造型材料與工藝的分類及特征

2.1設(shè)計材料的分類為了更好的了解材料，從以下幾個角度來對材料進行分類：（1）按材料的來源分類第一代天然材料——不改變在自然界中所保持的狀態(tài)，或只施加低度加工的材料，如木材、竹、棉、毛、皮革、石材等第二代加工材料——利用天然材料經(jīng)不同程度的加工而得到的材料，人造板、紙、水泥、金屬、陶瓷、玻璃等第三代合成材料——利用化學(xué)合成方法將石油、天然氣和煤等制造而得到的高分子材料，如塑料、橡膠、纖維等第四代復(fù)合材料——用有機、無機非金屬乃至金屬等各種原材料復(fù)合而成的材料第五代智能材料——隨環(huán)境條件的變化具有應(yīng)變能力，擁有潛在功能高級形式的材料，如納米材料，記憶金屬等現(xiàn)在是1頁\一共有47頁\編輯于星期三2.1設(shè)計材料的分類（2）按材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)分類（根據(jù)化學(xué)鍵不同：金屬鍵、離子鍵、共價鍵）金屬材料：黑色金屬，如：鑄鐵、碳鋼、合金鋼等；有色金屬，如：銅、鋁及其合金等特殊金屬材料：非晶態(tài)金屬、高強度模鋁鋰合金、形狀記憶合金、減震合金、超塑合金、儲氫合金、超導(dǎo)合金等。無機材料：石材、陶瓷、玻璃、石膏等；高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、高頻絕緣陶瓷、導(dǎo)體陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷等有機材料：木材、皮革、塑料、橡膠等復(fù)合材料：玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料等現(xiàn)在是2頁\一共有47頁\編輯于星期三2.1設(shè)計材料的分類3）按材料的形態(tài)分類線狀材料：常用的鋼管、鋼絲、鋁管、金屬棒、塑料管、塑料棒、木條、竹條、藤條等。板狀材料：金屬板、木板、塑料板、合成板、金屬網(wǎng)板、皮革、紡織布、玻璃板、紙板等塊狀材料：木材、石材、泡沫塑料、混凝土、鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁、油泥、石膏等4）按材料加工度的分類天然材料：加工材料：人造材料：現(xiàn)在是3頁\一共有47頁\編輯于星期三2.2材料特性的評價

材料特性包括兩個方面：一是材料的固有特性，既材料的物理和化學(xué)特性，如力學(xué)性能、熱性能、電磁性能、光學(xué)性能和防腐性能等；二是材料的派生特性，它是由材料的固有特性派生兒來的，既材料的加工特性、材料的感覺特性和經(jīng)濟特性?，F(xiàn)在是4頁\一共有47頁\編輯于星期三2.2材料特性的評價現(xiàn)在是5頁\一共有47頁\編輯于星期三2.2材料特性的評價現(xiàn)在是6頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是7頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是8頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是9頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是10頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是11頁\一共有47頁\編輯于星期三2.3材料的固有特性材料的固有特性是由材料本身的組成、結(jié)構(gòu)所決定的，是指材料在使用條件下表現(xiàn)出來的性能，它受外界條件的制約。2.3.1材料的物理性能（1）密度（2）力學(xué)性能（機械性能）強度：指材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞作用的能力（Pa）。

σ-ε曲線圖，其各特征點的含義為：oa段：應(yīng)力與應(yīng)變?yōu)橹本€關(guān)系，此時a點所對應(yīng)的應(yīng)力值稱為比例極限，用σp表示。它是應(yīng)力與應(yīng)變成正比例的最大極限。σ=Eε即胡克定律，E為彈性模量，單位與σ相同。在屈服階段應(yīng)力不變而應(yīng)變不斷增加，這種現(xiàn)象叫屈服。對應(yīng)的應(yīng)力σs叫屈服極限。讓試件繼續(xù)變形，必須繼續(xù)加載，最高點（e點）所對應(yīng)的應(yīng)力σb稱為強度極限。應(yīng)力達到強度極限后，試件局部發(fā)生劇烈收縮的現(xiàn)象，稱為頸縮。σs，σb是衡量材料強度的重要指標?，F(xiàn)在是12頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是13頁\一共有47頁\編輯于星期三為度量材料塑性變形的能力，定義延伸率δ和截面收縮率為材料分為兩類：δ≥5%-塑性材料；δ＜5%-脆性材料。其它塑性材料拉伸時的力學(xué)性能工程上規(guī)定取完全卸載后具有殘余應(yīng)變量0.2%時的應(yīng)力叫名義屈服極限，用σ0.2

