材料工艺学设计及加工工艺重点分析

1、设计材料及加工工艺重点分析第一章：概论1、设计与材料人类经历了石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代、高分子材料时代、复合材料时代，材料早已成为人类赖以生存和生活中不可或缺的重要部分，它是人类文明和时代进步的标志，是社会科学技术发展水平的标志。2、产品造型设计的物质基础产品造型设计是工业产品技术功能设计与美学设计的结合于，集现代科学技术与社会文化、经济与艺术为一体。是人们在一定文化艺术指导下，有意识、有目的地运用人类科学文化发展的优秀成果，用现代工业化生产方式将各种材料转变为具有一定使用价值或具有商品性的工业产品的创造活动。在产品造型设计中，材料是用已产品造型，且不依赖于人的意识而客观存在的

2、物质，无论是传统材料还是现代材料、天然材料还是人工材料、单一材料还是复合材料，均是工业设计的物质基础；工艺是指材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺，是人们认识、利用和改变材料并实现 产品造型的技术（工艺的定义）。3、产品造型中的材料设计的方式材料设计其出发点在于原材料具有的特性与产品所需性能之间的充分比较。主要有两种方式：（1）从产品的功能、用途出发，思考如何选择或研制相应的材料；（2）从原材料出发，思考如何 发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至是创造全新的产品。第二章：设计材料的分类及特性1、设计材料的分类（1）按材料的来源分类：第一代天然材料、第二代加工材料、第三代材料、第五代智能材料

3、或应变材料。材料、第四代复合按材料的物质结构分类：金属材料、无机材料、有机材料、复合材料。按材料的形态分类：颗粒材料、线状材料、板状材料、块状材料2、材料的特性：一是固有特性（即物理特性、化学特性），二是派生特性（即材料的加工特性，材料的感觉特性和环境特性）3、材料的工艺特性（1）材料的工艺性是指材料适应各种工艺处理要求的能力，材料的工艺性包括材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。它是材料固有特性的综合反应，是决定材料能否进行加工或者如何进行加工的重要。著名设计师：运用适当的技巧去处理适当的材料，才能真正解决人类的需要，并获得率直和美的效果。材料成型工艺的选择原则：高效、优质、低成本材料的连

4、接工艺：机械连接、焊接、粘接、静连接、动连接表面处理工艺的类型：1、表面精加工，它的处理目的是使表面有光滑性和光泽，形成凹凸花纹；处理方法是机械方法（切削、研削、研磨、抛光）化学方法（表面清洁、蚀刻、电化学抛光）2、表面层改质，处理目的是使表面有耐蚀性耐磨耗性，易；处理方法是化学方法（化成处理、表面硬化）电化学方法（阳极氧化处理）3、表面被覆，处理的目的是使表面有耐蚀性，有色彩性，赋予材料表面功能，处理工艺是金属被覆（电镀、镀覆）、涂层被覆、珐琅被覆（搪瓷、珐琅彩）。表面处理工艺的目的：一、保护产品，即保护材料本身赋予产品表面的光泽，色彩，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

5、安全性，由此有效的利用材料资源。二、根据产品造型设计的意图，改变产品表面的状态，赋予表面更丰富的色彩、光泽、肌理等，提高表面的装饰效果，改善表面的物理性能，化学性能及生物学性能，使产品表面有更好的感觉特性。快速成型的原理（3D 打印）：快速成型又称快速原型制造技术、快速制样。快速成型是一种用材料逐层堆积出制作的制造方法，是集计算机辅助技术，计算机辅助制造，数字控制，精密机械，激光技术和材料科学与工程等技术而发展起来的产品设计开发技术，其目标是计算机CAD 模型快速的转变为具体物质的三维实体模型，其主要技术特征是成型的快捷键，能自动、快捷、精确地将设计转变为一定功能的产品原型或直接制造零。特点：

6、1、改变了传统模式的制造方式，设计制造2、设计的易达性 3、快速性 4、材料的广泛性。快速成型技术的设计领域的应用：1、优化产品设计 2、支持同步或并行工程的实施 3、对产品性能进行及时、准确的校验与分析 4、快捷、经济地制作各种模型。第三章：材料感觉特性的应用（材料派生特性的分支）1、材料感觉特性是设计材料独特的特性，它包含哪些内容：材料感觉特性按人的感觉可分为触觉特性和视觉特性，按材料本身的特性可以分为自然质感和人为质感。2、在设计中如何体现材料的美感：美感是人们通过视觉、触觉、听觉在接触材料时产生的一种赏心悦目的心理状态，是人对美的认识、欣赏和评价。3、材料的美感主要通过材料本身的表面特

7、征表现：色彩美、光泽美、肌理美、质地美、形态美。在造型设计中，应该充分考虑材料自身的不同个性，对材料进行巧妙的组培，使其各自的美感得以表现，并能深化和相互烘托，从而形成了符合人们审美追求的各种情感。第四章：材料与环境1、绿色设计出现在新旧世纪交替之际，是 20 世纪后期兴起的现代设计理念之一，绿色设计的基本思想就是地球绿色生态环境的设计，就是在设计阶段将环境和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求产品对环境的影响最小。2、绿色设计的基本特征：环境协调性、价值创造性、功能全程性3、绿色设计的的基本原则6R 原则：researchreservereducerec

