设计材料与加工工艺课程作业论文.docx

设计材料与加工工艺课程作业论文.docx

《设计材料与加工工艺课程作业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设计材料与加工工艺课程作业论文.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

设计材料与加工工艺课程作业论文

《水深火热》电磁炉

———设计材料及加工工艺

学院艺术学院

学生姓名倪搏学号0104511

专业工业设计届别10届

指导教师柳献忠职称讲师

二O一二年十二月

摘要

创建于1968年的美的集团，是一家以家电业为主，涉足房产、物流等领域的大型综合性现代化企业集团，是中国最具规模的家电生产基地和出口基地，造型审美是人对产品的基本需要之一，但是现实对工业设计的要求早已超过了以美学为基础的外观造型的范围。

从工业革命以来，出现了大量机器工具，其基本设计思想是机器的功能和生产效率，并没有把操作者放在首位，迫使人的操作要适应机器的速度、强度和行为方式，造成了“以机器为本”的设计思想。

在工业设计的范畴内，材料是指用于工业设计并且不依赖人的意识而存在的所有物质，因此设计材料所涉及的范围十分广泛，从气态、液态到固态，从简单到化学物，无论是传统材料还是现在材料，无论是天然材料还是人工材料，无论是单一材料还是复合材料，均是设计的物质基础。

【关键词】外观造型功能材料

1.早期的炉灶

早期以木柴、煤炭为燃料的第一代炉具，多为土建，燃料直接燃烧，明火提供热量，其中土建炉体吸收大量热量，热利用率低，废气产生率和氧气耗用率高，也是蟑螂和老鼠栖息场所，厨房环境恶劣，低技术操作的烹饪模式，在科学不发达年代，在前期相当长的时间里，此模式较普及，但现今基本已淘汰。

1.2中期的炉灶

后来是以些油或可燃气体为燃料的第二代炉具，不锈钢外壳，耐火砖炉膛砌体，燃料气化后直接燃烧，明火提供热量，耐火砖吸收热量不多，燃化充分，热利用率较第一代炉具高，废气产生率和氧气耗用率较第一代炉具低，厨房环境相对较好，应用一定科学技术，以手动或半自动操作的烹饪模式，在当前此模式还较普及，但也处在逐步淘汰中。

1.3现在的炉灶

现在是以高新技术为依托，以电源为供应的第三代炉具，不锈钢密封外壳，无需耐火砖，炉面无热度，重量轻，是利用电磁互变，产生高频电流。

形成高频磁场，磁力线于锅内产生大量涡流，锅内粒子剧烈运动产生热量，瞬间即能获得极高温度，电能变热能转化率高达95%，无明火，不消耗氧气，无燃料废气产生，工作环境清新，智能控制，操作方便，是不受工作场所限制的安全、节能、环保、高效产品，是当今引领潮流的最时尚最提倡的烹饪新模式-无火烹饪，必不可少的产品，此模式现正被广泛釆用，并逐步取代第二代炉具。

1.4电磁炉的发展历史

电磁炉最早源于欧洲，仅供皇家贵族使用，号称炊具中的“皇冠”。

由于其煎、炒、炸、煮、炖无一不能，且其体积小、携带方便，能最大限度地节约厨房空间，目前在一些发达国家普及率超过80％；在台湾，8 5％以上家庭普及电磁炉，平均家庭占有率达到2台；在日本，与洗碗机、垃圾处理机并列，成为厨电新“三宝”。

1.5电磁炉

电磁炉又名电磁灶，是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。

1.6电磁炉的使用

电磁炉民用化的最早记载是从1957年德国NEEF公司开始的，而后在1972年美国也开始了电磁炉的研发，到了上世纪80年代初，电磁炉已经在西方普及开来。

1.7中国电磁炉发展

20世纪80年代初，电磁炉与空调、彩电、冰箱等一起进入中国。

虽然 90年代初也曾掀起过一股猛烈的旋风，但由于电磁炉的技术要求高，许多厂家又急功近利，片面以价格战争夺市场，导致消费者质量投诉频繁，终于在热了一阵后急转直下，归于沉寂。

