精编产品材料与工艺

1、产品设计材料工艺概论一、金属材料与工艺二、有机高分子材料与工艺三、合成高分子材料与工艺四、无机非金属材料与工艺五、六、七、纤维复合材料与工艺发展中的新材料 产品设计程序与选材方法八、九、十、 十一、涂装工艺电镀工艺 金属的氧化与着色工艺其他装饰工艺 绪论产品设计材料概论1.学习材料的重要性2.设计专业学习材料课程的特点3.设计材料的分类4.材料的特性5.材料的感觉特性6.材料的美感和设计应用7.材料和环境8.材料发展趋势1.1 材料是设计的物质基础和载体材料和工艺 是产品设计的物质技术条件， 是实现产品设计的必要 条件。设计通过材料和工艺转化为实体产品， 材料和工艺又通过 设计实现自己的价值。

2、 任何一个产品设计， 只有选用材料的性能 特点及其加工工艺性能相一致，才能实现设计的目的和要求。2.1 与工科院校课程的区别作为射击类院校对于材料的教学应该和其他工科类院校教学有 所不同。 在学习和掌握的重点等方面有所区别。 这种不同正式又 两类院校的学生的四围特点、接受能力和知识构架来决定的。 工科的材料学（微观方面） 工程力学，物理学，机械，垫子，分子间距，应力等 设计类材料学（宏观方面） 材料和工艺，材料的没敢，材料的机理应用2.2 我们要掌握的知识点 具备相关的材料和工艺的知识； 了解材料的基本性能； 会应用材料工艺学知识解决设计的问题； 在设计中选择恰当的材料和工艺； 能运用材料的自

3、然美使产品具有美感； 使加工工艺符合材料的性能。3. 设计材料的分类3.1 按材料发展史分类3.2 按材料的物理状态、化学性质及用途分类3.3 按材料的来源、成分、状态、构造、形态、组合等分类3.4 按照材料的形态分类3.1 按材料发展史分类 天然材料（石头、木头等） 加工材料（矿物通过冶炼、烧结，制成金属和陶瓷材料） 合成材料（通过化学合成方法将石油，天然气和煤等原料制 成高分子材料）复合材料（指用有机、无机分金属等各种原材料复合而成的 材料）智能材料或应变材料（指随环境条件的变化具有应变能力，拥有潜在的功能的高级形式的复合材料）3.2 按材料的物理状态、化学性质及用途分类按材料物理状态分类

4、：气态、液态、固态按材料化学结构分类：金属、无机、有机（包含高分子）按材料用途分类：行业不同材料不同：机械、电器、化学、 土建、医用、农业等。建筑材料、电工材料、结构材料、垫子材 料、淹没材料、光学材料、耐火材料、感光材料、耐腐蚀材料、 包装材料等。（为方便，但不系统）3.3 按材料的来源、成分、状态、构造、形态、组合等分类按材料来源分类：天然材料、加工材料、合成材料按材料成分分类：有机材料、无机材料、复合材料、其他材料按材料状态分类：按原有的状态或伴随有变化使用的材料、 气体材料、液体材料按材料的构造分类：晶质材料：非晶质材料、晶质与非晶质混合材料按材料形态分类：一次元材料、二次元材料、三次

5、元材料按材料组合分类：单一材料、复合材料按照材料的形状分类：线状材料、板状材料、块状材料4. 材料的特性设计材料的特性包括：固有特性：力学特性、热性能、电磁性能、防腐性能等派生特性：加工特性、感觉特性和经济特性 其中牵涉到了材料的 密度、强度、弹性、耐磨性、导电性、磁性 等各个方面的多种特性。 了解它们是设计师进行设计的前提， 了 解它们是产品能够成功实现功能的保证。5. 材料的感觉特性 感觉特性是人的感觉系统因为生理刺激对材料做出的反应或者 由人的直觉系统从材料的表面特征得出的信息， 是人对材料的生 理和心理活动， 它建立在生理基础上， 是人们通过感觉器官对材 料做出的综合印象。5.1 材料

6、的触觉特性5.2 材料的视觉特性 材料的视觉特性是靠眼睛的视觉来感知的材料表面特征， 是材料 被视觉感受后经过大脑处理昌盛的一种对材料表面特征的感觉 和映像。6. 材料的美感和设计应用 材料美是产品造型美的一个重要方面， 不同的材料给人不同的触 觉、联想、心里感受和审美情趣，如黄金的福利汤焕，白银的高 贵，刚才的朴实，锌的评理轻快，木材的轻巧自然，玻璃的清澈 光亮。6.1 材料的色彩美6.2 材料的机理美6.3 材料的光泽美6.4 材料的质地美6.5 材料的形态美7. 材料和环境1. 为什么要有环境意识；2. 材料选择对环境保护的考虑；3. 提高效能，延长生命周期，降低产品的淘汰率；4. 减少

7、对环境有破坏和污染的材料的使用，避免使用有毒材料。新材料发展趋势1. 高分子材料， 资源丰富、 原料广， 轻质，高强，成型工艺简易， 提高工作温度是研制的重要课题。 各种塑料， 合成橡胶和合成纤 维将有很大发展，成为重要的新材料4 能源材料。太阳能、磁流体发电、氢能等新能源发展，同时促 进了各种高温耐热、储能、环能材料的发展。5 高性能、高强度结构材料。6 复合材料纤维增强型，弥散粒子型，叠层复合型复合材料以及 碳纤维，石墨纤维，硼纤维，金属纤维，晶须的研制发展，将使 被称为“ 21 世纪材料”复合材料更放光彩7 金属新材料，非晶态金属（金属玻璃） 、记忆合金、防震合金、 超导合金和金属氢等8

