造型材料及成型工艺习题及答案(复习参考).doc

一、判断题，正确的在后面括号打“ ”，错误的打“”。
1 ）在产品的方案设计阶段，可以不考虑加工工艺，当设计定型后，才作加工工艺的选择。（ ）
2 ）金属材料的机械性能，是指金属材料在外力（载荷）作用下表现出来的性能。（ ）
3 ）为保证设计的有效性，工业设计人员必须了解各种材料的性能以及各种加工工艺。（ ）
4 ）材料的基本性能是量化参数。这些量化参数都是实验检测所得，与外界条件无关。（ ）
5 ）材料的铸造性包含流动性和收缩性。（ ）
6 ）绿色材料主要有生物降解材料和循环与再生材料。（ ）
7 ）所谓绿色材料指的就是天然材料。（ ）
8 ）材料美学在产品造型设计中具体化，就是质感设计。（ ）
9 ）质感就是人的感觉器官对材料特性作出的综合印象。（ ）
10 ）质感是工业造型设计基本构成的三大感觉要素之一。（ ）
11 ）质感包括两个基本属性：一是生理属性，二是物理的属性。（ ）
12 ）肌理指的是物体表面的组织构造。（ ）
13 ）材料的肌理分视觉肌理和触觉肌理。（ ）
14 ）质感设计的形式美，同样符合美学基本法则。（ ）
15 ）质感就是人的感官对材料表面肌理作出的综合印象同表面颜色没有关系。（ ）
16 ）产品造型设计必须有一定的工艺方法与水平来保证。工业设计人员必须了解材料的各种工艺方法才能保证设计的有效性。（ ）
17 ）只要产品的材料和结构方式相同，不管用什么工艺方法，其外观效果都不会有太大差别。（ ）
18 ）设计出来的产品，无论什么造型，都可以选择合适的材料和工艺来实现。（ ）
19 ）碳钢：以铁、碳为主要成分的合金。（ ）
20 ）碳在钢中有相当重要的作用，钢材中的碳含量越高，其硬度越小。（ ）
21 ）钢材中的硫、磷含量越少，钢的质量越高。（ ）
22 ）铜的导电性和导热性都优于钢和铝，但铜合金的耐磨性不如铝合金。（ ）
23 ）钢和铜合金都可以通过化学方法产生氧化膜保护表面。（ ）
24 ）所谓高分子材料指的就是塑料。（ ）
25 ）有机玻璃的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，其是塑料中唯一的一种透明材料。（ ）
26 ）热固性塑料指的是一种用加热方法固化的塑料。（ ）
27 ）ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种塑料在高温下混合而成。（ ）
28 ）注塑工艺成型周期短、生产效率高，所有热塑性塑料都可用注塑工艺成型。( )
二、填空题
1 ）造型材料按形态分类主要可分为： 、 和 。
2 ）材料的使用是人类社会文明发展的标志。当今， 、
与 已成为现代社会和现代技术的三大支柱。
3 ）按材料的物质结构分类，可将材料分为 、 、 和 四大类。
4 ）测量压痕表面积计算出的硬度值为 硬度；测量压痕深度计算出的硬度值为 硬度。
5 ）材料美学具体化就是 。
6 ）构成产品外观的三大基本感觉要素是 、
