产品造型设计材料与实用工艺

产品造型设计材料与工艺
第一章
1-1阐述材料与工业设计的关系。

答：1）材料是工业设计的物质基础2）材料与工业设计互相促进3）材料科学是工业设计的基础。

1-2产品设计选材及成形原则有哪些？
答：1）使用性原则2）工艺性原则3）性价比原则4）环保原则5）美学性原则
1-3产品的美学性原则包括哪些方面？
答：1）功能美2）结构美3）工艺美4）材料美5）舒适美
第二章
2-1简述工程材料的分类及主要用途。

答：分类：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。

用途：金属材料用于机械设备的加工与生产，无机非金属材料用于制作陶瓷、玻璃、电子芯片及医学上用的人造骨等。

2-2什么是金属材料的力学性能？其衡量指标主要有哪些？
答：金属材料在各种载荷作用下表现出来的抵抗力。

指标：强度，塑性，硬度，韧性，疲劳强度等。

2-3对自行车弹簧座进行设计和选材，应设计到哪些性能指标？
答：弹性极限、高的疲劳强度和足够的塑性和韧性。

2-4在零件设计与选材时，如何合理选择材料的Gs/G b性能指标？各举一例说明。

答：紧固螺栓或汽车连杆、机床丝杆等，工作时不允许产生明显塑性变形，应选择Gs较大的材料。

钢丝绳，建筑结构件对塑性要求不严而仅要求不发生断裂的零件应选Gb较大的材料。

2-5在实际生产中，为什么零件设计图一般是提出硬度技术要求而不是强度或塑性值？
答：硬度指材料的软硬程度，包含了强度和塑性值。

2-6常见的金属晶体结构有哪几种？他们的原子材料排列有什么特点？Fe 、Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn。

答：1）答：1）体立方结构Fe、V、Cr 2)面立方结构2Fe、Cu、Ni、Al
3）密排立方结构Mg、Zn。

2-7如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小：
1）金属型浇注与砂型浇注2）高温浇注和低温浇注3）铸成薄壁件和铸成厚壁件
3）浇注时采用震动和不采用震动5）厚大部件的表面部分与中心部分
答：略。

2-8为自行车的下列零件选择其合适的材料：链条，座位弹簧，大梁，链条罩，前轴。

答：略
2-9试分析选择模具材料时应考虑的主要因素。

答：力学性能、耐磨性、耐热性、耐蚀性、热变形、淬透性、机械加工性，以及材料价格和供货情况等。

2-10有形状和尺寸完全相同的灰铸铁和低碳钢棒材各一根，请用简便方法区分。

答：利用硬度。

2-11机床的床身和箱体为什么宜采用灰铸铁铸造？能否用钢板焊接制造？
答：铸铁具有耐磨、减震、缺口敏感性低等优良性能。

2-12简述纯铜及各类铜合金的牌号表示方法、性能特点及其应用。

答：略。

第三章
3-1确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的：
1）经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度。

2）ZG270——500的铸造齿轮。

3）锻造过热的60钢胚体。

4）具有片状渗碳体的钢坯。

答：1）完全退火2）去应力退火3）正火4）正火
3-2比较45钢分别加热到700℃,、750℃和840℃水冷后硬度值得高低，并说明原因。

答：700>750>840,温度越高硬度降低越明显。

3-3现有丝锥原定有T12钢制成，要求硬度为60~64HRC.但生产时材料中混入了45钢，若混入的45钢在热处理时：
1）仍按T12钢进行处理，问能否达到要求，为什么？
2）按45钢处理后能否达到要求，为什么？
答：1）不能，混入45钢达不到要求，
2）不能，改变了T12钢的力学性能。

