结构、材料、工艺与造型 造型设计课件.ppt

造型设计基础 主要内容 常见的砂型铸造塑料及木材加工成型 第八章结构 材料 工艺与造型 一 材料 工艺与造型 天然材料 加工材料 人造材料 金属 无机非金属 无机材料 有机高分子材料 合成高分子材料和复合材料 颗粒材料 线状材料 面状材料 块状材料 材料的发展史 第一代材料 石器时代的木片 石器 骨器等天然材料 第二代材料 陶 青铜和铁等从矿物中提炼出来的材料 第三代材料 高分子材料 原料主要从石油 煤等矿物资源中来 第四代材料 各同异性的复合材料 弹性 非弹性等 颜色 密度 熔点 导热率 热膨胀率等 成分 显微组织 结晶结构 抗腐蚀性等 尺寸 形状 公差等 抗拉 抗压 抗弯曲 抗剪切 抗疲劳 耐冲击 耐摩擦等 齿圈 钢锭 退火罩 渣斗 西安秦皇陵出土的铜马车 古铜钱 内燃机缸盖 古代十八般武器和编钟 1 液态成形 铸造 液态成形是将液态金属浇注到与所要求的毛坯或零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中 冷却凝固后获得毛坯或零件的一种毛坯成形工艺方法 液态成形的特点 液态成形具有的优点 1 一次成形 易获得形状复杂件 2 适应性强 应用广泛 3 加工成本低 液态成形的缺点 1 液态成形工序多 2 机械性能差 3 劳动条件差 液态成形工艺方法的分类 1 按铸型材料来分 砂型铸造 金属型铸造 石墨型铸造 陶瓷铸造 2 按充型方式来分 重力充型 高压充型 低压充型 离心力充型 3 按液态成形工艺方法的作用力不同又可分为两类 重力作用下的液态成形工艺方法 砂型铸造 金属型铸造 熔模铸造 气化模铸造 陶瓷型铸造等 外力作用下的液态成形工艺方法 离心铸造 压力铸造 低压铸造 挤压铸造等 砂型铸造 砂型铸造的工艺过程 砂型铸造动画演示过程 砂型铸造工艺流程 手工造型和机器造型简介及常见的砂型铸造方法演示 手工造型 机器造型1 整模造型2 分模造型3 三箱造型4 挖砂造型5 活块造型 生产中有手工造型和机器造型 手工造型操作灵活 但生产率低 适于单件小批量生产 机型造型生产率高 生产铸件的质量好 适于批量生产 手工造型手工造型就是由人工用造型工具来进行砂型制造 手工造型方法很多 常用的造型方法有 整模两箱造型 分模造型 挖砂造型 活块模造型刮板造型及三箱造型等 常用的造型工具如图1所示 图1常用造型工具 a 捣砂锤b 直浇道棒c 通气针d 起模针e 墁刀 修平面及挖沟槽用f 秋叶 修凹的曲面用g 砂勾 修深的底部或侧面及钩出砂型中散砂用h 皮老虎 整模造型当铸件形状简单 最大截面在其端面时 就采用整模造型 如图所示 整模造型操作简单 且不会发生错箱缺陷 整模造型的特点 1 整体模2 最大截面在端面处3 操作简单4 不会错箱 返回 分模造型当铸件形状简单 但其最大截面为中间截面时可采用分模造型 即将木模从中间分为两半 中间用定位销连接 以便将上下两半木模从砂箱中取出 造型时先用下半模造下箱 再将上半模合上去造上箱 分模造型的特点 1 最大截面在中间截面 2 有一个或两个分型面 3 两箱或三箱造型 4 易发生错箱 返回 三箱造型当铸件结构具有两个较大截面 采用一个分型面无法起模时 可选两个大截面为分型面 用三个砂箱制造铸型 模样从中间小截面处分开 用定位销连接 中箱高度应与模样的相应高度相适应 三箱造型的特点 1 有两个分型面 2 中箱高度必须与模样的相应高度相适应 3 难以用机器造型 返回 挖砂造型分型面一般都是平面 当分型面为阶梯形或曲面时 则需要通过挖砂来将分型面露出 以便于起模 如图所示 挖砂造型费时费力 仅适合单件生产 挖砂造型的特点 1 整体模 2 最大截面靠近端面 3 分型面为曲面 4 效率低下 挖砂造型的适用 单件小批生产 返回 活块造型当铸件侧面仅有局部凸起妨碍起模时 则将局部凸起部分做成活块 并采用适当的定位措施 取木模时 活块留在砂型内 将其从侧面取出 活块造型的特点 1 局部妨碍起模 2 单件或小批生产 