2.1电磁炉的结构

电磁炉主要有两大部分构成：

电子线路部分及结构性包装部分。

电子线路部分包括：

功率板、主机板、灯板（操控显示板）、线圈盘及热敏支架、风扇马达等。

结构性包装部分包括：

瓷板（新型电磁炉有用玻璃面板）、塑胶上下盖、风扇叶、风扇支架、电源线、说明书、功率贴纸、操作胶片、合格证、塑胶袋、防震泡沫、彩盒、条码、卡通箱。

2.11电磁炉整机零件包括如下：

1、陶瓷板：

又叫微晶玻璃板，位于电磁炉顶部，用于锅具的垫放，具有足够机械强度，耐酸碱腐蚀，耐高低温冲击。

2、上盖：

用耐温塑料制成，作为电器的外保护壳。

3、面膜：

用塑料薄膜制成，用于功能显示及按键操作指示。

4、灯板：

又叫显示控制板，位于壳内，进行功能显示及功能按键操作。

5、炉面传感器组件：

位于壳内，嵌在发热盘的中间，用橡胶头或其它方式顶住陶瓷板，用于控制炉面锅具的温度。

6、盘加热线盘：

位于壳内，主工作器件，发射磁力线，自身也会发热。

7、主控板：

又叫电源板、主板，位于壳内，作为电转换的控制的主工作部分。

8、电源线及线卡：

连接市电与电磁炉，提供电源通道。

9、电风扇：

位于壳内，通过吸风将炉内热量带出壳外，起降温作用。

10、下盖：

用耐温塑料制成，作为电器的下保护壳，及支撑内部器件及锅具作用。

2.12主要部件讲解

一、线圈盘

线圈盘的外形如下图所示，它是由多根绝缘漆包线合成单股后盘绕而成的并固定在塑料骨架上。

在线圈盘中央安置有锅具温度检测热敏电阻塑料骨架的背面有几块铁氧体磁性元件。

铁氧体磁性元件的作用是吸收线圈盘产生的磁力线对主电路板的影响。

线圈盘有两根输出线，这两根线的输出端连接部分带有绝缘蜡管。

二、风扇组

风扇组件由风扇叶片和风扇电机组成。

风扇主要是将功率管散热板上产生的热量和主板部分元件产生的热量通过散热风口驱赶到外部，从而降低电磁炉内部的温度，不使电磁炉内部温度升高。

三、面板显示电路

该电路主要由功能按键、指示灯显示板、显示驱动电路、和控制电路等组成。

当操作面板按键时，接收到相应的控制信号经内部电路逻辑处理后输出相应的动作指令使电磁炉工作在相应的状态下。

四、主板控制电路

主板控制电路主要由电源高低压稳压电路、控制电路、及外围元件组成的各种保护电路等组成。

当电磁炉通电后电源电路输出各种电压加到控制电路上控制电路得电正常工作，保证电磁炉对锅具进行加热。

2.2电磁炉工作原理

电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。

它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底

部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：

电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。

2.3电磁炉加热电路方框图

2.4电磁炉的组成部分

1.加热部分：

电磁炉的锅体下面有搁板，下面有励磁线圈。