和 。
7 )绿色设计的4R理念属于一种设计方法，4R分别表示： 、 、 和 。
8 ）材料的肌理分 和 。
9 ）金属材料可分为 和 两大类。其中C≤0.02%的钢铁材料称之为 ，C≥2.11%的钢铁材料称之为 ，C含量界于两者之间的钢铁材料称之为 。
10 ）不锈钢面盆一般选用 ，采用 工艺生产。
11 ）材料的铸造性主要包含 和 。
12 ）塑料主要由 和 组成。
13 ）塑料按热性能可分为 和 两大类。
14 ) 塑料成型是将 和 的混合物作为原料，制成制品的工艺过程。
15 ）ABS塑料是由 、 和 组成的三元共聚物。
16 ）塑料瓶一般采用 工艺生产。
17 ）马口铁是将低碳钢薄板经 工艺处理后得到的具有较好的抗氧化能力的金属材料。
18 ）以镍为主要合金元素的铜合金称为 。
19 ）20A 、1Cr13 、0Cr18Ni9的碳含量分别是： 、 和 。
20 ）根据材料的变形特点可将冷冲压工序分为 和 两类。
21 ）塑料按树脂在受热时所发生的不同变化分为 、 ；按树脂的合成方法分为 、 ；按成型方法不同分为 、 ；按使用性能分为 、 。
22 ）塑料受热随温度变化可呈现 、 和 三种力学状态。
23 ）常用的面版材料主要有 、 和 三种。
三、问答题
1) 什么是绿色材料？典型绿色材料有那些？
2) 根据人的知觉感受，材料肌理还可分为那两类？并举例说明。
3) 在测定材料力学性能时，拉伸试验可测定材料的那些力学性能？表达这些性能的符号、公式和单位是什么？
4) 面板设计主要采用什么材料，它们各自有那些特点？
5) 金属的特性表现在那几个方面？
6) 铝及铝合金有那些特点？
7) 铜及铜合金具有那些主要性能？
8) 金属的铸造工艺有那些特点？
9) 熔模铸造工艺有那些主要特点：
10) 什么叫金属的塑性加工？塑性加工有那些主要特点？
11) 金属材料的塑性加工主要有那些工艺？
12) 什么叫板料冲压？
13) 板料冲压按加工热状态可分为那两种，各自特点是什么？
14) 冲压加工的特点有那些？
15) 冲压加工的主要工艺有那些?
16) 什么是铝合金的氧化与着色处理？
17) 铝合金表面形成金属氧化物保护膜的方法有哪些？
18) 什么是金属材料热浸涂层工艺？常用的热浸镀金属有那些？并举两个以上应用实例。
19) 什么是高分子化合物？
20) 按热性能分,塑料可为哪两类?
21) 塑料有那些综合特性？
22) 什么是ABS塑料？ABS塑料有什么主要特点和用途？
23) 什么叫塑料成型？
24) 塑料受热随温度变化呈现那三种力学状态，这三种力学状态对应的成型加工方法有哪些？
25) 塑料成型方法的选择主要取决于哪些？
26) 注射成型（注塑成型）的原理是什么？该工艺有那些主要特点？
27) 塑料制品常用的表面处理方法有以下四种：
28) 以下钢号各表示什么钢种，它们分别有那些含义？
Q210、20、45A、T7、T8A、40Gr、1Cr13、1Cr18Ni9
29) 铝合金主要有那些特点？

