第八章 结构、材料、工艺与造型

1、造型设计基础造型设计基础主要内容：主要内容：常见的砂型铸造常见的砂型铸造塑料及木材加工成型塑料及木材加工成型第八章第八章 结构、材料、工艺与造型结构、材料、工艺与造型一、材料、工艺与造型一、材料、工艺与造型天然材料、加工材天然材料、加工材料、人造材料。料、人造材料。金属、无机非金属、无机材料、有机高金属、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。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、颗粒材料、线状材料、面状材料、块状材料。块状材料。o 材料的发展史：材料的发展史：o 第一代材料：石器时代的木片、石器、骨器等天然材料；o 第二代材料：陶、青铜和铁

2、等从矿物中提炼出来的材料；o 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；o 第四代材料：各同异性的复合材料。弹性、非弹性等。弹性、非弹性等。颜色、密度、熔点、导热率、热膨胀率等。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。成分、显微组织、结晶结构、抗腐蚀性等。尺寸、形状、公差等。尺寸、形状、公差等。抗拉、抗压、抗弯曲、抗剪切、抗疲劳、耐抗拉、抗压、抗弯曲、抗剪切、抗疲劳、耐冲击、耐摩擦等。冲击、耐摩擦等。质的特征质的感觉举例肌理反光软硬粗粗细细细细暗暗光光暗暗硬软硬软硬软凝重、坚固、粗犷温和、舒适、软弱精密、坚硬、富丽、生硬滑爽、柔软、软快雅致、

3、朴实、温和平易、细、柔软铸铁皮革、纺织品金属抛光件、精密器件丝绸、金属箔金属亚光、无光处理、喷砂、发蓝橡胶、软制FVC齿圈齿圈钢锭钢锭退火罩退火罩渣斗渣斗西安秦皇陵出土的铜马车西安秦皇陵出土的铜马车 古铜钱古铜钱内燃机缸盖内燃机缸盖古代十八般武器和编钟古代十八般武器和编钟(1),(1),液态成形（铸造）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。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的

4、特点液态成形具有的优点：液态成形具有的优点：1. 1. 一次成形，易获得形状复杂件一次成形，易获得形状复杂件 ; ;2. 2. 适应性强、应用广泛适应性强、应用广泛 ; ;3.3.加工成本低加工成本低 ; ;液态成形的缺点：液态成形的缺点：1.1.液态成形工序多液态成形工序多; ;2.2.机械性能差机械性能差; ;3.3.劳动条件差。劳动条件差。 液态成形工艺方法的分类液态成形工艺方法的分类1 1、按铸型材料来分：砂型铸造、金属型铸造、石墨型铸造、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；陶瓷铸造；2 2、按充型方式来分：重力充型、高压充型、低压充型、离、按充型方式来分：重力

5、充型、高压充型、低压充型、离心力充型；心力充型；3 3、按液态成形工艺方法的作用力不同又可分为两类：、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、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；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。压铸造、挤压铸造等。砂型铸造砂型铸造零件图零件图铸造工艺图铸造工艺图铸铸型型芯芯型型芯盒芯盒 芯砂芯砂型砂型砂模型模型熔化熔化合合 箱箱落砂、清理落砂、清

6、理检检 验验铸铸 件件 砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程砂型铸造动画演示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手工造型和机器造型简介及常见常见的砂型铸造方法演示的砂型铸造方法演示手工造型：手工造型： 机器造型机器造型1 1、整模造型整模造型2 2、分模造型分模造型3 3、三箱造型三箱造型4 4、挖砂造型挖砂造型5 5、活块造型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。 o 手工造型手工造型 o 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

7、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。 图图1 常用造型工具常用造型工具 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o 整模造型整模造型o 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。o 整模造型的特点：整模造型的特点：o 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o 分模造型分模造型o 当铸件形状简单，但其最大截面为中间截面

8、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。o 分模造型的特点分模造型的特点o （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o 三箱造型三箱造型o 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。o 三箱造型的特点三箱造型的特点o (1)有两个分型面；o （2）中箱高度必须与模样的相应高度相适应；o （3）难以用机器造型返回o

