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第一章材料与产品设计一、设计材料按照物质结构分类，并举例。1）、金属材料：黑色金属（铸铁、碳钢、合金钢等）、有色金属（铜、铝及其合金等）、特殊金属材料2）、无机材料：石材、陶瓷、玻璃、石膏等3）、有机材料：木材、皮革、塑料、橡胶、涂料、粘合剂等4）、复合材料：玻璃钢、碳纤维复合材料等。二、简答材料的固有特性有哪些？A.材料的物理性能1.力学性能：1）、强度是指材料在外力作用下抵抗破坏作用的能力。由于外力作用方式不同，材料的强度可以分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度等。2）、弹性和塑性材料所承受的弹性变形量越大，则材料的弹性越好。永久变形量大而不出现破裂现象的材料，其塑性好。3）、脆性和韧性脆性材料容易受到冲击破坏，不能承受较高的局部应力。韧性是两个相反的概念，材料的韧性高则意味其脆性低；反之亦然。4）、刚度材料的抵抗变形能力越大，产生的弹性变量就越小，材料的刚度越好。5）、硬度硬度是指材料表面抵抗塑性变形和破坏的能力。6）、耐磨性磨损量越小，说明材料耐磨性越好。2.热性能1）、导热性导热系数越大，是热的良导体，如金属材料；导热系数小，是热的绝缘体，如高分子材料。2）、耐热性材料在热环境下抵抗热破坏的能力，通常用耐热温度来表示。3）、热胀性材料由于温度变化产生膨胀或收缩的性能，通常用热胀系数表示。热胀系数以高分子材料为最大，金属材料次之，陶瓷材料最小。4）、耐燃性分为不然材料和易燃材料。5）、耐火性材料长期抵抗高热而不熔化的性能，或称耐熔性。3.导电性1）、电导体导电性是指材料传导电流的能力。通常用电导率来衡量导电性能的好坏，电导率大的材料导电性能好。2）、电绝缘性电阻率是电导率的倒数，电阻率大，材料电绝缘性好；击穿强度越大，材料的电绝缘性越好；介电常数越小，材料电绝缘性越好。4.磁性能铁磁性材料——在外加磁场中，能强烈被磁化到很大程度的材料。如铁、钴、镍等。顺磁场材料——在外加磁场中，只是被微弱磁化的材料，如锰、铬等抗磁性材料——能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的材料，如铜、金、银、铅、锌等。5光性能是指材料对光的反射、透射、折射的性质。如材料对光的透射率越高，材料的透明度越好；材料对光的反射率高，材料的表面反光强，为高光材料。B.材料的化学性能1.耐腐蚀性是指料抵抗周围介质腐蚀破坏的能力的性质2.抗氧化性是指材料在常温或高温时抵抗氧化作用的能力的性质3.耐候性实质材料在各种天气条件下，保持其物理性能和化学性能不变的性质。三、材料的成形加工方法有哪几种？1）去除成形——又称减法成形，是指坯料在成型过程中，将多余的部分出去而获得所需的形态，入切削加工成型。2）堆积成型——又称加法成型，是指通过原料的不断堆积而获得所需形态，如铸造成型、压制成型、注射成型等。3）塑性成形——是指坯料在成型过程中不发生量的变化，只是发生形的变化，如弯曲、轧制、压延等。四、简述材料的感觉特性1）木材自然、协调、亲切、古典、手工、温暖、粗糙、感性2）金属人造、坚硬、光滑、理性、现代、科技、冷漠、凉爽3）玻璃高雅、明亮、光滑、时髦、干净、整齐、协调、自由、精致、活泼4）塑料人造、轻巧、细致、艳丽、优雅5）皮革柔软、感性、浪漫、手工、温暖6）陶瓷高雅、明亮、时髦、整齐、精致、凉爽7）橡胶人造、柔韧、随和、安全、理性简述材料的感觉特性材料的感觉特性，有成材料质感，是人的感觉系统因生理刺激对材料做出的反应，有人的直觉系统从材料表面特征得出的信息，诗人对材料的生理和心理活动，他建立在生理基础上，使人们通过感觉器官对材料做出的综合印象。材料的感觉特性是材料给人的感觉和印象，诗人对材料刺激的主观感受。材料的感受特性与材料本身的组成和结构密切相关，不同的材料呈现着不同的感觉特性。材料的感觉特性包含两个基本属性：1）生理心理属性及材料表面作用于人的触觉和视觉系统的刺激性信息，如粗犷与细腻、粗糙与光滑、温暖与寒冷、华丽与朴素、浑重与单薄、沉重与轻巧、坚硬与柔软、干涩与滑润、透明与不透明等基本感觉特征。