四、应用题
1）设计任务要求用一种轻便、散热效果好、较经济和有绚丽外观效果的材料作显示器外壳，请选择造型材料和成型工艺，并作简要说明。

2）一种电熨斗的上壳和握把连接部分由不锈钢整体做成，握把连接部分的最高温度为120摄氏度，请对握把作材料选择和质感设计，并对设计作简要说明。

3）客户要求用轻质金属材料生产一种动物造型的办公桌面工艺品，表面要用单一的鲜艳色泽修饰。请选择材料和加工工艺。
五、阐述题
为什么说学习材料与工艺对工业设计是非常必要的?

一、判断题，正确的在后面括号打“√”，错误的打“×”。
1 ）（ × ）
2 ）（ √ ）
3 ）（ √ ）
4 ）（ × ）
5 ）（ √ ）
6 ）（ √ ）
7 ）（ × ）
8 ）（ √ ）
9 ）（ √ ）
10 ）（ √ ）
11 ）（ √ ）
12 ）（ × ）
13 ）（ √ ）
14 ）（ √ ）
15 ）（ × ）
16 ）（ √ ）
17 ）（ × ）
18 ）（ × ）
19 ）（ √ ）
20 ）（ × ）
21 ）（ × ）
22 ）（ × ）
23 ）（ √ ）
24 ）（ × ）
25 ）（ × ）
26 ）（ × ）
27 ）（ × ）
28 ）( √ )
二、填空题
1) 线状材料 、 板状材料 、 块状材料
2） 材料 、 能源 、 信息
3） 金属材料 、 无机材料 、 有机材料 、 复合
4） 布氏 洛氏
5） 质感设计
6) Recovery（回收）、Recycle（再循环）、Reuse（再利用）、Reduce（减量）。
7) 形态 、 色彩 、 质感
8） 视觉肌理 、 触觉肌理
9） 黑色金属 、 有色金属 、 纯铁 、 铸铁 、 钢
10） 不锈钢板材 、 冲压
11） 流动性 、 收缩性
12） 合成树脂 、 添加剂
13） 热塑性塑料 、 热固性塑料
14) 树脂 、 添加剂
15） 丙烯腈 、 丁二烯 、 苯乙烯
16） 吹塑
17） 热浸镀锡
18） 白铜
19） 0.2 ％ 、 0.1％ 、≤0.08％
20） 分离工序 、 成形工序
21）热固性塑料、热塑性塑料、缩合物塑料、聚合物塑料、 层压塑料、压缩塑料、工程塑料、 通用塑
22） 玻璃态 、 高弹态 、 粘流态
23） 金属铝板 、 工程塑料 、 贴塑铝板
三、问答题
1）答：绿色材料(生态或环境材料)是指具有良好使用性能，对资源和能源消耗少，对生态环境污染小，可再生利用率或可降解,循环利用率高，在材料的制备、使用、废弃到再生循环利用的整个过程中，都与环境协调的材料。典型绿色材料有：
生物降解材料：一类是淀粉基热塑性塑料制品，另类是脂肪族聚酯塑料制品。
循环与再生材料：可多次重复循环使用；废弃物可作为再生资源；废弃物的处理对环境不产生二次污染或对环境影响小。

2）答：视觉肌理和触觉肌理。
视觉肌理：木材的木纹、玻璃雕刻及印花、镀铬的效果（银光亮）等；触觉肌理：凹凸感、湿润和干涩感、凉爽与温暖感、玻璃的硬和凉等

3）答：拉伸试验可测定材料力学性能、表达这些性能的符号、公式和单位如下表所示：
力学性能
符号
公式
单位
强度
抗拉强度
σb
Pb
σb＝———
F0
MPa
屈服强度
σs
Ps
σb＝———
F0
MPa
塑性
伸长率
δ
Lk- L0
δ＝－——— ×%
L0
%
断面收缩率
Ψ
Fk- F0
δ＝—－—— ×%
F0
%
弹性
弹性极限
σe
Pe
σe＝———
F0
MPa

4）答：产品的面板设计主要采用的材料和特点是：
1、金属铝板。特点：铝板质轻，加工和处理方法简单多样，适宜单件小批量和大量制作，应用普遍。
2、工程塑料。特点：可制成有凹凸感的版面，具有色泽柔和、多样、美观大方的特点应用广泛，易于大批量生产。
3、贴塑铝板和贴塑钢板。特点：铝板或钢板实行塑料贴面具有颜色多样、实干细腻、朴素大方、稳重高雅的艺术效果。

5）答：金属的特性表现在以下几个方面：
1都具有一定的强度、硬度和塑性等，
2是电与热的良导体。
3金属材料表面具有金属所特有的色彩与光泽。
4金属可以与其他金属或非金属在熔融态下形成合金，以改善金属的性能。
5除了贵金属之外，几乎所有金属的化学性能都较活泼，易氧化而生锈，6产生腐蚀。故金属产品表面都要进行保护处理。

6）答：铝及铝合金的特点有：
1密度小、比强度高 
2纯铝的密度为 2.7g/cm3, 仅为铁的1/3。铝合金的密度与纯铝相近。铝合金（强化后）的强度与低合金高强钢的强度相近，铝合金比强度比一般高强钢高得多。
3有优良的物理、化学性能
4铝的导电性好，仅次于银、铜和金，在室温时的导电率约为铜的64%。
5铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力，铝及铝合金磁化率极低，接近于非铁磁性材料。
6加工性能良好，铝及铝合金(退火)的塑性很好，可以冷成形。切削性能也很好。超高强铝合金成形后可通过热处理获得很高的强度。铸铝合金的铸造性能极好。

