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1、设计材料及加工工艺下一页 第一章 概论第二章 设计材料的分类及特性第三章 材料感觉特性的运用第四章 材料与环境第五章 产品设计中材料的选择与开发下一页 返回目录第六章 金属材料及加工工艺第七章 塑料及加工工艺第八章 木材及加工工艺第九章 玻璃及加工工艺参考文献上一页 返回参考文献1 程能林. 产品造型材料与工艺. 北京：北京理工大学出版社，19912 王玉林. 产品造型设计材料与工艺.天津：天津大学出版社，19943 张宪荣. 工艺设计理念与方法.北京：北京理工大学出版社，19964 黄良辅、段祥根. 工业设计.北京：中国轻工业出版社，1995下一页 返回参考文献5 何晓佑.流行设计.南京：江

2、苏美术出版社，19966 沈榆.现代设计.上海：上海科技教育出版社，19957 王继成.现代工业设计技术与艺术。上海：中国纺织大学出版社，19978 台湾设计学会。设计：教育、文化、科技，台北：亚太图书出版社，1997上一页 下一页 返回 参考文献9 张建成编译.设计基础.台北：六合出版社，199610 陈钦、陈赞尉.立体材料构成.沈阳：辽宁美术出版社，200011 汤重熹、曹瑞忻.产品设计理念与实务.合肥：安徽科学技术出版社，199812 叶蕊.实用塑料加工技术.北京：金盾出版社，2000上一页 下一页 返回参考文献13 许平、潘琳.绿色设计.南京：江苏美术出版社，200114 郑静、邬烈炎

3、.现代金属装饰艺术.南京：江苏美术出版社，200115 杨慧智.工程材料及成型工艺基础.北京：机械工业出版社，199916 梅尔 拜厄斯.设计与材料的革新.北京：中国轻工业出版社，2000上一页 下一页 返回参考文献17 颜鸿蜀、王珠珍.材料抽象表达散记.设计新朝，1995（4）：303118 彭仕廉.匠心独运物之有神（上）.装饰装修天地，1995（10）：3919 彭仕廉.匠心独运物之有神（下）.装饰装修天地，1995（11）：313220 徐永吉.木材的环境特性.室内设计与装修，1993（4）：3637上一页 下一页 返回参考文献21 张乘风.家具材料与家具造型.家具与环境，1997（6）

4、：4622 刘森林.室内环境设计的材质.家具与室内装饰，1991（6）：69上一页 返回第一章 概论1.1 设计与材料1.2 产品造型设计的物质基础1.3 材料设计第一章 概论1.1 设计与材料 材料早已成为人类赖以生存和生活中不可缺少的重要部分，它是人文明和时代进步的标志，是社会科学技术发展水平的标志。 产品造型设计的过程实质上是对材料的理解和认识的过程，是“造物”与“创新”的过程，是应用的过程。返回第一章 概论1.2 产品造型设计的物质基础 产品，是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成的。一件完美的产品必须是功能、形态和材料三要素的和谐统一。 在产品造型设计中，材料是用以构成产品造型，且不

5、依赖于人的意识而客观存在的物质，无论是传统材料还是现代材料、天人材料还是人工材料、单一材料还是复合材料，均是工业造型设计的物质基础。返回第一章 概论1.3 材料设计1.材料设计的内容 我们在选择使用材料时，不仅要从材料本身的角度考虑材料的功能特性，还必须从使用者和环境的角度考虑材料与人机界面的特殊关系，考虑材料与周围环境的有机联系，甚至包括防止环境污染和非再生资源的滥用等问题。2.材料设计的方式 主要方式有两种：一是从产品的功能、用途出发，思考如何选择或研制相应的材料；二是从原材料出发，思考如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创造全新的产品。 根本之所在都是是原材料的特性与产品所需性能取

6、得更好的匹配。（图1-2材料设计的方式） 下一页第一章 概论1.3 材料设计3.材料与产品的匹配关系（见图1-3） 由图得知，材料的性能分为三个层次：其核心部分是材料的固有性能；中间层次是人的感觉器官能直接感受的材料的性能；其外层是材料性能中能直接赋予视觉的表面性能。上一页 返回返回 返回第二章 设计材料的分类及特性2.1 设计材料的分类2.2 材料特性的评价2.3 材料的固有特性 2.3.1 材料的物理性能 2.3.2 材料的化学性能2.4 材料的工艺特性 2.4.1 材料的成型加工 2.4.2 材料的表面处理第二章 设计材料的分类及特性2.1 设计材料的分类 在工业设计范畴内，材料是指用于

7、工业设计并且不依赖人的意识而客观存在的所有物质。1.按材料的来源分类 第一代的天然材料 第二代的加工材料 第三代的合成材料 第四代的复合材料 第五代的智能材料或应变材料2.按材料的物质结构分类（图2-1）下一页 返回 返回第二章 设计材料的分类及特性2.1 设计材料的分类3.按材料的形态分类 线状材料（图2-2） 板状材料（图2-3） 块状材料（图2-4）上一页 返回 返回 返回 返回第二章 设计材料的分类及特性2.2 材料特性的评价 材料特性包括两方面：一是材料的固有特性，即材料的物理特性和化学特性；二是材料的派生特性，它是由材料的固有特性派生而来的，即材料的加工特性、材料的感觉特性和经济特

8、性。 材料特性的评价见表2-1 返回 返回第二章 设计材料的分类及特性2.3 材料的固有特性 材料的固有特性是由材料本身的组成、结构所决定的。是指材料在使用条件下表现出来的性能，它受外界条件（即使用条件）的制约。2.3.1 材料的物理性能 1. 材料的密度 2. 力学性能 强度：指材料在外力（载荷）作用下抵抗塑性变形和破坏作用的能力。材料抵抗外力产生明显塑性变形的能力称为屈服强度。强度是平顶材料质量的重要力学性能指标，是设计中选用的材料的主要依据。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。下一页 返回第二章 设计材料的分类及特性2.3 材料的固有特性弹性和

