金属材料和塑料在产品中应用

产品造型设计材料与工艺调研系别：机械工程系班级：工业设计102班姓名：汤转学号：201006084209一.金属材料在产品中的应用（冲压成型在产品中的应用）1.金属材料的概述2.金属材料的成型方法3.冲压成型产品举例4.冲压成型产品设计要点5.冲压产品分析二.塑料在日常生活中的应用1.塑料的概述2.塑料主要的成型方法3.塑料成型方法在产品中的应用（图片举例）4.塑料水杯分析5.

塑瓶产品在乳饮料包装中的应用---PET瓶一.金属材料在产品中的应用----冲压成型在产品中的使用分析一.金属材料成型----概述

材料成型加工行业是制造业的重要组成部分，材料成型加工技术是汽车、电力、石化、造船及机械等支柱产业的基础制造技术，新一代材料加工技术也是先进制造技术的重要技术。据统计，全世界75%的钢材经塑性成形，45%的金属结构用连接得以成型。汽车结构中65%以上由钢材、铝合金、铸铁等材料通过以上几种加工方法成型。

在现代产品设计中,可运用的材料丰富多彩。其中,金属以其自身的特质在工艺制作材料中占有很大的比重。不同的金属经过不同的冶炼、熔铸、捶打、焊接等工序,可以制作各种富有现代感的产品。金属材料在体现设计效果上起着不可忽视的作用。

金属材料是现代工业的支柱，金属材料的工艺性能优异，能够按照设计师的构思实现产品的多种造型。广泛应用于工业产品造型设计中，是设计师快速实现设计构思的重要途径。随着科学技术的发展，肯定会有越来越多的处理工艺被发明出来，这些都会对产品设计的发展做出重要影响。

金属材料的成型分为：液态成型、塑性成形和连接成型三大类。其中，液态成型又叫做铸造，包括：砂型铸造和特种铸造；塑像成型可分为：自由锻、模段、板料冲压、挤压、轧制和拉拔；常见的连接成型工艺主要有焊接、胶接和机械连接。经过十周对《产品造型设计材料与加工工艺》的学习，老师在课堂上生动的基础知识的讲解，经典的案例分析和一下宝贵资料的观看，和对一些常识性错误的分析，使我对材料成型的方法有了一定的认识。下面是本人在网上和实际调查中得到的一些金属材料在生产生活中的应用实例，就冲压成型方法和性能做了一些简单的分析。有不当的地方敬请老师批评、指正，我一定认真修改。二.金属材料的成型方法三.冲压成型产品举例

冲压即能制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造像汽车大梁、压力容器一类的大型零件。尺寸和形状精度即可满足一般要求，也可制造精度在微米级、形状复杂的零件。冲压在汽车（车身、底盘、油箱、散热器片等）、机械、家用电器、日用品（水壶、铝锅、厨具等）、电机、仪表（支架、挡板、壳体等）、航空航天、兵器制造中具有十分重要的地位。在罐装食品、饮品的封装等方面应用广泛。艺术造型上，常做标牌、锁具、灯具、笔、服装上的装饰品等。以壳体类零件居多,冲压产品尺寸精确，表面光洁度好，一般冲压后不再或很少进行机械加工.---------冲压壳体冲压（拉伸）件冲压烤漆饰品冲压饰品形状简单、对称，尽可能采用圆形或矩形，受力均匀

产品表面均由上下模具切、拉、挤而成，故产品形状设计应简单，符合模具的一端（型腔）或两端（通模）是开放式的特点，应能制造。为保证模具强度和寿命，尽量避免长槽或长悬臂的结构设计

形成产品表面的冲压深度不能过长，过长时是分几次压成的，产品的拉、挤成型表面不应设计过长。（如：氧气瓶）在型腔内可设计复合型腔特点的形貌（孔窝、凸台）以及通孔等。如：汽车车身既充分利用冲压件有薄、匀、轻、强的特点，又要满足冲压产品需要较强刚度的要求

在产品上灵活设计加强筋、肋、起伏或翻边（如：盆、锅等）等以提高其刚性。并且这些在制造时可一次成型，是其他方法难以做到的。4对拉伸件，尽量设计成回转体，尤其是柱形最好

一般不设计成空间曲面如汽车覆盖件；工件结构特别复杂需多次冲才能压完成时，可以分解冲压后焊接，降低模具费用和加工周期5注意最小拐角、折弯等与板厚有关的设计（查手册）。如：小支撑板等四.冲压产品的设计特点五.产品分析之一------啤酒盖子分析瓶盖是包装不可或缺的重要组成部分,而应用于啤酒饮料等产品的瓶盖对气密性要求极高但同时，由于与液态产品接触，也面临着一系列的问题。下面对啤酒盖子进行简单的分析。金属材料：涂印过的平板铁皮性能：成型工艺简单，成本低，具有极好的密封性