通过电磁感应产生涡电流对锅体进行加热。

2.控制部分：

主要有电源开关，温度调节钮，功率选择钮等。

由内部的控制电路来掌控。

3.冷却部分：

采用风冷的方式。

炉身的侧面分布有进风口和出风口，内部设有风扇。

4.电气部分：

由整流电路、逆变电路、控制回路、继电器、电风扇等组成。

5.烹饪部分：

主要包括各种炊具，供用户使用。

2.5电磁炉的分类

电磁炉按感应线圈中的电流频率分为低频和高频两大类，相比较高频电磁灶受热效率高，比较省电。

按样式分类，可以分以下三种，台式电磁炉：

分为单头和双头两种，具有摆放方便、可移动性强等优点。

因为价格低较受欢迎。

埋入式电磁炉：

是将整个电磁炉放入橱柜面内，然后在台面上挖个洞，使灶面与橱柜台面成一个平面。

业内专家认为这种安装方法只求美观，但不科学，很大一部分消费群体把电磁炉当做火锅，埋入式炒菜并不方便。

嵌入式电磁炉：

可适应不同锅具的需要，不再对锅具有特殊要求。

3电磁炉的特性

1、更节能（热效率高）

　　2、更安全（无明火烹调好处多）

　　3、更环保（卫生、清洁）

　　4、更精确（温度控制准确）

　　5、更多能（煎、炒、炸、煮、炖全能行）

　　6、更方便（操作简单外形秀丽）

3.1电磁炉的优缺点

优点：

具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。

缺点：

电磁炉是平底锅在炒菜时就给人带来了不便，要使用平底锅，翻炒时不像传统炒勺那么如意，像颠勺的技巧要重新捉摸，而且中餐翻炒时那种火包锅的烹饪效果也不可能产生，这些对烹调的口味会有一些影响。

此外，绝大多数电磁炉，在火力的调节上还没有实现无级调节。

3.2电磁炉的保养

　陶瓷板清洁起来很方便。

如果是轻微的污垢，用柔软的湿抹布擦拭。

如果是油污垢，用柔软的湿抹布沾少量牙膏或中性洗洁剂在电磁炉处于热态时擦拭，此时小心烫手，然后再以柔软的湿抹布擦拭至不留残渣。

外壳用一般的中性洗洁剂清洗就可以了。

每次使用时保持锅底干净，不要干烧，有变色时使用牙膏或洗洁晶擦拭。

关机时需要等风扇完全停止了再拔掉电源。

4电磁炉十大品牌排行榜

格兰仕电磁炉（十大电磁炉品牌，格兰仕） 

美的电磁炉（十大电磁炉品牌，美的制冷集团） 

奔腾电磁炉（十大电磁炉品牌，上海奔腾集团） 

九阳电磁炉（十大电磁炉品牌，九阳股份有限公司） 

苏泊尔电磁炉（十大电磁炉品牌，苏泊尔） 

SKG电磁炉（十大电磁炉品牌，德国SKG集团公司） 

三洋电磁炉（十大电磁炉品牌，三洋家用电器有限公司） 

金灶电磁炉（十大电磁炉品牌，海利集团） 

富士宝电磁炉（十大电磁炉品牌，佛山市富士宝电器） 

康佳电磁炉（十大电磁炉品牌，康佳集团） 

5设计材料的分类

在工业设计的范畴内，材料是指用于工业设计并且不依赖人的意识而存在的所有物质，因此设计材料所涉及的范围十分广泛，从气态、液态到固态，从简单到化学物，无论是传统材料还是现在材料，无论是天然材料还是人工材料，无论是单一材料还是复合材料，均是设计的物质基础。