9、挖砂造型挖砂造型o 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。n 挖砂造型的特点：挖砂造型的特点： n （1）整体模； n （2）最大截面靠近端面； n （3）分型面为曲面 o （4）效率低下。 n 挖砂造型的适用：挖砂造型的适用： n 单件小批生产。 返回o活块造型活块造型o 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。o 活块造型的特点活块造型的特点o （1）局部妨碍起模；（2）单件或小批生产；（3）效率低下。返回o 机器

10、造型机器造型 o 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震压式造型机和震压紧砂过程 o a) 震压式造型机外形图o b)加砂后进气，工作台被举起o c)排气口打开，工作台落下 o d)压实顶部型砂o 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。o 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。o 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

11、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机器造型的起模方法a)顶箱起模 b)落模起模o 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o 液态金属在重力作用下注入金属型中成形的方法，称为金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

12、为硬模铸造。由于金属型可重复属型铸造，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。使用，故它又有永久型铸造之称。o 制造金属型的材料应根据浇注的合金选用，一般金属型材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。合金铸铁或钢做金属型。金属型铸造金属型铸造金属型铸造过程演示金属型铸造过程演示金属性铸造的优缺点及其应用金属性铸造的优缺点及其应用( (

13、和砂型铸造相比和砂型铸造相比) )优缺点比较：优缺点比较：(1) (1) 投入费用（金属型投入费用（金属型 砂型）砂型）(2) (2) 加工质量（金属型优于砂型）加工质量（金属型优于砂型）(3) (3) 加工效率（金属型高于砂型）加工效率（金属型高于砂型）(4) (4) 灵活性（砂型优于金属型）灵活性（砂型优于金属型）(5) (5) 劳动强度、劳动条件劳动强度、劳动条件应用条件比较：应用条件比较：(1) (1) 生产批量生产批量 砂型：单件小批；金属型：大批量生产砂型：单件小批；金属型：大批量生产(2) (2) 铸件材料（指材料的熔点）铸件材料（指材料的熔点） 金属型有限制；而砂型无限制。金属

14、型有限制；而砂型无限制。(3) (3) 铸件尺寸重量大小铸件尺寸重量大小 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。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、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。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形成的中空型壳并在其中成形从

15、而获得精密铸件的方法，又称为失蜡铸造。法，又称为失蜡铸造。熔模铸造熔模铸造熔模铸造的基本工艺过程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特点及应用熔模铸造的优点：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。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。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。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、大量生产均可适生产批量不受限制，单件、小批、成批、大量生产均可适用。用。熔模铸造的缺点：熔模铸造的缺点： 工序复杂，生产周期长

16、。工序复杂，生产周期长。 原材料价格高，铸件成本高。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。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的应用: :o 熔模铸造是一种实现少无切削加工的、先进的精密成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，它最适用于形工艺，它最适用于25kg25kg以下的高熔点、难以切削加以下的高熔点、难以切削加工的合金铸件的成批、大量生产。工的合金铸件的成批、大量生产。o 目前主要用于航天飞行器、飞机、汽轮机、泵、汽车、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

17、复杂刀具的生产。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（通常为将液态金属浇入高速旋转（通常为2502501500r/min1500r/min）的铸型中，使其在离心力作用下充）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填铸型和凝固而形成铸件的液态成形工艺称为离心铸造。心铸造。离心铸造离心铸造离心铸造的类型离心铸造的类型 （1 1）立式离心铸造）立式离心铸造（2 2）卧式离心铸造）卧式离心铸造离心铸造的特点及应用离心铸造的特点及应用离心铸造的优点：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、浇用离心铸造生产空心旋转体铸

18、件时，可省去型芯、浇 注系统和冒口。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。好，铸件组织致密，力学性能好。 便于浇注便于浇注“双金属双金属”轴套和轴瓦，如在钢套内镶铸一薄层轴套和轴瓦，如在钢套内镶铸一薄层 铜衬套，可节省价格较贵的铜料。铜衬套，可节省价格较贵的铜料。离心铸造的缺点：离心铸造的缺点： 铸件内自由表