3 效率低下 返回 机器造型机器造型的实质是用机器代替手工紧砂和起模 造型机的种类很多 目前常用震压式造型机等 震压式造型机和震压紧砂过程 a 震压式造型机外形图b 加砂后进气 工作台被举起c 排气口打开 工作台落下d 压实顶部型砂如图所示为震压式造型机和震压紧砂过程 造型时 把单面模板固定在造型机的工作台上 扣上砂箱 加型砂 见图b 当压缩空气进入震实活塞底部时 便将其上的砂箱举起一定的高度 此时排气孔接通 见图c 震实活塞连同砂箱在自重的作用下复位 完成一次震实 重复多次直到型砂紧实为止 再使压实气缸进气 见图d 压实活塞带动工作台连同砂箱一起上升 与造型机上的压板接触 将砂箱上部较松的型砂压实而完成紧砂的全过程 一般震压式造型机的震动频率为150 500次 分钟 机器造型的起模方法a 顶箱起模b 落模起模 造型机上大都装有起模装置 常用的有顶箱起模 落模起模 漏模起模和翻转落箱起模等四种 如图a所示为顶箱起模 当砂型紧实后 造型机的四根顶杆同时垂直向上将砂箱顶起而完成起模 图b为落模起模 起模时将砂箱托住 模样下落 与砂箱分离 这两种方法均适用于形状简单 高度较小的模样起模 返回 液态金属在重力作用下注入金属型中成形的方法 称为金属型铸造 习惯上亦称之为硬模铸造 由于金属型可重复使用 故它又有永久型铸造之称 制造金属型的材料应根据浇注的合金选用 一般金属型材质的熔点应高于液态合金的温度 浇注锡 锌 镁等低熔点合金 可用灰铸铁做金属型 浇注铝 铜等合金 要用合金铸铁或钢做金属型 金属型铸造 金属型铸造过程演示 金属性铸造的优缺点及其应用 和砂型铸造相比 优缺点比较 1 投入费用 金属型 砂型 2 加工质量 金属型优于砂型 3 加工效率 金属型高于砂型 4 灵活性 砂型优于金属型 5 劳动强度 劳动条件 应用条件比较 1 生产批量砂型 单件小批 金属型 大批量生产 2 铸件材料 指材料的熔点 金属型有限制 而砂型无限制 3 铸件尺寸重量大小金属型铸造不适合制造形状复杂 尤其是内腔形状复杂 薄壁和大型铸件 金属型铸造主要用于铜 铝 镁等非铁铸件的大批生产 如内燃机活塞 缸盖 油泵壳体 轴瓦 衬套 盘盖等中小型铸件 熔模铸造是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔失后形成的中空型壳并在其中成形从而获得精密铸件的方法 又称为失蜡铸造 熔模铸造 熔模铸造的基本工艺过程 熔模铸造的特点及应用 熔模铸造的优点 铸件精度高 表面粗糙度低 质量好 又称精密铸造 可铸出形状复杂的薄壁铸件 铸造合金种类不受限制 钢铁及非铁合金均可适用 生产批量不受限制 单件 小批 成批 大量生产均可适用 熔模铸造的缺点 工序复杂 生产周期长 原材料价格高 铸件成本高 铸件不能太大 太长 否则蜡模易变形 丧失原有精度 熔模铸造的应用 熔模铸造是一种实现少无切削加工的 先进的精密成形工艺 它最适用于25kg以下的高熔点 难以切削加工的合金铸件的成批 大量生产 目前主要用于航天飞行器 飞机 汽轮机 泵 汽车 拖拉机和机床上的小型精密铸件和复杂刀具的生产 将液态金属浇入高速旋转 通常为250 1500r min 的铸型中 使其在离心力作用下充填铸型和凝固而形成铸件的液态成形工艺称为离心铸造 离心铸造 离心铸造的类型 1 立式离心铸造 2 卧式离心铸造 离心铸造的特点及应用 离心铸造的优点 用离心铸造生产空心旋转体铸件时 可省去型芯 浇注系统和冒口 由于旋转时液体金属在所产生的离心力作用下 密度大的金属被推往外壁 而密度小的气体 熔渣向自由表面移动 形成自外向内的定向凝固 因此补缩条件好 铸件组织致密 力学性能好 便于浇注 双金属 轴套和轴瓦 如在钢套内镶铸一薄层铜衬套 可节省价格较贵的铜料 离心铸造的缺点 铸件内自由表面粗糙 尺寸误差大 品质差 不适用于密度偏析大的合金 如铅青铜 及铝 镁等轻合金 离心铸造的应用 离心铸造主要用来大量生产管筒类铸件 如铁管 铜套 缸套 双金属钢背铜套 耐热钢辊道 