5.1按材料的来源分类：

第一代的天然材料——不改变在自然界中的所保持的状态，或只施加低度加工的材料，如木材、竹、棉、毛、皮革、石材等。

第二代的加工材料——利用天然材料经不同程度的加工而得到的材料，加工程度从低到高，有人造板、纸、水泥、金属、陶瓷、玻璃等。

第三代的合成材料——利用化学合成方法将石油、天然气和煤等原料制造而得的高分子材料，如塑料、橡胶、纤维等。

第四代的复合材料——用有机、无机非金属乃至金属等各种原材料复合而成的材料。

第五代的智能材料或应变材料——随环境的变化具有应变能力，拥有潜在功能的高级形式的复合材料。

5.2按材料的物质结构分类：

按材料的物质结构分类，可以把设计材料分为金属材料、无机材料、有机材料和复合材料四大类。

5.3按材料的形态分类：

设计所有的材料为了加工与使用的方便，往往事先制成一定的形态，按这些形态通常将材料抽象的划分为三大类。

线状材料；板状材料；块状材料。

5.4外壳材料：

电磁炉外壳选材有PCPVCPPABS和再生塑料等.大多数电磁炉使用PP料，部分用ABS料。

这种材料具有不易变形，耐老化，不易退色，绝缘性好的功能。

5.5面板的材料：

目前市面上销售的电磁炉主要分为黑晶面板和白色陶瓷面板。

国产陶瓷面板大多都有印花，花色各异的图案虽然被消费者所喜欢，但使用一段时间后，因持续加热和摩擦，有的面板表面就会出现釉色脱落的情况，面板的颜色也由白色变成黄色，面板的硬度于微晶面板相对来说低一些。

目前市面上销售的电磁炉绝大多数采用的是国产黑晶板，其特点是磁性和热传导的能力强，耐高温，不易破裂，容易清洁，时尚典雅。

进口的黑晶板表面没有经过剖磨等工艺处理，大都是亚光，印花更加含蓄，强度高。

5.6IGBT的选材

IGBT的选材一般使用BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器材。

这种材料运行速度高，耐反高电压，工作电流大，稳定性能特别好。

5.7固定线圈支架的选材

固定线圈支架采用PBT塑料，这种塑料耐高温可达180，不导热，不塌陷。

固定线圈的环氧脂胶水耐高温达300℃，线圈不脱盘。

6加工工艺分析

成型工艺：

一般电磁炉中的金属部件采用的是压力铸造或冲压的方法，而塑料部件采用的是铸塑成型，面板主要采用熔融压制成型工艺。

6.1压力铸造

压力铸造：

将熔融金属在高压（5～150MPa）下快速（50～100m/s）压入高精度型腔并在压力下凝固的铸造方法。

压铸机分冷压室和热压室两种。

前者压铸低熔点合金，后者压铸高熔点合金。

压住是一种先进的铸造方法，压铸生产效率高，易于实现生产自动化，易于大批量生产。

压铸件可不用或少用机械加工就能获得满意的外观质量，并可直接用涂料进行表面装饰。

压力铸造主要用于生产有色金属精密铸件，如发动机气缸体，电动机壳、变速箱壳体以及仪表、电器、医疗器械、日用五金等中小型零件。

6.2冲压成型

冲压成型：

金属板料在冲压模之间受压产生分离或产生塑性变形得加工方法。

按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压，前者适合变形抗力高，塑性较差的板料加工；后者则在温室下进行，是薄板常用的冲压。

冲压加工方法的主要优点在于金属材料的塑性变形改善金属的内部组织，提高金属的机械性能一致，表面光洁，可实现机械化。

冲压加工生产效率高，生产自动化，适合大批量生产，且尺寸均匀，成本低。

6.3铸塑成型

铸塑成型：

铸塑成型又称浇铸成型。

将加有固化剂和其他助剂的液态树脂混合物料倒入成型模具中，在常温或加热条件下使其逐渐固化而成为具有一定形状的制品。

6.4熔融压制成形

主要应用于面板的加工工艺，利用玻璃热处理生产设备，采用玻璃熔剂加入晶核剂熔融压制成形，经过特殊的热处理使玻璃晶化而成，其性能远超于陶瓷，尤其是致密性和从透明到瓷白的可调性是陶瓷根本无法相比的，能经受温度的激烈变化，可直接从冰箱或冷冻库中取出后置于燃气灶上明火加热。

产品在使用中无任何元素析出，卫生更可靠，是金属类产品无法比拟的。

7电磁炉的包装

美的电磁炉的是牛皮箱纸板，牛皮箱纸板又名牛皮纸板，因其强韧而得名牛皮箱纸板色泽纯正，表面平整、光滑，外观质量好，强度高，纤维紧密，纸质坚挺、韧性好，具有较好的耐压、抗拉、耐撕裂、耐戳穿、耐折叠和耐水性能，印刷性能好，防潮性能好，是一种高档纸板。

