材料与工艺学.ppt

闽南理工学院,多媒体课件,金迪,材料与工艺学,材料与工艺学,讲课学时：24实验学时：24,金迪主编,联系：qq95771335信箱：95771335,目录,第一章绪论第二章金属材料及其加工技术第三章工程塑料及其加工技术第四章工业陶瓷及其加工技术第五章玻璃及其加工技术第六章木材及其加工技术第七章涂料及其涂装工艺,石椅木椅钢管椅,1.1设计与材料,第一章绪论,一、材料与造型,社会进程：石器时代、陶器时代、铜器时代、铁器时代和人工合成材料时代。不同时代生活用品材质变化：,S形塑料椅,Sacco椅,玻璃椅,充气椅子,二、造型材料的种类与基本性能,造型材料分类,按结合键性质分,金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料,按用途分,结构材料功能材料,材料的基本性能,参量：性能须量化。例如冲击韧性的单位是KJ/cm2，即单位面积消耗的功。,外界条件：不同外界条件会得到相同的性能。例如:强度，高温，抗力，屈服，反复交变载荷等。如含锌30%的黄铜,在室温下抗拉强度是313MPa。,铸造性可锻性焊接性切削加工性热处理性,材料的基本性能,使用性能,力学性能物理性能化学性能,工艺性能,1.金属材料的性能,（1）金属材料的力学性能,强度,定义：材料抵抗外力作用下变形和断裂的能力。,主要的强度指标：,屈服强度：表示材料发生明显塑性变形时的最低应力值。用s表示，单位为MPa。,抗拉强度：指材料在拉断前所承受的最大应力。用b表示，单位MPa。,塑性,定义：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。,判据：伸长率、断面收缩率。,伸长率：指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。用表示。,断面收缩率：指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。用表示。,弹性,定义：金属材料在外力作用下产生变形，当外力去除后又恢复到原来形状和大小的一种特性。,弹性极限：指材料产生完全弹性变形时所能承受的最大应力值。用e表示，单位MPa。,弹性模量：指材料承受外力时抵抗弹性变形的能力。以E来表示，单位为MPa。,硬度,定义：指材料表面抵抗局部变形或断裂的能力。,按试验方法不同分,布氏硬度（HB）,洛氏硬度（HRC）,维氏硬度（HV）,疲劳强度,定义：指材料经无数次交变载荷作用而不断裂的最大应力值。对于对称循环交变应力的疲劳强度用用-1表示，单位为MPa。,国标规定：对于钢铁材料，一般规定疲劳极限对应的应力循环次数为107，有色金属及合金为108。,冲击韧性,定义：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。用ak表示。,（2）金属材料的物理、化学性能,主要参数,密度：材料单位体积内所含的质量,熔点：金属材料由固态转变为液态的温度,导热系数：维持单位温度梯度时，单位时间内流经物体单位面积的热量。,线膨胀系数：温度每升高1时，金属材料的长度增量与原长度的比值。,导电性：金属材料传导电流的能力。,（3）金属材料的工艺性能,铸造性：利用金属的可熔性将其熔化后，注入铸型制成铸件的难以程度。可锻性：金属材料在锻造过程中承受压力加工而具有的塑性变形的能力。焊接性：材料被焊接的难易程度。切削加工性：材料进行切削加工的难易程度。热处理性：包括的指标有淬硬性、淬透性、淬火变形和裂纹等,2.非金属材料的性能,（1）物理性能,容重,定义：材料在自然状态下,单位体积的质量(包括孔隙和空隙）。,密度,定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。,孔隙,用孔隙率来衡量。孔隙率指内部孔隙体积占总体积的百分比。,材料的胀缩,产生原因：由于大气中温度、湿度的变化或其他介质的作用引起。导致结果：材料在使用过程中，其胀缩受到制品结构的限制，会造成制品开裂和变形。,（2）力学性能,强度：特别是脆性材料,要用弯曲试验确定。单位相同。,变形：除了弹性,塑性,还有蠕变和松弛。,（3）与水相关的性能,亲水性：水滴表面与材料表面夹角90度为亲水材料。,吸水性：材料吸收水分的能力。,耐水性：在水作用下,其强度不明显降低。抗渗性：抵抗压力水渗透的能力。,（4）与热相关的性能,导热性：和金属相同。热容：加热时能吸收热量,冷却时能放出热量。耐热性：长期在热环境下,抵抗热破坏的能力。耐燃性：对火和高温的抵抗不燃烧的能力。耐火性：抵抗高热而不熔化的能力。耐久性：使用过程中受载荷及大气等正常工作,不破坏不失去原有性质。,三、造型材料应具备的特性,工业造型材料的基本特性包括：感觉物性、加工成型性,表面工艺性及环境耐候性等。,1.感觉物性通过人的感觉器官对材料的综合印象。这种感觉包括自然质感和人为质感。