。 涡流扩散主要会造成聚合物的黏度提高导致混合时施予聚合物的剪切力要上升, 容易导致聚合物降解.由系统内产生的紊流而实现的一种扩散形式。在聚合物加工中粘度高,而且要实现紊流，熔体的速度必须很高，势必使熔体发生破裂，也会造成聚合物的降解，故很少发生涡旋扩散。 2. 什么是”非分散混合”,什么是”分散混合”,两者各主要通过何种物料运动和混合操 作来实现? Page 154 非分散均匀的定义在混合中仅增加粒子在混合物中空间分布均匀性而不减小尺寸的过程称为非分散均匀或简单混合。主要通过对流方式来实现的, 可以通过塞流和不需要物料连续变形便发生简单的体积重排和置换来达到混合。 分散混合的定义: 将呈现出屈服点的物料混合在一起时,要将它们分散开来，使结块和液滴破裂。这种混合为分散混合。分散混合的目的是把少组分的固体颗粒和液相滴分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或滴，并均匀地分布到多组分中。涉及少组分在变形粘性流体中的破裂问题。这是靠强迫混
一、名词解释 1、比强度材料的抗拉强度与材料比重之比叫做比强度。比强度的法定单位为牛/特（N/tex） 2、韧度物体抗磨损、抗拉伸、抗压入等的能力，也可叫做抗破裂的能力。所谓韧度高，即表示物体难于破裂。这是一个物理指标。 3、低熔点合金是指熔点低于232℃(锡的熔点)的易熔合金；通常由铋、镉、铅、锡等低熔点金属元素组成。 4、原木原木是原条长向按尺寸、形状、质量的标准规定或特殊规定截成一定长度的木段，这个木段称为原木。 5、颜料着色法（复合材料） 1、橡胶提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。 2、合成木材又称仿木材塑料。可用以代替木材的硬质低发泡塑料。一般用价格较低的烯类树脂如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等通过低发泡的特殊加工，提高刚性制得。 3、湿敏陶瓷电阻随环境湿度而变化的一类功能陶瓷。 4、熔模铸造在由易熔材料制成的模样上涂敷耐火材料形成型壳，熔出模样，注入液态金属冷却后，获得铸件的方法。 5、纳米材料纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。 1、各向异性材料在各方向的力学和物理性能呈现差异的特性。 2、钢材Q235-B Q235B是普通碳素结构钢。Q就是“屈”的字母。235表示屈服强度为235N/mm2。B是钢材的等级 3、感光玻璃在适当波长光的辐照下改变其颜色，而移去光源时则恢复其原来颜色的玻璃。 4、上釉在烧制陶、瓷器时首先应该烧制毛胚烧好后拿出来上釉然后再烧 5、镀层被覆镀(如电镀)在金属底子上面的极薄的通常为贵金属的表层 1、ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 2、化妆土装饰把较细的陶土或瓷土，用水调和成泥浆涂在陶胎或瓷胎上，器物表面就留有一层薄薄的色浆。颜色有白、红和灰等 3、非氧化物陶瓷氮化物、碳化物、硼化物等工程陶瓷用。多用于制造发动机部件、汽车部件、电视机、吹风机、火灾警报器、高温挤型模具等 4、生态环境材料生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料。良好的环境协调性是指资源、能源消耗少，环境污染小，再生循环利用率高
浅谈产品设计中的材料工艺学 一、设计师如何根据需要选择材料 工业设计师在进行产品设计时，材料的选择是以性能为依据的。材料的性能又受到外界条件和使用条件的制约。所以，设计师在设计工业产品时决定材料所要求的性能时，要考虑产品所处的外界环境和使用环境。 材料的基本性能可分为使用性能和工艺性能。 使用性能是指材料在使用条件下表现出的性能。具体如：力学性能、物理性能和化学性能等；工艺性能则是指材料在加工过程中表现出的性能。如：切削加工性能、铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能等。 因此，工业设计师在设计产品时必须把握好材料的性能以及产品的服务范围和对象，才能在造型设计中更好地选择和运用各种材料，提高工业造型设计的效果。 