19、面粗糙，尺寸误差大，品质差。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、镁等不适用于密度偏析大的合金（如铅青铜）及铝、镁等 轻合金。轻合金。离心铸造的应用离心铸造的应用o 离心铸造主要用来大量生产管筒类铸件，如铁管、铜套、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。机转子等。o 压力铸造（简称压铸）是在高压作用下将液态压力铸造（简称压铸）是在

20、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。液态成形方法。o 金属液在高压下以高速充填压铸型，是压铸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。区别于其它铸造工艺方法的重要特征。压力铸造压力铸造种类（根据压室的种类）种类（根据压室的种类）（1 1）热压室压铸机）热压室压铸机（2 2）冷压室压铸机）冷压室压铸机 压力铸造的特点及应用压力铸造的特点及应用( (和金属型铸造相比）和金属型铸造相比）特点比较：特点比较：(1

21、) (1) 投入费用（压力铸造投入费用大）投入费用（压力铸造投入费用大）(2) (2) 工件质量（压力铸造工件质量高）工件质量（压力铸造工件质量高）(3) (3) 加工效率（压力铸造效率高）加工效率（压力铸造效率高）(4) (4) 灵活性（准备铸型的时间是一样的）灵活性（准备铸型的时间是一样的）(5) (5) 劳动强度和条件（压力铸造劳动强度更小，条件更好）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：应用条件：(1) (1) 生产批量生产批量 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。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) (2) 铸件材料（

22、无差异）铸件材料（无差异）(3) (3) 铸件的尺寸重量（金属型铸造中小尺寸，压力铸造小尺寸）铸件的尺寸重量（金属型铸造中小尺寸，压力铸造小尺寸）(4) (4) 铸件质量要求铸件质量要求 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。质量较低的零件。(5) (5) 铸件形状复杂程度铸件形状复杂程度 压力铸造适于铸造形状复杂的铸件。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工作原理示意图低压铸造的特点低压铸造的特点（1 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）浇注时的压力和速度可

23、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。金属型、砂型等），铸造各种合金及各种大小的铸件。（2 2）采用底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避）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。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 3）省去补缩冒口，金属利用率提高到）省去补缩冒口，金属利用率提高到 909098%98%。（4 4）铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰、表面光洁，力）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

24、。学性能较高，对于大薄壁件的铸造尤为有利。（5 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。）劳动强度低，劳动条件好，设备简易，易实现机械化和自动化。应用应用o 中低批量生产，质量要求高，大中尺寸，形状复杂，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。各种熔点的金属铸件。o 目前广泛应用于铸造铝合金铸件，如汽车发动机缸体、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。浇注较大的铸件，如球铁曲轴、铜合金螺旋桨等。压铸件产品

25、压铸件产品 各种铸造工艺方法的综合比较各种铸造工艺方法的综合比较(2)塑性成形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的基本原理与特点快速成型制造技术（快速成型制造技术（Rapid Prototyping & ManufacturingRapid Prototyping & Manufacturing，RPMRPM）快速成型（快速成型（RPRP）一般来讲多属于堆积成形，通过离散的区域得到）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

26、形金属快速成形 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性方面的限制 快速成型制造技术的优势：快速成型制造技术的优势：快速成型的特点快速成型的特点: : 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、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

27、、光学技术等前沿技术材料科学、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）快速成型分类（材料分离状态）材料去除成形材料去除成形 材料堆积成形材料堆积成形 实体实体CADCAD模型模型Z Z向分离（分层）向分离（分层）层面信息处理层面信息处理层面制造与连层面制造与连接接层面全部完成层面全部完成后处理后处理是是否否快速成形原理图快速成形原理图 快速成型的应用特点快速成型的应用特点用于新产品开发；用于新产品开发；产品的加工不用刀具；产品的加工不用刀具；应用快速制造模具应用快速制造模具 ；不需要前期投入专门工装不需要前期投入专门工装 ；在逆向工程（在逆向工程（Reverse En