8、 极限材料9 原子分子设计材料10 稀土材料产品设计中的材料因素1. 使用功能是首要的，他决定着产品造型的基本形式2. 材料和工艺是保证产品造型付诸实现的物质技术条件， 他是产 品功能和艺术处理的具体体现3. 产品造型的艺术处理，决定着形式的美观与否，表达了一定的 思想感情和审美情趣质感运用的形式美基本法则1. 配比率 调和法则使整体各个部位的物面质感统一和谐 对比法则对比法则就是整体哥哥部位的物面质感有对比的 变化，形成材质的对比、工艺的对比。2. 主从率 强调在产品的质感设计中要有重点。所谓重点是反应失误的外在因素在排列组合式要突出中心， 主从 分明3. 适合率各种材质有明显的个性， 在质

9、感设计中应充分考虑到材质的功能 和价值，质感应与适用性相符。质感设计在产品设计中的作用1. 提高实用性良好的触觉质感设计， 可以提高整体设计的适 用性。2. 增加装饰性良好的视觉质感设计， 就可以提高工业产品整 体设计的装饰性，还能补充形态和色彩锁难以替代的形式美。3. 获得多样性和经济性良好的认为质感设计可以替代和不 救自然质感， 可以节约大量珍贵的自然材料， 达到工业产品整体 设计的多样性和经济性。4. 表现真实性和价值型良好的质感设计往往决定整体设计 的真实性和价值型二、金属材料与工艺3-1 金属材料概述3-1.1 金属的造型特征1. 具有特有的颜色，良好的反射能力，不透明性及金属光泽2

10、. 具有良好的延展性 （塑性变形能力） 由于金属键没有方向 性，金属表现出良好的承受塑性变形的能力。3. 表面工艺性好在金属表面可进行各种装饰工艺获得理想 的质感。4. 其他性能金属还具有良好的导电性和导热性。 上述特征明确地反映了金属的本质，因此，在工业产品材料中， 常常把金属视为特殊光泽、 优良导热和良好塑性的造型材料。 非 金属也可能有上述特性中的一种或几种， 但不会同时具有以上全 部特性，达不到金属具有的那样高的性能水平。3-1.2 金属的分类 金属材料包括金属和以金属为主的合金 金属材料分类如下有色金属：轻金属（密度W4.5g/cm 3）、重金属（密度4.5g/cm 3） 金属的性能

11、：机械性能：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、弹性 工艺性能：铸造型、锻压型、焊接性、切削加工型 机械性能1. 强度 ：强度是金属材料抵抗外力荷载而不致失效的能力2. 塑性：塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏 的能力3. 硬度 ：硬度是金属材料抵抗更硬物体压入其内的能力4. 韧性：金属材料抵抗冲击载荷的能力，叫做冲击韧性。5. 疲劳强度：疲劳强度是指材料经受无数次应力循环时的最大应 力6. 弹性变形 ：弹性变形实质材料在产生变形之后，取消应力，可 以恢复到原来形状的能力。金属材料的各种机械性能并非相互孤立， 二十有一定联系的， 通 常提高金属材料的强度、硬度则往往会降低其塑性、韧

12、性。为了 提高塑性、韧性，有时就会削弱其强度。工艺性能1. 铸造性 ：是指金属材料的铸造时的流动性、收缩性、和偏析倾 向等。2. 锻压型 ：是金属能否用断崖方法制成优良锻压件的性能。3. 焊接性 ：是指金属材料易于用焊接方法连接起来，而且不需附 加特殊措施即能获得优良焊接质量的性能。4. 切削加工型 ：金属材料是否易于被道具切削的性能，成为切削 加工型。黑色金属：铁、钢、铁的粉末冶金术铁：铸铁 钢：碳钢、铸造、合金钢、铸钢、工具钢、高强度低合金钢、强 度钢、3-3.1 铁纯铁纯铁有极好的铁磁性， 主要用于制造磁铁货磁极的铁心， 通常不 用纯铁来制造具有强度要求的结构和外观材料。铸铁铸铁用于锻造

13、或铸造。铸铁中至少含有 2% 的碳以及 1%3% 的 硅。铁通常有以下几种：灰口铸铁 ：由于碳在铁的晶阵中过饱和溶解， 灰铁具有极好的抗 疲劳性和减震性。球墨铸铁 ：由于其可加工型、抗疲劳强度以及高得弹性模量、一 般应用于机轴和重型齿轮等。白口铸铁 ：得名于它发白的外观， 是铸型总灰铁或球墨铁局部急 剧冷却造成的。可锻铸铁 ：是一种用于汽车、 卡车以及铁路车辆的重型轴承的表 面3-3.2 钢钢是含碳量在 0.02%2.11% 之间的铁碳合金。为了保证其韧性 和塑性，含碳量一般不超过 1.7% ，钢的主要元素除铁、碳外， 还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类：碳素钢 ：普通碳钢、优质碳钢合金钢：合金结

14、构钢 ：低合金结构、渗碳钢、滚动轴承钢、调质钢、弹簧 钢合金工具钢 ：易切削结构钢、刃具钢、模具钢 特殊性能钢 ：不锈钢、耐热钢、耐磨钢 合金 ：是以一种金属为基础， 加入另外一种金属或多种金属或非 金属，主要表现为金属特性的材料。有色金属 ： 低成本中等成本标准产品：铝、铜、镁、锌 低熔点到高熔点低成本到高成本合金：铅、贵金属、锡 高熔点高性能高成本合金：3-4.1 铝及其合金1.纯铝： 纯铝分为高纯铝和工业纯铝两类。 高纯度铝主要用于科学研究及 制造电容器。工业纯铝课制作电线、电缆和器皿等。2. 铝合金 铝合金是以铝位基础加入其他合金元素 （铜、硅、镁、铝、锌、 锰等 ）而组成的合金， 铝

15、合金质轻，强度高，比强度值接近或超 过钢，具有优良的导电，导热性和抗浊性，易加工，耐冲压，并 且可阳极氧化成各种颜色。铝合金分类：铸造铝合金、变形铝合金铝的特性： 密度约为钢铜等较重金属的三分之一， 往往用来制造 飞机、仪器仪表，导电导热性好，常用来制炊具、散热器材，价 格低廉、资源丰富，约占地壳金属含量的三分之一，强度高塑性 好，有良好的抗腐蚀能力，且不具备铁磁性，不能自燃，无毒性 3-4.2 铜及其合金1.纯铜纯铜是玫瑰红色金属，常见紫红色，故又名紫铜。纯铜的耐腐蚀 性优良， 可制作各种实用品及工艺美术用品。 纯铜一般不宜用于 制造手里的结构零件。铜合金分类：普通黄铜 ：具有良好的机械性能