成型方法：冲压成型利用冲模在压力机上使板料分离、变形，板料冲压的坯一般为2mm，盖子的冲压成型分为两步分离和变形，先从板料上冲下落料，然后再进行弯曲变形。分离工序

使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序，如落料、冲孔、切断、修整等。变形工序

使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。如拉深、弯曲、翻转、成型等。

啤酒饮料包装用皇冠盖是通过涂印平板铁皮的冲压后成型的，瓶盖的齿口是没有任何保护层的“裸铁”，在储存和包装使用过程中，遇到较大湿度或水分就会出现令人头疼的切口生锈现象。为解决这一问题，近年来行业内开发了防锈瓶盖，其原理就是瓶盖成型后在其切口上直接滚涂防锈油，然后通过常温自然固化或紫外固化等形成防锈保护膜，使瓶盖切口部位的“裸铁”与外界空气隔绝，使其在后期使用、处理、储存、运输过程中不易生锈。防锈瓶盖在解决皇冠盖切口生锈问题的同时也带来了一定的食品安全隐患。首先由于受到瓶盖特殊加工制作工艺的限制，切口防锈油未经烘房高温固化，防锈油中的苯、醇、醚类高沸点有机溶剂必然不能得到快速充分挥发，因而防锈瓶盖滚涂的防锈油不能完全符合国标GB9685-2008《食品容器、包装材料用添加剂卫生标准》及欧盟(EU)No10/2011、（EC）No2023/2006等食品安全法规。其次，皇冠盖相对密闭的包装方式导致其储存过程中持续挥发出来的苯、醇、醚类高沸点有机溶剂会较多的吸附或渗透到皇冠盖内垫片材料上，在皇冠盖用于食品包装后，瓶盖内垫片中吸附的有毒有害溶剂就会迁移进入包装食品，引发食品安全风险。

零件缺陷及形成原因：的有机溶剂残留，合理评估普通皇冠盖的切口生锈问题和防锈皇冠盖的食品安全风险，趋利避害，避免引起食品安全事件。随着社会经济的不断进步以及人们饮食文化的持续多元化，食品安全日益成为备受关注的热门话题之一——“三聚氰胺奶粉”、“瘦肉精火腿”、“台湾塑化剂”等等，每一次食品安全事件无不冲击着行业的生存与发展和牵引着消费者的饮食倾向与选择神经。那么作为啤酒和可乐等饮料包装行业近年来新开发的一种新产品，防锈皇冠盖的食品安全现状和前景如何呢？我们又应该如何控制和完善其安全性呢？综上所述，小小皇冠盖其中涉及到的食品安全管控也是大有文章的。作为皇冠盖生产厂家，只有从客户和消费者的切身需求出发，以包装的食品安全为己任，才能从根本上解决瓶盖食品安全，保障包装食品的安全。零件缺陷及形成原因：产品分析之二

-----------电脑插头内置金属壳冲压模具的设计

电脑插头内置金属壳冲压模，主要是设计一组合凸模和复合凹模，通过其联动，将传统的分模加工合而为一，使落料、折弯成型一气呵成，既减少了误差，保证了质量，又降低了成本，提高了生产率。关键词:冲压模;组合凸模;复合凹模该零件主要用于电脑接线插头塑料外形内置隔离电线的金属盖板，分上下两只，合起时正好将电线包住，以便于在其外部注塑。该零件属于典型的冲压件。电脑插头内置金属壳零件所用的材料为搪锡板的带料，厚度为0.3mm。

图1为电脑插头内置金属壳零件图1.存在问题：有时候金属壳会出现带电的情况

2.模具设计模具结构

如图2所示，该模具分成上模和下模两部分组成，上模由模装柄1、上模板3、固定板4、卸料板7、组合凸模8等组成.其中上模板3与固定板4由螺钉2固定，卸料板7、橡皮垫6则由螺钉5固定在固定板4上，组合凸模8固定在上模板3上，与卸料板7成间隙配合，当橡皮垫6被压缩时，卸料板可随螺钉5沿组合凸模上下移动，整个上模由模装柄装在冲床上;下模由复合凹模10,下模板11、内推芯12、内推芯固定板13和橡皮垫15等组成，内推芯12与下模的下模板11成间隙配合，间隙只限于内推芯12可在下模板11间上下移动，内推芯12固定在内推芯固定板13上，当上模的组合凸模下压时，内推芯12随内推芯固定板13一起压缩橡皮垫15下移.1.模柄2.螺钉3.上模板4.固定板