例如:木材,天然大理石,铝合金。,2.加工成型性选定材料应是容易加工成型的。青铜加工成型性不好；钢铁加工成型好,应多用；工程塑料成型性好。,3.表面工艺性表面处理改变表面状态,防腐,防化学,提高寿命,美观等。表面精加工,表面覆盖装饰,表面着色等。,4.环境耐候性适应环境条件经得起环境因素变化的能力。例如着色铝-阳极氧化；电解铝着色(适于户外)；室内易用有机染色，钢铁加保护层。,四、造型材料的应用和发展,表现在以下几个方面：,基础材料向高质量,低成本方向发展。新型结构材料向高温高比强度方向发展。复合材料是高性能材料的一个重要发展趋势。信息功能材料及其他新材料。新材料-立体集成电路,智能传感器,光集成电路,显示材料,敏感材料,超导材料。,1.2工业造型材料的美学基础,工业造型材料美学是研究材料的审美特性和创美规律及材料的加工方法和使用方法的学科。材料美学具体化就是质感设计。,一、质感,定义：是用来标志人对物体材质的生理,心理活动的。,质感包括两个不同层次的概念:形式要素机理（即物面的几何细部特征）;内容要素质地（即物面的理化类别特征）。,两个基本属性,生理属性,如软硬,干湿,冷暖,凹凸等,物理属性,如材质,类别,性质,机能等,肌理：物体表面的组织结构。它是质感最主要的特征。包括触觉肌理（如材料表面的凸凹、粗细）和视觉肌理（如金属氧化的表面、木纹等）。,质感与产品：是紧密联系在一起的,产品设计对材料进行加工处理形成具有物质功能又具有精神功能的产品。,触觉质感：靠手,皮肤接触感知物体表面特征。,触觉的构成,生理构成：视觉,压觉,痛觉,位置觉等,心理构成：快适和厌憎,物理构成,视觉质感：靠眼睛的视觉感知物体表面特征。,二、造型质感设计形式与原则,质感设计基本原则如下:,(一)配比原则：用材上有总体与局部,局部与局部的配比关系,按形式美基本法则进行配比,获得美的质感效果。,调和法则-使整体各部位物面质感统一和谐。例如塑料不与木材搭配,机床上不与木材搭配。,对比法则-整体各部位物面质感有对比的变化,形成材质对比,工艺对比。例如金属与非金属,人造材料与天然材料。,(二)主从原则：产品设计要有重点,主辅分开,主体在造型中起决定作用。,(三)适合原则：要考虑材质的功能和价值,质感应与适用性相符。如体育金质奖杯配檀香基座好。,三、质感设计在造型设计中的作用,提高适用性：如在方向盘上包上一层柔软造革,增加装饰性：如家电,汽车的涂装工艺。,达到多样性和经济性：材料表面装饰用塑料贴面板代替木材,表现真实性和价值性：良好的质感决定整体设计的真实性和价值性,1.3产品造型设计与工艺性,一、造型设计与加工工艺,工艺方法：如手工弯钢板不如机器弯钢板。再如门结构，采用铸造方法造型的门,厚度大,表面平整性和边缘直线性都较差,且生产周期长。,工艺水平：结构,材料和工艺方法相同,但工艺水平不同,其效果也不同。,新工艺的采用：如精密铸件,精密模锻,挤压,轧制,工艺方法综合运用：同种材料运用不同处理方法可得到不同效果。,二、造型设计与装配工艺,基本原则：,1.避免装配时的机械加工,2.应使装配方便,3.应使拆卸方便,4.应有正确的装配基面,5.选合适的调整补偿环,6.应便于起吊,7.自动装配对零件结构的要求,易于定位,避免工件互相缠结,避免零件相互错位,三、造型设计与装饰工艺,1.线形装饰,明线装饰：采用与主体材料不同装饰材料(色彩,材质)。汽车装饰条宽度F+P;面心立方体心立方;碳化物弥散好于网状;细晶粗晶。,2.变形条件,变形温度：提高变形温度可增大金属材料的塑性并降低变形抗力。但要避免过热和过烧。加工硬化严重会造成裂纹。变形速度：单位时间内变形程度。当小于Va时,随着v塑性抗力，可锻性；当大于Va时,机械能转成热能,塑性，v，塑性，抗力，可锻性。应力状态:拉拔时变形材料呈两向压应力和一向拉应力状态。模锻时金属材料呈三向压应力状态。变形中三向应力状态中的压应力数目越多,塑性越好,抗力稍大,可锻性好。,（三）压力加工零件的结构工艺性,不仅要有良好使用性能,还要考虑加工工艺特点,使零件便于加工,降低成本,提高生产率。,1.自由锻件的结构工艺性,2.模锻件结构工艺性1）合理的分模面2）加工余量、园角、斜度3）避免高筋、薄壁突起,4）避免深孔、多孔5）采用锻造焊接结构,3.冲压件结构工艺性1）落料和冲孔的要求,2）弯曲件要求,3）拉深件要求4）冲压结构的合理应用,三、焊接技术及其工艺性,焊接：通过加热或加压或同时加热又加压,使原子扩散与结合,从而形成一个整体。,焊接实质：用加热或加压等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。,（一）金属的焊接方法,分类：根据焊接过程特点的不同，焊接方法可以分为三大类。,志不强者,智不达墨翟,压力焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎焊,软钎焊,硬钎焊,熔焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,手弧焊,气体保护焊,埋弧焊,电阻焊,特点：1.