16、，耐腐蚀性能和工艺性能好，价 格比纯铜低特殊黄铜 ：黄铜中加入铝铁硅锰铅锡等金属元素， 工业常用的有 铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜3-4.3 其他有色金属 镁和镁合金 镁是一种对于产品设计非常重要的金属， 因为他是日常应用中最 轻的结构金属。镁合金是在纯镁中加入铝锌犁锰锆和稀土元素形成的， 具有较高 的强度，可以作为结构材料广泛应用。镁合金：铸造镁合金、变形镁合金钛及钛合金 钛的耐腐蚀性极好，对海水的耐腐蚀性与白金相同，熔点高，耐 热性能好， 常用于航空工业， 火箭导弹化学用耐腐蚀零部件也有 应用。3-5 金属加工工艺 金属材料的成型加工按其特点分为：冷加工和热加工 热加工成型有：液态成型、塑性成型

17、、固态成型三种方法3-5.1 金属材料的热成型工艺液态成型金属的液态成型工艺 （铸造） 是指金属受热融化冰教主道预先制 作好的铸型内， 凝固后获得一定形状和性能的金属制品的成型方 法。分类 一次铸型：砂型、石膏型、陶瓷型 永久铸型：石墨型、金属型 （铸铁 ）、压力铸造 （工具钢 金属压铸 塑性加工 又叫压力加工，塑性成型即在外力作用下金属材料通过塑性变 形，获得具有一定形状、 尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方 法分类 锻造 :锤锻、落锤模锻、压力锻造、模锻、钳锻 轧制：冷轧、热轧钢丝拉拔 挤压：直接挤压、冲挤 固态成型 固态成型是成型金属板料、棒料、线材和管材的工艺，通常在室 温下进行。分类

18、 纯弯曲低成本到中等成本：弯曲、滚轧、连续滚轧 复合成型中等成本到高成本：旋压、液压成型、拉深 成型和冲载高成本：进给模、自动送给模、多工步模3-5.2 金属材料的切屑加工工艺 （冷加工 ） 利用道具和工件做相对运动， 从毛坯上切去多余的金属以获得所 需集合形状、 尺寸精度和表面粗糙度的零件， 这种加工方法称为 冷加工 板材加工板材操作：剪切、冲压 /空白切口/板口切开 /裂缝、带旋转工装 的旋塔冲床、激光加热 / 等离子弧有屑切削在这个部分，“切削”是指通过去除切削。而是材料分离或者减 少。、这些工艺能够切削大多数材料 金属连接焊接：焊接是通过加热或加压，或两者同时运用，使两个分离的 物体产

19、生原子间结合力而连接成一体的成型方法 分类：熔焊：酱工件焊接处局部加热到融化状态，形成熔池（通常还加 入填充金属），冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合为不可分离 的整体。常见有气焊，电弧焊，电渣焊，等离子弧焊，电子束焊，激光焊 等 压焊：在焊接过程中无论加热与否，均需要加压的焊接方法 常见有电阻焊，摩擦焊，冷压焊，扩散焊，爆炸焊 钎焊：采用熔点低于被焊金属的钎料（填充金属）融化之后，填 充街头间隙，并与北韩金属相互扩散实现连接。3.6 金属的表面处理技术3.6.1 金属材料的热处理金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度， 并在此温度中保持一定时间后， 又以不同速度冷却， 以达到改

20、善 材料性能的一种工艺分类 热处理：退火，正火，回火，淬火 3.6 金属的表面处理技术3.6.2 金属材料表面装饰技术 金属表面装饰技术一方面是保护产品， 即保护材质本身富裕产品 表面的光泽、 色彩和肌理等而呈现出的外观美， 并提高产品的耐 用性，确保产品的安全性，由此有效地利用了材料资源，另一方 面是根据产品造型设计的一图，给产品表面附加上更丰富的色 彩、光泽和肌理等变化，使产品表面根由节奏感；有时也是造型 材料本身具有的外观不符合设计要求时， 必须采用适当的表面处 理方法进行调整，已达到满足产品设计的要求分类： 金属表面机理工艺： 表面切削和研磨加工， 表面抛光， 表面镶嵌， 表面蚀刻，拉

21、丝 金属表面着色工艺：镀层被覆，涂层被覆，化学着色，电解着色4-1 木材概述4.1.1 木材应用的发展历史及现状 木材是人类使用最早的一种造型材料， 是人们生活不可缺少的重 要的再生绿色资源。 人类对木头似乎有着与生俱来的感情， 这可 以从中国传统“崇尚自然”的文化观念中去寻找。 考古材料已经证实， 中国古代早在距今 7000 多年以前就使用木 头来制作漆器，漆器的前身就是木器，这事不言自明的 木材的现代应用领域：建筑用材，工业用材，4-2 木材的一般特性 木材的一般特性：质轻、具有天然的色泽和美丽的花纹、具有平 衡调节空气中湿气的功能、具有可塑性、易加工和涂饰、具有良 好的绝缘性能、易变型、

22、易燃、各向异性4.2.2 木材的设计特性视觉感受：色彩： 变幻的木材纹理富裕了木材生活的气息， 也更富有材质的 情趣性。木纹：色彩是决定木材印象最重要的因素，也是设计中最生动、 最活跃的因素，木材的明度和混度也会产生不同感觉触觉感受：冷暖感：木材除材色为暖色，从视感上给人温暖感外，与其他材 料相比其触感也是温暖感较强的材料。干湿感：温度与湿度是构成材料，舒适与否的主要条件，对人们 心里活动的影响极为明显。按生长状况分：外长树、内长树 按材质分：软质、硬质 按树叶外形分：针叶树（红松、马尾松、杉木、红豆杉、银杏） 、 阔叶树（白毛杨、白桦、紫椴、水曲柳，紫檀） 缺点：有节，虫害，裂纹，易燃，易腐