无缝钢管毛坯 造纸机干燥滚筒等 还可用来生产轮盘类铸件 如泵轮 电机转子等 压力铸造 简称压铸 是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入金属压铸型 亦可称为压铸模或压型 中 并在压力下凝固而获得铸件的液态成形方法 金属液在高压下以高速充填压铸型 是压铸区别于其它铸造工艺方法的重要特征 压力铸造 种类 根据压室的种类 1 热压室压铸机 2 冷压室压铸机 压力铸造的特点及应用 和金属型铸造相比 特点比较 1 投入费用 压力铸造投入费用大 2 工件质量 压力铸造工件质量高 3 加工效率 压力铸造效率高 4 灵活性 准备铸型的时间是一样的 5 劳动强度和条件 压力铸造劳动强度更小 条件更好 应用条件 1 生产批量金属型铸造应用于中小批量生产 压力铸造应用于大批量生产 2 铸件材料 无差异 3 铸件的尺寸重量 金属型铸造中小尺寸 压力铸造小尺寸 4 铸件质量要求压力铸造适用于铸件质量较高的零件 金属型铸造适用于铸件质量较低的零件 5 铸件形状复杂程度压力铸造适于铸造形状复杂的铸件 低压铸造工作原理示意图 低压铸造的特点 1 浇注时的压力和速度可以调节 故可适用于各种不同铸型 如金属型 砂型等 铸造各种合金及各种大小的铸件 2 采用底注式充型 金属液充型平稳 无飞溅现象 可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷 提高了铸件的合格率 3 省去补缩冒口 金属利用率提高到90 98 4 铸件在压力下结晶 铸件组织致密 轮廓清晰 表面光洁 力学性能较高 对于大薄壁件的铸造尤为有利 5 劳动强度低 劳动条件好 设备简易 易实现机械化和自动化 应用 中低批量生产 质量要求高 大中尺寸 形状复杂 各种熔点的金属铸件 目前广泛应用于铸造铝合金铸件 如汽车发动机缸体 缸盖 活塞 叶轮等 也可用于球墨铸铁 铜合金等浇注较大的铸件 如球铁曲轴 铜合金螺旋桨等 压铸件产品 各种铸造工艺方法的综合比较 2 塑性成形 快速成型制造技术的基本原理与特点 快速成型制造技术 RapidPrototyping Manufacturing RPM 快速成型 RP 一般来讲多属于堆积成形 通过离散的区域得到堆积的约束 路径及方法 通过材料叠加堆积而形成三维实体模型 3 金属快速成形 快速成型制造技术可实现低成本 高生产率和短周期的生产特点 从设计和工艺的角度出发可以设计形状复杂的零件 无需受时间 成本 可制造性方面的限制 快速成型制造技术的优势 快速成型的特点 解决常规机械加工或手工无法解决的问题 快速成型制造技术是多学科 技术的交叉产物 融合了机械工程 材料科学 计算机技术 数控 光学技术等前沿技术 快速成型分类 材料分离状态 材料去除成形 材料堆积成形 实体CAD模型 Z向分离 分层 层面信息处理 层面制造与连接 层面全部完成 后处理 是 否 快速成形原理图 快速成型的应用特点 用于新产品开发 产品的加工不用刀具 应用快速制造模具 不需要前期投入专门工装 在逆向工程 ReverseEngineering 中有着广泛的应用 传统加工与快速成形对比 快速成型的加工特点效率高 自动化高 非接触 产品形状任意 常用的软件及文件接口 只要有三维实体或曲面造型功能的软件基本上都能满足如 UG PRO E CATIA MDT等格式要求有通用性如 IGES IGS STEP STL等 快速成形加工的方法 光固化立体成形 StereoLithographyApparatus SLA 1 激光发生器 2 成形零件 3 光敏树脂 4 液体面 5 刮平器 6 升降台光固化立体成形工艺原理 成型原理 光照成型材料 光敏树脂截层厚度 0 04 0 07mm可控精度 0 1mm优缺点 表面质量好 精度较高 应用小件 需要支撑结构 材料有污染 叠层实体制造 LaminatedObjectManufacturing LOM 1 收纸辊 2 升降工作台 3 加工平面 