7）答：铜及铜合金具的主要性能有：
1优异的物理、化学性能  
铜导电性、导热性极很好。
铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力较高。
铜是抗磁性物质。
2良好的加工性能。 
塑性很好，容易冷、热成形；
铸造铜合金有很好的铸造性能。
具有某些特殊机械性能，例如优良的减摩性和耐磨性(如青铜及部分黄铜)，高的弹性极限和疲劳极限(如铍青铜等)。
3具一定的色泽
不同的铜合金具有不一样的颜色，有独特的质感效果。

 8）答：金属的铸造工艺的特点是：
1适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m 。
2可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。
3成本较低。与其它工艺方法相比，铸造成型生产成本低，
4不足点：容易产生组织缺陷，力学性能偏低，质量不稳定。因此，铸件多数做为毛坯用。

9）答：熔模铸造工艺的特点如下：
1可不考虑脱模问题，无分型面。
2铸件形状精度高，表面光洁，不必加工或少加工。
3能够铸造各种合金铸件。
4适用于中小型、薄壁、复杂的铸件，铸件重量一般不超过25Kg。
5熔模铸造工序多，生产周期长。

10）答：塑性加工又称金属压力加工，是指在外力作用下使金属坯料发生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械力学性能的坯件或零件的加工方法。
金属材料的塑性加工的主要特点是：
在成型的同时，还能改善材料的组织结构与形态而引起性能的变化。
不宜于加工脆性材料或形状复杂的制品。
适于专业大规模生产，要用专门设备和工具。

11）答：主要有：锻造、轧制、挤压、拔制和冲压工艺。

12）答：板料冲压常简称冲压，是在压力作用下利用模具使金属板料分离或产生塑性变形，以获得所需工件的工艺方法。

13）答：有热冲压和冷冲压之分。前者是对变形抗力高，塑性较差的板料加工；后者则在室温下，对低碳钢薄板材、有色金属及合金板材进行加工。如生活铝制品、铝、镁合金材质的电器壳体等。

14）答：冲压加工生产的特点：
生产效率高，产品尺寸均匀一致，表面光洁，适合大批量生产，成本低。
冲压加工，广泛应用在航空、汽车、电器等工业上和生活日用品的生产。
15）答: 压加工的主要工艺有冲孔、落料、剪裁、弯曲、拉深、卷边等。

16）答：铝合金的氧化处理是使铝合金表面通过电化学或化学反应，在其表面可形成具有一定厚度、硬度、耐腐蚀性和耐磨性的AI2O3覆盖膜保护层。该保护层附着力强，不会从基体上剥落，又易着色。再者，该氧化物覆盖膜具有多孔性，吸附力强，是作为电镀和涂装工艺的良好底层。

17）答：铝合金表面形成金属氧化物保护膜的方法有：
1电化学氧化法——阳极氧化法
2化学氧化
刚得到的新鲜氧化膜层，它具有多孔性，吸附力强，容易染上各种颜色，具有很好的装饰效果。

18）答：金属材料热浸涂层工艺是金属材料热浸镀保护层的方法。其工艺过程是：将去油污后的制品，浸渍于液态金属中，经短时间取出后使制品表面吸附上一薄膜金属保护层。
热浸涂层的材料主要是一些低熔点的有色金属，工业上被广泛采用的热浸镀金属有：Sn、Zn、AI、Pb等。例如，罐头盒材料——马口铁，即低碳钢铁皮。经热浸镀金属锡Sn后，得到热镀锡层，具有很好的耐蚀能力。又如，白铁皮、白铁丝，经热镀铝后形成具有极好的抗氧化能力的铝层。

19）答：高分子化合物是由一种或多种简单低分子化合物（单体）经过反复多次相互聚合成分子量特别大（至少在5000以上）的大分子化合物，又称聚合物或高聚物。如，聚乙烯，是由众多的单分子乙烯化合物聚合而成.