23、蚀，易弯曲 常用木材：原木，人造板材 人造板材：胶合板、纤维板、刨花板、细木工板、空心板、塑料 贴面板新奇的木材：特硬木材（加拿大） 、有色木材（日本） 、陶瓷木材 （日本）、染色木材（美国） 、防火木材（保加利亚） 、铁化木材 （前苏联）、模压木材（中国） 、浇筑木材（日本） 木材选用的基础条件：1. 有一定的强度及韧性、刚度和硬度，重量适中，材料结构应细 致。2. 有美丽的自然纹理，材质感悦目3. 干缩、湿胀和翘曲变形性小4. 易加工、切削性能良好5. 胶合、着色及涂饰性能好6. 弯曲性能良好7. 有抗气候和虫害性4-7 木制品的加工工艺4.7.1 木制品的加工工艺流程 配料构建加工（配料

24、加工、基准面加工、 向对面的加工、 榫 头和榫孔的加工）装配表面涂饰（表面处理、木材着 色、涂饰涂料）四、合成高分子材料与工艺4-1 工程塑料概述 塑料：合成树脂加入固化剂、着色剂、填料、润滑剂、增塑剂等 而形成的高分子化合物4.1.1 塑料的组成及分类塑料的组成：1. 合成树脂2. 填充剂3. 增塑剂4. 润滑剂5. 着色剂6. 固化剂7. 稳定剂8. 阻燃剂9 其他添加剂 塑料的分类： 按树脂受热时的行为分： 热固性塑料：指在加工成型后，加热不会再软化，或在溶剂中， 不在溶解的高分子材料 酚醛塑料电木，用作绝缘材料，日用品等 氨基塑料电玉，制造颜色鲜艳的产品 酚醛，脲醛、三聚氰胺、环氧、不

25、饱和聚酯、有机硅等塑料 热塑性材料：指受热时软化，可以加工成一定的形状，能多次重 复加热塑制，其性能不发生显著变化的高分子材料 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、 ABS 、聚碳酸酯等聚氯乙烯氯纶，台布、雨衣、人造革、板材等 按塑料的使用范围分：通用塑料指那些生产量大、 货源广、 价格低、适于大量应用 的塑料工程塑料多在工程技术中做结构、外观材料的有的塑料 特种塑料有某种特殊功能、 适于某种特殊用途的塑料， 如用 于导电、压电、液晶、高分子分离膜等4.1.2 塑料的一般特性 设计上的优良性能： 质轻和强度高优良的耐磨性、减摩性和自润滑性优美 舒适的质感 化学稳定性好良好的消声性和吸震性光学性能好 优异

26、的电器绝缘性能独特的造型工艺性具有多种 防护性能塑料的弱点：1. 不耐高温，低温容易发脆2. 塑料制品易变型3. 有老化现象4-2 产品设计中常用的工程塑料4.2.1ABS 塑料： A 丙烯晴 B 丁二烯 S 丙乙烯 丙烯晴：刚性、耐热性、耐化学腐蚀性 丁二烯：抗冲击性、耐低温性 丙乙烯：表面光泽、尺寸稳定ABS 塑料：耐热、表面硬度高、 尺寸稳定、 耐化学性能及电性能 良好、易于成型和机械加工ABS 特性：成型加工性好，加工方式有磨、锯、锉、锻、模压， 三氯甲烷作粘着剂，强度高，硬度大，质轻，易电镀，易表面喷涂抗、抗蠕变种类：耐热ABS、高抗ABS （强度）、高光泽ABS4.2.2 聚烯烃塑

27、料聚乙烯（PE）:化学稳定性好，机械强度不高，表面难于涂装（热塑 性）聚丙烯（PP）:常用塑料中最轻的一种，耐热性能良好 聚氯乙烯（PVC）:聚氯乙烯着色容易电性能优良 聚乙烯特点：在所有塑料中密度最小，比水轻，能浮在水面上， 呈乳白色，似蜡手感，无毒无味，耐磨性、耐热性好，加工成型 性好，易老化生产方式:吹塑、挤出、注射聚丙烯特点: 半透明， 无毒无味， 质轻、 耐弯性、 电绝缘性优良、 成型尺寸改变小、热膨胀系数小、耐磨性强 生产方式:吹塑、挤出、注射聚氯乙烯特点:耐酸碱、耐水、无毒、不易燃、电绝缘性良好、 耐多种溶剂4.2.3 聚碳酸酯 聚酸酯:是一种新型的热塑性工程塑料，目前在机械、仪

28、表、电 讯、交通、航空、光学照明、医疗器械等方面广泛引用特点:具有 优良的机械 （耐冲击强度高 ）性能、耐热、耐寒、电性 能好、具有自燃性、一般是无色或微带褐色的透明材料 耐疲劳性能差于聚缩醛、聚酰胺树脂差 抗张强度与聚缩醛、甲基丙烯酸树脂相当4.2.4 有机玻璃 有机玻璃:具有高透光性、重量轻、机械强度高、耐大气老化、 质地高雅4.2.5 酚醛树脂酚醛树脂：刚性大，冷流性小。颜色总是比较深，明度低，不能 制成浅色、明度高、色泽鲜艳的制品，在产品造型设计中受到限 制4.2.6 其他塑料 聚酰胺、聚甲醛、聚砚、聚苯醚、环氧塑料、氨基塑料、聚酯树 脂、聚氨酯、氟塑料、有机硅氟塑料：机械性能不突出、