与铆接比，工艺简单省金属；,2.气密、水密性能好。,球形储气罐,3.由小拼大，异材焊。,4.易于控制效率高。,(二)金属材料的焊接性,1.焊接性,定义：指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。,它包括两方面内容：接合性能：即在一定的焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性。使用性能：即在一定的焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性。,2.影响焊接性的主要因素,1)金属材料的化学成分。钢随含碳量增加可焊性变差。,2)焊接工艺方法。气焊焊铝及铝合金不好;氩弧焊质量好。3)焊接材料:焊条焊丝焊剂直接影响质量,焊补铸铁时,一般焊条质量差,镍基焊条质量可改观。4)焊接的结构型式:厚度刚度大的件,易于产生应力和裂纹。5)环境条件:温度低易于产生应力裂纹,高温易蠕变。6)工艺参数:焊接电流,焊接速度,预热,缓冷。,3.估算钢焊接性的碳当量法,碳当量法是简便估算法:,C当越大，钢材热影响区的淬硬和冷硬倾向就越大，焊接性就越差。根据经验:C当0.4，焊接性良好；C当0.4-0.6，焊接性中等；C当0.6，焊接性较差。,（三）焊接结构工艺性,1.焊接方便,（2）焊缝布置,（3）节省材料,（4）改善劳动条件容器尽量在外面焊接。（5）避免仰焊焊缝,四、切削加工及工艺性,定义：利用刀具切削掉多于金属，获得符合要求的几何形状，尺寸及表面粗糙度的机械零件。,（一）金属切削加工的分类,1.钳工,定义：利用各种手工工具对金属材料进行切削加工。,基本的加工方法：划线，锯割，锉削，钻孔，攻丝等。,2.机械加工,定义：通过工人操纵机床对工件进行切削加工。,主要方法：车，钻，铣，刨，磨等。,（二）金属切削机床分类,按加工方式，加工对象分为大类：车床，钻床，镗床，磨床，齿轮加工机床，螺纹加工机床，铣床，刨床，拉床，特种加工机床，锯床，其他机床等。金属切削机床按照万能程度分类：1）通用机床（万能机床）：加工多种零件的不同工序。2）专门化机床：不同尺寸的这一类或几类零件的某一种或某几种特定加工工序。3）专用机床：某一种或某几种零件的特定工序。,（三）工件材料的切削加工性,1.衡量切削加工难以程度的标准,U60：一定耐用度下允许切削速度的大小。U60越大，切削性越好。R：表面粗糙度。R越小，切削性越好。,2.改善金属材料切削加工性的措施,低碳钢和中碳钢通过冷拔降低塑性，提高U60；通过热处理改善材料的显微组织；在不影响材料使用性能的前提下，可加入一些有利于切削的合金元素，易切钢。,（四）切削加工零件结构工艺性,1.零件结构应该使加工方便1）便于装卡,2）减少工件安装次数,3）减少刀具调整次数,4）采用标准刀具,5）尽量避免内表面的加工,6）便于加工时的进刀和退刀,2.零件的结构应有力于提高刀具的刚度、寿命和减少切削加工量（1）减少切削加工量,2）应有力于提高刀具的刚度、寿命,3）使用型材，减少加工量,2.3金属表面处理与装饰工艺,一、金属材料的表面处理,定义：金属材料表面的原子层与某些特定介质的阴离子反应后在金属材料表面生成膜层。该层为转化膜。,转化膜：分为电化学转化膜和化学转化膜两类。,(一)铝及合金的氧化与着色处理,1.铝及合金的电化学氧化,过程：铝作阳极氧化,零件作阴极,1)氧化膜的性质氧化膜的多孔性吸附性硬度,绝缘性和绝热性作有机涂层的底色,2.铝及其合金的化学氧化,过程：把工件置于含有碱金属和碱金属的铬酸盐溶液中,铝和溶液互相作用。生成氧化铝和氢氧化铝的薄膜。强度低,作底层。,3.铝及其合金氧化膜的着色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。2）整体着色法：是无机着色方法。可产生金黄色,古铜色,灰色和黑色3）电解着色法：氧化膜在金属盐的着色液中电解着色4）干涉着色法：在氧化,电解着色间加一扩孔步骤,(二）钢铁的氧化与磷化处理,1.钢铁的氧化处理(发黑处理),在浓碱液中煮沸,表面生成四氧化三铁，又称发蓝、发黑，不氢脆,可对弹簧,薄钢片等高强钢发蓝处理。,2.钢铁的磷化处理,浸入磷酸盐溶液中,生成磷酸盐膜，是氧化过程。有色金属也都可磷化。耐蚀,吸附油,不影响焊接,绝缘性好。,(三)铜及铜合金的氧化处理,1.过硫酸盐碱性溶液氧化法过程：过硫酸盐碱性溶液由氢氧化钠和过硫酸盐组成。经60-65浸煮五分钟后,生成黑色氧化膜。,2.铜氨溶液化学氧化法：适于黄铜件,膜为蓝黑色。3.古铜色化学氧化铜镀层：镀铜后在硫酸中活化再以过硫酸盐碱性溶液氧化。4.碱性溶液电化学氧化法：工件为阳极,在氢氧化钠中通电。