20）答：按热性能分,热塑性塑料和热固性塑料。

21）答：塑料的综合特性有：
1.质量轻 密度一般在0.9~2.2g/cm3之间，平均约为铝的1/2、钢的1/5。
2.导热性低，密实塑料的导热系数一般为0.12~0.80W/m.K。钢为52W/m.K.
3.比强度高，塑料及制品的比强度高，即单位密度的强度高。
4.耐腐蚀性好， 塑料对酸、碱、盐类的侵蚀，具有较强的抵抗性。
5.电绝缘性好，塑料是良好的电绝缘材料。
6.装饰性好，塑料具有良好的装饰性能，能制成线条清晰、色彩鲜艳、光泽明亮的图案。
7.经济性， 塑料制品低价格、使有价值高。
8.耐热性差， 塑料的耐热性比较差。
9.易燃 塑料，一般是可燃的，而且在燃烧时产生大量的烟雾，还会产生有毒气体。
10.易老化 ，塑料制品在阳光、空气、热等作用下，其性能变差。老化的根本原因是高分子链的交联和裂解。性能恶化的表现：失去弹性、出现龟裂、变应、变软、变粘、变色等。
11.降解困难，对环境不友好。

22）答：ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。ABS塑料的主要特点有:
1.具有"硬、韧、刚" 的特性，综合机械性能良好，
2.尺寸稳定，容易电镀和易于成形。
3.耐热性较好，在－40 ℃的低温下仍有一定的机械强度。
各种产品的外壳、把手、管道、仪表壳、仪表盘、水箱外壳等、汽车安全保险杠、扶手、纺织器材、电讯器件等。

23）答：塑料成型是将树脂和各种添加剂的混合物作为原料，制成具有一定形状的制品的工艺过程。

24）答：高聚物受热随温度变化，呈现三种状态：
1.玻璃态，当温度T<Tg时，质硬如玻璃，故称为玻璃态。即力学性质与玻璃相似。
2.高弹态，当温度升高到Tg<T<Tf范围内，在此温度范围受力时可产生很大的弹性变形，故称为高弹态。
3.粘流态，指聚合物受热温度在Tf以上时，受力时产生粘性流动，即呈熔融态。在此状态下，高聚物可通过注射、挤压、吹塑等方法成型出各种形状的塑料制品。
根据聚合物所处不同力学状态，塑料成型加工的方法可分为三种：
1.处于玻璃态的塑料，可以采用车，铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、喷涂等表面处理方法；
2.当塑料处于高弹态时，可以采用热冲压、弯曲，真空成型等热变形加工方法；
3.把塑料加热到粘流态，可以进行注射成型、挤出成型，吹塑成型等粘性流动加工。

答：塑料成型方法的选择取决于塑料的类型(热塑性或热固性)、特性、起始状态及制成品的结构、尺寸和形状等。

26）答：注射成型的原理是利用注射机中的螺杆或柱塞的直线运动，将料筒内已加热塑化的粘流态塑料以一定的压力和速度注入到合模的模腔内，冷却硬化后即成所需的制品。
注射成型的技术特点：
1是所有热塑性塑料和部分流动性好的热固性塑料的主要成型方法之一。
2能一次成型出制品外形复杂、尺寸精确和带嵌件的制品。
3成型周期短、生产效率高。
4注塑制品可不作表面处理。

27）答：常用的表面处理方法有以下四种：
①涂饰： 塑料零件涂饰的目的，主要是防止塑料制品老化，提高制品耐化学药品与耐溶剂的能力，以及装饰着色，获得不同表面肌理等。
②镀饰： 塑料零件表面镀覆金属，是塑料二次加工的重要工艺之一。它能改善塑料零件的表面性能，达到防护、装饰和美化的目的。例如，使塑料零件具有导电性，提高制品的表面硬度和耐磨性，提高防老化、防潮、防溶剂侵蚀的性能，并使制品具有金属光泽。因此，塑料金属化或塑料镀覆金属，是当前扩大塑料制品应用范围的重要加工方法之一。
③烫印： 利用刻有图案或文字的热模，在一定的压力下，将烫印材料上的彩色锡箔转移到塑料制品表面上，从而获得精美的图案和文字。
④丝网印: 在丝网上贴镂空字，然后将文字或图案刷印在塑料上。