29、硬度小、易擦伤、相互摩擦时耐磨耗 性明显降低；耐腐属性较强，不受一般溶剂腐蚀，热稳定性好， 可在260 C下长期使用，在-250 C下仍不脆变，绝缘性好4.2.7 产品设计中塑料零件的选材设计选材 要求透明的零件 选用有机玻璃、聚苯乙烯或聚碳酸酯等 一些要求进行表面装饰的壳体 最常用的是 ABS 产品常与热水或蒸汽接触，或制作稍大的壳体零件 可选用聚碳酸酯或聚苯醚一般结构件 通常选用价格低廉、成型工艺性好的塑料。如低压聚乙烯、聚苯 乙烯、聚丙烯、 ABS 、聚氯乙烯、改性聚苯烯塑料等4- 3 塑料的成型4.3.1 塑料零件的成型 塑料零件的成型 注射成型真空成型加工新工艺：冷挤压、电火花加工、

30、 低压铸造、精密铸造 挤出成型、压制成型、吹塑成型、压砚成型、传递成型、滚形成 性、熔塑成型注射成型的步骤：定量加料熔塑化施压注射冲模 冷压起模取件挤出成型优点：1. 设备成本低、制造容易、占地面积小、生产环境清洁、劳动条 件好2. 生产效率高3. 操作简单，工艺过程容易控制，便于实现连续自动化生产4. 产品质量均匀、致密5. 可以一机多用、进行综合性生产 工艺控制要点： 1.挤塑温度 2.螺杆转速 3.机头压力 4.牵引速度 塑料的二次加工： 采用机械加工、 热成型连接、 表面处理等工艺， 将一次成型的塑料板材、管材、棒材、片材等制成所需制品的加 工方法二次加工的注意事项： 1.温度的把握

31、2.回弹性大、表面粗糙、尺 寸不精确、易变型 3.开裂、分层、起毛、崩落 塑料的连接方式：热熔粘接、溶剂 （丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、 二甲苯 ）粘接、胶贴剂粘接 塑料的表面处理：喷涂、镀饰、烫印等 塑料的机械加工注意事项： 1.为保证制件表面质量，切削、锯割 等工具必须经常保持锋利 2. 多数塑料制件对加工表面的刀痕等 缺陷较敏感， 会导致材料机械强度显著降低， 所以加工完毕的制 件应注意保持表面平整、光洁，不同截面间应有圆润的过度 3. 加工时， 工件不宜夹持过紧， 加工设备的动平衡性能应保持良好 4-4 塑料制作的工艺设计塑料的工艺设计1. 形状塑件要尽量的避免旁侧凹陷部分2. 斜度在塑

32、件的内表面和外表面， 沿脱模方向均应设计足够的脱模斜度3. 壁厚具有的强度和刚度； 脱模时能经受冲击与震动， 装配 能承受紧固力4. 加强筋与其他防止变形的结构设计加强筋的主要作用是 增加制品强度和避免制品变形翘曲5. 支撑面常以凸出的底脚 （三点或四点 ）或凸边来做支撑面6. 圆角除了使用上要求采用尖角， 其余所有转角处应尽可能 采用圆弧过渡7. 孔的设计孔应设置在不宜削弱塑件强度的地方， 在孔间和 孔与壁间应留有足够距离8. 嵌件设计为了增加塑件制件的性能而采用嵌件4- 5 塑料的着色4.5.1 颜色作为设计 元素 作为设计元素毫无疑问是颜色最重要的应用。 一个物体有优美的 外形，良好的功

33、能，但是如果他有一个“错误”的颜色，我们也 不会喜欢它。相反，一个物体有“正确”的颜色二没有优美的外 形也能为这个产品有所弥补4.5.2 塑料作色方法 本体着色：能很好地保证塑料制品在长期使用过程中的力学强 度、满足材料的阻燃要求。 这种方法在加工具有特定用途的元器 件方面尤为有效 自行着色：在设计中，宜人的颜色非常重要。由于时尚总是发生 变化，产品的颜色每年也会改变。自行着色在生产过程中，可在 加工机械上方便快速地更改颜色4-6 橡胶4.6.1 橡胶制品分类 橡胶制品分类胶管：重量轻、柔性大，容易弯曲，有良好的耐化学腐蚀性 胶带：有运输胶带、传动胶带 胶鞋：工业生产和民用对胶鞋的需求大轮胎：

34、是橡胶制品中的主要产品其他橡胶工业制品4.6.2 橡胶加工工艺塑炼成型混炼硫华压延和压处浇注成型4-7 功能与特种合成高分子新材料简介功能与特种高分子材料1. 反应性高分子材料2. 光敏性高分子材料3. 电性能高分子材料4. 高分子分离材料5. 高分子吸附材料6. 高分子智能材料7. 医用高分子材料8. 高性能工程材料5- 1 陶瓷5.1.1 陶瓷的概念陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物， 经过成型和高温烧结制 成的、由金属元素和非金属元素的无机化合物构成的多相固体材 料，包括陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、石膏、水泥、石灰、 砖瓦、耐火材料等人造无机非金属材料传统陶瓷概念 指陶器、炻器、瓷器等

35、，以黏土等无机非金属矿物为主要原料制 品的通称 现代陶瓷概念 凡是经高温热处理工艺合成的无机非金属固体材料 陶瓷的共同特征： 1. 耐热性优良 2. 绝缘性、半导体性 3.磁性、介 电性 4.不易变形，断裂时属于脆性破坏 5.韧性低5.1.2 陶瓷的分类 陶瓷材料 工业玻璃 光学玻璃、电工玻璃、仪表玻璃、实验室用玻璃、器皿玻璃、建 筑玻璃、日用玻璃陶瓷普通陶瓷 日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷 特种陶瓷 高强度陶瓷、高温陶瓷、耐磨陶瓷、耐酸陶瓷、压电陶瓷、半导 体陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷玻璃陶瓷 耐热耐蚀微晶陶瓷、光学玻璃陶瓷、无线电透明微晶玻璃、熔渣 玻璃陶瓷5.2.