工业造型材料的基本特征主要包括：感觉物性、加工成型性、表面工艺性以及环境耐候性等。 1、感觉物性，在产品设计中，对材料的感觉物性的认识非常重要，合理利用材料的感觉物性会给产品带来新的特色。例如：木材具有温暖感，它的纹理给人以自然、柔和、舒适的感觉。 2、加工成型性，工业设计师的职责是进行产品设计，而产品则是通过对特定的材料加工成型而付诸实现的。工业造型材料必须是容易加工成型的材料，必须具备优异的加工成型性。所以加工成型性是衡量工业造型材料的重要因素之一。对于不同的材料，其加工成型性不同。 3、表面工艺性，任何设计都不能直接使用基本材料和毛坯。还应该通过一系列的表面处理，改变材料的表面状态。其目的除了防腐蚀、防化学药品、防污染、提高产品的使用寿命外，还可提高材料表面的美化效果、改变产品的视觉效果、提升产品的视觉效果价值。所以，根据材料本身的性质和产品使用环境，正确选择表面处理和表面装饰工艺是提高产品外观质量的重要途径。 4、环境耐候性，对于不同的使用环境，不仅要合理选择材料，而且要有相应的表面处理方法。使产品经得起环境因素的考验。 产品设计还要遵从一系列法则： 1、调和法则，就是使产品整体的各个部分统一和谐，使人感觉各部位材料融合、协调。 2、法则，就是使产品整体的各部位有对比变化，形成材质对比、工艺对比，给人以丰富的心理感受。 3、主从法则，即在产品的设计中要有主次之分，如：对可见部分、主要部位、常触部位加工工艺要精良，选材要到位。而对不可见的部位、次要部位，就应从简从略处理。 4、适合法则，获得优美的艺术处理，不在于多么贵重的材料的堆积，而在于材料的合理配置。即：器不在料，功不在细，设计独到贵胜金。 所以，设计师们在选择产品制作材料时，要综合考虑材料的固有特征，充分发挥材料的优势，并且要扬长避短，这样才能创造出优秀的工业设计作品。 材料的物理性能包括： 1、材料的密度和质量。 2、力学性能（强度、弹性和塑性、脆性和韧性、硬度、耐磨性）。 3、热性能（导热性、耐热性、热胀性、耐燃性、耐火性）。 4、电性能（导电性、绝缘性）。
铸造工艺学． 一、名词解释铸造将金属熔化成液态在砂型、：采用熔炼方法，陶瓷型、金属型等铸型中直接成形的加工方法。
铸造工艺学：是研究铸件成形方法的一门学科，铸型材料和铸造包括铸造工艺方案及参数设计、合金熔体充型的过程及方法、铸型及芯的制造、原理与浇注系统设计、补缩 系统原理及设计。技术审查：生产条件是否能满审查零件工艺性、足铸造零件的规模、精度要求和技术要求。零件的工艺性：零件的结构是否合理如铸件壁厚铸件壁厚度是 否大于最小壁厚，分布是否合理、薄厚壁是否均匀的联结处的联结方式是否合理，过渡，
拐角处是否圆角过渡，是否利于起模，是否有利于清砂。浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的具体位置。铸造工艺参数：具体 包指需要确定的工艺数据，括铸造线收缩率、机械加工余量、拔模斜度、最小铸出尺寸、工艺补正量、分型负数、分芯负数和反变 形量。:铸造线收缩率指铸件在凝固过程中 所产生的长L-L度方面的缩小，表达式为件模?％?100?L模2 机械加工余量：指在铸件加工表面上留出的，准备切去的铸件表层厚度。往往和铸件尺寸公差配合使用。加工余量值由两部分构成，一部分是尺
寸公差CT值，另一部分为要求的铸件机械加工余量RMA值。 起模斜度：为了利于起模或脱芯，在模样或芯盒的出模方向设有一定的斜度，以避免损坏铸型和芯子。 最小铸出孔及槽：对于一些较小的孔和槽，如果采用铸造方法生成，往往会产生问题，如：精度、粘砂，有时铸出的孔和槽产生偏差后再用机加工方法校正反而不如直接铸 死再进行机加工，故通常采用的方法是不将
较小的孔和槽铸出。 工艺补正量：有时模样和芯盒的尺寸准确无误，但是铸出工件的尺寸仍不符合图样要求，对于这种情况通常采用工艺补正的方法解决。 分型负数：分型面在制造过程中往往因为修整、烘烤等原因以及防止跑火在合箱时在分型面上铺垫的石棉绳、泥条或油灰条等，这样在分型面处增加了铸件尺寸，为了保证铸件尺寸精度，通常采用在分型面处减去一定的模样尺寸。通常与铸件大小、工艺习惯以及铺垫材料有关。 3 反变形量：铸件在造型以及成形过程中发生翘在工艺设计曲、收缩等现象使得铸件产生变形。使得铸件在成形后时，需要设置一个反变形量，