9、塑性： 弹性变形：弹性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。 永久变形：塑性指在外力作用下产生变形，当外力除去时，仍能保持变形后的形状，而不恢复原性的性能。脆性和韧性：指材料受外力作用达到一定限度后，产生破坏而无明显 变形的性能。 脆性材料易受冲击破坏，不能承受较高的局部应力；韧性指材料在冲击荷重或振动荷载下能承受很大的变形而不知破坏的性能。硬度：材料表面抵抗塑性变形和破坏的能力。耐磨性：以磨损量作为衡量标准的指标。 上一页 下一页第二章 设计材料的分类及特性2.3 材料的固有特性3. 热性能 导热性：材料将热量从一侧表面传递到另一侧表面的能力，通常用 导热系数来表示。 耐热

10、性：材料长期在热环境下抵抗热破坏的能力，通常用耐热温度 来表示。 热胀性：材料由于温度变化产生膨胀或收缩的性能，通常用线膨胀 系数表示。 耐燃性：材料对火焰和高温的抵抗性能。根据材料耐燃能力可分为 不燃材料和易燃材料。 耐火性（耐熔性）：材料长期抵抗高热而不熔化的性能。按耐火度 又分为耐火材料、难熔材料和易熔材料三种。上一页 下一页第二章 设计材料的分类及特性2.3 材料的固有特性4.电性能 导电性：材料传导电流的能力。通常用电导率来衡量。 电绝缘性：与导电性相反。通常用电阻率、介电常数、击穿强度来 表示。5.磁性能 磁性能是指金属材料在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的性能。6.光性能 材料对光的

11、反射、透射、折射的性质。上一页 返回第二章 设计材料的分类及特性2.3 材料的固有特性2.3.2 材料的化学性能 材料的化学性能指材料在常温或高温时抵抗各种介质的化学或电化学侵蚀的能力，是衡量材料性能优劣的主要质量指标。 耐腐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀破坏的能力。 抗氧化性：材料在常温或高温时抵抗氧化作用的能力。 耐候性：材料在各种气候条件下，保持其物理性能和化学性能不变 的性质。 返回第二章 设计材料的分类及特性2.4 材料的工艺特性 材料的工艺性是指材料适应各种工艺处理要求的能力，包括材料 的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。2.4.1材料的成型加工 材料的成型加工性是衡量产品造型材料优劣

12、的重要标志。影响成型加工工艺对设计效果的因素;1.工艺方法 相同的材料和结构方式，采用不同的工艺方法，所获得的 外观效果差异较大。2.工艺水平 材料、结构和工艺方法均相同，但由于工艺水平不同，所 获得的产品质量也不同。3.新工艺的采用 新工艺代替传统工艺是提高产品造型效果的有效途 径。常用特种加工的加工类型及其应用范围见表（2-2）下一页 返回 返回第二章 设计材料的分类及特性2.4 材料的工艺特性4.工艺方法的综合应用 运用多种工艺方法，是增加造型的外观变化，丰富造型艺术效果的有效方法。上一页 返回第二章 设计材料的分类及特性2.4 材料的工艺特性2.4.2 材料的表面处理1.表面处理的目的

13、 一、保护产品，既保护材料本身赋予产品表面的光泽、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、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、化学性能、及生物学性能，使产品表面有更好的感觉特性。2.表面处理类型 造型材料表面处理的分类见表（2-3）下一页 返回 返回第二章 设计材料的分类及特性2.4 材料的工艺特性3.材料表面处理工艺的选择原则 形态的时代性 求简的单纯性 功能的合理性 情感的审美性 产品档次的经济性 成本 环境保护上一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.

14、1 材料感觉特性的概念 3.1.1 材料感觉特性的内容 3.1.2 材料的感觉特性的评价 3.1.3 影响材料感觉特性的相关因素3.2 质感设计 3.2.1 质感设计的形式美法则 3.2.2 质感设计的运用原则 3.2.3 质感设计的主要作用3.3 材料的抽象表达第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感 3.4.1 材料的色彩美 3.4.2 材料的肌理美 3.4.3 材料的光泽美 3.4.4 材料的质地美 3.4.5 材料的形态美上一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.1 材料感觉特性的概念3.1.1 材料感觉特性的内容 材料感觉特性又称材料质感，是人的感觉系统因生理刺激对材料作出的反应

15、或由人的知觉系统从材料表面特征的出的信息，是人对材料的生理和心理活动，它建立在生理基础上，是人们通过感觉器官对材料作出的综合印象。 材料感觉特征包含两个基本属性：生理心理属性：即材料表面作用于人的触觉和视觉系统的刺激性信息。物理属性：即材料表面传达给人的知觉系统的意义信息，也就是材料的 类别、性能等。 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。下一页 第三章 材料感觉特性的运用3.1 材料感觉特性的概念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及材料而感知材料表面特性，是人们感知和体验材料的主要感受。 触觉质感的生理构成 触觉是一

16、种复合的感觉，由运动感觉与皮肤感觉组成，是一种特殊的反映形式。运动感觉是指对身体运动和位置状态的感觉；皮肤感觉是指辨别物体机械特性、温度特性或化学特性的感觉。 触觉质感的心理构成 从物理表面对皮肤的刺激性来分析根据材料表面特性对触觉的刺激性，触觉质感分为块适触感和厌憎触感。 触觉质感的物理构成上一页 下一页第三章 材料感觉特性的运用3.1 材料感觉特性的概念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来料表面特征的感觉和印象。 视觉的生理构成（如图3-1） 视觉质感的物理构成 视觉质感的间接性 视觉质感的距离效应3.材料的