4 定位装置 切割头 5 激光器 6热压辊 7 计算机 8 箔材带 9 展开辊叠层实体制造LOM法原理图 原理 激光切割材料 金属箔 纸 截层厚度 0 07 0 15mm精度 与切割材质有关优缺点 适合大中型制件 成型速度快 精度不高 材料浪费 废料清理困难 选择性激光烧结 SelectedLaserSintering SLS 原理 激光烧结材料 陶瓷 金属粉等等 截层厚度 0 1 0 2mm优缺点 材料使用广 适合中小型制件 成型效率不高 后处理复杂 选择性激光烧结原理图 熔融沉积成形 FusedDepositionModeling FDM 原理 激光热熔材料 塑料丝截层厚度 0 025 0 76mm成型精度 低优缺点 成型速度慢 适合小塑料件 费用低 变形小 熔融沉积成形原理图 注射成型 热流道注射成型 热固性塑料注射成型 低发泡注射成型 排气注射成型 反应注射成型 动力融熔注射成型 气体辅助注射成型 多品种塑料的共注射成型 注射成型压机 注射原理 注射成型产品 压缩模具 压缩成型压机 压缩成型产品 挤出成型产品 挤出机头 挤出成型过程 吹塑成型压机 吹塑原理 吹塑成型产品 真空成型模具 真空成型产品 木材及加工工艺 木材的基本特性木材的工艺特性常用木材木材在设计中的应用 木材的基本特性 木材是由树木采伐后经初步加工而得的 是由纤维素 半纤维素和木质素等组成 树干是木材的主要部分 由树皮 木质部和髓心三部分组成 木材的基本特性 木材的基本特性 1 质轻木材由疏松多孔的纤维素和木质素构成 它的密度因树种不同 一般在0 3 0 8之间 比金属 玻璃等材料的密度小得多 因而质轻 坚韧 并富有弹性 在纵向 生长方向 的强度大 是有效的结构材料 但其抗压 抗弯曲强度较差 2 具有天然的色泽和美丽的花纹不同树种的木材或同种木材的不同材区 都具有不同的天然悦目的色泽 如红松的心材呈淡玫瑰色 边材成黄白色 杉木的心材成红褐色 边材呈淡黄色等 又因年轮和木纹方向的不同而形成各种粗 细 直 曲形状的纹理 经旋切 刨切等多种方法还能截取或胶拼成种类繁多的花纹 3 具有调湿特性木材由许多长管状细胞组成 在一定温度和相对湿度下 对空气中的湿气具有吸收放出的平衡调节作用 4 隔声吸音性木材是一种多孔性材料 具有良好的吸音隔声功能 5 具有可塑性木材蒸煮后可以进行切片 在热压作用下可以弯曲成型 木材可以用胶 钉 榫眼等方法比较容易和牢固地接合 6 易加工和涂饰木材易锯 易刨 易切 易打孔 易组合加工成型 且加工比金属方便 由于木材的管状细胞吸湿受潮 故对涂料的附着力强 易于着色和涂饰 7 对热 电具有良好的绝缘性木材的热导率 电导率小 可做绝缘材料 但随着含水率增大 其绝缘性能降低 8 易变形 易燃木材由于干缩湿胀容易引起构件尺寸及形状变异和强度变化 发生开裂 扭曲 翘曲等弊病 木材的着火点低 容易燃烧 9 各向异性木材是具有各向异性的材料 即使是同树种的木材 因产地 生长条件和部位不同 其物理 化学性质差异很大 使之使用和加工受到一定的限制 木材的工艺特性 将木材原材料通过木工手工工具或木工机械设备加工成构件 并将其组装成制品 再经过表面处理 涂饰 最后形成一件完整的木制品的技术过程 木材的成型加工木制品的表面装饰技术 木材的成型加工 1 木材加工的工艺流程每个构件加工前 都要根据被加工构件的形状 尺寸 所用材料 加工精度 表面粗糙度等方面的技术要求和加工批量大小 合理选择各种加工方法 加工机床 刀具 夹具等 拟定出加工该构件的每道工序和整个工艺过程 木材的成型加工 1 木材加工的工艺流程 1 配料配料就是按照木制品的质量要求 将各种不同树种 不同规格的木材 锯割成符合制品规格的毛料 即基本构件 2 基准面的加工为了构件获得正确的形状 尺寸和粗糙度的表面 并保证后续工序定位准确 必须对毛料进行基准面的加工 作为后续工序加工的尺寸基准 3 相对面的加工基准面完成后 以基准面为基准加工出其他几个表面 1 木材加工的工艺流程 4 划线划线是保证产品质量的关键工序 