28、gineeringReverse Engineering）中有着广泛）中有着广泛的应用的应用 ； 设计设计铸造铸造焊接焊接锻压锻压模具模具加加毛毛坯坯 材料分离成材料分离成形形粗加工粗加工半精工半精工精加工精加工工工件件材料堆积成形材料堆积成形设计设计工件工件样件样件模具模具传统加工与快速成形对比传统加工与快速成形对比快速成型的加工特点快速成型的加工特点效率高效率高 ；自动化高；自动化高；非接触；非接触；产品形状任意；产品形状任意；常用的软件及文件接口：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：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：UGUG、PRO

29、/EPRO/E、CATIACATIA、MDTMDT等等格式要求有通用性如：格式要求有通用性如：IGESIGES（IGSIGS）、）、STEPSTEP、STLSTL等等快速成形加工的方法快速成形加工的方法光固化立体成形（光固化立体成形（Stereo Lithography ApparatusStereo Lithography ApparatusSLASLA） 1-1-激光发生器；激光发生器； 2-2-成形零件；成形零件；3-3-光敏树脂；光敏树脂；4-4-液体面；液体面； 5-5-刮平器；刮平器； 6-6-升降台升降台光固化立体成形工艺原理光固化立体成形工艺原理成型原理：光照成型原理：光照成型

30、材料：光敏树脂成型材料：光敏树脂截层厚度：截层厚度：0.040.07mm0.040.07mm可控精度：可控精度：0.1mm0.1mm优缺点：表面质量好，精度较高；应优缺点：表面质量好，精度较高；应用用 小件；需要支撑结构；材料有污小件；需要支撑结构；材料有污染染叠层实体制造（叠层实体制造（Laminated Object Manufacturing Laminated Object Manufacturing LOMLOM） 1-1-收纸辊；收纸辊；2-2-升降工作台；升降工作台；3-3-加工平面；加工平面；4-4-定位装置（切割头）；定位装置（切割头）；5-5-激光器；激光器；6 6热压辊；

31、热压辊；7-7-计算机；计算机；8-8-箔材带；箔材带；9-9-展开辊展开辊叠层实体制造叠层实体制造 LOMLOM法原理图法原理图 原理：激光切割原理：激光切割材料：金属箔、纸；材料：金属箔、纸；截层厚度：截层厚度：0.070.15mm0.070.15mm精度：与切割材质有关精度：与切割材质有关优缺点：适合大中型制件；成优缺点：适合大中型制件；成型速度快；精度不高；材料浪型速度快；精度不高；材料浪费；废料清理困难费；废料清理困难选择性激光烧结（选择性激光烧结（Selected Laser SinteringSelected Laser SinteringSLSSLS） 原理：激光烧结原理：激光

32、烧结材料：陶瓷、金属粉等等；材料：陶瓷、金属粉等等；截层厚度：截层厚度：0.10.2mm0.10.2mm优缺点：材料使用广；适合中优缺点：材料使用广；适合中小型制件；成型效率不高；后小型制件；成型效率不高；后处理复杂处理复杂选择性激光烧结原理选择性激光烧结原理图图 熔融沉积成形（熔融沉积成形（Fused Deposition ModelingFused Deposition ModelingFDMFDM） 原理：激光热熔原理：激光热熔材料：塑料丝材料：塑料丝截层厚度：截层厚度：0.0250.76mm0.0250.76mm成型精度：低成型精度：低优缺点：成型速度慢、适优缺点：成型速度慢、适合小塑

33、料件、费用低、变合小塑料件、费用低、变形小形小熔融沉积成形原理图熔融沉积成形原理图 注射成型注射成型热流道注射成型热流道注射成型 热固性塑料注射成型热固性塑料注射成型 低发泡注射成型低发泡注射成型 排气注射成型排气注射成型 反应注射成型反应注射成型动力融熔注射成型动力融熔注射成型气体辅助注射成型气体辅助注射成型多品种塑料的共注射成型多品种塑料的共注射成型注射成型压机注射成型压机注射原理注射原理 注射成型产品注射成型产品压缩模具压缩模具 压缩成型压机压缩成型压机压缩成型产品压缩成型产品挤出成型产品挤出成型产品挤出机头挤出机头挤出成型过程挤出成型过程吹塑成型压机吹塑成型压机吹塑原理吹塑原理 吹塑成