36、1 陶瓷的机械性能 机械性能：刚度、硬度、强度好，塑性、韧性或脆性差5.2.2 陶瓷的热性能 热性能：热膨胀性、热导电性、热稳定性好5.2.3 陶瓷的其他系能 其他性能： 导电性：陶瓷的导电性变化范围很广 化学稳定性：陶瓷的结构非常稳定透明性： 陶瓷通常是透明或半透明的， 这一性质在产品设计中应 用较广，如各种工业玻璃在汽车、机床、建筑、太阳能面板、照 相器材、光学仪器、家具、日常生活用品中得到了广泛的应用。5-3 陶瓷加工工艺 陶瓷制品的生产流程比较复杂， 如下图所示， 各种品种的生产工 艺不尽相同， 但一般都包括原来配置、 配料成型和窑炉烧结等三 个重要工序5.3.1 原料配制 原料在一定

37、程度上决定着产品的质量和工艺流程， 工艺条件的选 择。陶瓷生产的最基本的原料是石英、长石、黏土三大类和一些 其他化工原料， 这些原料一般都要经过加工制备才能进入 “配合” 阶段，如果是不够纯净的原料，需炼选，淘洗， 可塑性原料：主要是指黏土类天然矿物，包括高岭土、多水高岭 土及作为增塑剂的膨润土等，他们在坯料中起塑化和黏结作用， 赋予坯料以塑性与注浆成型性能， 保证干坯强度及烧后的各种使 用性能。不可塑性原料：高温下熔融后可以溶解一部分石英及高岭土分 解，产物，对熔融后的高黏度玻璃可起到高温胶结作用，能增加 制品的密实性和强度1. 可塑成型： 1.旋坯成型 2.挤压成型 3. 拉坯成型 4.雕

38、塑与印坯2. 下压法3. 注浆成型： 1.压力注浆 2.离心注浆5.3.2 坯胎干燥5.3.3 坯胎装饰坯胎成型后， 匠师们据不同时代不同地域不同人物的审美需要进 行装饰绘纹， 方法多种多样， 其技法有化妆土、 划花、 刻花、贴、 印花、剔花、镂空、彩绘、雕塑等5.3.4 上釉 上釉的方法：拓釉法、吹釉法、浸釉法、 釉的制备及分类： 从制成物品的种类来分，如陶器釉、炻器釉、瓷器釉 从釉的主要助溶剂分，如石灰釉、灰釉、长石釉 从施釉方式分，如生釉、食盐釉 从釉的起源、生产地、研究者分，如天目釉、布里斯托釉 从釉的组成的名称来分类，如铁红釉、青瓷釉 釉的主要作用： 可增加坯体的强度防止5.3.5

39、窑炉烧结 烧结也成烧成， 是坯体此话的工艺过程， 噎死太次制品工艺中最 重要的一道工序。经成型、干燥和施釉后的半成品，必须在京高 温焙烧， 坯体在高温下发生一系列物理化学变化， 使原来由矿物 原料组成的生坯， 达到完全致密程度的此话状态， 成为具有一定 性能的陶瓷制品5- 4 产品设计中常用的工业陶瓷5.4.1 工业玻璃 玻璃的主要成分是 SiO 2,一般通过熔烧硅土（砂、石英或燧石） ， 加上碱（苏打或钾碱、 碳酸钾）而得到的， 其中碱是作为助溶剂， 也可以加入其他物质， 例如石灰 （提高稳定性）、镁（去除杂质）、 氧化铝（提高光洁度）或加入各种金属氧化物得到不同的颜色， 根据玻璃的组成成分

40、和玻璃的特性用途，可对玻璃作如下分类 分类：容器玻璃、仪器医疗玻璃、平板玻璃、电真空玻璃、工艺 美术玻璃、光学玻璃、光纤玻璃、建筑用玻璃、照明器具玻璃、 纤维泡沫玻璃、特种玻璃、其他1. 玻璃的性质1. 强度：玻璃具有很高的抗压强度，拉强度较低。玻璃的缺点和 一般陶瓷一样，他们均是脆性材料2. 硬度：玻璃的硬度对雕刻、加工和玻璃的耐磨性等方面有很大 意义、普通的刀、锯等不能切割。玻璃比石英软，用砂可进行研 磨加工3. 光学性质：玻璃是一种高度透明的物质、 具有一定的光学常数、 光谱特性等一系列重要光学性质4. 电学性质：常温下玻璃一般是绝缘体。到熔融状时，玻璃成为 良导体。5. 热性能：玻璃的

41、导热性能很差6. 化学稳定性：玻璃的化学性质较稳定。2. 常用工业玻璃 普通玻璃：又称钠钙玻璃 铅玻璃：无色光学玻璃按光学特性分为“冕派” （K） 玻璃和“火 石”（F）玻璃。硼硅酸盐玻璃： 硼硅酸盐玻璃又称耐热玻璃或硬质玻璃， 具有良 好的化学稳定性。高硅氧玻璃：制造工艺简单，成本低，是石英玻璃的代用品。通 过紫外线的性能也较好。石英玻璃：由各种纯净的天然石英（水晶、脉石英、石英砂）融 化而成6- 1 复合材料概述6.1.1 复合材料概念 定义：复合材料是由两种以上物理和化学性质不同的物质组合而 成的一种多项固体材料特点：1. 复合材料的组分是多种多样的，并具有相对的独立性。2. 复合后的性

42、能可以极大的弥补单一材料的性能和缺点，并非组分材料制件性能的简单相加， 即通过对原材料的选择、 各组分分 布设计和工艺条件的保证等， 使原组分材料有点互补， 因而呈现 了出色的综合性能，从而合理的满足使用需求6.1.2 复合材料的分类 复合材料 功能复合材料 结构复合材料 按集体分类 按增强体分类 先进复合材料 以碳、芳纶、陶瓷等纤维和品须等高性能增强体与耐高温的高聚 物、金属、陶瓷和碳（石墨）等构成的复合材料。 多用于各种高技术领域中用料少而性能要求高的场合 结构复合材料：主要用作成立和次承力结构，质量轻、强度和刚 度高，且能耐受一定温度，在某种情况下还要求有膨胀系数小、 绝热性能好或耐戒指