它决定了构件上榫头 榫眼及圆孔等的位置和尺寸 直接影响到配合的精度和结合的强度 5 榫头 榫眼及型面的加工榫结合是木制品结构中最常用的结合方式 因此 开榫 打眼工序是构件加工的主要工序 其加工质量直接影响产品的强度和使用质量 6 表面修整构件的表面修整加工应根据表面的质量要求来决定 外露的构件表面要精确修整 内部用料可不作修整 2 木材加工的基本方法 1 木材的锯割木材的锯割是木材成型加工中用得最多的一种操作 按设计要求将尺寸较大的原木 板材或方材等 沿纵向 横向或按任一曲线进行开锯 分解 开榫 锯肩 截断 下料时 都要运用锯割加工 2 木材的刨削刨削也是木材加工的主要工艺方法之一 木材经锯割后的表面一般较粗糙且不平整 因此必须进行刨削加工 木材经刨削加工后 可以获得尺寸和形状准确 表面平整光洁的构件 3 木材的凿削木制品构件间结合的基本形式是框架榫孔结构 因此 榫孔的凿削是木制品成型加工的基本操作之一 4 木材的铣削木制品中的各种曲线零件 制作工艺比较复杂 木工铣削机床是一种万能设备 既可用来截口 起线 开榫 开槽等直线成形表面加工和平面加工 又可用于曲线外形加工 是木材制品成型加工中不可缺少的设备之一 3木制品的装配木制品的构件间的结合方式 常见的有榫结合 胶结合 螺钉结合 圆钉结合 金属或硬质塑料联结件结合 以及混合结合等 采取不同的结合方式对制品的美观和强度 加工过程和成本 均有很大的影响 1 榫结合榫结合是木制品中应用广泛的传统结合方式 它主要依靠榫头四壁与榫孔相吻合 装配时 注意清理榫孔内的残存木渣 榫头和榫孔四壁涂胶层要薄而均匀 装榫头时用力不宜过猛 以防挤裂榫眼 必要时可加木楔 达到配合紧实 榫结合的优点是传力明确 构造简单 结构外露 便于检查 根据结合部位的尺寸 位置以及构件在结构中的作用不同 榫头有各种形式 如图8 3所示 各种榫根据木制品结构的需要有明榫和暗榫之分 榫孔的形状和大小 根据榫头而定 2 胶结合胶结合是木制品常用的一种结合方式 主要用于实木板的拼接及榫头和榫孔的胶合 其特点是制作简便 结构牢固 外型美观 装配使用粘合剂时 要根据操作条件 被粘木材种类 所要求的粘接性能 制品的使用条件等合理选择粘合剂 操作过程中 要掌握涂胶量 晾置和陈放 压紧 操作温度 粘接层的厚度五大要素 最常用的是聚醋酸乙烯酯乳胶液 俗称乳白胶 它的优点是使用方便 具有良好和安全的操作性能 不易燃 无腐蚀性 对人体无刺激作用 在常温下固化快 无需加热 并可得到较好的干状胶合强度 固化后的胶层无色透明 不污染木材表面 但成本较高 耐水性 耐热性差 易吸湿 在长时间静载荷作用下胶层会出现蠕变 只适用于室内木制品 3 螺钉与圆钉结合螺钉与圆钉的结合强度取决于木材的硬度和钉的长度 并与木材的纹理有关 木材越硬 钉直径越大 长度越长 沿横纹结合 则强度越大 否则强度越小 操作时要合理确定钉的有效长度 并防止构件劈裂 4 板材拼接常用的结合方式木制品上较宽幅面的板材 一般都采用实木板拼接而成 采用实木板拼接时 为减少拼接后的翘曲变形 应尽可能选用材质相近的板料 用胶粘剂或既用胶粘剂又用榫 槽 钉等结构 拼接成具有一定强度的较宽幅面板材 设计时可根据制品的结构要求 受力形式 胶粘剂种类 以及加工工艺条件等选择 木制品的表面装饰技术 1木制品的表面涂饰 1 表面涂饰目的木制品表面涂饰的目的主要是装饰作用和保护作用 见表8 1 8 2 2木制品的表面装饰技术 2 涂饰前的表面处理由于木材表面不可避免地存在各种缺陷 如表面的干燥度 纹孔 毛刺 虫眼 节疤 色斑 松蜡及其分泌物松节油等 不预先进行表面处理 将会严重影响涂饰质量 降低装饰效果 2 涂饰前的表面处理 干燥 木材具有多孔性 易吸水和排水 并有干缩湿胀的特点 容易造成涂层起泡 开裂和回粘等现象 因此新木材需要干燥到含水率在8 12 时才能进行涂饰 木材的干燥方法有自然晾干和低温烘干两种 去毛刺 木制品表面虽经刨光或磨光 但总有一些没有完全脱离的木制纤维残留表面 