3-4某一用45钢制的零件，其加工线路如下：
备料-锻造-正火-粗机械加工-调质-精机械加工-高频感应淬火+低温回火-磨削。

请说明各热处理工序的目的。

答：回火：调整钢件的硬度细化晶粒，
高频感应淬火+低温回火：调整硬度，降低脆性。

3-5与材料整体改性技术相比，材料表面技术有哪些特点？
答：
3-6试述表面工程的基本含义及其分类。

答：表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆金属或非金属，以改善表面性能的系统工程。

分类：1)表面装饰2）防腐蚀3）耐磨4）热功能5）光、电、磁等特种工程。

3-7为什么施工前要对工件表面进行预处理？如何选择表面预处理方法？
答：预处理是为了得到新鲜干净的表面为最后获得高质量表面做准备。

3-8什么是涂料？试述涂料的组成及其作用。

答：涂装用的有机涂料，是涂于材料或制件表面而能形成具有保护、装饰或特殊性能固体涂膜的一类液体或固体材料之总称。

组成和作用：
1）成膜物质：在涂敷与之间表面后在规定条件下固化成膜。

2）颜料：使涂膜呈现颜色和覆盖力，还可以增加涂料的耐老性和耐磨性以及增强膜的防蚀、防污等能力。

3）溶剂：使涂料保持溶解状态，调整涂料的粘度，以符合施工要求，同时可使涂膜具有均衡的挥发速度，以打到涂膜的平整和光泽，还可以消除涂膜的针孔、刷痕等缺陷。

4）助剂：对涂料的储存性、施工性以及对所形成涂膜的物理性质有明显作用。

3-9试述涂料的主要工艺程序。

答：一般工序:预处理——涂布——干燥固化。

3-10试述塑料电镀的特点及其工艺过程。

答：塑性电镀具有塑料和金属两者的特性，它密度小，耐腐蚀性良好，成型简便，具有金属光泽和金属感，还有导电、导磁和焊接等性能。

它可以省去复杂的精加工，节省金属材料，而且外表美观，同时提高了塑性的强度。

由于金属镀层对大气等外界因素具有较高的稳定性，因而塑料电镀金属后可以防止塑料老化，延长塑料件的使用寿命。

第四章
4-1什么是液态合金的充型能力？它与合金的流动性有何关系？
答：液态合金充满型腔的能力，合金的流动性好充型能力强。

4-2缩孔和缩松对铸件质量有何影响？
答：会使铸件不合格或质量低。

4-3分析下列情况产生气孔的可能性。

熔化铝时铝料油污过多起模时刷水过多春砂过紧型芯撑有锈
答：1）可能性大2）小3）小4）大
4-4分模造型、挖沙造型、活块造型、三箱造型各适用于那种情况？
答：1）最大截面在中间的铸件
2）用于单件或小批量生产分型面不是平面的铸件，
3）主要用于单间小批量生产带有凸出部分难以起模的铸件，
4）用于成批生产分型面不是平面的铸件。

4-5什么是铸件的结构斜度？它与起模斜度有何不同？图4-61所示铸件的结构是否合理？
答：铸件的结构斜度——铸件结构所具有的斜度。

铸件上与分型面垂直的非加工面应设计结构斜度，以便于造型时易于取出模样。

考虑到保持铸件的壁厚均匀，内、外壁应相应倾斜。

铸件的起模斜度是为方便起模而设定，其垂直于分型面，而加工后不一定存在；而结构斜度是为铸件的美观度和结构需要而做出的，没有方向性。

不合理。

4-6何谓铸造工艺图？用途是什么？
答：造工艺图是在零件图上以规定的红、蓝等色符号表示铸造工艺内容所得到的
图形，是铸造行业所特有的一种图样。

其主要内容包括：浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率、芯头等）。

铸造工艺图是指导铸造生产的技术文件，也是验收铸件的主要依据。

4-7图4-62所示铸件结构有何缺点？该如何改进？
答：
4-8为什么铸件要有结构圆角？图4-63铸件上哪些圆角不够合理，应如何修改？
答：首先是为了减少尖角处的应力集中，防止机械性能下降；同时，圆角处不容易出现应力拉扯造成的铸造缺陷，如缩松等；第三，圆角能消除尖角砂，避免砂眼。

4-9下列铸件宜选用哪类铸造合金？说明理由。

坦克车履带板压气机曲轴火车轮摩托车发动机缸体减速器涡轮气缸套
答：略。

4-10什么是熔模铸造？试述其工艺过程。

答：熔模铸造也称失蜡铸造，因为熔模铸件具有较高的尺寸精度和较好的表面质量又称为精密铸造。

工艺过程：1）制造蜡膜2）制造型壳3）脱蜡4）型壳的焙烧5）浇注6）脱壳和清理
4-11什么是离心铸造？它在圆筒件铸造中有哪些优越性？
答：回转体中心是转动的使铸造的液体离心形成一周转体。