17、自然质感 材料的自然质感是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面组织所显示的特征。 上一页 下一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.1 材料感觉特性的概念4.材料的人为质感 材料的人为质感是人有目的地对于材料表面进行技术性和艺术性加工处理，使其具有材料自身非固有的表面特征。3.1.2 材料的感觉特性的评价1.材料感觉特性的描述 材料感觉特性的描述用语见表3-12.材料感觉特性的测定上一页 返回 返回第三章 材料感觉特性的运用3.1 材料感觉特性的概念3.1.3 影响材料感觉特性的相关因素1.材料种类 材料的感觉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

18、感觉特性。2.材料成型加工工艺和表面处理工艺 锻造工艺具有良好的复写功能。 焊接工艺是现代科技的产物，各种复杂的造型，均可通过焊接 来完成。 铆接工艺是一种强烈的工业感和现代感。 编织工艺可产生极富韵律和秩序感的肌理效果。下一页 返回 第三章 材料感觉特性的运用3.1 材料感觉特性的概念 车削工艺处理后材料表面有车刀的连续纹理，有旋转感。 磨削工艺处理后材料表面精细光滑，富有光泽感。 电镀工艺处理的材料表面不仅能改变材料的表面性能，而且有 镜面般的光泽效果。 喷砂工艺使材料获得不同程度的粗糙表面、花纹与图案。3.其他因素上一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.2 质感设计 质感设计是工业产品

19、造型设计中一个重要的方面，是对工业产品造型设计的技术性和艺术性的先期规划，是一个合乎设计规范的“认材-选材-配材-理材-用材”的有机过程。3.2.1 质感设计的形式美法则 形式美是一种具有独立审美价值的美。广义讲，形式美就是生活和自然中各种形式因素的有规律组合。 整体造型完美统一的原则，是一切造型美形式法则具体运用中的尺度和归宿。 质感设计的形式美法则实质上是各种材质有规律组合的基本法则，是一个从简单到复杂、从低级到高级的过程，它随着科技文化和艺术审美水品的发展而不断更新。下一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.2 质感设计1.调和与对比法则 调和与对比法则是指材质整体与局部、局部与局部之间

20、的配比关系。实质就是和谐。 调和法则的特点是在差异中趋向于“同”，趋向于“一致”，强调质感的统一，使人感到融合、协调。 对比法则就是整体中各个部位的物面质感有对比的变化，形成材质的对比、工艺的对比，其特点是在差异中趋向于“对立”、“变化”。 调和与对比法则的普遍原则是变化中求统一（对比而不零乱），统一中求变化（调和而不单调），追求设计效果的和谐完美。2.主从法则 强调在产品的质感设计上要有重点。上一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.2 质感设计3.2.2 质感设计的运用原则 表现产品的材质美并不在于用材的高级与否，而在于合理并且艺术性、创造性地使用材料。3.2.3 质感设计的主要作用 提高

21、适用性 良好的触觉质感设计，可以提高产品的适用性。 增加宜人性 良好的视觉质感设计，可以提高工业产品整体设计的宜人性。 塑造产品的精神品位 产品的精神品位就是产品的意境。下一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.2 质感设计 达到产品的多样性和经济性 良好的人为质感设计可以替代和弥补自然质感，达到工业产品整体设计的多样性和经济性。 产品设计的多样性主要体现在两个方面： 一、根据使用对象、使用环境、功能要求选用不同的材料； 二、根据使用者的心理和生理要求，塑造产品的个性特征。 创造全新的产品风格上一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.3 材料的抽象表达1.材料的抽象表达 材料的抽象表达是将材料

22、的某些特征加以提炼、升华为具有某种能够审美价值的意象，并沿着抽象表达的共同方向，使材料成为能够唤起人们某种情感的具有抽象意念的材料，是材料的视觉要素、触觉要素及内在的心理要素的综合抽象表达。2.抽象思维是材料抽象表达的基础 抽象思维是抽取了形体的本质属性、撇开非本质属性的思维，在思维中抽象符号代替了具体形象，同时这种思维还融进了人们的艺术和文化的修养及个人的激情。下一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.3 材料的抽象表达3.材料的抽象表达对设计有直接的意义 在设计中注重材料语言的运用和把握“用材料思考”的原则，已成为现代设计的一个重要理念。 上一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料

23、的美感 材料的美感主要通过材料本身的表面特征，即色彩、光泽、肌理、质地、形态等特点表现出来。3.4.1 材料的色彩美 材料的色彩可分为材料的固有色彩（材料的自然色彩）和材料的人为色彩。 材料的人为色彩在造色中，色彩的明度、纯度、色相可随需要任意推定，但材料的自然肌理美感不能受影响，只能加强，否则就失去了材料的肌理美感作用。下一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感相似色材料的组合：指明暗度差异不大、色相基本上属同类的微差、 无较大冷暖反差的材料的组合。对比色材料的组合：主要是色相上的差异、明度上的对比、冷暖色调 上的对比。上一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感3

24、.4.2 材料的肌理美 肌理是由天然材料自身的组织结构或人工材料的人为组织设计而形成的，在视觉或触觉上可感受到一种能够表面材质效果。 根据材料表面形态的构造特征，肌理可分为自然肌理和再造肌理；根据材料表面给人以知觉方面的某种感受，肌理可分为视觉肌理和触觉肌理。自然肌理材料自身所固有的肌理特征，它包括天然材料的自然形态 肌理和人工材料的肌理。再造肌理材料通过表面面饰工艺所形成的肌理特征，是材料自身非 固有的肌理形式。视觉肌理通过视觉得到的肌理感受，无需用手摸就能感受到的。下一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感触觉肌理用手触摸而能感觉到的有凹凸起伏感的肌理。材料肌理形态的组合方式