,二、金属材料的表面装饰,1.镀层装饰技术,在金属表面形成有色金属特性的镀层。增加耐蚀,耐磨,增强色彩,光泽。镀层装饰金属有Cu,Ni,Cr,Fe,Zn,Sn,Al等及其合金。,2.涂层装饰技术,表面以有机物为主体的涂层，干燥成膜。作用：保护;装饰;特殊作用,如隔热绝缘。,3.搪瓷被覆技术,用玻璃质材料在金属制品表面形成被覆层,然后在800烧制。铁,铜,铝,金等都可用此法。,三、其他面饰工艺,(一)表面精加工,1.切削与研削。2.研磨(机械研磨,电解研磨,化学研磨)。3.蚀刻。,(二)其他表面装饰方法,1.层压塑料薄膜,过程：用层压法把塑料薄膜粘结在钢板上,制成薄膜钢板。薄膜材料有：丙烯酸树脂膜,氯乙烯膜,聚乙烯膜,聚氟乙烯膜。,2.热浸涂层定义：把金属件浸入熔融金属液中获得涂层。常用的方法有热浸锌层，热浸锡层，热浸涂铅。3.暂时性防护涂层其主要材料是防锈油防锈纸,可剥性塑料。,第三章工程塑料及其加工技术,3.1常用塑料及性能,一、高分子化合物及工程塑料,定义：是以高分子化合物为主要组分的材料，又称为高分子化合物或聚合物。,高分子化合物的组成：由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙烯:CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2-,单体：组成聚合物的低分子化合物，聚乙烯的单体聚合度：高分子链中链节的重复次数.如聚乙烯：链节：大分子链中重复结构单元(聚乙烯中,高分子化合物的合成,加聚反应:分子与分子相连，形成一条大分子链。缩聚反应:低分子化合物聚合，在生成高分子化合物的同时，有水、氨气等低分子物质析出。,高分子材料多采用习惯命名。常用的有：在原料单体名称前加“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙烯在原料单体名称后加“树脂”，如环氧树脂等。采用商品名称，如尼龙、涤纶等。采用英文字母缩写，如聚乙烯用PE等。,二、工程塑料的分类及其性质,塑料：是一种以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常可在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。,塑料的组成：合成树脂+添加剂。,1.分类,按受热时行为,热塑性塑料,热固性塑料,按使用范围,通用塑料,工程塑料,特种塑料,2.性能,1)重量轻。2)耐腐蚀性好。3)绝缘性好。4)比强度高。5)减磨耐磨性好。塑料还具有高弹性,吸震,隔热等优点。但塑料的强度,硬度及弹性模量低于金属;同时还具有易老化,热膨胀系数大,耐热性差等缺点。,三、工程塑料及其在产品中的应用,聚乙烯（PE）:结构最简单的塑料。性能：半透明材料，分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。其无毒。,应用：化工用管道，电线、电缆包皮，承载小的齿轮、轴承；瓶、食品包装、保温瓶壳、茶杯、奶瓶等。,保鲜膜,聚丙烯（PP）：最轻且价廉的塑料。性能：力学性能、耐热性（150）最高，密度最低，但低温脆性大。无毒无味。应用：电视机、收音机、电话机、电扇、电机罩等壳体等；微波炉餐具、椅子、安全帽；PP膜可作香烟、食品的包装膜等。,PP,PP,聚苯乙烯（PS）：最鲜艳且成形性特好的塑料.特点：极易染成鲜艳颜色、透明度好，有光泽，成型性突出，电绝缘性好，脆性大，户外长期使用易变黄变脆。应用：各类电器配件、壳体、一般光学仪器、灯罩、玩具、建筑广告装饰板、磁带盒、笔杆、饭盒等。,聚氯乙烯（PVC）:是一种热塑性的全能塑料。性能：强度、硬度均高于PE，绝缘性和耐蚀性好，但热稳定性、耐寒性差，一般在-1560使用。因其有毒，不能包装食品（因添加剂导致）。应用：适用于如输油管、容器、阀门管件等耐蚀结构件及农用薄膜、雨衣、桌布，化妆品的硬质外包装，电线绝缘护套、插头插座壳、玩具等用途最广的通用塑料。,农用薄膜,ABS塑料:强韧易成形的白色塑料。性能：综合性能好，价格低、坚韧、质硬、刚性好的材料。应用：电视机、洗衣机、计算机等壳体；汽车上仪表盘、方向盘、挡泥板、手柄以及小轿车车身等。,ABS,聚碳酸酯(PC)：誉称“透明金属”。性能：优良的抗冲击性和透明度，集刚、硬、韧、透明为一体的典型塑料。阻燃性好，自熄性材料，透明无毒。应用：光盘、灯罩、防护玻璃、手机壳体、精密仪器中齿轮、相机零件、太空杯、餐具等。,PC挡风板,太空杯,聚酰胺(PA)：强韧而耐磨耐油的塑料。商品名称为尼龙或锦纶。性能：优良的耐磨性、减摩性和自润滑性。优异的耐油性和气体阻隔性；耐疲劳性好；吸湿性较大。应用：机械行业中应用广泛，如轴承、齿轮、凸轮等。且大量用于拉链、打火机壳、头盔、球拍线、输血管等。,PA轴承座,PA,聚四氟乙烯(PTFE)（F4）：俗称“塑料王”。