34、型产品吹塑成型产品真空成型模具真空成型模具 真空成型产品真空成型产品木材及加工工艺木材及加工工艺o 木材的基本特性木材的基本特性o 木材的工艺特性木材的工艺特性o 常用木材常用木材o 木材在设计中的应用木材在设计中的应用木材的基本特性木材的基本特性o 木材是由树木采伐后经初步加工而得的，是由纤维素、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。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木材的基本特性木材的基本特性o (1)(1)质轻质轻n 木材由疏松多

35、孔的纤维素和木质素构成。木材由疏松多孔的纤维素和木质素构成。n 它的密度因树种不同，一般在它的密度因树种不同，一般在0 03-03-08 8之间，比金之间，比金属、玻璃等材料的密度小得多，因而质轻、坚韧、并属、玻璃等材料的密度小得多，因而质轻、坚韧、并富有弹性。富有弹性。n 在纵向在纵向( (生长方向生长方向) )的强度大，是有效的结构材料，但的强度大，是有效的结构材料，但其抗压、抗弯曲强度较差。其抗压、抗弯曲强度较差。 o (2)(2)具有天然的色泽和美丽的花纹具有天然的色泽和美丽的花纹n 不同树种的木材或同种木材的不同材区，都具有不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

36、色泽。如红松的心材呈淡玫瑰色，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，边材呈淡黄边材成黄白色；杉木的心材成红褐色，边材呈淡黄色等。色等。n 又因年轮和木纹方向的不同而形成各种粗、细、直、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。或胶拼成种类繁多的花纹。 o(3)(3)具有调湿特性具有调湿特性n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。气中的

37、湿气具有吸收放出的平衡调节作用。o(4)(4)隔声吸音性隔声吸音性n木材是一种多孔性材料，具有良好的吸音隔声功能。木材是一种多孔性材料，具有良好的吸音隔声功能。o(5)(5)具有可塑性具有可塑性n 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。可以用胶、钉、榫眼等方法比较容易和牢固地接合。o(6)(6)易加工和涂饰易加工和涂饰n 木材易锯、易刨、易切、易打孔、易组合加工成型，且加工木材易锯、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，故对涂料的附着比

38、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。力强，易于着色和涂饰。o (7)(7)对热、电具有良好的绝缘性对热、电具有良好的绝缘性n 木材的热导率、电导率小，可做绝缘材料，但随着木材的热导率、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。含水率增大，其绝缘性能降低。o (8)(8)易变形、易燃易变形、易燃n 木材由于干缩湿胀容易引起构件尺寸及形状变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。材的着火点低，容易燃烧。o (9)(9)各向异性各向异性

39、n 木材是具有各向异性的材料，即使是同树种的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。学性质差异很大，使之使用和加工受到一定的限制。 木材的工艺特性木材的工艺特性o 将木材原材料通过木工手工工具或木工机械设备加工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，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。最后形成一件完整的木制品的技术过程。 o 木材的成型加工木材的成型加工o 木制

40、品的表面装饰技术木制品的表面装饰技术木材的成型加工木材的成型加工o 1. 1. 木材加工的工艺流程木材加工的工艺流程n 每个构件加工前，都要根据被加工构件的形状、尺寸、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、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。工艺过程。木材的成型加工木材的成型加工o1. 1. 木材加工的工艺流程木材加工的工艺流程n(1

41、)(1)配料配料n 配料就是按照木制品的质量要求，将各种不同树种、不同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。规格的木材，锯割成符合制品规格的毛料，即基本构件。n(2)(2)基准面的加工基准面的加工n 为了构件获得正确的形状、尺寸和粗糙度的表面，并保证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。续工序加工的尺寸基准。n(3)(3)相对面的加工相对面的加工n 基准面完成后，以基准面为基准加工出其他几个表面。

42、基准面完成后，以基准面为基准加工出其他几个表面。 o1. 1. 木材加工的工艺流程木材加工的工艺流程n(4)(4)划线划线n 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。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。n (5)(5)榫头、榫眼及型面的加工榫头、榫眼及型面的加工n 榫结合是木制品结构中最常用的结合方式，因此，开榫、打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眼工序是构件加工的主要工序，其