影响表面着色的均匀性 因此涂层被覆前一定要去除毛刺 去除毛刺的方法有 水胀法 虫胶法和火燎法 脱色 不少木材含有天然色素 有时需要保留 可起到天然装饰作用 但有时因色调不均匀 带有色斑 或者木制品要涂成浅淡的颜色 或者涂成与原来材料颜色无关的任意色彩时 就需要对木制品表面进行脱色处理 脱色的方法很多 用漂白剂对木材漂白较为经济并见效快 一般情况下 常在颜色较深的局部表面进行漂白处理 使涂层被覆前木材表面颜色取得一致 常用的漂白剂有 双氧水 次氯酸钠和过氧化钠等 消除木材内含杂物 大多数针叶树木材中含有松脂 松脂及其分泌物会影响涂层的附着力和颜色的均匀性 在气温较高的情况下 松脂会从木材中溢出 造成涂层发粘 木材内含的单宁与着色的染料反应 使涂层颜色深浅不一 因此在木材涂覆的前处理中 应将木材内含杂物除去 3 底层涂饰底层涂饰的目的是改善木制品表面的平整度 提高透明涂饰及模拟木纹和色彩的显示程度 获得纹理优美 颜色均匀的木质表面 底层涂饰是多道工序的总称 各工序的名称见下表 4 面层涂饰底层完成后便可进行面层的涂饰 用于木材制品表面涂饰的涂料一般可分为透明涂饰和不透明涂饰两大类 透明涂饰主要用于木纹漂亮 底材平整的木制品 部分透明涂饰用的面漆和部分不透明涂饰用的面漆见表8 3和表8 4 2 木制品的表面覆贴 表面覆贴是将面饰材料通过粘合剂粘贴在木制品表面而成一体的一种装饰方法 表面覆贴工艺中的后成型加工技术是近年来开发的板材边部处理的新技术 其工艺方法是 以木制人造板 刨花板 中密度纤维 厚胶合板等 为基材 将基材按设计要求加工成所需的形状 覆贴底面的平衡板 然后用一整张装饰贴面材料对板面和端面进行覆贴封边 常用的面饰材料有 聚氯乙烯膜 PVC膜 人造革 DAP装饰纸 AIKOY纤维膜 三聚氰胺板 木纹纸 薄木等 常用木材 原木人造板材新颖木材 原木原木是指伐倒的树干经过去枝去皮后按规格锯成的一定长度的木材 原木又分为直接使用的原木和加工使用的原木两种 直接使用的原木一般用作电柱 桩木 坑木以及建筑工程所用的原木 通常要求具有一定的长度 较高的强度 加工使用的原木是作为原材料加工用的 是将原木按一定规格尺寸锯割后的木材 又称为锯材 锯材按其宽度和厚度的比例关系又可分为板材 方材和薄木等 板材 横断面宽度为厚度的3倍及3倍以上者 方材 横断面宽度不足厚度的3倍者 薄木 厚度小于1mm的薄木片 厚度在0 05 0 2mm的称为微薄木 人造板材利用原木 刨花 木屑 废材及其他植物纤维为原料 加入胶粘剂和其他添加剂而制成的板材 人造板材幅面大 质地均匀 表面平整光滑 变形小 美观耐用 易于加工 人造板材种类很多 常见的有胶合板 刨花板 纤维板 细木工板及各种轻质板等 广泛用于家具 建筑 车船等方面 1 胶合板用3层或多层 奇数层 单板加压胶合而成的板材 各层板的纤维方向互相垂直 可克服木材各向异性的缺陷 胶合板不易开裂和翘曲 幅面大而平整 材质均匀 横纹抗拉强度高 板面纹理美观 装饰性好 胶合板种类多 可按板的结构 胶合性能 表面处理 用途等进行分类 常见的有三合板 五合板及其装饰板 多用作隔墙 天花板及家具等 2 刨花板以木质刨花或碎木屑为主要原料 加胶热压而成的人造板材 幅面大 表面平整 隔热隔音性能好 纵横面强度一致 便于加工 可进行贴面等表面装饰 但不耐潮 容重大 刨花板可按原料种类 制造方法 表面处理等进行多种分类 刨花板是制造板式家具的主要材料 还用作吸声 保温 隔热材料 3 纤维板以木料加工的废料或植物纤维作原料 经原料处理 成型 热压等工序而制成的板材 纤维板的材质构造均匀 各向强度一致 不易胀缩开裂 具有隔热 吸音和较好的加工性能 按原料分为木质纤维板和非木质纤维板 按板面状态分为单面光纤维板和双面光纤维板 按密度分为硬质纤维板 0 8g cm3 中密度纤维板 0 5 0 8g cm3 和软质纤维板 0 5g cm3 硬质纤维板坚韧密实 多用作家具 车船 包装箱和室内装饰材料 中密度纤维板多用作家具 器材材料 软质纤维板质轻多孔 