43、腐蚀等其他性能。结构复合材料 聚合物基复合材料：热固性树脂基、热塑性树脂基、橡胶基 金属基复合材料：轻金属点、高熔点金属基、金属间化合物基 陶瓷基复合材料：高温陶瓷基、玻璃陶瓷基碳基复合材料 水泥基复合材料6.2.2 玻璃纤维复合材料2. 热固性玻璃钢 简称玻璃钢， 以玻璃纤维为增强剂和以热固性树脂为粘合剂制成 的复合材料。热固性树脂常用的为酚醛树脂、环氧树脂、不饱和 聚酯和有机硅树脂等四种。 粉拳树脂出现最早， 环氧树脂性能较 好，应用较普遍优点：有高的比强度具有良好的电绝缘性和绝热性 腐蚀性化学介质都具有稳定性 根据需要可制成半透明或特别的保护色和辨别色 能承受超高温的短时作用 方便制成任

44、意曲面形状、不同厚度和非常复杂的形状 缺点：刚性较差受有机树脂耐热性的先知，只能在 300 C下使用 抗疲劳韧性相对较低 易老化和产生蠕变玻璃钢在产品设计中的广泛应用1. 在宇航和航空方面2. 在造船方面3. 在车辆制造、卫浴方面6.2.3 碳纤维复合材料是一种强度比铜打， 比重比铝还小的新颖材料。 与玻璃纤维相比， 碳纤维具有高强度、高模量的特点；是比较理想的增强材料，可 用来增强塑料、金属盒陶瓷1. 碳纤维树脂复合材料 特点：比重比铝轻、强度比钢高、弹性模比铝合金和钢大，疲劳 强度高。冲击韧性好，同时耐水和湿气，化学稳定性高，摩擦系 数小，导热性好，受 X 光线敷设时强度和模量不变比等。应

45、用范围： 宇宙飞行器的外层材料，人造卫星和火箭的机架、壳体、天线构 架，各种机械中的受载磨损零件，受摩擦件等。2. 碳纤维金属复合材料在碳纤维表面镀金属， 制成了碳纤维铝基复合材料， 主要用于熔 点较低的金属或合金。特点：有很好的强度和弹性模量，具有优越的减摩性能。 应用范围：高级轴承草料、制造高速列车的制动件。3. 碳纤维陶瓷复合材料 特点：同石英玻璃相比，它的抗弯强度提高了约 12 倍，冲击韧 性提高约 40 倍，热稳定性好，强度高，抗机械冲击和热冲击。 应用范围：刀具、滑动构件，发动机制件、能源构件等6- 3 功能复合材料6.3.1 功能复合材料的类别与应用功能复合材料： 种类繁多且容易

46、与结构复合材料结合， 达到功能 上的复合并得到广泛的应用。6-4 复合材料的材料选择与加工成型6.4.1 复合材料的选择与可设计性 复合材料从选材到加工成型是一个复杂的系统问题， 影响材料性 能的因素很多，导致生产出来的产品质量不稳定，可靠性差。 复合材料产品选择：设计要求、环境载荷、成本、可靠性、安全 性、维护与修补、检验测试、力学分析、成型方法与成型工艺、 材料选材。复合材料的设计条件1. 结构所提出的要求 必须确保结构能够有效地抵抗外部环境载荷的作用， 及应有的可 靠性及寿命2. 性能及结构重量 性能与重量的壁纸是衡量材料优劣的一个重要指标。 在航空及航 天领域内线的非常重要。3. 环境

47、载荷1）机械条件：如震动、冲击、噪声、加速度等；2）物理条件：如压力、温度、湿度等；3）气象条件：如风雨、雷电、冰雪、日光灯4）大气条件：如放射线、烟雾、风沙等4. 可靠性、安全性和经济性对一个结构， 可靠性和经济性必须同时考虑， 此外还要考虑可修 复性和可回收性6.4.2 树脂纤维复合材料的成型与加工 由于符合材料成型加工的方法不同， 每种方法都有他自身的特点 手糊成型普遍性和特殊性，模压成型稳定性和可靠性 缠绕成型规律性和局限性，喷射成型方便性和随机性 树脂传递模塑成型均匀性和流动性 拉挤成型准确性和坚固性，连续成型连续性和先进性 其他成型相关性和适应性1. 手糊成型工艺 顾名思义就是用手

48、工进行糊制的一种工艺，即“手艺” 。手艺的 好坏与每个人的素质能力、 知识和条件有关。 手糊成型工艺容易 掌握，方法比较简单，所以这种工艺应用比较普遍。优点：1. 投资少，是成型工艺中成本低、见效最快的一种成型方法2. 生产技术容易掌握，经过短期脾培训，就可以掌握。3. 不受产品尺寸、形状的先知，适宜异形、复杂和体积较大的制 品。4. 可在不同部位任意增补增强材料，制成整体结构。5. 适合于修补、增强和防止其他产品。 缺点：1. 制品质量受人为因素影响较大，性能质量稳定性相对较差。2. 生产效率低，适合于批量小的产品。3. 操作时气味大，劳动条件差2. 模压成型工艺 是将一定量的模压料放入金属

49、对模中， 在一定温度和压力作用下 固化成型的一种方法优点1. 制品尺寸精确（在所有玻璃钢成型工艺中）2. 制品两面最光洁（在所有玻璃钢成型工艺中）3. 产品一次成型，容易实现机械化自动化生产4. 制品可以多次重复生产，质量稳定可靠5. 制品生产效率高成本低 缺点1. 制品几何形状、尺寸有限，只适合于大量生产中小型制品2. 金属模具硬度高，加工复杂、精度高，但设备费用高3. 立面较深的制品需要大吨位压机3. 缠绕成型工艺 把纤维浸渍树脂胶椰并按照一定的规律连续缠绕于制品芯模上， 经固化而制成零件的一种方法。 根据纤维缠绕成型时树脂基体物 理化学状态不同，分为干法缠绕、施法缠绕和半干法缠绕三种 优

50、点1. 可以充分体现纤维强度2. 比强度高（强度与质量之比） ，高于钛三倍，钢四倍，对应用 于航空航天等方面3. 产品质量可靠性高4. 容易实现机械化和自动化批量生产5. 成本低缺点1. 只适合于集合对称外形的产品如管材、压力容器、储罐等2. 设备、技术成本高，不适合小批量生产4. 喷射成型工艺 使用喷射机把切断的玻璃纤维粗纱和树脂胶液， 同时盆在敞开的 磨具上，用辊子滚压浸渍，然后脱模的成型方法优点1. 产品整体性好，没有搭接缝2. 成型工艺简便，生产效率高3. 产品的形状、尺寸基本上不受限制4. 节省原材料、材料配方能保持一定的准确性5. 有利于保证产品质量缺点1. 只能做单面胶衣产品2.