43、加工质量直接影响产品的强度和使用质量。和使用质量。n (6)(6)表面修整表面修整n 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。构件表面要精确修整，内部用料可不作修整。 o2. 2. 木材加工的基本方法木材加工的基本方法n (1)(1)木材的锯割木材的锯割n 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、

44、分解、开榫、锯肩、截断、下料时，都要运用锯割加工。开锯、分解、开榫、锯肩、截断、下料时，都要运用锯割加工。 n(2)(2)木材的刨削木材的刨削n 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。般较粗糙且不平整，因此必须进行刨削加工。n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。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。n(3)(3)木材的凿削木材的凿削n 木制品构件间结合的基本形式是框架榫孔结构。因此，榫孔的凿木制品构件间结合的基本形式是框架榫孔结构。

45、因此，榫孔的凿削是木制品成型加工的基本操作之一。削是木制品成型加工的基本操作之一。 n (4)(4)木材的铣削木材的铣削n 木制品中的各种曲线零件，制作工艺比较复杂，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，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。可缺少的设备之一。 o 3 3 木制品的装配木制品的装配n 木制品的构件间的结合方式，常见的有榫结合、胶木制品

46、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。件结合，以及混合结合等。n 采取不同的结合方式对制品的美观和强度、加工过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。程和成本，均有很大的影响。 o (1)(1)榫结合榫结合n 榫结合是木制品中应用广泛的传统结合方式。榫结合是木制品中应用广泛的传统结合方式。n 它主要依靠榫头四壁与榫孔相吻合，装配时，注意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清理榫孔内的残存木渣，榫头和榫孔

47、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，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。必要时可加木楔，达到配合紧实。o 榫结合的优点是传力明确、构造简单，结构外露，便于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，如图作用不同，榫头有各种形式，如图8 83 3所示。各种榫根所示。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。大小，根据榫头而定。 o

48、 (2)(2)胶结合胶结合n 胶结合是木制品常用的一种结合方式，主要用于实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。便、结构牢固、外型美观。n 装配使用粘合剂时，要根据操作条件、被粘木材种装配使用粘合剂时，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类、所要求的粘接性能、制品的使用条件等合理选择粘合剂。择粘合剂。n 操作过程中，要掌握涂胶量、晾置和陈放、压紧、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。操作温度、粘接层的厚度

49、五大要素。o 最常用的是聚醋酸乙烯酯乳胶液，俗称乳白胶。最常用的是聚醋酸乙烯酯乳胶液，俗称乳白胶。n 它的优点是使用方便，具有良好和安全的操作性能，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。固化后的胶层无色透明，不污染木材表面。n 但成本较高，耐水性、耐热性差，易吸湿，在长时但成本较高，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，只适用于室内木间静载荷作用下

50、胶层会出现蠕变，只适用于室内木制品。制品。 o (3)(3)螺钉与圆钉结合螺钉与圆钉结合n 螺钉与圆钉的结合强度取决于木材的硬度和钉的长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，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，否则强度越长度越长，沿横纹结合，则强度越大，否则强度越小。小。n 操作时要合理确定钉的有效长度，并防止构件劈裂。操作时要合理确定钉的有效长度，并防止构件劈裂。 o (4)(4)板材拼接常用的结合方式板材拼接常用的结合方式n 木制品上较宽幅面的板材，一般都采用实木板拼接而木制品上较宽幅面的板材，

51、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，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。宽幅面板材。n 设计时可根据制品的结构要求、受力形式、胶粘剂种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。类，以及加工工艺条件等选择。木制品的表面装饰技术木制品的表面装饰技术o 1 1 木制品的表面涂饰木制品的表面涂饰n (1)(1)表面涂饰目的表面涂饰目的n

52、 木制品表面涂饰的目的主要是装饰作用和保护作用，木制品表面涂饰的目的主要是装饰作用和保护作用，见表见表8 81 1。 8.2.2 木制品的表面装饰技术o （2 2）涂饰前的表面处理）涂饰前的表面处理n 由于木材表面不可避免地存在各种缺陷，如表面的干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。涂饰质量，降低装饰效果。 o （2 2）涂饰前的表面处理）涂饰前的表面处理n干燥：木材具有多孔性，