性能：最优良的耐高、低温性能（-260250），几乎不受任何化学品腐蚀，化学稳定性超过玻璃、陶瓷甚至金等；摩擦系数最小，无味、无毒、不燃，有良好的生物相容性及抗血栓性。应用：不粘锅涂层、管道密封用生料带，机械上减摩密封零件，电器上耐高频绝缘零件、以及强腐蚀场合设备内衬和零件。医用材料中人造血管、人工心脏等。,不粘锅,酚醛塑料（PF）：俗称“电木”。合成塑料的鼻祖。性能：一定强度、硬度；耐磨、绝缘性好、耐热性好，但性脆。有毒。应用：电话机壳、灯头、开关、插座、纽扣、刹车片、齿轮等,电话壳,开关壳,环氧塑料(EP)：俗称“万能胶”。性能：强度、韧性、绝缘性、化学稳定性好，能防水、防潮、防霉，可在-80155的温度范围内长期使用。应用：缺点是有某些毒性。环氧塑料用于制作塑料模具、精密量具、配制飞机漆、油船漆、地板漆。,3.2工程塑料的成型技术与工艺性,一、塑料成型的基本知识,定义：指将树脂和各种添加剂的混合物,制成有一定形状制品的工艺过程,(一)塑料的工艺性,1.流动性:在一定温度压力下以流动态充填型腔的能力。与塑料的性质,树脂分子的大小和结构,添加剂,温度和压力有关。2.吸湿性:塑料对水的亲疏程度。一类吸湿性好,如ABS,有机玻璃,.；另一类吸湿性差,聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯,.。,3.收缩性：成型和冷却过程中体积收缩的特性。与塑料品种有关,还与成型方法,尺寸,工艺条件有关。4.结晶性：具有结晶现象的塑料有此性能。厚壁制品不透明或透明的是结晶性塑料。如聚苯乙烯,有机玻璃。5.相溶性：不同塑料在熔融态不能混溶的性质。分子结构相似易相溶,通过改变配比,选添加剂以调整塑料性能,提高塑料的性能。6.热敏性：对热的敏感程度。高温下受热时间长,塑料解聚,分解和变色。如聚甲醛,聚氯乙烯。,(二)生产工艺过程,将组成原料经筛选,干燥,过滤,研磨,按配方配料搅拌并塑化,混炼均匀和再塑炼成物料,经过成型设备在一定温度,时间,压力下制成各种成品。,二、注射成型技术与工艺性,(一)注射成型的特点和原理,适于热塑性和部分流动性好的热固性塑料。成型周期短,易于自动化,生产率高,不要加工。,(二)工艺要点,1.温度的控制。主要是料桶,喷嘴,模具温度的控制。应使塑料塑化好又不分解。2.压力。塑化压力和注射压力。3.成型周期。完成一次注射所需时间。4.成型材料的预干燥。针对吸湿性材料。预干燥后使成型周期缩短,降低料桶温度。,三、挤出成型技术与工艺性,(一)挤出成型的特点和原理,原理：物料在料桶中熔化,由蜗杆在一定压力下挤出与开口形状一样的形状,再经冷却固化制成型材,如板,管,膜.,特点：连续生成同一截面长件;复杂件整体成型;自动化生产;易于复合成型;设备低价、面积小、生产环境好,工艺简单;形状受限,复杂件难成型。,(二)工艺要点,1.温度控制。2.模具-模孔。3.蜗杆转速,机头压力。4.牵引速度-与挤出速度一致。,四、压制成型技术与工艺性,(一)压制成型的特点及原理,用于热固性塑料制品的生产。有模压法和层压法,特点：设备投资低;工艺条件易于控制;制品取向现象少;不需要流道与浇口;可压制较大制品;收缩变形小;易修整光洁;成型周期长;不适于复杂,加强筋密集的制品等。,(二)工艺要点,1.温度控制。2.压力。3.压制时间(温度一定时,压力增加,压制时间可缩短。,五、其他成型技术,1.吹塑成型,2.真空成型,3.浇铸成型。4.流动浸渍成型。5.压延成型。6.缠绕成型。,六、塑料成型常见缺陷,（1）壁厚过厚,易产生凹陷、空洞、气泡、缺料、流痕等缺陷,(2)小裂纹。产生原因-脱模不良;物料充填过度;模具温度过低;产品结构有缺陷。,(3)圆角过渡,(4)加强筋应用,(5)金属镶嵌件设计,(6)防止翘曲和扭曲,(7)设计冷料穴,（8）树脂流纹,第三节表面处理及装饰技术,一、塑料制品的表面质量要求,外形要光滑,平整,清洁,无裂纹,气泡,孔穴,凹陷,变形,色彩均匀,耐用性,安全性,硬度,耐磨,导电,导热.。,二、塑料涂装技术,目的:防腐老化延长寿命;提高耐化学药品和溶剂的能力;着色;提高硬度,亮度,导热,导电,绝缘。涂装工艺：1)表面活化处理或氧化处理;解决粘附问题,除掉脱模剂。2)刷涂或喷涂。降低污染用有机溶剂。3)涂层干燥。,三、塑料电镀,方法：常见的有喷镀法，化学镀。电镀先在制品表面渗入金属或石墨粉形成导电体。镀层金属有-铜,镍,铝,铬，银,金.。工艺过程:塑料表面粗化，去油，敏化，活化，化学浸镀，电镀，抛光。,塑料在设计中的应用,“生态”垃圾,“线龟”缠线器,“4300”桌,“SKUD医生”苍蝇拍,“Dune”衣物挂钩,第四章工业陶瓷及其加工技术,4.1陶瓷材料及性能,一、陶瓷材料的特点及分类,定义：天然矿物和人工制成的化合物,按一定配比成型烧结制成。特点：耐高温,耐磨,高温性能好,硬脆,绝缘性好。