25、主要有：同一肌理的材料组合相似肌理的材料组合对比肌理的材料组合上一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感3.4.3 材料的光泽美 材料的光泽美感主要通过视觉感受而获得在心理、生理方面的反应，引起某种情感，产生某种联想从而形成审美体验。根据材料受光特性可分为透光材料和反光材料透光材料 透光材料受光后能被光线直接透射，呈透明或半透明状。 透光材料的动人之处在于它的晶莹，在于它的可见性与阻隔性的心理不平衡状态，以一定数量叠加时，其透光性减弱，但形成一种层层叠叠像水一样的朦胧美（如图3-2）。 下一页 返回返回第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感反光材料 反光材料受光后按反光特征

26、不同分为定向反光材料和漫反光材料。 定向反光是指光线在反射时带有某种明显的规律性。 漫反光是指光线在反射时反射光呈三百六十度方向扩散。上一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感3.4.4 材料的质地美 在设计中，产品材料质地特性及美感的表现力是在材料的选择和配置中实现的。相似质地的材料配置对比质地的材料配置返回第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感3.4.5 材料的形态美1.线材的美感 直线线材 弹性线材 塑性线材 线材形态类别 弹性线材 曲线线材 塑性线材 液状线材下一页 返回第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感2.片材的美感 片状面材 带状面材 直面形态 框状面

27、材 片材形态类别 折面面材 曲面形态 几何曲面材 自由曲面材上一页 下一页第三章 材料感觉特性的运用3.4 材料的美感3.块材的美感 直面块材 自由块材 块材的类型 几何块材 曲面块材 自由块材 几何块材4.综合形态的材料美感 以不同形态的材料综合而进行的造型。上一页 返回第四章 材料与环境4.1 环境意识4.2 绿色意识 4.2.1 绿色设计的基本特征 4.2.2 绿色设计的基本原则6R设计原则 4.2.3 产品设计的绿色观念 4.2.4 绿色设计的发展方向4.3 绿色材料 4.3.1 绿色材料的主要内涵 4.3.2 典型的绿色材料 4.3.3 绿色材料的评价方法（LCA）第四章 材料与环境

28、4.4 材料选择对环境保护的考虑4.5 影响材料选择的环境因素上一页 返回第四章 材料与环境4.1 环境意识材料的“生命周期”示意图返回返回4.2 绿色设计 绿色设计的基本思维就是在设计阶段将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求产品对环境的影响最小。4.2.1 绿色设计的基本特征1.环境协调性2.价值创造性3.功能全程性第四章 材料与环境返回第四章 材料与环境4.2 绿色设计4.2.2 绿色设计的基本原则6R设计原则1.研究(Research)2.保护(Reserve)3.减量化(Reduce)4.回收(Recycling)5.重复使用(Reus

29、e)6.再生(Regeneration)这一原则包含了两方面内容：一、通过回收材料并进行资源再生产的新颖设计，使得资源再利用的产品得以进入市场。二、通过宣传与产品开发的成功，使再生产品的消费为消费者接受与欢迎。 返回第四章 材料与环境4.2 绿色设计4.2.3 产品设计的绿色观念 绿色设计观念是“从开始就要想到终结”，即设计时就让产品在整个生命周期内不产生环境污染的策略。（产品绿色设计层次图） 设计师应考虑以下几方面：安全性节能性生态性社会性 返回返回第四章 材料与环境4.2 绿色设计4.2.4 绿色设计的发展方向1.绿色产品的设计 产品的简约设计 产品的可拆卸设计2.绿色包装设计 无包装设计

30、 再利用包装3.绿色能源的开发4.创造有生命的材料返回第四章 材料与环境4.3 绿色材料4.3.1 绿色材料的主要内涵 绿色材料（又称环境协调材料、生态环境材料、环境材料）是指具有良好使用性能，对资源和能源消耗少，对生态环境污染小，可再生利用率或可降解循环利用率高，在材料的制备、使用、废弃及到再生循环利用的整个过程中，都与环境协调共存的材料。绿色材料应具有三个明显特征： 先进性 环境协调性 舒适性返回第四章 材料与环境4.3 绿色材料4.3.2 典型的绿色材料1.生物降解材料2.循环与再生材料3.净化材料4.绿色建筑材料 基本型 用废弃物型的建材 节能型建材 健康型材料下一页第四章 材料与环境

31、4.3 绿色材料 抗菌材料5.绿色能源材料上一页 返回第四章 材料与环境4.3 绿色材料4.3.3 绿色材料的评价方法（LCA） 对于绿色材料的评价，不少国家采用材料生命周期评价法（LCA：Life Cycle Assessment/Analysis).它以开发利用环境负荷最小的产品为目的，是产品从原料获取到最终废气处理的全过程中对社会和环境影响的评价方法。返回第四章 材料与环境4.4 材料选择对环境保护的考虑 如何减少环境污染、重视生态保护成为人们关注的热点，也成为设计师选用材料必须考虑的重要因素。选用适合产品使用方式的材料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。材料使

32、用单纯化、少量化，尽量避免多种不同材料的混合使用。尽量选用可回收再生或重复使用的材料，避免抛弃式的设计，减少垃圾的产生，提倡易拆卸的结构。选用废弃后能自然分解并为自然界吸收的材料。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的目的。返回第四章 材料与环境4.5 影响材料选择的环境因素材料选择的环境因素可包括以下皆个方面：冲击与振动温度与湿度人为破坏火灾危害生物危害污染气候影响噪声 返回第五章 产品设计中材料的选择与开发5.1 设计材料的选用 5.1.1 设计材料的选择原则 5.1.2 影响材料选择的基本因素5.2 材料工程的发展5.3 设计材料的开发