1）物理属性即材料表面传达给人的直觉系统的意义信息，也就是材料的类别、性能等。它主要体现为材料表面的几何特征和理化类别特征，如肌理、色彩、光泽、质地等。材料感觉特性按人的感觉可分为触觉质感和视觉质感，按材料本身的构成特性可分为自然质感和人为质感。1.材料的触觉质感材料的触觉质感是人们通过手和皮肤触摸材料而感知材料的表面特性，使人们感知和体验材料的主要感受。材料表面委员的构成形式，是使人皮肤产生不同触觉质感的主因。同时，材料表面的硬度、密度、温度、湿度、粘度等物理属性也是触觉不同反应的变量。在现代工业产品造型设计中，运用各种材料的触觉质感，不仅在产品接触部位体现了防滑易把握、使用舒适等实用功能。而其通过不同激励、质地材料的组合，丰富了产品的造型鱼眼，同时也给用户更多的新的感受。2.材料的视觉质感材料的视觉质感是靠眼睛的视觉来感知的材料表面特征，是材料被视觉感受后经大脑综合处理产生的一种对材料表面特征的感觉和印象。1）材料对视觉器官的刺激因其表面特性的不同而决定了视觉感受的差异。材料表面的光泽色彩肌理、透明度等都会产生不同的视觉质感。2）视觉质感是触觉质感的综合和补充。一般说。由于人类长期触觉经验的积淀，大部分触觉质感感受已转化为视觉的间接感受。对于已经熟悉的材料即可根据以往的触觉经验通过视觉印象判断该材料的材质，从而形成材料的视觉质感。由于视觉质感相对于触觉质感的间接性、经验性、知觉性和遥测性，也就具有相对的不真实性。利用这一点，可以做各种面饰工艺手段，以近乎乱真的视觉质感达到触觉质感的错觉。3.材料的自然质感材料的自然质感设计材料本身固有的质感，是材料的成分、物理化学特性和表面肌理等物理组织所显示的特征。比如一块黄金、一粒珍珠等都体现了他们自身特性所决定的材质感。自然质感突出材料的天然型、真实性和价值性。4.材料的人为质感材料的人为质感使人有目的地对于材料表面进行技术性和艺术性加工处理，使其具有材料自身费固有的表面特征。人为质感突出认为的工艺特性，强调工艺美和技术创造性。随着表面处理技术的发展，人为质感在现代设计中被广泛的应用，产生同材异质感和异材同质感，从而获得丰富多彩的各种质感效果。五、从保护生态环境的角度出发，如何选择设计材料？1)选用适合产品使用方式的材料，对各种材料的种类、使用量和使用条件等都加以严格的限制，提高产品的效能、延长产品生命周期，减低产品淘汰率。2)减少使用材料对环境的破坏和污染，避免使用有毒、有害成分的原料。3)材料使用单纯化、少量化，限制产品中所使用材料种类，一边产品的回收和再利用。4)尽量选用和回收再生活重复使用的材料，避免抛弃式设计，减少垃圾产生。标注部件中所使用的材料名称，一边回收再利用。5)选用废弃后能够自然分解并未自然界吸收的材料。6)减少不必要的表面装饰，尽量选用表面不加任何涂饰、镀覆、贴覆的原材料，便于回收处理和再利用。第二章金属材料与工艺一.按照金属构成元素分类，分为几类1.黑色金属1）生铁（碳的质量分数＞2.11%）2）钢（碳的质量分数0.0218%~2.11%碳素钢合金钢）3）工业纯铁（碳的质量分数＜0.0218%）2.有色金属1）铝及铝合金2）铜及铜合金3）其他金属以及合金3.特殊金属材料非晶态金属、高强高模铝锂合金、形状记忆合金、减震合金、超塑金属、储氢合金、超导合金等。二、金属的基本特性有哪些？1.金属材料面具有属所特有的色彩、良好的反射能力、不透明星级金属光泽。2.优良的力学性能金属具有较高的熔点，良好的延展性、强度、韧性、刚度等特性，正是这样的强韧性能，使金属材料广泛应用于工程结构材料。3.优良的加工性能（包括塑性成形性，铸造性、切削加工及焊接等性能）4.表面工艺性好在金属表面可以进行各种装饰工艺获得理想的质感。5.金属材料是电与热的良导体具有良好的导电性和导热性。6.金属可以支撑金属间化合物，可以与其他金属或非金属元素在熔融状态下形成合金，以改善金属性能。合金可根据添加元素的多少，分为二元合金，三元合金等。7.除了贵金属外，几乎所有金属的化学性能都较为活泼，易于氧化和生锈，产生腐蚀。