分类：,按原料不同分为,普通陶瓷,特种陶瓷,按化学组成不同分为,氮化物陶瓷,氧化物陶瓷,碳化物陶瓷,二、陶瓷材料的性能,(一)力学性能,1.弹性模量:E=/抵抗变形能力的重要参数。比金属大得多，表4-2。2.强度:理论强度高实际上因气孔晶界低1%-10%。抗拉强度比金属低得多,而抗压非常高。3.韧性:塑性、断裂韧性也极低，表4-3。4.硬度:硬度最高。比钢高得多，表4-4。,(二)热性能,1.比热容:单位质量的物质温度升高1所需的热量。2.热膨胀系数:线膨胀系数小，表4-5。3.导热性:比金属差，表4-6。,(三)电学性能,1.导电性：变化范围广,重要半导体材料。2.绝缘性：大多数是良好绝缘体,半导体常有击穿。,(四)光学性能,1白度(对白光的反射能力)。2.透光度(可见光透过程度)。3.光泽度(可见光反射能力)。,(五)化学性能,化学稳定性好.1000也不会氧化。对酸碱盐有较强抗腐能力，很好的坩埚材料。,(六)气孔率及吸收性,1.气孔率:是陶瓷制品中全部孔隙的体积与该制品总体积之比,是衡量质量与工艺是否合理的指标。2.吸收率:是指陶瓷制品中孔隙可吸水的重量与制品经110干燥恒重之重量的百分比。,三、常用工业陶瓷及制品,(一)日用陶瓷,分类：精陶,细瓷,炻瓷,1.精陶：分为土质,石灰质和硬质。生产工艺可采用可塑成型、注浆成型等,经素烧和釉烧制成。工艺过程：制备成型干燥素烧施釉釉烧,2.细瓷:晶莹透彻,质量较高。外观不许有裂纹,斑点等缺陷。分为长石质,水云母质,骨灰质及滑石质。按颜色分为白瓷和青瓷。生产工艺:一般采用可塑成型和注浆成型,干燥釉烧。,(二)建筑陶瓷,包括卫生瓷,墙面砖,地砖,马赛克,陶土管,琉璃等。,1.釉面砖:是重要饰面材料。采用半干燥法和浇注成型,干燥素烧和釉烧。2.卫生陶瓷:以粘土类矿物,长石,石英为原料。,3.其他建筑陶瓷,如地砖,马赛克,玻璃制品。,（三）电工瓷,特点：绝缘性和力学性能优良,作绝缘材料。其强度,化学稳定性好,不易老化,耐温,防污染。分类：分为高碱瓷,高铝质,高硅质瓷。,(四)化工陶瓷,具有良好耐酸碱腐蚀。广泛用于石油化工,冶炼,造纸等。主要原料有粘土,焦宝石,滑石,长石等,(五)多孔陶瓷,特点：有大量气孔,多为开口气孔。能耐强酸,耐高温,微孔形成机制：或是有机物燃尽,配料中一些原料分解所致;或是晶体发育不全;颗粒之间堆积形成孔隙。成型方法：注浆,半干压,可塑成型,热压注成型等。,(六)功能陶瓷,利用陶瓷特有的物理性能或对力,光,电,磁,热,声,气等敏感特性在国防,卫生,环保,家电,自动控制等广泛应用。,1.结构瓷:指在电子元件,部件,器件,电路中作基体,外壳,绝缘件的陶瓷材料。1)滑石瓷:主要原料为天然矿物,滑石,粘土,碳酸钡等组成。主要用于绝缘器件，表4-16。2)氧化铝瓷:以刚玉(Al2O3)为主原料。硬度高,耐高温好,耐磨性好。主要用于电容器管,微波管,半导体管壳等。,3)氧化铍瓷:为降低烧成温度,在配料中加入Al2O3和MgCO3,生产BeO含量95%的陶瓷。主要用于功率晶体管散热片,高频管壳,集成电路管壳，表4-19。4)氮化硅瓷:用反应烧结法,热压烧结法生产。高温稳定性好,强度高。5)氧化锆陶瓷:导电系数小,耐热性高,有良好耐蚀性。,2.介电陶瓷：电容器的陶瓷介质。绝缘电阻高。介电常数大。介电损耗少。有一定介电强度。1)铁电介质瓷:以钛酸钡BaTiO3为基。用于制造小型大容量的电容器。2)反铁电介质瓷:由锆酸铅PbZrO3或以其为基的固溶体组成。用于高压电容器,非线性元件,介质天线等。,3)半导体介质瓷:是电容器介质材料。4)压电陶瓷:能把机械能转换成电能或把电能转换成机械能的陶瓷材料。5)半导体陶瓷:热敏电阻陶瓷。电阻随温度变化。用于测温,温度补偿,稳压,稳流,限流保护.6)超导陶瓷:有些材料温度降到某温度,电阻会消失-“超导现象”。7)其他功能陶瓷有磁性陶瓷,电光和光学陶瓷,导电陶瓷。,陶瓷在设计中的应用,卫生陶瓷,氧化物陶瓷,4-2工业陶瓷成型技术,成型方法：可塑法,注浆法,热压铸,轧膜,流延成型,印刷,等静压,车坯,干压,挤制,滚压成型等。,一、可塑法成型,包括挤制法,车坯法,旋坯法和压膜法。,1.挤制法成型:挤压成型制造管棒类制品,生产效率高,产量大,操作简便。2.车坯成型:在车床上加工出干坯料制品,然后烧制。3.旋坯法成型:装有泥料的石膏膜随陶车机头旋转时,外表面由型刀旋压。阳膜-石膏膜内凹;阴膜-石膏膜凸起。,4.滚压法成型:把泥料模型和圆柱状滚压头相向旋转,把泥料压成一定形状。可分成阳膜滚压和阴膜滚压。5.压膜法成型:用于薄片状陶瓷制品。,二、注浆法成型,定义：在石膏膜中注入瓷浆料吸水成型。浆料由料粉,水,粘结剂组成。常见有空心注浆和实心注浆，,三、干压法成型,定义：在模具中通过加压使其在模具中成型,粉料中加结合剂。加压分单面和双面加压,4-3陶瓷制品表面装饰技术,目的:美化制品外观,调整其色彩光洁度,改变其表面性质如亮度,硬度,绝缘,导电,一、表面加工,1.