33、 5.3.1 新材料 5.3.2 新材料对产品造型设计的影响和作用 5.3.3 新材料的开发方向 返回第五章 产品设计中材料的选择与开发5.1 设计材料的选用5.1.1 设计材料的选择原则设计材料的选择应遵循以下原则：材料的外观材料的固有特性材料的工艺性材料的生产成本及环境因素材料的创新返回第五章 产品设计中材料的选择与开发5.1 设计材料的选用5.1.2 影响材料选择的基本因素 除材料本身的固有特性外，影响材料选择的基本因素主要有以下几个方面：功能基本结构要求外观安全性控制件抗腐蚀性市场返回第五章 产品设计中材料的选择与开发5.2 材料工程的发展材料科学与工程领域中的四大主题及其相互关系（图

34、5-1） 材料科学与工程领域发生着日新月异的变化，主要特征体现在以下几方那个面：新构思、新观念不断涌现，成为此领域迅速发展的强大推力。营造特殊环境，利用极端手段，制备特殊材料，获取特殊性能。强烈依赖其它高新技术，材料领域成为其它高新技术综合应用的试验地。经济实力成为制约材料领域发展速度、深度和广度的关键因素。返回第五章 产品设计中材料的选择与开发5.3 设计材料的开发材料开发和改进闭环过成示意图5.3.1 新材料新材料发展的标志：引起生产力的大发展，推动社会进步。根据需要设计新材料返回返回第五章 产品设计中材料的选择与开发5.3 设计材料的开发5.3.2 新材料对产品造型设计的影响和作用新材料

35、对产品造型设计的影响和作用，可归纳如下几方面：在产品进一步电子化、集成化和小型化的趋势下，新材料的使用有可能突破传统结构，甚至还可能引起一场材料与技术的革命，产生新的产品设计风格。产品外观形象要具有未来性。材料在与功能相适应的同时，还要有良好的触觉质感和更好的可操作性。设计应进一步开发传统材料，使之在现代生活中具有新的意义。返回第五章 产品设计中材料的选择与开发5.3 设计材料的开发5.3.3 新材料的开发方向一般认为，新材料的研究与开发主要包括四方面的内容：新材料的发现或研制。已知材料新功能、新性质的发现和应用。已知材料功能、性质的改善。新材料评价技术的开发。1.基础材料的开发2.复合材料的

36、开发下一页 返回第五章 产品设计中材料的选择与开发5.3 设计材料的开发开发复合材料的目的为：弥补某些有用材料的缺点，以更好地发挥有用的机能。利用具有某些特性的材料以构成单一材料无法实现的特性。产生从未有的新机能。3.纳米材料与纳米技术 纳米材料 纳米材料是由纳米级原子团组成的，由于其独特的体积和表面效应，它从宏观上显示出许多奇妙的特征。 纳米（加工）技术 纳米加工技术的核心是原子或分子位置的控制、具有特殊功能的原子或分子集团的自复制和自组装。上一页 返回第六章 金属材料及加工工艺6.1 金属材料的固有特性6.2 金属材料的工艺特性 6.2.1 金属材料的成型加工 6.2.2 金属材料的热处理

37、 6.2.3 金属材料的表面处理技术6.3 常用的金属材料 6.3.1 钢铁材料 6.3.2 有色金属材料 6.3.3 其他合金金属6.4 金属材料在设计中的应用 返回第六章 金属材料及加工工艺6.1 金属材料的固有特性金属的特性表现在以下几个方面：金属材料几乎都是具有晶格结构的固体，由金属键结合而成。金属材料是电与热的良导体。金属材料表面具有金属所特有的色彩与光泽。金属材料具有良好的延展性。金属可以制成金属间化合物。除了贵金属之外，几乎所有金属的化学性能都较为活泼，易于氧化而生锈，产生腐蚀。返回第六章 金属材料及加工工艺6.2 金属材料的工艺特性6.2.1 金属材料的成型加工1.铸造 将熔融

38、态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。砂型铸造（图6-1为砂型铸造的基本工艺过程） 俗称翻砂，用砂粒制造铸型进行铸造的方法。熔模铸造（图6-2为熔模制造工艺过程） 又称失蜡铸造，为精密铸造方法之一，是常用的铸造方法。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型铸造。下一页 返回返回返回第六章 金属材料及加工工艺6.2 金属材料的工艺特性压力铸造 简称压铸。在压铸机上，用压射活塞以较高的压力和速度将压室内的金属液压射到模腔中，并在压力作用下是金属液迅速凝固成铸件的铸造方法。离心铸造 将液态金属浇入沿垂直轴或水平轴旋转的铸型中，在离心力作用下金属液附着于铸

39、型内壁，经冷却凝固成为铸件的铸造方法。2.金属塑性加工（金属压力加工） 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、尺寸和机械性能的毛坯或零件的加工方法。上一页 下一页 第六章 金属材料及加工工艺6.2 金属材料的工艺特性 金属塑性加工的特点是：在成型的同时，能改善材料的组织结构和性能，产品可直接制取或便于加工，无切削，金属损耗小。锻造（热锻） 锻造是利用手锤、锻锤或压力设备上的模具对加热的金属坯料施力，使金属材料在不分离条件下产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能符合要求的零件。 锻造按成型是否用模具通常分为自由锻和模锻，按加工方法分为手工锻造和机械锻造。常用的锻造方法是手工锻造

