造型材料与成型工艺

1、产品的加工离不开材料，没有材料的设计只能成为设想，而不能变成真正的产品。人类社会的发展，科学和物质文化的进步总是与新材料的出现、应用与发展紧密联合在一起。同时也反映出人类在认识自然、改造自然以及创造人造物方面的能力。从人类最初利用的石头、树木、兽皮等天然材料进行形态加工，发展到陶瓷的烧制、金属的冶炼，以至于有机复合材料的创造使用，无不说明人类对材料的不断追求。确切的说，设计的核心是创新，而设计的目的是使用。因此它包含两个层面：其一是构思创意；其二是材料利用。如果把一个好的创意变成一个实际有形且有用的物品，最终还是要落实在材料上 产品设计与材料 不同的产品，其作用不同，所选的材料也不同。如家具是

2、办公、学习、休息用的，灯是照明用的，汽车是运输用的，不同的产品选用不同的材料，进而承担起不同的使命。 但是，随着科技的进步和人类对材料的不断创造和认识，同一种产品也采用了不同的材料。椅子就是一个例证，一般传统工艺都是由木材制作，而现代办公家具多用皮革和金属等。由此看你材料和产品设计有关，材料和时代也有关，它是一个变化的因素。作为一名设计师应该随时了解材料的发展进步过程，以便合理地选用材料。产品设计与加工技术 任何一个产品的设计都需要经过加工制作才能成为实用性产品。选用不同的材料就需要采用不同的加工方法，如金属切削方法、注塑方法等等。为了保证设计的合理性、加工的经济性等原则，在进行产品设计时应该

3、预先考虑到其加工技术问题。 金属 有色金属有别于黑色金属的主要特征是表面的色质不同，如有色金属所呈现出的银白色、金黄色等，显得高贵典雅、给人以美感，用在产品设计中起到美化和装饰的作用。一般常用的有色金属有如下几种。 1 . 铜及铜合金 铜是人类应用最早的一种有色金属，因为铜及铜合金具有良好的导电性、抗氧化性、形成容易，色泽美观等优点，所以在产品设计中常被选用。 2. 铝及铝合金 在工业生产中，用量最大，来源广泛的有色金属材料就是铝及铝合金，因为它们的力学性能 、工艺性能和物理性能特别优异，所以常用在工程结构中，如汽缸体、飞机机身等，如图2.25所示。其质地好、密度小、耐磨性强、价格低等优点，是

4、其他金属材料无法比的。在造型设计中，一般都优先选用铝合金做为基本材料，以达到小巧轻薄的视觉效果。塑料 顾名思义就是用于各种家用电器、手动工具、机械、交通类产品中的塑料件。这种塑料件的主要特点是绝缘性好、弹性高、能承受较大的力，不易老化等，能够满足工作要求。 在今天，无论在人们的生活还是工作中，利用率最高的材料就是塑料。从家电的 外壳到办公用品（笔杆、笔芯、文件夹），从衣服纽扣到家具把手，从照明灯罩到机床仪表盘，汽车飞机内饰，无不是由各种塑料加工而成。 从100多年前（1868年）发明第一种塑料至今，塑料的品种已达近80余种。由原来利用天然纤维加樟脑做增塑剂制成的赛璐珞塑料，到今天研制成通用塑料

5、、工程塑料以及增强塑料，满足了人们工作和生活不断增加的需求。 毫不夸张地说，今天的世界就是一个塑料的世界，塑料制品无处不在。但是我们在发展塑料的同时，也必须清楚地认识到使用塑料所带来的负面效应不降解，燃烧带来的毒气，给环境带来严重和长久的不利影响，对此我们应该引起高度重视。 复合材料 复合材料，是指由两种或多种性能的材料用某种工艺方法合成的多相材料。该材料既保持原组成材料各自的特性，又具有复合后的新特性，而其性能往往超过组成材料的性能之和或平均性能。因此复合材料也是近年来发展较快且应用不断扩大的一种新兴材料。复合材料的分类 复合材料一般按下面三种情况分类。 按基本材料分为：聚合物基复合材料、金