机械加工：车,铣,刨,研磨,抛光等加工。分为一般加工精密加工和超精加工,除此还有电火花,离子束加工。2.超精加工主要有：1)弹性发射加工；2)车削金刚石刀具精密加工；3)软质微粉机械化学抛光法；,(4)漂浮抛光法；(5)水合作机械抛光法。,二、表面改性处理,主要是急冷(淬火),缓冷(退火处理)。急冷:烧结高温,急速降温。要达到：保留高温组织满足某些性能要求。产生表面压应力,提高抗张强度。缓冷:烧结后在炉中缓冷或在某一温度保温。其作用：冷却时晶粒长大,分凝,相变;满足某些要求。消除体表面和内部应力。,三、表面金属化处理,作用:形成金属导电层;形成金属引出端,如管壳引出线;用于陶瓷焊接与封闭;形成表面金属装饰。方法:烧渗法,化学镀法真空蒸发等金属膜形成法。常用金属:Au、Ag、Pt、Mo、Mn、Ni.。,四、表面施釉处理,定义：在陶瓷表面烧结一层连续玻璃态物质的工艺。特点：很薄对表面性能、电性能、机械性能、化学稳定性影响很大。美观、不吸水、不易沾污,起装饰和保护作用。方法：浸、喷、滚、浇、涂、刷。注意：选合适的烧釉制度。,4-4陶瓷成型常见缺陷及防止,主要介绍压型法的主要缺陷及防止。1.坯体结构与模型设计易产生缺陷。,2.要有合适的干燥制度,均匀干燥.防止因收缩不均发生变形,如收缩应力集中,严重时还会发生坯体开裂。,3.防止可溶性盐类向表面富集。为防止此现象,可在坯料中加离子沉淀剂;降低成型坯料的含水率,快速干燥;减少或使热风中不含SO2或SO3气体,防止它们使金属离子溶解度增大,加快富集，图4-17。,第五章玻璃及其加工技术,5.1玻璃的基本性能,一、玻璃的性质,1.相对密度：随温度升高而减小,与化学组成有关。2.强度:理论上10,000MPa,实际上却很低。抗压强度高,抗张强度低。3.硬度:硬度大。莫氏硬度在4-7之间。4.光学性质:高透明具有一定光学常数,光谱特性。吸收或透过紫外线、红外线，感光、光存储等;铅玻璃防辐射。5.电学性能:一般是绝缘体。有些是半导体。高温导电性升高。6.热性能:导电性差,急冷易裂,热膨胀系数小。7.化学稳定性:较稳定,耐蚀性好、耐酸性好、耐碱性差、高温水能侵蚀玻璃。,二、玻璃的分类和应用,按用途分,日用玻璃：瓶、碗。技术玻璃:光学仪器、管道、电器。建筑玻璃:平板镜、安全玻璃。玻璃纤维:分为低碱、无碱、中碱、高碱。,按化学成分分,石英玻璃钠钙玻璃硼酸玻璃高硅氧玻璃铅玻璃镁铝硅微晶玻璃硼酸盐玻璃,常见玻璃及用途如下：,5-2玻璃的成型技术,一、常见玻璃制品,1.平板玻璃:主要有窗用、磨光、磨砂、压花、有色、夹层等。2.瓶罐玻璃:化学稳定性、机械强度、抗热震性较好。价便宜。由模制法,管制法。3.泡沫玻璃:加发泡剂,熔融,膨胀成型得轻质多孔玻璃。不燃、不腐、不透水、隔声、隔热，又可锯钻钉和机加工。多用于隔声保温墙、地板。4.钢化玻璃:加热至软化温度完全退火后迅速冷却的钢化处理,可做到抗震,耐温。作汽车挡风,防盗.。,5.石英玻璃:抗热震,化学稳定性,电绝缘性好。6.微晶玻璃:在玻璃中加入成核物质,经热处理制成各种性能的微晶玻璃,膨胀系数可较大范围变化,用途广泛，如管道、阀门。7.铅玻璃:配料中用氧化铅代替氧化钙,提高光色散能力,吸收X射线,对高能辐射屏蔽作用,用于显象管,辐射窗口。8.光学玻璃:用于光学仪器或棱镜,各种球面或反射镜的玻璃材料，具有较好的光学常数,透明性,化学稳定性。分无色玻璃和有色玻璃。9.器皿玻璃:用于制造日用器皿,艺术品,装饰用的玻璃。透明度好,白度好,彩色艳丽,有光泽。主要用于制造茶具,餐具,炊具,艺术品。10.其他玻璃:还有仪器和医疗玻璃。用于温度计,真空玻璃,灯泡壳,光纤玻璃。,二、成型技术,原料粉碎过筛按配方称料混合在熔窑中将物料熔融澄清匀质化成型加工热处理制成产品。,(一)玻璃原料(1)石英砂：SiO2占60-75%，SiO2引入使相对密度降低,熔融温度和退火温度升高;化学稳定性,耐热性和机械强度提高。(2)硼酸,硼砂及硼矿物：主要是B2O3,降低膨胀系数;提高化学稳定性,耐热性,折射率和光泽;降低熔融温度,韧性。是耐热玻璃或医学仪器玻璃,光学玻璃的重要组成。(3)长石,瓷土,蜡石：Al2O3提高化学稳定性、强度、韧度、玻璃的熔融温度。,(4)纯碱芒硝：向玻璃中引入Na2O的主要原料。Na2O的引入降低玻璃的粘度和熔融温度,降低玻璃的稳定性,韧性,机械强度;提高介电常数和热膨胀系数，一般不超过18%。(5)方解石,石灰石,白垩：向玻璃中引入CaO的主要原料。提高玻璃的机械强度,化学稳定性和硬度,也使退火温度和析晶倾向增加。(6)硫酸钡碳酸钡：向玻璃中引入BaO的主要原料。使熔融温度降低,提高相对密度,使化学稳定性降低和析晶倾向增大。含BaO的玻璃防辐射。(7)PbO：要作铅玻璃。增大玻璃的相对密度,提高折射率和光泽,降低熔融温度和化学稳定性。电性能好,硬度小。,2.辅助材料,(1)澄清剂-主要促进气泡排出,常用的有s2O3,Sb2O3,硝酸盐,氨盐,硫酸盐,氟化物。