5.螺钉6.橡皮垫7.卸料板8.凸模

9.带料10.凹模11.下模板12.内推芯

13.固定板14.紧固螺钉

15.橡皮垫

为避免上述现象，可设计一冲压成型模具，将落料、折弯成型在该模具中一次性完成，这样就避免了分步加工中误差的产生，减少了设备占用、减少了工序、提高了质量、降低了工人的劳动强度，也提高了生产率。

如图2所示即为加工电脑插头内置金属设计的冲压模具。

该零件由于生产批量大，传统的生产工艺必须先在落料模上落料，再在折弯模上折弯成型。这种方法虽然所用的模具结构简单，但必须有两道工序才能完成，且在成型的过程中，零件再次定位，有误差，质量得不到保证，且操作麻烦。3.工艺分析产品分析之三

---------可口可乐金属易拉罐包装

2005年底可口可乐公司计划推出新的铝制“LoveCoke”等高线瓶。这种等高线状，挤压的铝制瓶是由美国俄亥俄州扬斯敦的Exal公司在美国，法国制成。瓶盖是用皇冠瓶盖，油墨用UV防涂改油墨，图形由英国的设菲尔德设计师设计。

下面是我在网上搜集的有关可口可乐金属易拉罐的包装加工工艺，加入了我自己对可口可乐加工工艺的理解，我相信经过这些学习会更好的理解产品造型、选材和加工过程，对我们玩具专业有很大的帮助。1.成型方法：易拉罐生产厂需要从其它厂家购进钢板或铝板,然后通过一系列的拉伸冲压成型。罐身从印刷工序出来然后进行清漆油墨烘烤罐内部清洗等处理工艺生产出产品来。是需要特定的生产工艺和生产线的！易拉罐由罐身和罐盖两部分组成,行内称两片罐。2.下面是罐子的制作工程:1)生由薄铝带,(厚0.27MM~0.33MM,宽1.6M~2.2M,一卷重约3T)由冲床冲成圆杯2)冲后的杯由拉伸机拉成罐子的形状3)拉伸后的罐子经清洗,烘干,外表印刷并烘干,内壁喷涂并烘干,罐口缩颈返边,漏光检测后就是成形的易拉罐(没有盖子)4）罐盖也是用铝带用冲床一次冲成形的，经过喷涂烘干和检测后即完工制作过程中不需要热处理。3.性能：

易拉罐的圆形设计，是因为其中装的液体是负压液体，圆形可以保证压力均匀，防止爆裂。盖子与罐子是分开的，盖子是指顶盖，顶盖事先装好了拉环，并不是从那个小口灌进可乐才装拉环的。可乐刚刚做出来的时候是-10摄氏度，在这个温度下，二氧化碳可以大量溶于水中。把冰可乐装入罐子，然后用机器封上盖子。回复常温后，罐中液体就是负压的了，因为常温下二氧化碳很难溶于水，气体会释放出来，气体加强了罐中的气压，在高气压下，气体有被压入水中溶解，最后达到动态平衡。

碳酸类饮料，都有较高的气压。现在可口可乐都用钢制易拉罐了当初用铝做易拉罐知识因为金属中铝的密度小，同样重量下。强度相对较高，不易被氧化。价格比较便宜，并且钢制的易拉罐利于回收再利用保护环境，可循环利用，达到了经济利益和社会利益的双赢。4.产品缺陷及原因：由于铝属于氢前的较活泼金属，跟碳酸反应，所以内层做了特殊处理，但跟弱酸性的饮料多少会有反应。会产生铝离子，影响人的智力发育。可口可乐是酸性饮料，之前普遍采用铝罐包装，现在杭州中萃普遍使用了钢制易拉罐。因此为了避免腐蚀，无论是钢质或铝质饮料罐都会有一层涂层，这层涂层可以保护钢质或铝质罐体不被可口可乐的酸性腐蚀。”在可乐生产流程中，机器会对每一罐走入流通环节的可乐进行检测，如分量不达到标准，将被冲出生产线外。有些可乐之所以分量不足，原因可能有两个，饮料通过制罐过程中存在肉眼看不见的‘砂眼’漏液，或者是由于一罐饮料的漏液，对其他罐体腐蚀后出现外漏现象。”