8、yclingreuseregeneration4、绿色设计的发展方向：绿色产品设计、绿色包装设计、绿色能源开发、创造有生命的材料5、典型的绿色材料：生物降解材料、循环与再生材料、净化材料、绿色建筑材料、绿色能源材料第五章：金属材料一、金属的分类1、按照材料成分：黑色金属（生铁、钢、工业纯铁）、有色金属（铝及铝合金、铜及铜合金、其他金属及合金）、特殊金属材料（非晶态金属、高强铝锂合金）2、按照性能用途：金属结构材料（钢铁）、金属功能材料（铜）3、加工工艺：铸造金属材料、变形金属材料、粉末冶金材料4、按照密度分：轻金属、重金属二、基本特征1、金属材料表面具有金属特有的色彩、良好的反射能力、不透明性

9、及金属光泽2、优良的力学性能3、优良的加工特性，有良好的延展性4、表面工艺性好5、金属材料是电和热的良导体6、金属可以制成金属间的化合物，以改善金属的性能。7、除了贵金属以外，几乎所有的金属的化学性能都较为活泼，易于氧化而生锈，产生腐蚀三、金属的成型加工1、铸造（特点：铸造成型的生产成本低、工艺灵活性大、铸件的机械性能低特别是抗冲击性能低）（1）砂型铸造（砂型铸造俗称翻砂，用沙粒制造铸型进行铸造的方法。主要工序：制造铸模、制造砂铸型、浇注金属液、落沙、）（2）熔模铸造（又称失蜡铸造，精密的铸造方法之一，主要工序：制作母模、制作压型、制作蜡型、制作型壳、脱蜡、焙烧和造型、浇注、脱壳）金属型制造（

10、金属型可以多次使用，所以叫做压力铸造离心铸造陶瓷型铸造铸造）2、金属塑性加工（金属在外力作用下，使金属坯料产生塑性变形）（1）锻造：利用手锤、锻锤或者压力设备上的模具对加热的金属坯料施力，是金属材料在不发生分离的条件下产生塑性变形，通畅锻造是在热态下进行的，所以又称热锻；根据是否使用模具分为锻和模锻（2）轧制：利用两个旋转的轧棍的压力使金属坯料通过一个特定空间产生塑性变形，以获得所要求的截面形状并同时改变其组织性能（工字钢、T 字钢、钢轨）。（3）挤压：将金属放入挤压筒，用强大的压力使坯料从模面的坯料或者零件。挤出，从而获得符合模孔截（4）冲压：分为冷冲压和热冲压，冲压比较适合大批量生产，为了

11、避免应力集中而引起模具开裂，转角处有圆角。3、切削加工：又称冷加工，利用切削工具在切削机（或者手工）将金属工件的多余加工量切去，以达到规定的要求。分类：机械加工（车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削）及钳工（划线、錾切、锯割、钻孔、攻丝）4、焊接加工：常用的焊接方法有熔焊、压焊、钎焊5、粉末冶金：以金属粉末或者金属化合物粉末为原料，经混形和烧结，获得所需醒转和性能的材料或者制品的工艺方法，它是现代冶金工业的重要生产方法。四、金属材料的表面处理技术：作用一是保护产品；作用二是起到装饰、美化产品的作用。1、金属材料的表面前处理（2、金属材料的表面装饰技术油污、锈蚀、氧化皮）（1）金属表面工艺：化学电

12、解：金属与化学溶液发生反应，形成化合物膜层：发生电解反应阳极氧化镀覆涂覆：染色的色彩艳丽，色域广，但目前应用范围较窄珐琅：在金属表面覆盖玻璃质材料（2）金属表面肌理工艺：表面锻打、表面抛光（磨光、镜面、丝光、喷砂）、表面研磨拉丝、表面镶嵌、表面蚀刻五、常用有色金属材料1、铝及铝合金铝及铝合金是工业用量最大的有色金属，是一种常用的现代材料；铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金2、铜及铜合金：无氧铜（电子行业）、黄铜（具有良好的机械性能）、青铜、白铜3、钛及钛合金：作为新型的结构材料。广泛用于航空、化工、机械等工业。钛及其合金还可以用作镀覆材料，具有优良的耐腐蚀性和良好的装饰性。第六章：高分子材料及加

13、工工艺1、高分子聚合物的基本知识：高分子聚合物又称高聚物，是由千万个原子以共价键连接的大分子化合物，通常由碳、氢、硫、氮等元素组成，其中主要是碳氢化合物及其衍生物。2、高聚物的特点：可分割性、弹性、可塑性、绝缘性3、高聚物的分类：（1）：热塑性）（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS）、热固性（酚醛（2）橡胶（天然橡胶、橡胶）（3）（天然、涂料（天然树脂涂料、油脂、粘合剂涂料）4、（1）的组成：是以为主要成分，适当加入填料、增加剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂，在一定温度和压力下塑制成型的一类高分子材料。（2）的分类：通用（产量大，用途广、价格低廉：聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯）、工程塑料（通常指性能