主要用于制作外贸包装纸箱，内销高档包装纸箱和军需物品包装纸箱。

按印版型式，分为凸版印刷、平版印刷、凹版印刷及孔版印刷四类。

若用倍率较大的放大镜仔细观察比较，则印刷品之外观上，可概略判定其属於何种印刷。

凡是印刷品之纸背有轻微印痕凸起，又其线条或网点边缘部份整　划一，及印墨较其中心部份为浅淡者，则为凸版印刷品，此乃凸起之印纹边缘受压较重，受挤迫之物理现像。

凡是画面满布绉纹，有如洗石子之水泥墙壁，而暗部墨色较浓，光部墨色较淡者，乃是珂罗版印刷品。

其绉纹乃是制版时版面胶膜因受光多少不同，经显影冲洗後收缩而成，类似造山运动中所形成之山谷然，藉以承载印墨者也。

其他如瓶罐、曲面及一般电路板等之印刷，多用孔版。

7.1塑料薄膜包装袋：

水溶性薄膜，它的主要特点是：

降解彻底；使用安全方便；力学性能好，且可热封，热封强度较高；具有防伪功能。

黑白膜，黑白膜复合包装是近年来开始流行的一种新颖包装。

一般由三四层不同的聚乙烯加黑白母料共挤复合而成。

其热封性能是包装的一个重要物理指标。

可自动腐化的包装薄膜，该薄膜为半透明状，制成包装袋或包装盒用完废弃后埋入泥土，可很快被生物分解，变为肥料。

活性塑料包装薄膜，这种保鲜性能好的包装薄膜是一种透气膜。

它能让产生的二氧化碳和氧气透过，使易腐烂的产品保持睡眠状态

抗微生物的塑料薄膜，这种材料可以延长食品的保质期并使消费者减少防腐剂的摄入量。

新型超导薄膜，高质量的二硼化镁MgB2薄膜。

7.2泡沫塑料包装盒：

　　也叫多孔塑料。

以树脂为主要原料制成的内部具有无数微孔的塑料。

质轻、绝热、吸音、防震、耐腐蚀。

有软质和硬质之分。

广泛用做绝热、隔音、包装材料及制车船壳体等。

7.3泡沫塑料有哪些性能：

　　塑料泡沫包装盒与纯塑料相比，具有密度低，质轻，比强度高，其强度随密度增加而增大，有吸收冲击载荷的能力，有优良的缓冲减震性能，隔音吸音性能，热导率低，隔热性能好，优良的电绝缘性能，具有耐腐蚀、耐霉菌性能。

软质泡沫塑料具有弹性优良等性能。

7.4塑料泡沫包装盒的特点：

　　容重很低，可减轻包装重量，降低运输费用；

　　具有优良的冲击、振动能量的吸收性，用于缓冲防震包装能大大减少产品的破损；

　　对温、湿度的变化适应性强，能满足一般包装情况的要求；

　　吸水率低、吸湿性小，化学稳定性好，本身不会对内装物产生腐蚀，且对酸、碱等化学药品有较强的耐受性；

　　导热率低，可用于保温隔热包装，如冰淇淋杯、快餐容器及保温鱼箱等；

　　成型加工方便，可以采用模压、挤出、注射等成型方法制成各种泡沫衬垫、泡沫块、片材等。

容易进行二次成型加工，如泡沫板材经热成型可制成各种快餐容器等。

另外，塑料泡沫包装盒块也可用粘合剂进行自身粘接或与其它材料粘接，制成各种缓冲衬垫等。

8工业设计为什么需要心理学

心理学作为一门学科，产生于19世纪的德国。

1845年一批年轻的心理学家建立了柏林自然学会，研究神经和精神过程。

心灵不是非物质的，而是思想过程中所采取的步骤，这种从功能角度解释大脑的观念叫功能主义，是心理学中的主要思维方式之一，至今仍然影响着认知理论、信息理论、和人工智能的发展。

