产品设计材料与工艺—总结知识分享

产品设计材料与工艺—总结1.工业设计工业设计（产品设计）是人们有意识、有目的地运用现代工业化生产方式将材料转变为具有一定使用价值或商品价值的工业产品的创造活动。

2.材料材料是可以为人类用来制造产品和工具的物质。

如金属、石材、木材、皮革，塑料、纸、天然纤维和化学纤维等。

3.材料与产品造型的发展石器时代——陶器时代——青铜器时代——铁器时代——人工合成材料时代——复合材料时代4.材料的分类（1）按材料的物质结构分类：无机材料｛金属材料，1黑色金属（铸铁、碳钢、合金钢等）2有色金属（铝、铜及合金）非金属材料。

石材、陶瓷、玻璃、石膏｝有机材料（木材、皮革、纤维、布、纸、塑料、橡胶）复合材料（玻璃纤维增强塑料、层压板、混凝土）（2）按材料的加工度分类：天然材料（木材、竹、棉、毛、皮革、石材、黏土等）人造材料（人造皮革、人造大理石、玻璃钢、塑料、玻璃、金属、合金等）加工材料（胶合板、细木工板、纸张等）（3）按材料的形态分类：线状材料（钢管、钢丝、铝管、金属棒、塑料管、塑料棒、木条、藤条）面状材料（金属板、木板、塑料板、合成板皮革、纺织布、玻璃板、纸板）块状材料（木材、石材、泡沫塑料、铸钢、铸铁、铸铝、油泥、石膏）3，材料的特性：物理性能，化学性能，工艺特性，感觉特性，可变复合性，环保性（1）物理性能：密度，力学性能（强度，弹性与塑性，脆性与韧性。

硬度，耐磨性）热性能（熔点，导热性，热胀性，耐热性）电性能（导电性，电觉缘性）磁性能（铁磁性，顺磁性。

抗磁性）光性能（反射。

透射。

折射）强度：材料在外力（载荷）作用下抵抗塑性变形和破坏作用的能力。

包括：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等。

弹性: 材料受外力作用而发生变形，外力除去后能恢复原状的性能。

塑性: 材料受外力作用而发生变形，外力除去时，仍能保持变形后的形状，而不恢复原形的性能。

脆性：材料受外力作用达到一定限度后，产生破坏而无明显变形的能力韧性: 材料在冲击荷重或振动荷重下能承受很大的变形而不致破坏的性能硬度：是指材料表面抵抗穿透和刮划的能力。

耐磨性：是指材料表面抵抗磨损的能力。

一般说来，硬度大的材料，耐磨性较强，但是不易加工。

（2）化学性能：耐腐蚀性，抗氧化性，耐候性耐腐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀破坏的能力抗氧化性：材料在常温或高温时抵抗氧化作用的能力。

耐候性：材料在各种气候条件下，保持物理和化学性能不变的性质。

（3）工艺特性：材料适应各种工艺处理要求的能力成型工艺，加工工艺，表面处理工艺（4）感觉特征：人的感觉系统因生理刺激对材料作出的反应；人的知觉系统从材料表面特征得出的信息。

生理心理属性：（触觉质感，视觉质感）材料表面作用于人的视觉和触觉系统的刺激性信息。

物理属性：（自然质感，人为质感）材料表面传达给人的知觉系统的意义信息。

木材：自然、协调、亲切、古典、手工、温暖、粗糙、感性金属：人造、坚硬、光滑、理性、拘谨、现代、科技、冷漠、凉爽、笨重玻璃：高雅、明亮、光滑、时髦、干净、整齐、协调、自由、精致、活泼塑料：人造、轻巧、细腻、艳丽、优雅、理性皮革：柔软、感性、浪漫、手工、温暖陶瓷：高雅、明亮、时髦、整齐、精致、凉爽（5）环保性：无毒无害，生物降解，循环与再生，净化环境1.金属材料金属材料是指由金属原子组成的物质。

纯金属——由单一金属原子组成的金属。

合金——以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔炼、烧结或其他方法制成的金属材料。

2.金属材料的一般特性具有独特的表面质；较高的导电、导热性能；优良的力学性能（强度、硬度、韧性、弹性、塑性等）；优良的可加工性（铸造、压力加工、焊接等）；易氧化、腐蚀。