材料对人类社会、对产品性能、对设计、效率。 质感：生理属性，物理属性。环境耐候性，加工成型性，表面工艺性性（涂装，电镀，氧化，着色）。柔软细腻，光洁，华丽轻巧朴实。 金属材料：具有光泽，富有延展性，容易导电，导热等。 机械性能：弹性，刚度，塑性，强度，硬度，动载荷，冲击特性，交变载荷。物理化学性能：比重，导热导电性，热膨胀性，磁性。。抗蚀性，抗氧化性。工艺性能：适应加工处理，锻造，铸造，焊接，切削加工性能。合金经过熔合。钢的 普通热处理：退火。正火，淬火，回火。钢 表面热处理：表面淬火，化学处理、渗碳、渗氮、碳氮共渗，淬火，神探淬火，退火。 铸铁：（灰口）最便宜、最方便、最广泛。强度高、现代化，但具有优良的铸造性能，耐磨性，切削加工性，减震性，低的缺口敏感性。 铝合金：银白色、比重小、导电性好、易钝化；塑性好、收缩率大，铸造性能差。。固溶性，塑性好，耐腐蚀。用途：（电料、电源插座的壳体、轨道灯、镇流器、座位的滑槽、骨架、原材料、装饰：门窗等方便易用，并适合单体小批量生产，加工容易。）连接。板、棒、型、线、箔材。 铜合金：导电性极好，导热性，塑性好，丝箔。铸造性能较差。轴套，船舶。耐腐蚀，耐磨。 工艺性能：铸造性能，锻造性能，焊接性能，机械加工性能，热处理工艺性。价格、规格统一、货源。（碳钢，锻、机、加好，热处理差，强度低。合金钢，锻、机、加不好，热处理好，强度高。）经济。成型工艺：焊接，机械加工，
热处理工艺。铸造工艺：把原料加热液态，在模具内冷却成型的一种生产工艺过程。即注塑。锻压工艺：利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。 工艺分析：轴类：毛坯成型：热轧、冷拨圆钢，锻造大坯。。齿轮：毛坯，铸造、锻造。 套筒类：短孔，钻孔，车孔，磨孔，攻丝。长套筒，毛坯，无缝管车外圆、深孔推镗，半精推镗，……精铰。冲压,弯曲,拉伸。 可拆装的连接：螺丝钉、螺栓、拉链、扣钉、卡扣、铆接、销接、插接、搭接、铰链、倒刺毛、丝带、电磁、挂钩。不可拆的连接：焊接、粘接、天线抽拉。 塑料：特性：原料来源广、性能优良、加工成型方便、具有一定的装饰性和现代质感。品种繁多，价格比较低廉，应用范围广。 优点：①质轻、比强度高②透明、易着色③对电、热、声有良好的绝缘性④耐磨、自润滑性能好⑤耐化学药品性缺点：①不耐高温②制品易变形③易老化 塑料的组成：合成树脂、填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、固化剂和其他成分。 鉴别方法：简易（燃烧法），对比鉴别，其他鉴别法。 聚乙烯：PE无臭，无毒,手感似蜡,具优良的耐低温性能化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀，常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能良。 用途：主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可
一、名词解释 铸造：采用熔炼方法，将金属熔化成液态在砂型、陶瓷型、金属型等铸型中直接成形的加工方法。 铸造工艺学：是研究铸件成形方法的一门学科，包括铸造工艺方案及参数设计、铸型材料和铸造方法、铸型及芯的制造、合金熔体充型的过程及原理与浇注系统设计、补缩系统原理及设计。 技术审查：审查零件工艺性、生产条件是否能满足铸造零件的规模、精度要求和技术要求。 零件的工艺性：零件的结构是否合理如铸件壁厚分布是否合理、厚度是否大于最小壁厚，铸件壁的联结处的联结方式是否合理，薄厚壁是否均匀过渡，拐角处是否圆角过渡，是否利于起模，是否有利于清砂。 浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的具体位置。 铸造工艺参数：指需要确定的工艺数据，具体包括铸造线收缩率、机械加工余量、拔模斜度、最小铸出尺寸、工艺补正量、分型负数、分芯负数和反变形量。 铸造线收缩率:指铸件在凝固过程中所产生的长度方面的缩小，表达式为％模件 模100L L -L ?=ε 机械加工余量：指在铸件加工表面上留出的，准备切去的铸件表层厚度。