逐渐人们发现，人类对自然界规律的了解很少，对因果关系的了解很难。

往往一个似乎很明显的现象，深入探索后才发现很难搞清规律或因果关系。

这样，人们转变了研究的目的和思维方式，尝试去探索哪些因素对结果有影响，这些因素变化，对结果可能产生什么影响。

造型审美是人对产品的基本需要之一，但是现实对工业设计的要求早已超过了以美学为基础的外观造型的范围。

从工业革命以来，出现了大量机器工具，其基本设计思想是机器的功能和生产效率，并没有把操作者放在首位，迫使人的操作要适应机器的速度、强度和行为方式，造成了“以机器为本”的设计思想。

针对这种设计思想，出现了“以人为本”的设计思想，以人为本意味着设计的产品应当适应人操作的生理和心理特性，为此要了解人的特性，因此要以心理学作为设计的基本思想来源之一。

从心理学的当前情况看，社会心理学、动机心理学的行动理论（actiontheory）、认知心理学（cognitivepsychology）和情绪心理学（emotionpsychology）对工业设计有比较直接的关系。

8.1从心理学的角度分析电磁炉的设计什么颜色好

产品造型审美是人对产品的基本需要之一，但是现实对工业设计的要求早已超过了以美学为基础的外观造型的范围。

在平时做饭的时候，电磁炉可以成为我们的首选。

很多家庭都有电磁炉，可是你留意过它的颜色吗？

电磁炉一般都为白色、黑色或灰色等冷色，很少能见到红色的电磁炉，或者是暖色调的电磁炉。

其实，不管电磁炉是什么颜色，从功能上讲都是煮饭的炊具，但是黑色的在烟油密集的地方，比较耐脏。

而白色的电磁炉会让人产生怕弄脏而不愿意使用的心理，所以白色一般很少使用的，但一些家庭不经常使用，白色电磁炉装饰美观，就因此会成为这些家庭的首选。

9我的设计

9.1概述

电磁灶是应用电磁感应原理进行加热工作的，是现代家庭烹饪食物的先进电子炊具。

它使用起来非常方便，可用来进行煮、炸、煎、蒸、炒等各种烹调操作。

特点：

效率高、体积小、重量轻、噪音小、省电节能、不污染环境、安全卫生，烹饪时加热均匀、能较好地保持食物的色、香、味和营养素，是实现厨房现代化不可缺少的新型电子炊具。

9.2设计理念：

我想设计一款模拟波纹造型的电磁炉。

其造型简洁大方。

利用电磁感应的特点，利用水纹运动切割磁感线，巧妙的把“水纹”与磁铁结合，使之切割磁感线产生电流，发出热量。

9.3设计工程图：

图9-1

图9-2

图9-3

9.4内部结构爆炸图：

图9-7

9.5线圈盘结构图：

图9-8

9.6设计效果图：

图9-9

9.7设计原理图：

图9-10

参考文献

[1]朱序璋,《人机工程学》，[M].西安电子科技大学出版社。

[2]刘永翔,《产品设计》，机械工业出版社。

[3]王湘芸，2003：

《设计材料及加工工艺》，北京理工大学出版社。

[4]黄厚石、孙海燕，2005：

《设计原理》，东南大学出版社。

[5]张崟，2008:

《浅谈仿生学在工业设计中的应用》第01期。

[6]柳沙，2006年：

《设计艺术心理学》，清华大学出版社。

[7]蔡克中、张志华，2004：

《工业设计仿生学的应用研究》，第02期。

[8]阮宝湘、邵样华，2005：

《工业设计人机工程》，机械工业出版社。

[9]边守仁，2002：

《产品创新设计》，北京理工大学出版社。