14、优良，能承受一定外力作用，适合做工程材料或者结构材料的：聚酰胺俗称尼龙、ABS）、特种（增强、）5、的一般特性（1）质轻，比强度高（2）多数有透明性、并附有光泽、能着鲜艳色彩（3）优异的绝缘性（4）成型加工方便6、的缺点：（1）（2）（3）（4）不耐高温，低温又容易发脆制品易变形有老化现象制品有摩擦带电现象，易吸附尘埃，特别是在干燥的冬季7、的成型工艺（的成型工艺是使材料成为具有使用价值品的重要环节）工艺：注塑成型：适合外形复杂，尺寸精确，成型周期短、适合大批量生产，但是模具成本高，难以制造。挤出成型：热固成型方法，生产效率低，形状简单吹塑成型：主要用来生产瓶状的中空薄壁的产品压制成型、压延成

15、型、滚塑成型、搪塑成型、铸塑成型、流延成型、传递模具成型的表面处理：涂饰、镀饰、烫印产品的结构要素：壁厚、脱模斜度、圆角、加强筋、支撑面、孔、嵌件、分模线8、9、10、几种常见的及简称通用：聚乙烯（PE）、聚丙烯料（PF）（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、酚醛塑工程：ABS、聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）第七章：木材及加工工艺1、木材的三个切面：横切面、径切面、弦切面2、木材的基本性能：（1）木材的密度：有疏松多孔的素和木质素木材的纹理和光泽：不同树种，同树种的不同材区色泽纹理都不一样。木材与水有关的性质：木材是一种具有吸湿性的多孔物质，对水分有较大亲和力。木材的传导性：导热性

16、（热的不良导体，易燃烧）、导电性（良好的电绝缘性）、传声性（良好的传声性质和性）木材的工艺性：良好的加工性、具有可塑性、易涂饰木材的力学性质：强度、弹性、硬度和耐磨性3、木材加工的基本方法：锯割、刨削、凿削、弯曲成型4、木材的连接装配：榫接、胶结、钉结、板材拼接5、木材的表面装饰技术木制品的表面涂饰（表层处理底层涂饰面层涂饰）木制品表面贴覆（将表面材料通过胶黏剂，粘贴在表面的方法）6、人造板材：胶合板、刨花板、板、细木工板第八章：无机非金属材料及加工工艺一、玻璃玻璃的基本性能：1、强度：玻璃的强度与其成分、结构和工艺有关2、硬度：玻璃是典型的脆性材料，硬度较大3、光学性质：玻璃是一种高度透明的

17、物质4、电学性质：常温下玻璃是电的不良导体，具有较高的电阻率，可做绝缘材料5、热性质：导热性差，一般受不了温度的剧烈变化6、化学稳定性：比较稳定玻璃的成型：压制成型、吹制成型、压延成型、拉制成型、浮法成型玻璃制品的二次加工：冷加工，热加工，表面加工（4）常用玻璃的种类：平板玻璃、日用玻璃、二、陶瓷（普通陶瓷、特种陶瓷）1、陶瓷的基本特性：玻璃、微晶玻璃（1）（2）陶瓷的力学性能：刚度大，硬度高，强度高，性脆陶瓷的热性能：变时会开裂。高，高温强度好，抗蠕变能力强；承受温度快速变化能力差，在温度剧（3）（4）（5）陶瓷的化学性能：化学稳定性高，有良好的抗氧化能力，能抵抗腐蚀介质和高温的共同作用陶瓷

18、的导电性：陶瓷的导电性变化范围很广，有的可以做半导体，有的可以做压电材料，气孔率和吸水率：气孔率是指陶瓷制品中所有空隙的体积与该制品的总体积之比，是衡量陶瓷质量和工艺制度是否合理的重要指标。吸水率反映了陶瓷制品是否烧结和烧结后的致密程度。2、陶瓷的成型工艺：原料配制、配料成型、干燥、施釉、窑炉烧结、后续加工3、常用陶瓷制品：日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、美术陶瓷、园林陶瓷（补充：陶瓷刀，是由氧化锆材料制成，特点是刀刃锋利；高强度、不磨损；不生锈变色、健康环保；耐各种酸碱腐蚀；材料化学性能稳定、不与食物反应；色泽圆润、洁白，高贵享受。充分体现了新材料的绿色环保概念，是技术为现代人奉献的又一杰作）第九章：复合材料及加工工艺1、复合材料的概念：复合材料是指两种或两种以上不同化学性质或不同组织结构的材料，通过不同的工艺方法组成的材料，一般是由高强度、量和脆性很大的增强材料和硬度低，韧性好、低模量的基体所组成。常用玻璃、碳、硼等做增强材料，以，树脂，橡胶，金属等做基体组成的各种复合材料。2、特点：比强度、比模量高；良好