优越性：可以制造一些回转体铸件。

4-12铸刚和球墨铸铁相比力学性能和铸造性能有哪些不同？为什么？
答：略。

4-13下列铸件在大批量生产时宜采用什么方法？
大口径铁铸污水管缝纫机头车床床身铝活塞摩托车汽缸体汽轮机叶片气缸套汽车喇叭
答：1）离心铸造2）熔模铸造3）4）低压铸造5）低压铸造6）熔模铸造7）低压铸造8）压力铸造4-14什么是最小阻力定律？
答：最小阻力定律是指金属在塑性变形过程中，金属各质点将向最小的方向移动。

4-15将长度为75mm的圆管拔长到165mm，锻造比是多少？将直径为50mm、高120mm的圆棒锻到60mm 高，其锻造比是多少？能将直径为50mm、高180mm的圆钢墩到粗60mm高吗？为什么？
答：1）Y锻=S0/S（分别表示拔长前后金属胚体的横截面积）2）Y锻=H0/H(分别表示墩粗前后金属的高度)3）不能(钢材锻造比一般取1.1-1.3)。

4-16锻造为什么要进行加热？如何选择锻造温度范围?
答：热变形可使金属保持较低的变形抗力和良好的塑性，可以用较小的力和能量产生较大的塑性变形而不产生裂纹，同时还可以获得具有较高力学性能的再结晶组织；锻造要在一定温度范围下进行，碳钢上限为液相线以下200摄氏度、下限为800摄氏度左右。

4-17模锻与自由锻有何区别？
答：模锻是使柸料在模堂内受压产生塑性变形，获得所需形状，尺寸以及内部锻件的加工方法；而自由锻不需要模具，自由锻利用冲击力或压力，使金属在上下砧之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。

4-18预段磨膛与制坯模膛有何不同？
答：自己总结。

4-19改正图4-64模锻零件结构的不合理处？
答：略
4-20材料冲压有哪些特点？主要的冲压工序有哪些？
答：特点1、冲压生产操作简单，生产率高，易于实现机械化和自动化。

2、冲压件尺寸精确，表面光洁，质量稳定，互换性好，可作为零件使用。

3、冲压塑性变产生冷变形强化，是冲压件具有质量轻、强度高和刚性好的优点。

4、冲模结构复杂，精度要求高，制造费用相对较高，故冲压适合在大批量生产条件下采用。

；冲压基本工序包括分离工序和变形两大工序。

分离工序包括落料、冲孔。

切断等；变形工序包括拉深、弯曲。

翻边和涨形等。

4-21图4-65所示钢圆筒形拉深件，壁厚1.5毫米能否一次拉伸？如不能一次拉伸，确定拉深次数，并画出相应工序图。

答：略。

4-22电弧焊时，若焊接区暴露在大气中，会有什么结果?为保证焊缝质量采取的主要措施是什么？
答：结果是空气与熔化金属发生冶金反应，容易形成夹层；
4-23试说明焊条牌号J422中字母和数字的含义。

答：略。

4-24焊接变形的基本形式有哪些?如何预防和矫正焊接变形？
答：基本形式包括气孔、裂纹、夹渣、咬边、焊瘤和未焊透等。

预防：在焊接前，应对影响焊接质量的因素进行认真检查，去除工件表面的氧化膜、油污、水分，便于焊接时的融合，防止气孔，夹渣等缺陷的产生。

4-25为什么存在焊接残余应力的工件在经过切削加工后往往会产生变形？如何避免？
答：因为存在焊接残余应力的工件在冷却是会产生焊接应力，切削加工后受力不平衡，所以就会变形。

