设计材料及加工工艺

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1、设计材料及加工工艺第一章概论1.材料的发展：第一代的天然材料（如天然的石头、木材）；第二代的加工材料（陶瓷、铜器、铁）；第三代的合成材料（超导材料、半导体材料、光纤等材料）；第四代的复合材料（有机、无机非金属及金属等复合而成的材料）；第五代的智能材料或应变材料（形状记忆合金、光致变色玻璃等）；设计材料金属材料黑色金属（铸铁、碳钢、合金钢等）有色金属（铜铝及合金等）无机材料石材、陶瓷、玻璃、石膏等有机材料木材、皮革、塑料、橡胶等复合材料玻璃钢、碳纤维复合材料2.按材料的物质结构分类：3.材料的固有特性：（力学性能）强度：指材

2、料在外力（载荷）作用下抵抗塑性变形和破坏作用的能力。材料抵抗外力而产生明显塑性变形的能力称为屈服强度。强度是评定材料质量的重要力学性能指标，是设计中选用材料的主要依据。由于外力作用方式不同，材料的强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度等。弹性和塑性：弹性是指材料受外力作用而发生变形，外力除去后能恢复原状的性能。塑性是指在外力作用下产生变形，当外力除去时，仍能保持变形后的性能。这一变形称为永久变形。永久变形量大而不出现破裂现象的材料，其塑性较好。脆性和韧性：脆性脆性是指材料受外力作用达到一定限度后，产生破坏而无明显

3、的性能。刚度：指材料在受力时抵抗弹性变形的能力，常以弹性模量（应力与应变力的比值）来表示，刚度是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。硬度：耐磨性：第二章材料的工艺特性分类连接方法连接原理机械连接钉接、铆接、螺纹栓连接、键销连接、卡和连接等焊接熔焊、压焊、钎焊粘接胶黏剂粘接、溶剂粘接连接功能静连接不可拆固定连接：焊接、铆接、粘接、钉接等可拆固定连接：螺纹连接、销连接、卡扣连接、插接等动连接移动连接：滑动连接、滚动连接转动连接：铰链连接、轴连接柔性连接：弹簧连接、软轴连接1.材料的连接工艺：1.机械连接机械连接是采用机制螺钉、

4、螺栓、螺母、自攻丝螺钉、铆钉等机械坚固件，将需连接的零部件连接成为一个整体的过程。各零部件相互的连接是靠机械力来实现的，随着机械力的消除，接头可以松动或拆除。机械连接的优点是连接快速、连接强度高、耐久性好。但由于大部分紧固件是金属的，由此也带来诸如增加重量、接合区域局部高应力、不同材料因温度升高导致的热膨胀失配以及美学上的问题等。2.焊接焊接是将两个或两个以上的零件或组件连接于一体的一种工艺方法，主要是采用热熔的方法，将连接部分加热至融合或焊缝间填以焊料进行连接。焊接主要用于金属之间的连接，也用于部分非金属部件间的连接。焊

5、接方法的选择取决于材料的种类、结构要求、美学要求、制件形状、尺寸及公差要求以及技术经济因素等。3.粘接技术粘接技术是借助溶剂或胶黏剂在构件表面上产生的黏合力，将同种或者不同种材料牢固地连接在一起，实现同种材料或不同种材料间紧密连接的一种技术。粘接技术具有以下特点：能够连接多种不同种类的材料；垂直于粘接表面的应力分布均匀；相对于机械连接而言，是一种可以减轻重量的轻型连接设计；粘接过程可以在常温下进行，避免了热应力和热变形的产生；对连接处具有一定的密封作用；可以实现较大面积的自动连接工艺。粘接技术适用于金属、塑料和木材等多种材

6、质。通常用在需要永久性的非拆卸的连接件中，也常与机械紧固件结合使用。使用粘接连接时要注意，由于各种胶黏材料是有机化合物，它的一些性能会受时间、温度、相对温度和其他环境因素的影响。4.静连接连接后的各个零件或组件之间无相互位置变化，连接零件之间不允许产生相对运动，连接固定为一体，故称为固定连接。根据连接后的可拆性分为可拆固定连接和不可拆固定连接。不可拆固定连接：连接成为一个整体后，至少必须毁坏连接中的某一部分才能拆开的连接，具有不可拆性。一旦拆分必将破坏连接结构。主要的连接方式有钉接、铆接、焊接、胶接。可拆固定连接：连接成为

7、一个整体后，不需毁坏连接中的任一连接中的任一零件就可拆开的连接，允许多次重复拆装。具有可拆性，且不破坏连接结构。主要的连接方法有卡扣连接、螺纹连接、和粘接。5.动连接连接的各个零件或组件可发生相对的运动，产生位置变化。可分为移动连接、转动连接和柔性连接。移动连接：构件沿着一条固定的轨道运动；转动连接：连接的零部件可相互发生转动；柔性连接：被连接零部件的位置、角度在一定范围内可能变化，或连接构件自身可发生一定范围的形状、位置的变化，而不影响连接固定的关系。2.材料表面处理的目的：一是保护产品，即保护材料本身赋予产品表面的光泽

8、、色彩、肌理等而呈现出的外观美，并提高产品的耐用性，确保产品的安全性，由此有效地利用材料资源；二是根据产品造型设计的意图，改变产品表面状态、赋予表面更丰富的色彩、光泽、肌理等，提高表面装饰效果，改善表面的物理性能，使产品表面有更好的感觉特性。3.造型材料表面处理的分类：分类处理目的处理方法和技术表面精加