53、易吸水和排水，并有干缩干燥：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，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因此新木材需要干燥到含水率在8 81 21 2时才能进时才能进行涂饰。木材的干燥方法有自然晾干和低温烘干两种。行涂饰。木材的干燥方法有自然晾干和低温烘干两种。n去毛刺：木制品表面虽经刨光或磨光，但总有一些去毛刺：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。去除毛刺均匀性，因此涂层被覆前一

54、定要去除毛刺。去除毛刺的方法有：水胀法、虫胶法和火燎法。的方法有：水胀法、虫胶法和火燎法。 n 脱色：不少木材含有天然色素，有时需要保留，可起脱色：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。无关的任意色彩时，就需要对木制品表面进行脱色处理。 n 脱色的方法很多。用漂白剂对木材漂白较为经济并见效脱色的方法很多。用漂白剂对木材漂白较为经济并见效快。一般情况下，常

55、在颜色较深的局部表面进行漂白处快。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。剂有：双氧水、次氯酸钠和过氧化钠等。 n 消除木材内含杂物。消除木材内含杂物。n 大多数针叶树木材中含有松脂。松脂及其分泌物会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。情况下，松脂会从木材中溢出，造成涂层发粘。 n 木材内含的单宁与着色的染料反应，使涂层颜色

56、深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。含杂物除去。 o (3)(3)底层涂饰底层涂饰n 底层涂饰的目的是改善木制品表面的平整度，提高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。优美、颜色均匀的木质表面。n 底层涂饰是多道工序的总称，各工序的名称见下表。底层涂饰是多道工序的总称，各工序的名称见下表。o (4)(4)面层涂饰面层涂饰n 底层完成后便可进行面层的涂饰。用于木材制底层

57、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。饰两大类。n 透明涂饰主要用于木纹漂亮、底材平整的木制品。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部分透明涂饰用的面漆和部分不透明涂饰用的面漆见表见表8-38-3和表和表8-48-4：2. 2. 木制品的表面覆贴木制品的表面覆贴o 表面覆贴是将面饰材料通过粘合剂粘贴在木制品表面而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成一体的一种装饰方法。表面覆贴工艺中的后成

58、型加工技术是近年来开发的板材边部处理的新技术。技术是近年来开发的板材边部处理的新技术。o 其工艺方法是：以木制人造板其工艺方法是：以木制人造板( (刨花板、中密度纤维、刨花板、中密度纤维、厚胶合板等厚胶合板等) )为基材，将基材按设计要求加工成所需的为基材，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。对板面和端面进行覆贴封边。 o 常用的面饰材料有，聚氯乙烯膜常用的面饰材料有，聚氯乙烯膜(PVC(PVC膜膜) )、人造革、人造革、DAPDAP装饰纸、装饰纸、AIKOYAIKOY纤维膜、三聚

59、氰胺板、木纹纸、薄纤维膜、三聚氰胺板、木纹纸、薄木等。木等。常用木材常用木材o原木原木o人造板材人造板材o新颖木材新颖木材o 原木原木n 原木是指伐倒的树干经过去枝去皮后按规格锯成的一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。定长度的木材。n 原木又分为直接使用的原木和加工使用的原木两种。原木又分为直接使用的原木和加工使用的原木两种。n 直接使用的原木一般用作电柱、桩木、坑木以及建筑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，较高的工程所用的原木，通常要求具有一定的长度，较高的强度。强度。n 加工使用的原木是作为原材料加工用的，是将原

60、木按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。一定规格尺寸锯割后的木材，又称为锯材。n 锯材按其宽度和厚度的比例关系又可分为板材、方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。材和薄木等。n 板材板材-横断面宽度为厚度的横断面宽度为厚度的3 3倍及倍及3 3倍以上者。倍以上者。n 方材方材-横断面宽度不足厚度的横断面宽度不足厚度的3 3倍者。倍者。n 薄木薄木-厚度小于厚度小于1mm1mm的薄木片。厚度在的薄木片。厚度在0.050.050.2 0.2 mmmm的称为微薄木。的称为微薄木。 o 人造板材人造板材n 利用原木、刨花、木屑、废材及其他植物纤维为利