40、。手工锻造是一种古老的金属加工工艺。手工锻造有两种形式：一、手工自由锻，一般用于小型金属工艺品的制作；二、手工模锻，一般用于大中型金属工艺品的制作。上一页 下一页第六章 金属材料及加工工艺6.2 金属材料的工艺特性轧制 利用两个旋转轧辊的压力使金属坯料通过一个特定空间产生塑性变形，以获得所要求的截面形状并同时改变其组织性能。 按轧制方式分为横轧、纵轧和斜轧；按轧制温度分为热轧和冷轧。挤压 将金属放入挤压桶内，用强大的压力使坯料从模孔中挤出，从而获得符合模孔截面的坯料或零件的加工方法。常用的挤压方法有：正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压。（如图6-3）上一页 下一页返回第六章 金属材料及加工工艺

41、6.2 金属材料的工艺特性拔制（图6-4） 用拉力使大截面的金属坯料强行穿过一定形状的膜孔，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。冲压（又称板料冲压）（图6-5） 在压力作用下利用模具使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。3.切削加工（冷加工）（图6-6为铣削，图6-7为车削示意图）利用切削工具在切削机床上（或用手工）将金属工件的多余加工量切去，以达到规定的形状、尺寸和表面质量的工艺过程。按加工方式分为车削、铣削、刨削、钻削、镗削及钳工等，是最常见的金属加工方法。上一页 下一页返回返回返回返回第六章 金属材料及加工工艺6.2 金属材料的工艺特性4.焊接加工 （

42、图6-8为常用的焊接方法） 焊接加工是充分利用金属材料在高温作用下易熔化的特性，使金属与金属发生相互连接的一种工艺，是金属加工的一种辅助手段。5.粉末冶金 粉末冶金是以金属粉末或金属化合物粉末为原料，经混合、成形和烧结，获得所需形状和性能的材料或制品的工艺方法。 粉末冶金法能生产用传统的熔炼或加工方法所不能或难以制得的制品，特别适合生产特殊性能或高性能的特殊材料，是现代冶金工业的重要生产方法。上一页 返回返回第六章 金属材料及加工工艺6.2 金属材料的工艺特性6.2.2 金属材料的热处理1.普通热处理 普通热处理包括退火、正火、淬火和回火处理。 （图6-9位普通热处理过程示意图）2.表面热处理

43、 表面热处理包括表面淬火和化学热处理。表面淬火是通过快速加热金属表面层至所要求的温度，然后进行淬火，以提高金属表面的硬度和耐磨性。下一页 返回返回第六章 金属材料及加工工艺6.2 金属材料的工艺特性化学热处理是将金属工件置于一定活性介质中加热保温，使介质元素 渗入工件表面，改变其表面的化学成分和组织结构，使表面达到预期 要求的性能。3.特殊热处理上一页 返回第六章 金属材料及加工工艺6.2 金属材料的工艺特性6.2.3 金属材料的表面处理技术1.金属材料的表面前处理 金属制品表面的前处理工艺和方法很多，其中主要包括有金属表面的机械处理、化学处理和电化学处理等。2.金属材料的表面装饰技术 金属表

44、面着色工艺 金属表面着色工艺是采用化学、电解、物理、机械、热处理等方法，使金属表面形成各种色泽的膜层、镀层或涂层。下一页 返回第六章 金属材料及加工工艺6.2 金属材料的工艺特性 金属表面肌理工艺 金属表面肌理工艺是通过锻打、刻划、大漠、腐蚀等工艺在金属表面制作出肌理效果。上一页 返回第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料按金属材料构成元素分为黑色金属材料和有色金属材料。 黑色金属材料包括铁和以铁为基体的合金；有色金属包括铁以外的金属及其合金。按金属材料主要性能和用途分为金属结构材料和金属功能材料。按金属材料加工工艺分为铸造金属材料、变形金属材料和粉末冶金材 料。按金属材料密度分为轻

45、金属和重金属。返回第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料6.3.1 钢铁材料 工业上应用最广泛的金属材料是钢铁材料。工业纯铁塑性好，强度低，很少用作结构材料和外观材料。钢广泛应用于各个领域。铸铁熔点低，具有良好的铸造性能，切削性能及耐磨性和减振性， 生产工艺简单，成本低廉，可用来制造各种具有复杂结构和形 状的零件。1.钢的分类下一页 返回第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料碳素钢（碳钢） 碳素钢按含碳量可分为： 低碳钢（含碳量0.25%以下）低强度、高塑性、高韧性极良好的加工性和焊接性，适合制造形状复杂和需焊接的零件和构件。 中碳钢（含碳量0.25%0.6%）有一定的强度

46、、塑性和适中的韧性，经热处理而具有良好的综合力学性能，多用于制造要求强韧性的齿轮、轴承的机械零件。 高碳钢（含碳量0.6%以上）有较高的强度和硬度，耐磨性好，塑性和韧性较低，制造工具、刃具、弹簧及耐磨零件等。 碳素钢按质量可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。 碳素钢按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。上一页 下一页第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料合金钢 以碳素钢为基础适量加入一种或几种合金元素的钢，具有较高的综合机械性能和某些特殊的物理、化学性能。 合金钢按合金元素总含量分为低合金钢（总含量5%以下）、中合金钢（总含量5%10%）和高合金刚（总含量10%以上）。 合金钢按合金