5.易拉罐的发展史

1940年，欧美开始发售用不锈钢罐装的啤酒，同一时期铝罐的出现也成为制罐技术的飞跃。1963年，易拉罐在美国得以发明，它继承了以往罐形的造型设计特点，在顶部设计了易拉环。这是一次开启方式的革命，给人们带来了极大的方便和享受，因而很快得到普遍应用。到了1980年，欧美市场基本上全都采用了这种铝罐作为啤酒和碳酸饮料的包装形式。随着设计和生产技术的进步，铝罐趋向轻量化，从最初的60克降到1970年的21～15克左右。

皇冠和波尔是世界上较大制罐集团，皇冠集团拥有223家工厂，分布50个国家，在全球中每5个饮料罐就有一个来自皇冠，在北美、欧洲等地每3个食品罐就有一个来自皇冠。

金属材料趋向铝板材：

制造易拉罐的材料有两种：一是铝材，二是马口铁。美国用于包装容器的铝金属材料消费1998年达到199．92万吨，比1997年增长2．24％，成为第二大消费市场，由于钢罐比铝罐成本低约千分之七美元，在南美地区钢罐主导饮料包装市场，但随着环保意识的提高。以及对资源的循环使用方面考虑，包装材料铝质逐步替代钢质。在喷雾罐方面，过去一直是由钢质主导地位，而从2000年开始已有许多产品转向铝材，增长率达到2％～3％，随着拉伸技术在生产喷雾罐方面的应用，铝质类喷雾罐将逐步占领市场。注重回收:

铝在包装业中强劲对手来自PET材料，PET材料可以通过注塑模具制成奇异外观，而铝材就相对较难，但二种材料的价格上存在很大的差异，PET受石油价格影响，而铝可通过自己的回收循环使用，降低材料成本，且受到环境组织的重视.近年来欧美及一些易拉罐消费活跃地区，不断提高铝罐及铝质包装材料的回收率，在回收方面开展较早的国家，已不再争论废铝罐回收价值问题，而已变成日常的工作，而开展较晚的国家正在十分努力去做。美国是这项目开展较早也是回收率最高的国家。德、荷在欧洲起着领头羊作用。墨西哥提倡100％回收率。

二.塑料在日常生活中的应用

工业设计史中每一次新的材料的出现都会为产品的造型设计带来新的飞跃，出现新的造型风格，产生新的功能、新的结构和新的形态。这就要求产品设计人员不仅要创造新的设计思想，还要及时掌握新的材料，深入了解新的材料在产品造型设计当中的应用。而各种材料都有其自身的结构美感要素，产品的美感要素往往来源于对这些材料的合理加工和利用。

第二次世界大战后新型材料塑料的产生，使设计师具有了无限的选择权，塑料使许多的产品呈现出前所未有的形式和色彩，与先前标准化的金属表面处理和工业化形式形成了强烈的对比。我国塑料的重点应用领域主要在塑料包装材料、塑料建筑材料、以及工业领域的应用。这几大领域中，工业领域应用的塑料种类繁多，数量年年大幅度增加。由于我国人民生活水平的提高，健康消费意识逐渐深入人心，促使抗菌塑料制品近年在我国发展迅速。塑料是抗菌剂应用最广的领域。抗菌塑料在家电和日用品中成功应用后，今后将主要应用在建材和室内装饰行业以及轿车的内饰件，其在我国的市场发展空间十分巨大。

塑料的概述1.2.塑料的主要成型方法1)、注射成型是采用注射成型机将粒状塑料连续输入到料筒中受热熔融成黏性流动状态，由螺杆或柱塞推至料筒端部，通过喷嘴和浇注系统将熔体注入闭合的模具中，经保压、冷却后固化成型，然后开模取出塑件。2)、压缩成型是将塑料原料直接加在敞开的模具型腔内，再将模具闭合，塑料粒料在受热和受压的作用下充满闭合的模具型腔，固化成型后得到塑件。3)、压注成型在改进压缩成型缺点，吸收注射模具经验基础上发展起来的一种热固性塑料的成型方法，又称传递成型、挤胶成型。压缩成型4)、挤出成型将熔融的塑料自模具内以挤压的方式往外推出，而得到与模口相同几何形状的流体，冷却固化后，得到所要的零件。5)、中空成型（吹塑成型）是将熔融坯料放入吹塑模具内，向坯料吹入压缩空气，使处于高弹态的融入塑料型坯发生膨胀变形，然后再经冷却定型，获得中空容器它是制造中空件和管筒型薄膜的方法。

吹塑成型发泡成型真空成型压制成型挤出成型注塑成型3.塑料成型方法在产品中的应用4.塑料水杯分析塑料水杯常用材质有聚丙烯，聚碳酸酯。首先，从理论上讲二者都是无毒的，但是从耐老化讲，PP更适合做水杯。