28）答：它们分别表示的钢种和含义如下：
牌号
钢种
含 义
Q210
碳素结构钢
屈服强度210MP
20
优质碳素结构钢
碳含量约0.20％
45A
优质碳素结构钢
碳含量约0.45％、高级
T7
碳素工具钢
碳含量约0.7％
T8A
碳素工具钢
碳含量约0.8％、高级优质
40Gr
合金结构钢
碳含量约为0.40％、Gr小于1.5％
1Cr13
马氏体型不锈钢
碳含量约为0.1％、Cr含量约13％
1Cr18Ni9
奥氏体型不锈钢
碳含量约为0.1％、Cr含量约18％、Ni含量约9％

29）铝合金有以下特点：
1.密度小、比强度高 
2.纯铝的密度为 2.7g/cm3, 仅为铁的1/3。铝合金的密度与纯铝相近。
3.铝合金比强度高。铝合金（强化后）的强度与低合金高强钢的强度相近，铝合金比强度比一般高强钢高得多。
4.有优良的物理、化学性能
铝的导电性好，仅次于银、铜和金，在室温时的导电率约为铜的64%。铝及铝合金有相当好的抗大气腐蚀能力，铝及铝合金磁化率极低，接近于非铁磁性材料。
5.加工性能良好。铝及铝合金(退火)的塑性很好，可以冷成形。切削性能也很好。超高强铝合金成形后可通过热处理获得很高的强度。铸铝合金的铸造性能极好。
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四、应用题
1）答题要点参考：
1、材料选择：首先题意要求了用轻质和散热材料，再考虑到材料要有一定强度，加工性好和经济性。应选择铝合金材料。
2、加工工艺：包括成型工艺和表面处理工艺。
成型可用板材冲压或铸造。
符合题意的表面处理工艺是铝合金的阳极氧化着色。

2）答题要点参考：
1.材料选择：要有一定强度，考虑料耐热性， 考虑了加工性和经济性，适合批量生产。并作了简要说明。
2.质感设计正确阐述了以下内容：
（1）对材料的表面加工处理，并对材料生理属性、物理属性和肌理有所分析；
（2）和龙头形成的质感效果；
（3）装饰性和使用性的结合；
（4）考虑了色彩和质感的协调。

3)答题要点参考：
1、材料选择：首先题意要求了用轻质和金属材料，再考虑到材料要有一定强度，加工性好和经济性。应选择铝合金材料。
2、加工工艺：包括成型工艺和表面处理工艺。
由于动物造型比较复杂，不易脱模，应用熔模铸造法成型。
符合题意的表面处理工艺是铝合金阳极氧化或化学氧化处理后着色。
答题要点参考：
1.材料选择：首先题意要求了用轻质和金属材料，再考虑到材料要有一定强度，加工性好和经济性。应选择铝合金材料。
2.加工工艺：包括成型工艺和表面处理工艺。
由于动物造型比较复杂，不易脱模，应用熔模铸造法成型。
符合题意的表面处理工艺是铝合金阳极氧化或化学氧化处理后着色。
五、阐述题
答题要点参考：
1.从人类社会文明的进步和材料的关系阐述，材料的使用是人类社会文明发展的标志。
2.当今材料在现代社会和现代技术中的地位阐述，材料、能源与信息已成为作为现代社会和现代技术的三大支柱。
3.从工业设计的过程阐述，设计的同时就要考虑材料与工艺，对设计工业设计而言，材料是产品成型的基本载体，工艺是成型的手段，不同的材料对应有不同的工艺。
4.自己的认识和体会。