往往和铸件尺寸公差配合使用。加工余量值由两部分构成，一部分是尺寸公差CT 值，另一部分为要求的铸件机械加工余量RMA 值。 起模斜度：为了利于起模或脱芯，在模样或芯盒的出模方向设有一定的斜度，以避免损坏铸型和芯子。 最小铸出孔及槽：对于一些较小的孔和槽，如果采用铸造方法生成，往往会产生问题，如：精度、粘砂，有时铸出的孔和槽产生偏差后再用机加工方法校正反而不如直接铸死再进行机加工，故通常采用的方法是不将较小的孔和槽铸出。 工艺补正量：有时模样和芯盒的尺寸准确无误，但是铸出工件的尺寸仍不符合图样要求，对于这种情况通常采用工艺补正的方法解决。 分型负数：分型面在制造过程中往往因为修整、烘烤等原因以及防止跑火在合箱时在分型面上铺垫的石棉绳、泥条或油灰条等，这样在分型面处增加了铸件尺寸，为了保证铸件尺寸精度，通常采用在分型面处减去一定的模样尺寸。通常与铸件大小、工艺习惯以及铺垫材料有关。 反变形量：铸件在造型以及成形过程中发生翘曲、收缩等现象使得铸件产生变形。在工艺设计时，需要设置一个反变形量，使得铸件在成形后减少乃至消除变形。 吃砂量：模样或者铸型内腔内外表面与砂箱的内壁、顶面、底面或箱挡之间的距离；型腔之间的最小间距；芯骨至砂芯表面的砂层厚度。 铸型材料：包括永久型材料和造型材料。永久型材料一般用于永久型铸型，采用导热性良好、力学性能好的金属、合金或石墨等材料制成。 造型材料:砂型铸造中铸型和砂芯所用的材料，包括铸造用砂、粘结剂、涂料和其他辅助材料。 铸造用砂的热物理特征：比热、导热性、蓄热特性和热膨胀性。 蓄热系数：λρc b =，c 为材料的比热，λ为材料的导热系数，ρ为材料的密度。蓄热系数越大，铸件冷却速度越快，材料的结晶组织越细。
思考题： 1.什么是材料的感觉物性？ 指通过人的感知系统对材料作出的综合印象，包括人的感觉系统因生理刺激对材料做出的反映，或由人的知觉系统从材料表面得出的信息。 2.材料的质感及其构成。 是指物体表面的构成材料和构成形式作用于人的视觉和触觉而产生的心理反映，即表面质地的粗细程度在视觉和触觉上的直观感受。 包括：形态、色彩、质地和肌理等 肌理：材料本身的肌体形态和表面纹理。是质感的形式要素，反映材料表面的形态特征，使材料质感体现更具体形象。 质地：是质感的内容要素。是物面的理化特征。 构成：质感的表情、质感的物理构成、 3.材料按照其化学组成可以分为金属材料、非金属材料、复合材料 和天然材料四类。 4.材料基本性能包括工艺性能和使用性能。 5.材料的工艺性能包括切削加工工艺性能、铸造工艺性能、锻造工艺性能、焊接工艺性能、热处理工艺性能等。 6.工业产品造型材料应具备的特殊性能包括感觉物性、加工成型性、表面工艺性和环境耐候性。 7. 材料的使用性能有哪些？其主要的参数指标分别是什么？ 主要包含：材料的力学性能和材料的物理化学性能 力学性能包括：1.强度-抵抗塑性变形和破坏的能力。2.弹性-产生弹性变形的能
力。3.塑性-产生永久变形而不破坏的能力。4.硬度-抵抗其他物体压入的能力。5冲击韧性6疲劳强度7蠕变8松弛 8.钢铁材料按照其化学组成可以分为钢材、纯铁和铸铁三大类；其中钢材按照化学组成可以分为碳素钢和合金钢两大类； 9. 铸铁材料按照石墨的形态可以分为可锻铸铁、灰口铸铁和球墨铸铁三种。 10.变形铝合金材料主要包括锻铝、硬铝、超硬铝和防锈铝合金。 11. 金属制品的常用铸造工艺包括砂型铸造、熔模铸造和金属型铸造等。 12. 金属材料的表面处理技术包括表面改质处理、表面精整加工和表面被覆处理。 13. 金属件的连接工艺可以分为机械性连接、金属性连接和化学性连接三种类型。（“。”表示对，“？”表示错） 14. T8A表示含碳量约为0.8％的高级优质碳素结构钢。（错）（碳素工具钢） 15.冷加工黄铜俗称“七三黄铜”，热加工黄铜俗称“六四黄铜”。（对） 16.金属材料的热处理工艺中，淬火的目的是提高材料的硬度和耐磨性。（对） 17.铝及铝合金通过化学氧化生成Al2O3氧化膜的工艺俗称“发蓝”。（？）（磷酸盐） 18.从材料性能考虑，要设计具有切削硬质材料功能的产品部件，以下钢铁材料 中最为适宜的是T12A ，要加工制作弹簧零件，最适宜选用60Mn 。 A. 60M n B. T12A C. T8A D.