为了防治这一点在焊接前应该预热来弥补热量损失，改善应力分布。

焊接后锤击焊缝，减少残余应力。

焊后进行再结晶退火，以细化结晶。

4-26制造下列工件，应分别采用那些焊接方法？应采取哪些工艺措施？
1）壁厚50mm，材料为Q35的压力容器。

2) 壁厚20mm，材料为ZG270——500的大型柴油机缸体.
3) 壁厚10mm，材料为1Gr18Ni9Ti的管道。

4) 壁厚1mm，材料为20钢的容器。

答：P96.
4-27为下列结构选择最佳的焊接方法：
1）壁厚小于30mm的Q345锅炉筒体的批量生产。

2)采用低碳钢的厂房屋架
3）丝锥柄部接一45钢钢杆以增加柄长。

4)对接￠30mm的45钢轴
5)自行车车架
6）汽车油箱。

答：P96.
4-28讨论图4——66所示焊接接头是否满足工艺性要求，为什么？
答：略
4-29胶接为什么要对工件进行表面处理？胶接过程中有哪些重要参数需要控制?
答：表面处理的目的是为了获得最佳表面状态，有助于形成足够的粘附力，提高交接强度和使用寿命。

第五章
5-1试述塑料成形的主要方法。

答：注射成型挤出成型压制成型吹塑成型压铸成型发泡成型注塑成型真空成型。

5-2试述常用塑料的特性和用途。

答：特性a易成型成本低b有一定的强度质量轻c耐蚀性稳定d透明性好着色性强e绝缘性强耐磨性高f 减震消声透光保温；用途实例：硅树脂灯陈列架托盘“令人惊异”的花瓶等或列举生活常例。

5-3论述塑料制品的加工性。

答：a塑料的机械加工b表面装饰c塑料件的连接。

5-4举例说明塑料在工业设计中的应用。

答：硅树脂灯、陈列架、托盘、“令人惊异”的花瓶、“海腾”桌椅、便携式电灯、Speedo划水监测器、圆桌等。

5-5橡胶成形工艺主要有哪些？
答：注射成型挤出成型压制成型压铸成型。

5-6试述常用橡胶的特性和用途。

答：特性：高弹性、粘弹性、电绝缘性、导热性、可燃性、温度依赖性、具有老化现象、必须硫化。

用途：（自己举例）
5-7举例说明橡胶在工业设计中的应用。

答：Molle台灯、“Artergo 1”写字笔、“圣色罗”椅、啄木鸟冰斧、索尼数码相机、轮胎等
第六章
6-1试述陶瓷成形的主要方法。

答：注浆成形、可塑成形、压制成形。

6-2举例说明陶瓷在工业设计中的应用。

答：日用陶瓷、建筑陶瓷、电工陶瓷、化工陶瓷、电子陶瓷、超导陶瓷、光学陶瓷、磁性陶瓷等。

6-3试述常用玻璃的特性和用途。

答：P137.
6-4试述日常玻璃成形的主要方法。

答：人工成形、机械成形。

6-5木材常用的成型工艺有哪些？
答：（1）木材的加工流程：a配料b构件加工c装配d木制品表面涂饰；（2）：木材的加工方法：a木材的锯割b木材的刨削c木材的凿削d木材的铣削。

6-6举例说明木材在工业设计中的应用。

答：拜伦扶手椅、蒸汽弯曲椅、“Dasco”鞋楦、“TRIBU”户外家具等。

第七章
7-1试述热固性树脂基复合材料成形的主要方法。

答：主要方法有：手糊成型、喷射成型、成压成型、铺成法成型、缠绕法成型、模压成型。

7-2试述金属基复合材料成形的主要方法。

答：主要方法有：粉末冶金法、铸造法、加压浸渍法、挤压或压延成形法。

7-3陶瓷基复合材料成形的方法主要有哪些？
答：主要方法有：粉末冶金法、料浆浸渍法、料浆浸渍热压成型法、化学气相渗透工艺。

7-4举例说明复合材料在工业设计中的应用。

答：“隐者”螺形小桌、自行车把手包带、“飞船”旋转扶手椅、座椅和长条凳等。

第八章
8-1什么叫生产工艺流程？
答：生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变成成品的过程，被称为工艺过程，它是生产过程中的主要环节。

