材料工艺学作业模板.doc

浅谈产品设计中材料工艺学一、设计师怎样依据需要选择材料工业设计师在进行产品设计时，材料选择是以性能为依据。材料性能又受到外界条件和使用条件制约。所以，设计师在设计工业产品时决定材料所要求性能时，要考虑产品所处外界环境和使用环境。材料基础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。所以，工业设计师在设计产品时必需把握好材料性能和产品服务范围和对象，才能在造型设计中愈加好地选择和利用多种材料，提升工业造型设计效果。工业造型材料基础特征关键包含：感觉物性、加工成型性、表面工艺性和环境耐候性等。1、感觉物性，在产品设计中，对材料感觉物性认识很关键，合理利用材料感觉物性会给产品带来新特色。比如：木材含有温暖感，它纹理给人以自然、柔和、舒适感觉。2、加工成型性，工业设计师职责是进行产品设计，而产品则是经过对特定材料加工成型而付诸实现。工业造型材料必需是轻易加工成型材料，必需含有优异加工成型性。所以加工成型性是衡量工业造型材料关键原因之一。对于不一样材料，其加工成型性不一样。3、表面工艺性，任何设计全部不能直接使用基础材料和毛坯。还应该经过一系列表面处理，改变材料表面状态。其目标除了防腐蚀、防化学药品、防污染、提升产品使用寿命外，还可提升材料表面美化效果、改变产品视觉效果、提升产品视觉效果价值。所以，依据材料本身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升产品外观质量关键路径。4、环境耐候性，对于不一样使用环境，不仅要合理选择材料，而且要有对应表面处理方法。使产品经得起环境原因考验。产品设计还要遵从一系列法则：1、调和法则，就是使产品整体各个部分统一友好，使人感觉各部位材料融合、协调。2、法则，就是使产品整体各部位有对比改变，形成材质对比、工艺对比，给人以丰富心理感受。3、主从法则，即在产品设计中要有主次之分，如：对可见部分、关键部位、常触部位加工工艺要精良，选材要到位。而对不可见部位、次要部位，就应从简从略处理。4、适正当则，取得优美艺术处理，不在于多么珍贵材料堆积，而在于材料合理配置。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，要综合考虑材料固有特征，充足发挥材料优势，而且要扬长避短，这么才能发明出优异工业设计作品。材料物理性能包含：1、材料密度和质量。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。材料化学性能包含：1、耐腐蚀性，2、抗氧化性，3、耐候性。不一样材料针对了不一样加工工艺，不一样加工工艺产生出不一样效果产品。所以说，只有处理好了认识材料和想要得到最终效果之间关系，就不难设计出好产品了。工业设计师要学会匠心独运，别出心裁，不停丰富自己阅历，多接触、多了解、多掌握传统材料和新型材料。这么才能妙笔生花，甚至化腐朽为神奇，发明出更多更美好改变世界工业产品。二、不一样材料性质及加工工艺因为不一样材料含有不一样物理属性和化学属性，其加工工艺也不尽相同。1、塑料特征和加工工艺塑料特征：塑料优点：（1）塑料质量轻，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。塑料缺点：塑料缺点关键是强度、刚度、耐热性比金属差。一般塑料只能在低于100以下工作。塑料热膨胀系数比金属大310倍，很轻易因为温度差异而影响产品尺寸精度。另外，塑料在受到外界光、热、机械力等影响时，会产生变质、变色和变脆老化现象。塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料成型加工性能：（1）吸湿性。假如塑料含水量过多，就会在加工成型时产生气体而在制品上形成气泡，造成产品质量缺点。所以对亲水塑料在加工成型前要优异行干燥处理。（2）塑料物理聚焦态。（3）流动性和流变性。流动性差塑料在注塑时需要较大压力，流动性太好塑料成型时轻易产生溢边。（4）结晶性。我们能够经过调整冷却速度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性质。假如两种塑料不相容，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，全部会有收缩现象。进行模具设计时，一定要考虑塑料成型收缩率。（10）毒性，刺激性和腐蚀性。塑料产品设计标准：（1）尺寸精度，要考虑到不一样塑料流动性。（2）脱模斜度，在设计塑料产品时，必需要设计足够脱模斜度。因为塑件在模具中成型后就逐步因冷却而收缩，这么就会使四溅包住型腔中突出部分，使开模取件发生困难，甚至可能使塑件表面擦伤、拉毛。假如塑件本身没有结构斜度，在模具设计时就应该留有一定工艺斜度。（3）壁厚，模具壁厚要大小适中。（4）加强筋，为了满足塑料产品对刚度和强度要求，就必需设计加强筋。（5）支撑面，塑料产品通常见底部边框或单独设计底脚来替换连续平面作为产品底部支撑面。（6）圆角，塑料产品全部转折角全部应该尽可能设计成圆角，因为尖角轻易造成应力集中，当塑件受到冲击时轻易破裂。（7）孔，要考虑到塑料工艺强度。（8）螺纹。（9）嵌件，大多是金属嵌件，也能够是玻璃、木材、橡胶。在塑料制品设计加工时一定要考虑到以上原因。以下是举例说明：ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）化学和物理特征：ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体全部含有不一样特征：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯含有坚韧性、抗冲击特征； 苯乙烯含有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。三种单体聚合产生了含有两相三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。 ABS特征关键取决于三种单体比率和两相中分子结构。这就能够在产品设计上含有很大灵活性，而且由此产生了市场上百种不一样品质ABS材料。这些不一样品质材料提供了不一样特征，比如从中等到高等抗冲击性，从低到高光洁度和高温扭曲特征等。 ABS材料含有超强易加工性，外观特征，低蠕变性和优异尺寸稳定性和很高 抗冲击强度。 