（工艺技术）材料与工艺书 籍及培训教材
材料与工艺二OOO年八月 第一章绪论 第一节引子 第二章金属材料与工艺 第一节金属材料工艺 （一）切削工艺 1．锯削 2．车削 3．刨削 4．磨削 5．铣削 6．钻削 7．其它切削工艺 （二）焊接工艺 1．电焊 2．氩弧焊 3．气焊 4．点焊 （三）板金工艺 1．折板工艺 2．卷板工艺 3．拉伸工艺 （四）其它工艺 第三节金属材料的常规规格 1．板材 2．型材 3．管材 4．有色金属 第三章非金属材料与工艺 第一节木材与工艺 （一）木材的构造 （二）木材的工艺 1．锯 2．刨 3．铲、凿、砍 4．钻 5．粘合 6．弯木 第二节陶瓷与工艺 （一）轮转法 （二）注型法 （三）圈土法 （四）土片法 第三节塑料与工艺 （一）塑料的种类 （二）塑料的工艺 1．注射成型 2．挤出成型 3．压延成型 4．压制成型 5．差压成型
6．对模成型 第四章材料的结构 第一节机械固件连接1．螺丝固定连接 2．螺栓固定连接 3．铆钉固定连接 4．榫铆固定连接 第二节材料特性配合连接1．钩扣式连接 2．按扣连接 3．铰链连接 第三节粘合连接 第五章材料表面处理 第一节机加工表面处理第二节模具加工表面处理第三节化学加工表面处理第四节喷涂加工表面处理
材料与工艺 平国安王泓 绪论 一、材料与工艺发展简史 产品是由多种材料、多种结构，通过多种工艺手段加工而成的，人类的生产过程就是将原材料转变成产品的过程。生产的目的不同，选择的原材料、加工方法和转变过程也不同。通常将改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程，或简称为工艺。 图0-1 司母毋大方鼎（青铜器）图0-2 越王剑 人类在同自然界的斗争中，不断改进用以制造工具的材料。最早被使用的材料是天然的石头和木材，随着技术的发展，逐步发现和使用金属。人类最早使用的金属材料是青铜。我国使用金属材料的历史悠久，在河南安阳殷墟留存的司母毋大方鼎（青铜器）铸成于约公元前1400年至公元前1000年的商朝（图0-1）。公元前五世纪，我国的制剑技术已经很高明。1965年在湖北省江陵县出土的春秋越王勾践的宝剑，仍然银光闪闪、寒气逼人，这说明当时的钢铁冶练、锻造和热处理技术已达很高水平（图0-2）。同时，我国也有着世界上最早的使用金属的文字记载。在成书于春秋末期（距今两千多年）的《考工记》中，就有关于青铜合金成分配比规律的阐述。明代宋应星编著的《天工开物》一书中，记载了冶铁、炼钢、铸钟、锻铁（熟铁）、焊接（锡焊和银焊）、淬火等技术，这是世界上最早的关于金属工艺的著作之一。但由于采矿和冶炼技术的限制，在相当长的历史时期内，很多器械仍采用木材或铁木混合结构。直到1856年英国人H.贝塞麦发明转炉炼钢法，1856年至1864年英国人K.W.西门子和法国人P.E.马丁发明平炉炼钢以后，钢铁才成为主要的工程材料。到20世纪30年代，铝、镁等轻金属逐步得到应用。二战以后，科技进步促进了新材料的发展，各种合金材料不断出现并形成系列。 与此同时，人们对非金属材料的开发和使用也得到了很大的发展。特别是石油化工工业的发展，促进了合成材料的兴起，工程塑料、合成橡胶和胶粘剂等合成材料不仅品种日益增多，用途也越来越广泛，使用的比重逐步提高。此外，玻璃和特种陶瓷等硅酸盐材料的应用也逐步扩大。 必须看到，人们对各种材料的使用和相应的工艺是密不可分的，这些工艺包括对各种金属和非金属材料的成形技术（如铸造、锻造、焊接、冲压、注塑以及热处理技术）、切削加工技术（包