8-2铣削加工的特点是什么？
答：铣削是平面加工的主要方法之一，他可以加工水平面、垂直面、斜面、沟槽、成型表面、螺纹和齿形等，也可以用来切断材料，加工范围相当广。

8-3数控机床有哪些不同的分类？
答：1、按机床运动轨迹分类分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制数控机床。

2、按数控系统有无检测和反馈装置分类分为开环控制、半闭环控制和闭环控制数控机床。

3、按工艺用途分类分为技术切削类、成形类和特种加工类数控机床。

8-4数控加工中心与普通数控机床的差别是什么？
答：稳定性高，精度高。

自动化程度高，人工劳动强度小。

便于实现计算机辅助制造。

8-5特种加工与切削加工相比有何特点？
答：特种加工工艺是直接利用各种能量，如电能、光能、化学能、电化学能、声能、热能及机械能等进行加工的方法。

1、“以柔克刚”，特种加工的工具与被加工零件基本不接触，加工时不受工件的强度和硬度的制约，故可加工超硬脆材料和精密微细零件，甚至工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。

2、加工时主要用电、化学、电化学、声、光、热等能量去除多余材料，而不是主要靠机械能量切除多余材料。

3、加工机理不同于一般金属切削加工，不产生宏观切屑，不产生强烈的弹、塑性变形，故可获得很低的表面粗糙度，其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。

4、加工能量易于控制和转换，故加工范围广，适应性强。

8-6激光加工在现代产品中的应用有哪些？
答：激光打孔、激光切削。

第九章
9-1试述逆向工程技术的方法。

答：1、快速准确测量出实物零件或模型的三位轮廓坐标数据（数据采集）；
2、根据三维轮廓数据重构曲面并建立CAD模型（重构曲面模型）；
9-2逆向工程技术与传统的复制方法相比有哪些优点？
答：提高了效率和精度，对设计人员的要求降低。

9-3试述逆向工程在工业设计中的应用。

答：产品仿制、新产品设计、旧产品改造、损坏或磨损产品的复原、数字化模型的检测等。

9-4快速成型制造的基本原理。

答：根据计算机辅助设计所生产的零件三维数据进行处理，按高度方向离散化（即分层），用每一程的层面信息来控制成形机对层面进行加工，当一层制作完后，再制作新的一层，这样层层堆积，重复进行，体积不断增加，直至整个零件加工完毕。

9-5快速成型制造与传统的机械加工相比有哪些优点？
答：1 数字化制造；2 高度柔性和适应性，可以制造任意复杂形状的零件；3 直接CAD模型驱动，如同使用打印机一样方便快捷；4 快速，从CAD设计到原理（或零件）加工完毕，只需几分钟至几十小时；5 材料类型丰富多样，包括树脂、纸、工程蜡、工程塑料（ABS等），陶瓷粉、金属粉、型砂等，可以在航空。

机械、家电、建筑、医疗等各个领域应用。

9-6工业设计如何应用快速成型技术？
答:主要应用方法有：SLA（光固化形成发）、LOM（叠层法）、SLS（激光烧结法）、FDM（熔融挤压成形法）、3DP（三维打印法）。

第十章
10-1何为新材料？主要有哪些领域？举例说明它们在国民经济和国防建设中的作用。

答：新材料是指那些新出现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的友谊性能和特殊功能的材料。

主要有如下领域：电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合草料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料（含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等）、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建设及化工新材料等。

应用：建筑，汽车，卫星，军舰，飞机。

10-2举例说明什么是新技术和新工艺。

答：新技术是指产品生产过程中采用新的技术原理、新设计构思机新工艺装备等，对高生产效率、降低生产成本、改善生产环境、提高产品质量以及节能降耗等某一方面较原技术明显改进，并对提高经济效益具有一定作用的技术。

如许多现代制造技术中快速成形技术、逆向工程技术及绿色制造技术等就是新技术。

工艺的定义和内涵为：工艺是指各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。

机械制造工艺是将各种原材料、半成品加工成机械产品的方法和过程，是机械工业的基础技术之一。

10-3绿色制造的目的是什么？
答：使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个周期内，废弃资源和有害排放物最少，即对环境的负面影响最小，对健康无害，资源利用率最高。