多作隔热 吸音材料 4 细木工板又称大芯板 一种拼合结构的木质板材 在板芯表面胶合一层或两层单板 按板芯结构可分为实心细木工板和空心细木工板 细木工板具有坚固耐用 板面平整 结构稳及不易变形等特点 是良好的结构材料 广泛用作家具材料 展板材料及建筑壁板等 新颖木材 1 特硬木材加拿大推出比钢铁还要硬的覆盖木材 这种木材是把木材纤维经特殊处理 使纤维互相交结 再把合成树脂覆盖在木材表面 经微波处理而成 这种新型木材不弯曲 不开裂 不缩胀 可用作屋顶栋梁 门 窗 车厢板等 2 有色木材日本研制出一种有色木材 先将红色和青色的盐基染料装进软管直接注入杉木树干靠近根基的地方 4个月后即可采伐使用 这种木材从上到下浑然一色 而且永不褪色 加工成家具后 表面不需要再涂饰美化 3 陶瓷木材日本制成一种陶瓷人造木材 以经高温高压加工而成的高纯度二氧化硅和石灰石为主要原料 加入塑料和玻璃纤维等制成的 这种木材具有不易燃烧 不变形 不易腐烂 重量轻和容易加工等优点 是一种优异的建筑材料 4 染色材料美国研究出有趣的浸染技术 在几分钟的时间里 让木材从装有锡水的槽中通过 既能使木材呈现出金黄 咖啡 乌黑等颜色 又可烫出美丽的花纹 不仅色彩自然而且防腐耐用 5 防火木材保加利亚研制成一种奇特的溶液 木材被它浸过后 就不会燃烧了 这种经过溶液处理的木材 主要用来制造船舶上许多不能用钢铁制作的零部件 为船舶安全带来了可靠保障 6 铁化木材原苏联利用铁化工艺法 将质地松软的木材在真空中用油页岩处理 然后再烧砖一样焙烧 木材就变得如同金属般硬 同时具有防火抗腐的功能 此技术为充分利用松软木材创造了条件 7 模压木材我国采用模压木制品技术做木器 其最大特点是不需上等木材 可使用农场最新采伐的橡胶木 防护林等小径木和枝杈材等低质木材 加上胶合剂和化学添加剂 衬上胶塑浸渍装饰纸 通过专门的模具 在高温高压下一次加热成型 运用这种最新技术生产的各种家具 不怕风吹 日晒 雨淋 不开裂 不变形 8 浇铸木材日本研制出种液体化学木材 它是由木屑 环氧树脂 聚氨酯浇铸成型的 可根据需要 固定成型 不需要做精细加工 具有天然木材样的木纹和光泽 而且成本比天然木材低 9 脱色木材木材种类繁多 木质颜色相差甚大 即使用同种木材也常有 墨水线 及斑纹 不利于制作高技术的全浅色或原色木制品 将过氧化氢 氨水和水配成木材脱色剂 用毛刷涂在有斑纹或墨水线的木质上 可消除斑纹或墨水线 制成脱色木材 10 工艺品用人造木材以往版画和雕刻用基材 都是使用特定的优质木材 不仅来源有限 而且由于木材存在着难以克服的缺点 如材质有方向性 纵向和横向的硬度明显不同 且会因湿度变化而引起翘曲和裂纹 因而影响作品的质量 工艺品用人造木材不存在上述缺点 它是将低密度聚乙烯或高密度聚乙烯 填充剂碳酸钙或高岭土和硬度调整剂滑石粉 按配比混合均匀 然后加入发泡剂 发泡助剂 交联剂及颜料等 搅拌混合均匀 混炼后注入加压成型机的金属模中 加压加热后 掀开金属模 即得成品 这种材料可以代替木材用作版画板 室内外装饰和建筑物装饰材料 及做雕刻工艺品的工材等 木材在设计中的应用 设计中木材的选用 有一定的强度及韧性 刚度和硬度 重量适中 材质结构应细致 有美丽的自然纹理 材质感悦目 干缩 湿胀性和翘曲变形性小 易加工 切削性能良好 胶合 着色及涂饰性能好 弯曲性能好 有抗气候和虫害性 视感触感 二 表面处理与造型 一 金属材料的表面处理1铝及铝合金的氧化与着色处理2钢铁的氧化与磷化处理3铜及铜合金的氧化处理二 金属材料的表面装饰1镀层装饰技术2涂层装饰技术3搪瓷被覆技术三 其他面饰工艺 金属表面处理与装饰的作用 保护产品外观美 延长使用寿命美化 装饰产品产品造型设计师要了解表面处理与装饰技术的特点 会正确合理的选用 一 金属材料的表面处理 什么是金属表面处理 有哪些处理方法 其特点如何 指金属表面的原子层与某些特定介质的阴离子反应后 在金属表面生成膜层 该膜层叫转化膜 转化膜可分为 电化学转化膜 化学转化膜 氧化膜 