47、元素种类分为铬钢、镍钢、锰钢、硅钢、铬镍钢、锰硅钢等。 合金钢按用途分为合金结构钢、合金工具钢和特种合金钢。2.常用钢材的品种及用途上一页 下一页第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料型钢 具有一定几何形状截面，且长度和截面周长之比相当大的直条钢材。钢板 宽厚比很大的巨型板材。常见的钢板品种有：钢带（带钢）：长度很长，大多成卷供应的钢板。覆层钢板：在具有良好深冲压性能的低碳钢板表面镀覆锡、锌、铝、铬等金属保护层或涂覆有机涂层、塑料等非金属保护层的制品。镀锡钢板表面镀有纯锡层的低碳钢板，俗称马口铁。表面金属光泽 强，具有良好的耐腐蚀性、焊接性，深冲压时有润滑性， 并能进行彩色印刷。上一

48、页 下一页第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料有机涂层钢板在冷轧钢板、镀锌钢板或镀铝钢板表面涂覆有机涂料或薄膜，既有钢板的强度，又有良好的耐腐蚀性、耐久性和耐擦洗性。不锈钢板不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐溶液或其他腐蚀介质中具有高耐蚀性的合金钢的总称。钢管 中空的棒状钢材，截面多为圆形，也有方形、矩形和异型。钢丝 用不同质量的热轧盘条冷拔拉制而成的现状钢材。上一页 返回第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料6.3.2 有色金属材料1.铝及铝合金 铝及铝合金是工业用量最大的有色金属。 铝的导电、导热性优良，仅次于铜，有很高的塑性，在大气中有良好的抗氧性，但氯离子和碱离子能

49、破坏铝的氧化膜，不耐酸、碱、盐的腐蚀。 铝合金是以铝为基加入其他合金元素而组成的合金。质轻、强度高，比强度值接近或超过钢，具有优良的导电、导热性和抗蚀性，易加工，耐冲压，并且可阳极氧化成各种颜色。铝合金的分类下一页 返回第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料 变形铝合金又称可压力加工铝合金，塑性良好。 铸造铝合金有良好的铸造性能和一定的力学性能，塑性差，不能进行塑性加工。常见铝合金品种 铝合金型材 铝合金装饰板 铝箔：铝箔广泛用于各种商品的包装。铝箔的主要包装性能是防潮 性、保香性、遮光性和反射性。 铝塑复合膜 真空镀铝膜上一页 下一页第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料

50、2.铜及铜合金 铜及铜合金是历史上应用最早的有色金属。 纯铜具有玫瑰色，表面氧化后呈紫色，故又称紫铜。纯铜质地柔软有极好的延展性，具有良好的加工性和焊接性，易冷、热加工成形。化学稳定性高，在大气、淡水中均有优良的抗蚀性，在非氧化性酸溶液中也能耐蚀，但在海水和氧化性酸中易被腐蚀。导电、导热性极好，仅次于银。抗磁性强。 铜合金是以铜为基加入一定量的其他合金元素（锌、锡、铝、硅、镍等）而组成的合金。黄铜（Cu-Zn合金） 上一页 下一页第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料 以锌为主要合金元素的铜合金。色泽美观，导电导热性强，耐腐蚀性能、机械性能和工艺性能良好。青铜 除黄铜、白铜以外的其他

51、铜基合金统称为青铜。 普通青铜是以锡为主要合金元素，又称锡青铜。色泽呈青灰色，有很强的抗腐蚀性。 根据成分中锡的含量，锡青铜又分为加工锡青铜和铸造锡青铜。 加工锡青铜有良好的力学性能和工艺性能，耐磨。 铸造锡青铜质地较为坚硬，铸造性好。上一页 下一页第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料白铜（Cu-Ni合金） 以镍为主要合金元素的铜合金，色泽呈白色，质地较软，耐腐蚀性好。工业上白铜分为结构白铜和电工白铜。结构白铜机械性能好，易进行冷、热加工和焊接。上一页 返回第六章 金属材料及加工工艺6.3 常用的金属材料6.3.3 其他合金金属1.钛及钛合金 纯钛有优良的耐蚀性和耐热性，抗氧化能力

52、强，稳定性好，有一定的机械强度，比强度值高，塑性好，易成形加工。 钛合金是以钛为基加入适量的铬、锰、铁、铝、锡等元素而形成的多元合金。2.锡和锡合金 13.2以下为锡，又称灰锡；13.2 至熔点为锡，又称白锡。锡的强度和硬度低，延展性好，易加工。锡合金熔点低，导热性好，耐蚀性和减磨性优良，易与铜、铜合金、铝合金焊接。返回第六章 金属材料及加工工艺6.4 金属材料在设计中的应用设计实例金属椅（图6-10）皱褶花瓶（图6-11）”钦奇塔”茶几（图6-12）返回返回返回返回第七章 塑料及加工工艺7.1 高分子聚合物的基本知识7.2 塑料的基本特性7.3 塑料的工艺特性 7.3.1 塑料的成型工艺 7

53、.3.2 塑料的二次加工第七章 塑料及加工工艺7.4 常用的塑料材料 7.4.1 通用塑料 7.4.2 工程塑料 7.4.3 增强塑料 7.4.4 泡沫塑料7.5 塑料在设计中的应用上一页 返回第七章 塑料及加工工艺7.1 高分子聚合物的基本知识 高分子聚合物又叫做高聚物，是由千万个原子彼此以共价键连接的大分子化合物。是各种塑料、橡胶、纤维等有机非金属材料的总称。1.高分子聚合物的特点 具有可分割性 具有弹性 弹性是指材料形变的可恢复性。 具有可塑性 具有绝缘性 下一页 返回第七章 塑料及加工工艺7.1 高分子聚合物的基本知识2.高分子聚合物的组成和结构 高分子聚合物的组成 由简单的结构单元以