三、简述金属材料的铸造成型工艺方法铸造成型生产成本低，工艺灵活性大，适应性强，可铸出各种形状复杂、特别是内腔形状复杂的铸件，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。1.砂型铸造主要工序有制造铸模、制造砂铸型、浇注金属液、落砂、清理等。砂型铸造的适应性强，几乎不受铸件形状、尺寸、重量及所用金属种类的限制，工艺设备简单成本低。但砂型铸造劳动条件差，铸件表面质量低。2.熔模铸造又称失蜡铸造，属于精密铸造方法，是常用的铸造方法。制作母模——制作压型——制作蜡模——制作型壳——脱蜡——焙烧和造型——浇铸——脱壳熔模铸造尺寸精确，铸件表面光洁，无分型面，不必再加工或少加工。适用于多种金属及合金的中小型、薄壁、复杂铸件的生产。3.金属型铸造用金属材料制作铸型进行铸造的方法，又称永久型铸造或硬性铸造，铸型常用铸铁、铸钢等材料制成，可反复使用，直至损耗。表面粗糙度值小，尺寸精度由于砂型铸件，适用于批量大、生产形状简单、壁厚均匀的中小型有色金属铸件和铸铁件的生产。4.压力铸造剪成压铸，属于精密铸造方法。压铸法生产的铸件尺寸精确、表面光洁、组织致密，适合生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的零件，并能使铸件表面获得清晰地花纹图案以及文字。主要用于低熔点合金的铸造。四、简述金属材料的塑性成型工艺方法又称金属压力加工，是在外力作用下，金属坯料发生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件加工方法。在成型的同时，能够改善材料的组织结构和性能，力学性能优于相同材料的铸件。强度高，抗冲击、耐疲劳的重要零件，多采用塑性成形工艺来制造。不宜加工脆性材料或形状复杂的制品。金属塑性加工按照加工方式分为锻造、轧制、挤压、拔制和冲压加工。1.锻造锻造是利用手锤、断炊或压力设备上的模具对加热的金属坯料施力，是金属材料在不分离条件下产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能都符合要求的零件。1）自由锻将坯料加热至锻造温度，放置在铁毡上用锻锤捶打，获得工件的形状、尺寸主要取决与工人的操作水平。2）模锻是利用锻模进行锻造成型的一种锻造工艺方法，是将金属材料在锻模模腔内产生塑性变形而获得的模锻件。2.轧制利用两个旋转压辊的压力是金属坯料通过一个特定的空间产生塑性变形，以获得所要求的截面形状并同时改变其组织性能。按轧制的方式分为横轧、纵压和斜压；按轧制温度分为热轧和冷轧。热轧变形抗力小，变形量大，生产效率高，适合轧制较大断面尺寸、塑性较差或者变形量较大的材料。冷轧产品尺寸精确，表面光洁，机械强度高。冷轧变形抗力大，变形量小，适于轧制塑性好、尺寸小的线材，薄板材等。3.挤压挤压是一种生产效高，少或无切削加工的新工艺。挤压件尺寸精确，表面光洁，具有薄壁、深孔、异形截面等复杂形状。由于挤压过程的加工硬化作用，零件的强度、硬度、耐疲劳性都有显著提高，有利于改善金属的塑性。适合于挤压加工的材料主要有低碳钢、有色金属及其合金。4.拔制利用利用拉力使大截面的金属坯料强行传过一定形状的模孔，以获得所需断面形状和尺寸的小截面毛坯或制品的工艺过程。拔制产品尺寸精确，表面光洁并具有一定力学性能，多用来生产管材、棒材、线材和异型材等。低碳钢及多数有色金属及合金都可采用拔制成形。5.冲压在压力作用下利用模具是金属板料分离或产生塑性变形，以获得所需工件的工艺方法。1）按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压热冲压适合变形抗力高、塑性较差的板料加工；后者则在室温下进行，是薄板常用的冲压方法。2）按冲压加工功能分为冲裁加工和成型加工冲裁加工包括冲孔、落料、修边、剪裁等。成型加工包括弯曲、拉伸、卷边。冲压加工生产效率高，产品尺寸均匀一致，表面光洁，可实现机械化、自动化，适合大批量生产，成本低，广泛应用与航空汽车、仪器仪表、电器等工业部门和生活日用品的生产。五、试述金属材料表面着色工艺和肌理工艺成形方法A.金属表面着色工艺1.化学着色在特定溶液之中，通过金属表面与溶液发生化学反应，在金属表面生成带