表示。鑄鐵拉伸時的力學(xué)性能具有以下特點

1）鑄鐵拉伸時的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，它只有一個強度指標；且抗拉強度較低；

2）在斷裂破壞前，幾乎沒有塑性變形；

3）關(guān)系近似服從胡克定律，并以割線的斜率作為彈性模量。

極限應(yīng)力，許用應(yīng)力，安全系數(shù)工程材料失效的兩種形式為：（1）塑性屈服，指材料失效時產(chǎn)生明顯的塑性變形，并伴有屈服現(xiàn)象。如低碳鋼、鋁合金等塑性材料。（2）脆性斷裂，材料失效時幾乎不產(chǎn)生塑性變形而突然斷裂。如鑄鐵、混凝土等脆斷材料。

現(xiàn)在是14頁\一共有47頁\編輯于星期三極限應(yīng)力：對于塑性材料，進入塑性屈服時的應(yīng)力取屈服極限；對于脆性材料：斷裂時的應(yīng)力是強度極限。許用應(yīng)力：保證構(gòu)件安全可靠工作所容許的最大應(yīng)力值。安全系數(shù)的選取原則充分體現(xiàn)了工程上處理安全與經(jīng)濟一對矛盾的原則，是復(fù)雜、審慎的事。其影響因素：（1）對載荷估計的準確性與把握性。（2）材料的均勻性與力學(xué)性能指標的穩(wěn)定性。（3）計算公式的近似性：由于應(yīng)力、應(yīng)變等理論計算公式建立在材料均勻連續(xù)，各向同性假設(shè)基礎(chǔ)上，拉伸（壓縮）應(yīng)力，變形公式要求載荷通過等直桿的軸線等，所以材料不均勻性，加載的偏心，桿件的初曲率都會造成理論計算的不精確。（4）環(huán)境：如加工精度，腐蝕介質(zhì)，高、低溫等問題均應(yīng)予以考慮?，F(xiàn)在是15頁\一共有47頁\編輯于星期三彈性和塑性：彈性指材料受外力作用而發(fā)生變形，外力除去后能恢復(fù)原形狀的性能。塑性指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，外力除去后能保持變形后的形狀，而不恢復(fù)原形狀的性能。脆性和韌性：指材料受外力作用達到一定限度后，產(chǎn)生破壞而無明顯變形的性能。韌性指材料在沖擊載荷或振動載荷下能承受很大的變形而不致破壞的性能。硬度：材料表面抵抗塑性變形和破壞的能力（材料抵抗其他物體壓入自己表面的能力）。耐磨性：在摩擦力作用下，材料表面抵抗磨損的能力?？蛊谛裕翰牧显诜磸?fù)作用力(拉伸、壓縮、彎曲、扭曲等)下抵抗破壞的能力。應(yīng)力的振幅超過某一限度材料即會導(dǎo)致材料的斷裂，這一限度稱為疲勞極限。疲勞壽命指在某一特定應(yīng)力下，材料發(fā)生疲勞斷裂前的循環(huán)數(shù)?，F(xiàn)在是16頁\一共有47頁\編輯于星期三（3）熱性能熔點：由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時的溫度稱為材料的熔點。比熱容：將1kg的材料溫度升高1℃所需要的熱量稱為該材料的比熱容。單位J/(kg·K)熱膨脹系數(shù)導(dǎo)熱性：材料將熱量從一側(cè)表面?zhèn)鬟f到另一側(cè)表面的能力，通常用導(dǎo)熱系數(shù)來表示。主要影響因素：空隙率和含水量。耐熱性：材料長期在熱環(huán)境下抵抗熱破壞的能力，通常用耐熱溫度來表示。熱膨脹性：材料由于溫度變化產(chǎn)生膨脹或收縮的性能，通常用線膨脹系數(shù)表示。耐燃性：材料對火焰和高溫的抵抗性能。耐火性：材料長期抵抗高熱而不熔化的性能，或稱耐熔性。現(xiàn)在是17頁\一共有47頁\編輯于星期三（4）電性能導(dǎo)電性：材料傳導(dǎo)電流的能力。通常用導(dǎo)電率來衡量導(dǎo)電性的好壞。電絕緣性：材料阻止傳導(dǎo)電流的能力。（5）磁性能：磁性能是指金屬材料在磁場中被磁化而呈現(xiàn)磁性強弱的性能。按磁化程度分：鐵磁性材料：在外加磁場中，能強烈被磁化到很大程度，如鐵、鈷、鎳等。順磁材料：在外磁場中，只能被微弱磁化，如錳、鉻、鉬等?？勾挪牧希耗軌蚩咕芑驕p弱外加磁場磁化作用的材料，如銅、金、銀、鉛、鋅等。（6）光性能：材料對光的反射、投射、折射的性質(zhì)?，F(xiàn)在是18頁\一共有47頁\編輯于星期三2.3.2材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能指材料在常溫或高溫時抵抗各種介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)侵蝕的能力，是衡量材料性能優(yōu)劣的主要質(zhì)量指標。耐腐蝕性：材料抵抗周圍介質(zhì)腐蝕破壞能力?？寡趸裕翰牧显诔鼗蚋邷貢r抵抗氧化作用的能力。耐侯性：材料在各種氣候條件下，保持其物理性能和化學(xué)性能不變的性質(zhì)?，F(xiàn)在是19頁\一共有47頁\編輯于星期三2.4材料的工藝性工藝對產(chǎn)品造型設(shè)計的作用：精湛的工藝技術(shù)是實現(xiàn)產(chǎn)品最佳效果的前提和保障。在產(chǎn)品造型設(shè)計中，應(yīng)依據(jù)切實可行的工藝條件和工藝方法，編排出一套合理的工藝程序方案，確保工藝技術(shù)在加工過程中得以盡量發(fā)揮，將工藝的美從產(chǎn)品中淋漓盡致地體現(xiàn)出來。材料的工藝性是指材料適應(yīng)各種加工處理要求的能力，材料的工藝性包括材料的成型工藝、加工工藝和表面處理工藝。Laborious鐘：材質(zhì)：整塊不銹鋼板工藝：沖孔、彎曲、切割、鉚接、研磨、拋光、涂飾等其造型簡潔明快，突出了機械美所特有的力量感和現(xiàn)代感，并生動地表現(xiàn)出人類的心靈手巧和嫻熟的技能?，F(xiàn)在是20頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是21頁\一共有47頁\編輯于星期三2.4.1材料的成型加工任何一件產(chǎn)品都具有一定的形狀和結(jié)構(gòu)特征,形狀和結(jié)構(gòu)特征是通過對材料的成型加工獲得的。成型加工包括熔融狀態(tài)下的一次成型和冷卻后的車、銑、刨、磨等二次加工。成型加工工藝對設(shè)計效果的影響因素：1工藝方法不同的材料有不同的加工方法；鋼鐵材料：木材：塑料：相同的材料和結(jié)構(gòu)方式，采用不同的工藝方法，所獲得的外觀效果差異很大；相同的造型，由于所選材料和工藝方法不同，其造型結(jié)構(gòu)也發(fā)生相應(yīng)的變化，以至最終的外觀造型效果也有一定的差別?，F(xiàn)在是22頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是23頁\一共有47頁\編輯于星期三