(2)着色剂-使玻璃着色,氧化铁使玻璃黄色,氧化钴使玻璃蓝色,氧化锰使玻璃紫色。(3)脱色剂-提高透明性,常用的有二氧化锰,氧化钴,氧化镍,硝酸钾。(4)乳浊剂-使玻璃呈乳白色的半透明,常用的如冰晶石,氟硅酸钠,氧化锡。(5)助熔剂-常用萤石,硼酸钠,纯碱。加速熔融。(6)氧化剂和还原剂-常用的氧化剂有白砒和硝石。低价变高价;常用的还原剂有碳化物、SnO等。,(二)熔制,定义：在坩埚窑和池窑中进行,温度约为1300-1600,(三)玻璃成型,定义：把熔融玻璃加工成一定几何形状尺寸的玻璃制品。1.压制成型用于较厚的工件,如玻璃砖、绝缘子、盘碟，图5-1。2.吹制成型用于广口瓶和小口瓶，图5-2。3.拉制成型玻璃管、棒、薄板，图5-3。4.压延成型图5-4。5.注法成型:注入模内,玻璃经退火冷却和加工制成。用于光学仪器,艺术雕刻.6.烧结法成型:用粉末烧结成型,可分为干压成型,注浆成型。,(四)玻璃热处理,由于冷却不均产生内应力，强度降低甚至破裂,会使结构变化不均,光学特性不均,常需热处理。1.退火处理:加热到退火点缓慢冷却到室温,减少消除热应力。达到结构均匀,性能质量一致性。2.回火处理:表面引入残余压应力,使其强度和热稳定性提高。用于大型门玻璃,挡风玻璃。3.化学回火:浸入硝酸钾槽中6-10小时,槽温450玻璃表面附近的钠离子会被较大的钾离子取代,使表面形成压应力而心部为拉应力。用于薄玻璃。,（一）玻璃杯,吹制玻璃杯,玻璃在设计中的应用,压制玻璃杯,（二）玻璃酒杯,（三）玻璃冷水瓶,（四）玻璃花瓶,（五）玻璃缸,（六）玻璃茶盘,（七）微晶玻璃锅,玻璃的材质,玻璃艺术品,玻璃家具,5-3璃制品的表面装饰技术,一、冷加工,1.研磨与抛光消除表面缺陷，如粗糙,形状尺寸需改变。先用粗磨料再用细磨料,最后用抛光膏。通过这些工艺加工掉余量,成光滑平整透明的制品。2.切割、喷砂和钻孔用金刚石,碳化硅切割。局部加热快冷,使形成较大应力而折断。用于器皿玻璃制品表面磨砂,商标,刻度的打印。钻孔用于电磁振荡冲击和超声波加工。,二、热加工,复杂和特殊制品的最后定型,改变性能与外观。方法有吹制等成型的制品切割后锋利边缘的烧口和火抛光,火焰切割。,三、表面处理,采用化学刻蚀,灯泡的毛蚀和化学抛光及制品表面涂层处理和着色。如镜子涂水银,表面涂导电层。,5-4常见玻璃制品缺陷及防止,1.玻璃瓶封口不严的成型缺陷,裂纹：为防止其产生,模型的温度应控制在要求的范围内,避免玻璃制品局部过冷或过热,应调整机器部件和模型的装配。壁厚不均：因玻璃料滴温度不均或模具温度不均造成。解决方法是使玻璃料滴温度均匀,有时应搅拌。应使模具均温，图5-5。,变形：作业温度过高或模具制造有缺点造成的。图5-6。,瓶口不饱满：如缺口、瘪肩、花纹不清楚。应调整作业温度和压缩空气及真空系统是否正常。瓶口突出(凸边)：因模具部件制造不当或安装不吻合造成。应注意模具设计和加工的合理,还防止作业温度过高或压缩空气压制时力过大。,成型制品中的气泡：通过工艺手段消除熔融玻璃液中的气泡,主要有调节冲头行程满足要求,不使空气进入,控制燃烧喷嘴开的大小,清洁供料机附近的环境。,第六章木材及其加工技术,6.1常用木材及性能,一、材的特性,分类及结构,(一)木材的特性,1.质轻2.天然色彩和美丽花纹。3.可以调整空气湿度。4.有可塑性。5.易加工和涂饰。6.有良好的绝缘性。7.易变形,易燃。8.各向异性。,(二)木材的分类,按成长状况分,外长树:树干成长向外发展,由细变粗,生长季节不同形成年轮。内长树:内部木质充实,热带的木质。,按树质分为六级,软木材硬木材,按树叶形状分,针叶:高直大,纹理平顺,易加工,属软木。质强度高,变形小,耐腐蚀,用于承重构件。常用树种红松,马尾松,杉木,白松,银杏.。阔叶:树干短,质硬,难加工,属硬材。有的由美丽花纹适于作家具,常用树种白桦,枫杨,榆树.。,(三)木材的构造,树干,树皮：是外层组织,贮藏养分，输送养分的渠道。是鉴别树种的重要特征。木质部：分边材和心材。边材输送水分,含水多,强度低,易腐烂；心材含水少,强度高,不易腐烂。心材价值高,颜色深。髓心：树干中心,质软,强度低,易腐朽,易干裂,从不同方向锯切木材,表面构造和物理性能不同。选不同切面：横切面,径切面,弦切面。1.横切面:垂直生长方向。硬度大,耐磨损,难刨削。,2.径切面:沿生长方向。经过髓心,收缩小,不翘曲,挺直,牢度好。3.弦切面:沿树干生长方向,不经过髓心,花纹美观,易翘曲。,二、木材的缺陷,1.节子:树干上活枝条或死枝条被长粗树干包围起来形成的生理现象。按照断面形状分为圆形,条状,掌状三种。分活节,死节,漏节，节子不均,影响美观,坚硬,不光洁,强度下降。2.变色:一种是化学变色即阳光氧气的化学作用。生在表面经刨切后又能够恢复原材色。另一种变色即木材受真菌的侵蚀未破坏细胞壁,如青变,红斑,杂斑。3.腐朽:受真菌破坏了细胞壁,不仅变色,且结构松软。碎,后变