其次从合成方法上讲，PC一般是用双酚A型方法合成的，分子内含有苯环，虽然PC本身耐热性很好，但是作为高分子材料，其内部仍然含有一些低分子物质，这些物质在受热见光的情况下，会挥发分解，并且大多是致癌的。

因此通常情况下PP水杯更安全。但是为什么市面上有很多PC水杯呢？这是因为，PC的透明性更好，更有玻璃的质感，所以商家为了取悦消费者也会生产PC的水杯。该塑件是一日用品容器—大水杯盖，塑件壁薄属薄壁塑件，生产批量很大。要求其化学稳定性好，熔点高，故选用PP，成型工艺性很好，可以注射成型。4.1生产工艺成形方法流程图原料干燥塑化吹塑冷却定型脱模

高温处理冷却杯体成品对于杯体加工，主要采用注塑和吹塑相结合的加工方法（注射吹塑）。工艺过程为：由注射机在高压下将熔融塑料注入型坯模具内形成管状型坯，开模后型坯留在芯模上，通过机械装置将热型坯置于吹塑模具内，合模后由芯模通道引入0.2-0.7MPa的压缩空气，使型坯吹胀达到吹塑模腔的形状，并在空气压力下冷却定型，脱模后得到制品。4.2结构设计的特点分析：①壁厚塑件为喝水杯子，利用最小的壁厚来完成最终杯体所必须具备的功能，但是杯子应具有均匀的壁厚，壁与壁的连接处尽量用圆弧连接，从而避免壁厚的突然剧变。②锲合度由于水杯使用的特殊性杯盖与杯体的契合度应该比较适中，利于喝水时的开合，并且在必要时应该在盖子内加密封圈以防洒水，保证它有一定的装配精度。③圆角在设计水杯时，通常在制品的棱边、棱角、加强肋、支撑底、底面、平面等处设计成圆角④造型、色彩方面形态，产品的形态美是产品艺术造型设计的核心，它具有一定的美学规律。应符合产品使用人群的审美需求，对经典的造型加以发扬的基础上做出创新多开发新的造型，满座年轻人的个性需求。塑料在产品造型上应用的经典案例就是1998年全透明色苹果电脑iMac上市，它那整体的有机曲线形态和全新的视觉效果引起了巨大的轰动，不仅如此，iMac的设计还影响到其他的工业设计产品，掀起一股“透明旋风”，被普遍认为是20世纪末最重要的产品设计之一。

4.3塑料水杯合理性分析：

①大多数塑料容易制成透明或半透明制品，几乎都可以任意着色，这是与金属及木制品的不同之处，并着色坚牢，不宜退色；塑料质轻，耐震动与冲击，比强度高，比金属轻,强度比木材高，可以制作成很薄很坚硬的制品，塑料的比强度比金属高，不像陶瓷、玻璃制品那么易损坏；塑料电绝缘性好、热物理性能好。②大多数塑料在低频低压下具有良好的电绝缘性能，有的即使在高频高压下也可用作电器绝缘材料火电溶介质材料；塑料有耐化学药品性，多数塑料对一般浓度下的酸、碱、盐等化学药品具有良好的耐腐蚀性能，不像金属那样发生锈蚀，也不易受日光、风雨的腐蚀，是一种优良的防腐蚀材料；③塑料成型加工方便，能大批量生产。

5.塑瓶产品在乳饮料包装中的应用---PET瓶5.1PET瓶的成型方法

PET瓶的成型方法有挤出吹塑与注射吹塑工艺成型两种方式，拉伸吹塑又有一步法与两步法之分，在一步法成型中，型坯的成型、冷却、加热、拉伸与吹塑和瓶体的取出均在一台机器上依次完成，两步法则采用挤出或注射成型型坯，并使型坯冷却到室温，成为半成品，然后把型坯送入再加热并在拉伸吹塑机器中成为瓶体。即型坯的成型、拉伸与吹塑分别在两台机器上完成。一步法注射吹塑PET瓶，注吹设备中需要有两副模具即注塑型坯模和吹塑模具。而注塑型坯模主要由型坯模腔及芯棒构成，其各部位尺寸参数选用的正确与否是瓶体能否成型的关键，因此很有必要将模具型坯尺寸参数结合成型工艺进行合理选取。①注塑型坯口部及颈部尺寸

型坯口部直径及螺纹尺寸应与瓶口尺寸螺纹相统一，并能与瓶盖的螺纹尺寸相匹配。因目前对此