注塑模工艺条件： 干燥处理：ABS材料含有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。提议干燥条件为：8090下最少干燥2小时。材料温度应确保小于0.1%。 熔化温度：210-280；提议温度：245。 模具温度：25-70。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则造成光洁度较低）。 注射压力：5001000bar。注射速度：中高速度。经典用途：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和喷气式雪撬车等。2、金属特征和加工工艺金属特征：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。能够制成合金，发挥金属优势。缺点：轻易腐蚀、氧化，变破旧。加工工艺通常有：铸造、铸造、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影响及提升冲模寿命方法：(1)冷冲压用原材料影响。要做到：冲压前应对原材料牌号、厚度、表面质量进行严格检验还要确保材料表面质量和清洁。(2)排样和搭边影响：排样方法和搭边值对模具寿命影响很大，无须要往复送料排样法和过小搭边值往往是造成模具急剧磨损和凸凹模啃伤关键原因。(3)模具导向结构和导向精度影响：必需和可靠导向，对于减小工作零件磨损，避免凸凹模啃伤极为有效。(4)模具几何参数影响：凸凹模形状、间隙和圆角半径不仅对冲压件成形影响极大，而对模具磨损影响也很大。B、模具材料影响：模具材料性质及热处理质量对模具寿命影响是影响模具寿命诸原因中最关键原因。（1）模具热加工和表面强化影响（2）模具加工工艺影响：模具加工后模具表面粗糙度对模具寿命影响很大，所以要依据制件情况，合理选择加工工艺。（3）压力机精度和刚性影响（4）模具使用、维护和保养影响（5）正确使用、维护和保管模具是提升模具寿命关键方面。它包含模具正确安装和调整；注意保持模具清洁和合理润滑；预防误送料、上双料；严格控制凸模进入凹模深度，控制校正弯曲、整形等工序中上模下死点位置；立即打磨、抛光等。D、对冷冲模具用钢使用性能基础要求：（1）含有高硬度和强度，以确保模具在工作过程中抗压、耐磨、不变形、抗粘合；（2）含有高耐磨性，以确保模具在长久工作中，其形状和尺寸公差在一定范围内改变，不因过分磨损而失效；（3）含有足够韧性，以预防模具在冲击负荷下产生脆性断裂；（4）热处理变形小，以确保模具在热处理时不因过大变形而报废；（5）有较高热硬性，以确保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、玻璃性质和加工工艺玻璃种类：（按组成份类）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。玻璃关键成份：关键由以二氧化硅为主多种氧化物组成。玻璃性质关键有：硬度大，一般玻璃易碎，破碎以后产生锋利断口，因为是非晶体，所以没有固定熔沸点。透光性好，不溶于水，耐腐蚀，化学性质稳定，不耐高温。A、不一样种类玻璃生产工艺特点：（1）瓶罐玻璃通常均采取连续作业池窑生产，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）器皿玻璃组成要求：含有使用要求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）平板玻璃生产工艺特点：窑内各项热工制度很稳定并易于调整，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：有良好化学稳定性，关键表现为对酸、碱和水侵蚀抵御性好，对冷热急变抵御能力强，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能够得到多种不一样色调颜色玻璃。B、玻璃深加工：（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）玻璃表面处理：第一，形成玻璃光滑面或散光面，经过表面处理控制玻璃表面凹凸；第二，改变玻璃表面薄层组成，改善表面性质，以得到新性能；第三，进行表面涂层。4、陶瓷性质和加工工艺陶瓷性质：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。不含有可塑性，一旦成型就无法修改。含有不可改变性质。能够长久保留。原料造价低廉，很轻易获取。陶瓷是以粘土为关键原料，并和其它矿物原料经过破碎、混合、成形、烧成等过程而制得制品。陶瓷关键加工工艺有：（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。空心注浆适适用于浇注薄壁制品。注浆成形关键依靠多孔模具脱水作用。实心注浆又称双面注浆，模型从两面吸收泥浆中水分，直到模心内腔吸满为止，脱模后是一个实心物体。强化注浆方法：为缩短模型吸浆时间，提升成坯质量，常采取压力注浆、离心注浆、真空注浆等。注浆成形对泥浆要求：(1)流动性好。可充足流注到模型各个部位。(2)稳定性好。久置后各组分颗粒不全沉淀。(3)含有适应触变性。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，增加坯体强度，降低干燥收缩，缩短生产周期，延长石膏模使用寿命。(5)滤过生能好。使泥浆中水分能顺利地经过附着在模型壁上泥层而被模型吸收。通常可经过改变泥浆中瘠性原料和塑性原料含量来调整泥浆滤过性。(6)形成坯体要有足够强度。注浆以后凝固，开模。就能够进入下一步：烧制成型。以上就是生活中常见多个材料在产品设计中关键加工工艺举例。工业设计师在设计产品时，要考虑原因很多。这就要求设计师生平要丰富自己阅历，尽可能完善自己，多参与实践活动，多研究材料加工工艺，对材料本身要有更多、更深见解，能够熟练掌握和利用多种不一样材料发明出丰富、含有不一样特殊功效和新奇外观产品，这么才能成为一个合格工业设计师。材料工艺学是一门深奥学问。需要是终年累月不停丰富和积累，不仅要对传统材料有很深认识和独到见解，还要对新型材料有很好了解和认识。不仅会观察，还要会巧妙利用不一样材料来塑造不一样产品，提升产品本身价值，进而产生不一样艺术效果和使用效果来丰富我们生活。我们生活也将因材料工艺学不停发展而变得愈加丰富多彩。