2工藝水平

3新工藝采用

4工藝方法的綜合應(yīng)用

現(xiàn)在是24頁\一共有47頁\編輯于星期三2.4.2材料的連接工藝1.機械連接2.焊接3.粘接技術(shù)4.靜連接5.動連接現(xiàn)在是25頁\一共有47頁\編輯于星期三2.4.3材料的表面處理表面處理技術(shù)是指采用諸如表面電鍍、涂裝、研磨、拋光、覆貼等能改變材料表面性質(zhì)與狀態(tài)的表面加工與裝飾技術(shù)。1表面處理的目的從產(chǎn)品造型設(shè)計出發(fā)，表面處理的目的：一是保護產(chǎn)品，既保護材料本身賦予產(chǎn)品表面的光澤、色彩、肌理等而呈現(xiàn)出的外觀美，并提高產(chǎn)品的耐用性，確保產(chǎn)品的安全性，由此有效地利用材料資源；二是根據(jù)產(chǎn)品造型設(shè)計的意圖，改變產(chǎn)品表面狀態(tài)、賦予表面更豐富的色彩、光澤、肌理等，提高表面裝飾效果，改善表面的物理性能（光性能、熱性能、電性能等）、化學(xué)性能（防腐蝕、防污染、延長使用壽命）及生物學(xué)性能（防蟲、防腐、防霉等），使產(chǎn)品表面有更好的感覺特性。表面處理技術(shù)，既可使相同的材質(zhì)具有不同的感覺特性（同材異質(zhì)感），又可使不同材料獲得相同的感覺特性（異材同質(zhì)感）?，F(xiàn)在是26頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是27頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是28頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是29頁\一共有47頁\編輯于星期三2表面處理的類型設(shè)計中所采用的表面處理技術(shù)，一般可分為三類，如表2-3：現(xiàn)在是30頁\一共有47頁\編輯于星期三表面被覆表面被覆的概念在原有材料表面堆積新物質(zhì)的技術(shù)。依據(jù)被覆材料和被覆處理方式不同，表面被覆處理有鍍層被覆、有機涂層被覆、琺瑯被覆等。（1）鍍層被覆：在制品表面形成具有金屬特性的鍍層。