6、属基复合材料、陶瓷基复合材料、石墨基复合材料、混凝土基复合材料。 按增强材料种类不同分为：颗粒增强复合材料、晶须增强复合材料、纤维增强复合材料。按用途不同分为：结构复合材料、功能复合材料、智能复合材料。 玻璃玻璃也是造型设计中常用的一种材料，它主要具有坚硬、透明、气密性、耐热、耐腐蚀性以及装饰性等优良品质，所以玻璃是工作或生活中不可缺少的材料。 按照其性质及用途，玻璃可分为平板玻璃、容器玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、工艺美术玻璃及照明器具玻璃。(1) 平板玻璃。其厚度可分为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、15mm、19mm，根据设计要求进行着色、磨光、

7、施釉等工艺制成特殊要求的产品，如釉面玻璃、有色玻璃、压花玻璃等。因玻璃具有透光、透视、隔声、耐磨等优点，所以广泛应用与房屋、建筑的门窗玻璃，外装饰玻璃幕墙，室内隔断，车辆、船舶飞机的门窗玻璃和生活中必备的制镜玻璃。(2) 罐瓶玻璃。该玻璃制品主要用于医药和化妆品等容器的制作，不仅要求其材料具有抗热、抗震性，坚固可靠、消毒杀菌、减少阳光辐射的特点，而且还要求其清洗方便（如饮料瓶、药瓶等）。(3) 器皿玻璃。该玻璃制品主要指生活中的茶具、餐具、饮具、花瓶和盘、碟等。对材料要求须抗热震性好、机械强度高、透明、化学性能稳定，不易破碎。(4) 石英玻璃。该玻璃耐高温、膨胀系数低，并耐热震性和电绝缘性好，

8、所以常用来制作化学反应器及分析仪器的镜头、镜片和试验用的棱镜。(5) 特殊玻璃1. 钢化玻璃。该玻璃经特殊处理后强度非常高，不易破碎，常用在茶几等玻璃制品中，一般不怕碰撞。2. 汽车用玻璃。该玻璃不易破碎，当撞车时玻璃破裂成多边形小块状，减少对人员的损害。3. 防弹玻璃。该玻璃能够抵抗强度较大的冲击，一般用在银行柜台隔断和防弹车中。木材 木材是自然界中的一种天然资源，它蓄量大、分布广、加工容易，质轻并富有韧性，纹理美观，当人身体与其接触感到舒适等。正因为有如此多的优点，所以长期以来木材一直是人们造型设计中不可缺少的材料。 木材按材质分可以分为软木材和硬木材。其中软木材主要用来制作曲面的农用产品

9、，如木锨、风车（打粮食用的风车）等，而硬木材主要用来制作打击物品和承重的家具框架，如鼓、坐椅、桌子、立橱等。 木材按树叶形状分可分为阔叶树和针叶树。阔叶树的种类主要有毛白杨，白桦、紫椴、水曲柳、柞木、紫檀、楠木、柚木、樟木等。该树种纹理美观，但质硬难加工，强度高但易翘曲变形，经常开裂。硬木适合于制作家具、木地板、建筑物的门窗雕饰。而针叶树种类主要有马尾松、杉木、红松、铁杉等。该树种的树干挺直而高大，纹理平顺而均匀，易加工、变形小、耐腐蚀。所以常用于制作大件物品或承重构件，如框架式展台、家具、马槽、车箱板等。 木材的各种用途如图7.1至图7.4所示。常用树种的木材主要物理力学性质如表7.1所示 常用树种的木材主要物理力学性质树种名称产地气干容重/ (g/cm)干缩系数顺纹抗拉强度/(9.81104pa)顺纹抗压强度/(9.81104pa)抗弯强度/(9.81104pa)顺纹抗剪强度/(9.81104pa)径向弦向针叶树杉木湖南0.3710.1230.2773887726384249红松东北0.4400.1220.3213289816536369马尾松安徽0.5330.1400.2704199908077371落叶松东北0.6410.1680.398557129910948568鱼鳞云杉东北0.4510.171