铬酸盐膜 磷酸盐膜 特点 基体金属直接参与成膜反应 应用 电绝缘 防腐 着色 装饰 应用极广 铝及铝合金的氧化与着色处理 1铝及铝合金的电化学氧化定义铝及铝合金零件在电解液中进行电化学氧化 因零件作为阳极 故也称铝阳极氧化氧化膜的性质多孔性吸附性好硬度高 耐磨电绝缘 绝热是有机涂料的良好底层 铝及铝合金的氧化与着色处理 1铝及铝合金的电化学氧化电化学氧化溶液的种类 以酸性电解液居多 有硫酸 铬酸 磷酸 草酸等 其中硫酸应用最广 硫酸阳极化 2铝及铝合金的化学氧化定义指不用外来电流而仅把工件置入适当溶液中 使其表面生成人工氧化膜 一般将铝件浸入含有碱溶液和碱金属的铬酸盐溶液中 铝和溶液生成Al2O3和Al OH 3的波膜 厚度0 5 4um 特点 强度差 易磨损 抗蚀性也差 质柔软 一般不易单独使用 但吸附性好 一般作为表面涂装的底层 生产效率高 成本低 不耗电能 不需专门设备 适合大批量生产 在面饰中大量采用 3铝及铝合金氧化膜着色 1 化学染色法 2 整体着色法 3 电解着色法 4 干涉着色法 1 化学染色法把氧化后的制件用有机染料或无机染料的水溶液来染色 特点 目前多用有机染料 其色彩丰富 鲜艳 2 整体着色法 无机着色法 用硫酸和有机酸的混合物作氧化溶液 通以直流电 阳极氧化与着色同步进行特点 着色膜对阳光和风化作用稳定性好 不足 耗电量大 成本高 已渐被电解着色取代 3 电解着色法先在硫酸溶液常规阳极氧化 阳极氧化后的多孔性氧化膜在金属盐的着色液中电解着色 特点 比染色法耐晒性好 比整体着色法能耗小 工艺条件易控制 4 干涉着色法由电解着色法发展而来 在阳极氧化和电解着色两步法之间加一扩孔步骤 即先进性硫酸阳极化 然后磷酸阳极化 再电解着色特点 颜色是由于氧化膜的上表面反射的光和氧化膜与铝基体界面折射的光产生干涉的结果 铝的电解着色 钢铁的氧化与磷化处理 1钢铁的氧化处理钢铁的化学氧化 发蓝 将钢铁零件浸在浓碱溶液中煮沸 在金属表面生成稳定的四氧化三铁的过程 四氧化三铁氧化膜呈蓝黑色 故又称 发蓝 特点 简便 经济 膜厚0 5 1 6um 吸附性好 发蓝后可浸油或填充处理 进一步提高膜层的耐蚀性 膜薄 不影响零件的装配尺寸 对表面光洁要求高或抛光的精密件 发蓝后表面既亮又黑 可防护和装饰 一般不产生氢脆现象 适用于高强钢薄钢片 氢脆敏感弹簧件等 发蓝 2钢铁的磷化处理将零件进入磷酸盐溶液中进行化学处理 在金属表面生成难溶于水的磷酸盐膜的过程 特点 膜厚3 20um 或更厚 膜与金属基体有较好的结合 对大气及各种有机油类 苯 甲苯等气体燃料有很好的耐蚀性 对润滑油有很好的吸附性 不粘附熔融金属 不影响零件的焊接性能是高电阻膜层 有很好的电绝缘性不足 膜机械强度不高 有一定脆性 有氢的析出 应注意氢脆问题 如对高强钢 铜及铜合金的氧化处理 铜绿 铜在潮湿的大气和海水条件下容易腐蚀 在水 二氧化碳 氧的作用下生成腐蚀产物碱式碳酸铜 耐蚀处理方法 1过硫酸盐碱性溶液氧化法2铜氨溶液化学氧化法3古铜色化学氧化铜镀层4碱性溶液电化学氧化法 1过硫酸盐碱性溶液氧化法在由氢氧化钠和过硫酸盐配好的过硫酸钾溶液中经60 65度浸煮 生成黑色氧化膜 2铜氨溶液化学氧化法适合含铜52 68 的黄铜件 所得氧化膜为蓝黑色 氧化膜质量比过硫酸盐法氧化膜差 为提高防护能力 可再涂以清漆 3古铜色化学氧化铜镀层在制件镀铜后 在硫酸溶液中活化 再以过硫酸盐碱性溶液氧化 色泽雅致 美观大方 古色古香 化学氧化后 可进行机械抛光或滚光 再浸涂清漆 提高防蚀和变色能力 4碱性溶液电化学氧化法以铜制件为阳极 置入氢氧化钠热溶液中 钢或镀镍钢板作为阴极 通以直流电 形成黑色氧化膜 适用于各种牌号的铜合金 二 金属材料的表面装饰 定义也称金属材料的表面被覆处理 表面被覆处理层是一种皮膜 1镀层装饰技术电镀 化学镀 真空蒸发沉积镀 气相镀2涂层装饰技术3搪瓷被覆技术 1镀层装饰技术在制品表面形成具有金属特性的镀层 作用 可提高制品的耐蚀性和耐磨性增强制品的表面色