54、重复的方式连接而成。 高分子聚合物的结构 高分子聚合物的结构包括分子链结构和聚集态结构。 分子链结构通常分为线型结构、枝链型结构和网型结构。 聚集态结构根据分子的排列状态分为晶态聚合物和非晶态聚合物。3.高分子聚合物的分类上一页 下一页第七章 塑料及加工工艺7.1 高分子聚合物的基本知识4.高分子聚合物的力学状态 一般可出现三种不同的力学状态：玻璃态、高弹态和粘流态。 聚合物从玻璃态向高弹态转变时的温度称为玻璃化温度，用Tg表示。其转变过程称为玻璃化转变。聚合物的玻璃化温度越高，它的耐热性也就越好。 聚合物从高弹态向粘流态转变时的温度称为粘流温度，用Tf表示。Tf的高低决定聚合物加工成型的难易

55、。 聚合物力学三态的分子机理和力学行为特征（见表7-1）上一页 返回状态力学行为特征分子机理玻璃态弹性模量大，断裂伸长率小（1%）形变是可逆的力学性能依赖于原子的性质原子的平均位置发生位移高弹态弹性模量小，断裂伸长率大（100%1000%）形变是可逆的力学性能依赖于链段的性质链段发生位移粘流态弹性模量小，形变率很大形变是不可逆的力学性能依赖于分子链的性质大分子链整体反生位移返回第七章 塑料及加工工艺7.2 塑料的基本特征1.塑料的组成 塑料是以合成树脂为主要成分，适当加入填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂，在一定温度和压力下塑制成形的一类高分子材料。 塑料各组分在塑料中所起的作用： 合

56、成树脂：决定塑料的基本性能。 添加剂：添加剂的加入，可改善塑料的某些性能，以获得满足使 用要求的塑料制品。2.塑料的分类 塑料按热行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。下一页 返回第七章 塑料及加工工艺7.2 塑料的基本特征 塑料按其应用可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。3.塑料的一般特性 塑料质轻，比强度高（比强度是指强度与密度的比值） 多数塑料制品有透明性，并富有光泽，能着鲜艳色彩 优异的电绝缘性 耐磨、自润滑性能好 塑料有耐化学药品性 塑料成型加工方便，能大批量生产上一页 下一页第七章 塑料及加工工艺7.2 塑料的基本特征 塑料与金属及其他工业材料相比较有以下缺点： 塑料不耐高温，低温容易

57、发脆 塑料制品易变形 塑料有“老化”现象上一页 返回第七章 塑料及加工工艺7.3 塑料的工艺特性 塑料的工艺特性是指将塑料原料转变为塑料制品的工艺特性，即塑料的成型加工性。7.3.1 塑料的成型工艺1.注射成型（注塑成型） 是热塑性塑料的主要成型方法之一。 注射成型方法有以下优点：能一次成型出外形复杂、尺寸精确和带嵌件的制品；可以极方便的利用一套模具，成批生产尺寸、形状、性能完全相同的产品;生产性能好，成型周期短，一般制件只需3060秒可成型，而且可实行自动化或半自动化作业，具有较高的生产效率和技术经济指标。下一页 返回第七章 塑料及加工工艺7.3 塑料的工艺特性2.挤出成型（挤塑成型） 主要

58、适合热塑性塑料成型，也适合一部分流动性较好的热固性塑料和增强塑料的成型。挤出成型是塑料加工工业中应用最早、用途最广、适用性最强的成型方法。 挤出成型具有的优点：设备成本低，占地面积小，生产环境清洁，劳动条件好；生产效率高；操作简单，工艺过程容易控制，便于实现连续自动化生产；产品质量均匀、致密；可以一机多用，进行综合性生产。上一页 下一页第七章 塑料及加工工艺7.3 塑料的工艺特性3.压制成型 压制成型主要用于热固性塑料制品的生产，有模压法和层压法两种。 压制成型的特点：制品尺寸范围宽，可压制较大的制品；设备简单，工艺条件容易控制；制件无浇口痕迹，容易修整、表面平整、光洁；制品收缩率小、变形小、

59、各项性能较均匀；不能成型结构和外形过于复杂、加强筋密集、金属嵌件多、壁厚相差较大的塑料制件；对模具材料要求高；成型周期长，生产效率低，较难实现自动化生产。模压成型（压塑成型）层压成型上一页 下一页第七章 塑料及加工工艺7.3 塑料的工艺特性4.吹塑成型 用挤出、注射等方法制出管状型坯，然后将压缩空气通入处于热塑状态的型坯内腔中，使其膨胀成为所需形状的塑料制品。分为薄膜吹塑和中空吹塑成型。 中空吹塑通常的工艺：挤出吹塑：特点是制品形状适应广。注射吹塑：特点是制件外观好，重量稳定，尺寸精确、无边角料。拉伸吹塑：根据制坯方式，分为注射拉伸吹塑工艺和挤出拉伸吹塑工 艺。上一页 下一页第七章 塑料及加工

60、工艺7.3 塑料的工艺特性5.压延成型 产品质量好，生产能力大。6.滚塑成型 所用模具及设备成本低，可同时生产多个制件，但生产效率较低。7.铸塑成型（浇铸成型） 工艺简单，成本低，可以生产大型制件，适用于流动性大而又有收缩性的塑料。8.搪塑成型上一页 下一页第七章 塑料及加工工艺7.3 塑料的工艺特性9.醮涂成型10.流延成型 是生产薄膜的方法之一。11.传递模塑成型（传递压铸成型） 热固性塑料的成型方法之一。传递模塑成型与模压成型相似，但又具有注射成型的特点。适合生产形状复杂和带嵌件的制品。12.反应注塑成型（RIM:有化学反应的注射成型法）上一页 下一页第七章 塑料及加工工艺7.3 塑料的