3.金属的分类：黑色金属，有色金属黑色金属：铁及铁的合金（钢铁材料：纯铁、钢、铸铁）有色金属：除铁以外的其他金属及合金（铜、铝、镁、钛及合金等）（1）钢铁材料：铸铁和钢铸铁特性：熔点低，良好的铸造性和切削性；耐压、耐磨；生产工艺简单，价格低廉；延展性、塑性差，很脆。

钢：碳素钢，合金钢碳素钢特点：具有一定的塑性和韧性；但强度低，耐蚀性和抗氧化性较差，低温抗冲击能力差。

合金钢；（铬、锰、镍、硅、硼等）特点：与碳素钢相比，合金钢的强度大大提高，同时耐蚀性、抗氧化性和耐磨性均显著提高；但价格较高。

有色金属：工业中常用的有铜及铜合金、铝及铝合金、镁及镁合金、钛及钛合金等。

纯铜与合金：纯铜：玫瑰红色，表面氧化后成紫红色，所以也称紫铜。

纯铜特点：导电、导热性优良；耐腐蚀性强。

；塑性、韧性好，无磁性。

用途：电线、电缆、铜管、电器零件等铜合金：黄铜、白铜和青铜。

黄铜（铜 + 锌）：色泽美观，呈黄金般色泽。

黄铜特点：导电、导热性强；耐腐蚀性能、机械性能和工艺性能良好；易于切削、抛光及焊接；黄铜声音清脆，容易产生共振；较纯铜便宜。

用途：制造弹壳、乐器、仪器仪表零件、日用五金、装饰材料等。

白铜（铜 + 镍）：质地较软，色泽呈白色。

白铜特点：极高的电阻；耐腐蚀性强。

青铜（铜 + 锡）：除黄铜、白铜以外的其它铜基合金统称为青铜。

锡青铜；无锡青铜（铝、硅、锰、铅等）青铜特点：铸造收缩率最小的有色金属；在大气、海水、淡水和蒸气中十分耐腐蚀；耐磨性很好。

铝与铝合金：纯铝：银白色。

纯铝特点：密度小（ 2.7 g/cm³），相当于铜的1/3 ；导电、导热性能优良，仅次于铜；具有很好的耐大气腐蚀能力，但不耐酸、碱、盐的腐蚀；很高的塑性和延展性；但硬度、强度都很低，一般不做结构材料。

用途：炊具、电线、导电材料、散热材料及包装材料。

铝合金特点：质轻、强度高，比强度值接近或超过钢；优良的导电导热性和抗腐蚀性；易加工、耐冲压，并且可以阳极氧化成各种颜色。

镁与镁合金：纯镁：银白色，蕴藏丰富。

纯鎂特点：密度小（ 1.74 g/cm³），相当于铝的2/3 ，铁的1/4；易在空气中形成疏松多孔的氧化膜；一般不直接用作结构材料。

镁合金特点：质轻，比强度、比刚度高，仅次于钛合金及合金结构钢，但明显高于铝合金，而且疲劳极限高；散热快，电磁屏蔽性、防辐射性能、减震减噪性好；良好的抗冲击性，高于铝合金，是塑料的20倍；耐腐蚀性好（特别是煤油、汽油和碱的腐蚀），使用寿命高于铝合金；优良的铸造性能、机械加工性能和焊接性能；可以做到100%回收再利用，具有抗菌功能。

钛和钛合金：纯钛：银白色。

纯钛特点：密度小（ 4.54 g/cm³），熔点高（1675℃）；钛的比强度在金属材料中最高；优良的耐蚀性和耐热性；塑性好，易于加工成型。

钛合金特点：比强度、热强度高（工作温度550℃以上）；较好的低温韧性；抗腐蚀性、抗磨损性很强；主要缺点是不易切削和塑性加工。

4.金属材料的加工方法：铸造成型加工；金属压力加工；金属切削加工；金属连接加工；金属特种加工；金属表面处理（1）铸造成型加工：砂型铸造；金属型铸造；熔模铸造；压力铸造；离心铸造砂型铸造：用型砂制造铸型进行铸造的方法。