51、 质量可靠性多取决于人工操作技能3. 制品强度低6.4.3 玻璃钢表面的装饰方法与技巧1. 颜料着色法将颜料直接加入树脂中， 对玻璃钢进行整体装饰的方法； 是最传 统、最常见的玻璃钢表面装饰技术特点1.加入树脂中的颜料可以在某一范围内变化2. 产品色彩的深浅可以通过颜料的加入量来控制；加入的颜料 多，表面就不透明；反之，制品表面呈半透明状。3. 颜料糊一般为树脂用量的 4%8%4. 可以只加在表面树脂（或中间层）的一部分中成型，得到特殊 效果2.色笔着色法 一般适用于玻璃钢艺术品和壁画等产品的表面装饰。 操作方法：首先用色笔（包括蜡笔、碳笔、粉笔等）直接画在装 饰布上，将装饰布铺在玻璃布制件或

52、胶衣树脂下进行糊制成型 要点1. 装饰布可以选择 0.1mm 的加捻玻璃纤维布以及素棉布，均能 得到良好的装饰效果2.玻璃纤维表面毡用作装饰布时，由于它的强度太低3. 杂色处理法 常用于工艺品及装饰品的表面装饰，能够形成立体混合色的效 果，装饰效果非常显著4. 埋铸材料法 是一种在玻璃钢制品表面下5. 油漆着色法 用涂刷和喷涂的方法将油漆附着在玻璃钢表面， 多用于表面有特 殊要求或表面颜色不一致的玻璃钢制品的表面装饰7- 1 生态环境材料7.1.1 生态环境材料的概念与分类 生态环境材料满意的使用性能 优良的环境协调性 制造使用废弃再生利用（整个过程，都做到对资源和能 源消耗少，对环境污染小和

53、循环再生利用率高） 实际上任何一种材料只要经过改造达到节约资源并与环境协调共存的要求，他就应视为生态环境材料7.1.2 生态环境材料的基本理论 生态环境材料研究 理论研究对材料的环境性能的评价。 其中生命周期评估已经成为这一领域 的主流方法材料的可持续发展理论 材料流理论和生态加工、清洁生产理论以及再循环、降解、废物 处理理论实用研究 环境协调材料、传统材料的环境材料化 环境净化和恢复材料 降解材料，之通过自身的分解减小对环境的污染 生态环境材料的特征1. 节约能源，材料能够降低某一系统的能源消耗。2. 节约资源。材料能降低系统的资源消耗。3. 可重复使用4. 可循环再生5. 结构可靠性6.

54、化学稳定性7. 生物安全性8. 有毒、有害替代9. 舒适性。材料在使用时能给人提供舒适感的性质。10. 环境清洁、治理功能 生态环境材料的合成与加工工艺，可分为四类1.能源节约工艺2.资源节约工艺3. 降低污染的加工技术4. 净化环境的加工要求7.1.3 生态环境材料及其工艺1. 常见的金属生态环境材料及工艺 （1）常见的金属生态环境材料1）通用合金通用合金就是使用合金元素种类最少， 且能满足各种用途要求的 标准合金系2）简单合金 合金组元简单，再生循环过程中易于分选 原则上不加入目前尚不能用精炼方法去除的元素 尽量不使用环境协调性不好的合金元素 与超级通用合金的用途不同， 简单合金的主要用途

55、是代替大量消 费的金属结构材料3）双相钢与普通低合金高强度钢相比， 在同等级抗拉强度水平下， 铁素体 马氏体双向钢具有屈强度比低、 冷变形性能好、 无屈服点等特 点，这类传统材料已发展成为一种高强度、 成型性能好的新型冲 压用钢（2）常见的金属材料的生产化改造工艺 从环境材料的角度出发， 尽量使金属材料的加工过程消耗较低的 资源和能源，排放较少的三废，并且在废弃之后易于分解、回收 与再生。 熔融还原炼铁工艺 喷射成型的近终型加工技术2. 常见的无机非金属生态环境材料及工艺（1）水热热压（2）陶瓷可切削技术3. 高分子生态环境材料 （1）高分子生态环境材料 废塑料纤维化 废塑料木材化 废塑料土工

56、制品化 将 PS 废塑料与其他材料共混，制成各种用途的井盖、建筑材 料、涂料、黏结剂、防水材料、阻燃剂、涂饰剂、增塑剂等。 PU、PF、不饱和聚酯、环氧树脂等热固性塑料可与其他材料 混合使用，既可降低成本，又能提高某个方面的性能。总之，共 混再生利用技术简便易行， 几乎适用于任何一种废旧高分子材料 可降解塑料 微生物降解 大型微生物降解 光降解 化学降解 （2）有机聚合爱聊与有机复合材料的可生循环工艺 有机聚合材料的可再生循环工艺 塑料的再生循环技术大致可以分为两类： 一类是将回收废旧塑料 作为原材料使用； 另一类是将回收废旧塑料分解成单体， 然后重 新合成新塑料可再生循环工艺 材料再生循环法 材料再生循环法的思路是在塑料功能丧失前， 将废塑料作为原料 多次再生循环使用 化学再生循环法 化学再生循环法的基本思路是将回收废塑料作为资源， 以石油或 单体形式利