A作用：不僅能提高制品的耐蝕性和耐磨性，而且能夠增強制品表面的色彩、光澤和肌理的裝飾效果。提高導(dǎo)電導(dǎo)磁性能；提高光的反射性能；修復(fù)工件尺寸等。

B鍍層被覆的金屬有：銅、鎳、鉻、鐵、鋅、錫、鋁、鉛、金、銀、鉑及其合金?，F(xiàn)在是31頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是32頁\一共有47頁\編輯于星期三C電鍍的基本原理D影響電鍍的因素：

①表面的鍍前處理（整平、除油等）；②電鍍液的組成（成分與濃度等）及凹處產(chǎn)生鍍層的能力；③電解規(guī)范的控制；④電鍍零件的設(shè)計細節(jié)CuFeCuSO4現(xiàn)在是33頁\一共有47頁\編輯于星期三E金屬鍍層的分類及其應(yīng)用來分類①防護性鍍層②裝飾—防護性鍍層③特殊性能鍍層F常用的金屬表面裝飾電鍍①鍍鉻（防護裝飾性鍍鉻、鍍黑鉻、乳白鉻、鍍硬鉻、多孔性鍍鉻）②鍍鎳③鍍銀（燈具）④鍍金⑤鍍合金現(xiàn)在是34頁\一共有47頁\編輯于星期三G塑料電鍍的基本工藝過程塑料制作電鍍成品化學(xué)鍍還原處理活化處理敏化處理機械粗化化學(xué)除油化學(xué)粗化現(xiàn)在是35頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是36頁\一共有47頁\編輯于星期三（2）涂層被覆：涂層被覆技術(shù)是在制品表面形成以有機物為主體的膜層，并干燥成膜的工藝。

涂裝的目的：①保護作用：防止制品表面受腐蝕、被劃傷和臟污，提高制品的耐久性；②裝飾作用：將制品表面裝飾成涂層所具有的色彩、光澤和機理，使制品在外觀的視覺感受上成為美觀悅目的制品；③特殊作用：使制品具有隔熱、絕緣、耐水、耐輻射、殺菌、吸收雷達波、隔音、導(dǎo)電等特殊功能。特別是通過涂裝與其他表面處理技術(shù)相疊加的多重處理，可獲得能適應(yīng)相當(dāng)苛刻條件和使用環(huán)境的防護裝飾圖層。涂料組成：涂料組成主要成膜物質(zhì)次要成膜物質(zhì)——顏料——著色顏料、防銹顏料、體質(zhì)顏料輔助主要成膜物質(zhì)——助劑——增塑劑、固化劑、催化劑、穩(wěn)定劑揮發(fā)成分——稀料油料——動物油、植物油樹脂——天然樹脂、合成樹脂現(xiàn)在是37頁\一共有47頁\編輯于星期三現(xiàn)在是38頁\一共有47頁\編輯于星期三根據(jù)涂料中的主要成膜物質(zhì)的類型，我國涂料種類可分為17類，如表：現(xiàn)在是39頁\一共有47頁\編輯于星期三由于有機溶劑對環(huán)境有污染，現(xiàn)代涂料已從有機涂料向水性涂料、粉末涂料、高固體組分涂料和反應(yīng)性涂料轉(zhuǎn)換。涂裝工藝一般包括制件表面涂裝前處理、涂敷涂料及涂層干燥。現(xiàn)在是40頁\一共有47頁\編輯于星期三（3）琺瑯被覆琺瑯被覆（景泰藍、搪瓷）是用玻璃質(zhì)材料在金屬制品表面形成一被覆層，然后在800℃左右進行燒制而成。如圖2-11。被覆琺瑯金屬：鐵、銅、鋁、不銹鋼以及金、銀被覆制品優(yōu)點：堅固性和耐蝕性，并具有優(yōu)良的裝飾性。缺點：受到?jīng)_擊和溫度急劇變化時，琺瑯層容易剝落?，F(xiàn)在是41頁\一共有47頁\編輯于星期三表面層改質(zhì)即改變原有材料的表面性質(zhì)。方式：A通過物質(zhì)擴散在原有材料表面滲入新的物質(zhì)成分，改變原有材料表面的結(jié)構(gòu)，如鋼材的滲氮滲碳處理、鋁的陽極氧化、玻璃的淬火等。B通過化學(xué)的或電化學(xué)的反應(yīng)而形成氧化膜或無機鹽覆蓋膜來改變材料表面的性能，來提高原