金属型铸造：是指利用金属材料制成铸型，在重力作用下将熔融金属浇注到铸型中制造铸件的一种铸造方法。

熔模铸造：是指利用易熔材料制成模型，并在模型表面粘结一定厚度的耐火材料，然后焙烧，将模型熔出而使金属液充满型腔获得精密铸件的一种铸造方法。

压力铸造：是将熔融金属在高压作用下，高速填入有一定温度的模具型腔内，并使金属在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。

离心铸造：是指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成形的铸造方法。

（2）金属压力加工：热加工（轧制、锻造、挤压、拉拔等）；冷加工（分离工序和成型工序）（3）金属切削加工：又称为冷加工。

利用切削刀具将金属工件多余的金属层切除，从而获得符合要求的几何形状、尺寸精度和光洁度的加工方法。

钳工：划线、錾切锯割、锉削套扣、刮研机加工：车、铣、钻镗、刨、磨（4）金属连接加工：焊接;机械连接;胶接焊接：用局部加热或加压等手段，借助于金属原子间的结合，使分离的两部分金属形成不可拆卸连接的工艺方法。

（融化焊，压力焊，钎焊）机械连接：铆接（不可拆卸连接）螺纹连接（可拆卸连接）（5）金属处理工艺：把金属材料在固态范围内通过一定的加热，保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。

（6）金属表面处理:表面涂层；表面化学染色；表面机械加工表面涂层：涂装（油漆）、珐琅被覆、镀层被覆表面化学染色：阳极氧化、发蓝处理表面机械加工：喷砂、抛光、拉丝、蚀刻1.塑料塑料是具有可塑性的有机高分子材料。

2.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，其他添加剂合成树脂：现代塑料的基本原料填料：改善塑料的性能，降低成本增塑剂：提高流动性、柔软性稳定剂：防止塑料过早老化润滑剂：防止粘模，使塑料制品表面美观着色剂：使塑料具有一定的色彩，满足需求固化剂：获得坚硬、稳定的塑料制品其他添加剂：发泡剂、阻燃剂、荧光剂、抗静电剂塑料的组成决定了塑料的种类繁多、性能优良3．塑料的分类（1）按塑料的热性能分：热固性塑料（在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，不可再生）热塑性塑料（受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成形，性能不发生变化） 热固性塑料：化学变化（加工中发生）；固化后有永久的刚性；不可回收再利用；耐热性好、尺寸稳定性好；刚性大，加工困难如： 酚醛塑料（PF ）；三聚氰胺甲酯塑料；环氧塑料（EP ）；不饱和聚酯（UP ）等塑料热塑性塑料：物理变化；受热时软化，冷却后又硬化；可以重复回收利用；耐热性差，尺寸稳定性差；柔韧性强（抗冲击、抗弯曲、抗拉伸强度），易加工成型如： 聚乙烯（PE ）、聚丙烯（PP ）、聚苯乙烯（PS ）、 ABS 、聚碳酸酯（PC ）等塑料（2）按塑料的用途分 ：通用塑料（产量大，用途广、价格低、大量应用的塑料） 工程塑料（可作为工程材料和代替金属用的塑料）特种塑料（有某种特殊功能的塑料，如发光塑料、导电塑料、泡沫塑料等）4．塑料的一般特征温度时间质轻，比强度高；化学稳定性好（不生锈、不氧化、耐酸、碱、盐）；电、热绝缘性能优良；透明性能好，并富有光泽，可以任意着色；易加工，形状复杂制品可一次整体成型；也具有自润滑、吸振、消声、气密等性能。

缺点：强度、刚度、耐热性比金属差，温度变化时尺寸的稳定性差；受到外界光、热、机械力等影响时，易老化。

5.塑料的加工工艺：塑料的成型加工，塑料的机械加工，塑料的连接，塑料的表面处理（1）塑料的成型加工：注塑，挤塑，吹塑，吸塑，压塑，滚塑注塑：适用范围广，既可用于热塑性塑料，也可用于热固性塑料和弹性体制品；能一次成型出外形复杂、尺寸精确、带有嵌件的制品；利用一套模具，可进行批量生产，成型制品几乎不需进一步加工；成型周期短，效率高，一般的生产时间为30～60秒。

挤塑：适用于热固性和热塑性塑料；能生产连续的型材制品：薄膜、管、板、棒、异型材，中空容器等；效率高，质量好，产品成本低廉；结构复杂的截面形状难以达到高精度，成型困难。