《产品创意设计》课件-第8章

第八章产品材料与加工工艺创意设计8.1材料与技术8.2材料与设计8.3材料与质感8.4材料主导型设计8.5加工工艺与创意设计【拓展与训练】【案例导入】

案例简介：

设计以材料为本，没有任何设计可以摆脱材料独立存在，而对于设计师来说，唯有熟悉材料，才有可能将想法变为现实。不论是开发新材料还是运用老材料，最近几年一个显著的趋势便是，人们开始将目光放在那些能够持续发展、可以唤起情感的材料上，而这恐怕也正是我们所处时代的需要。新材料与设计如图8-1所示。图8-1新材料与设计

司空见惯的老材料，其实也各有可以挖掘的亮点，只要有想法，便能运用得当，甚至能引起一股设计风潮。事实上，20世纪60年代大红大紫的塑料，其发明也要追溯到一个世纪以前。若不是第二次世界大战后人们需要廉价、轻盈且可快速生产的材料，塑料也许并不会被运用于家具设计，也就不会有我们现在熟知的潘顿椅了(如图8-2所示)。图8-2潘顿椅

潘顿椅是由丹麦设计师VernerPanton于20世纪60年代设计的，它是世界上第一个用塑料制作而成的椅子，被认为是丹麦设计的杰作。

20世纪50年代，绝大多数椅子由木材制作，而VernerPanton的梦想是制造一把能堆放在一起的塑料椅子，据说这个灵感是来自于叠放在一起的塑料桶。他画了大量的草图，并自己用石膏浇筑出一个模型，然而当时的生产商都不看好这个设计，与传统的木椅相比它太特立独行了。直到多年后，瑞士家具生产商Vitra对这把塑料椅产生了浓厚的兴趣。VernerPanton与Vitra的老板WilliFehlbaum合作，用聚酯纤维和玻璃纤维制造出了世界上第一把没有腿的一体式座椅。案例分析

利用旧材料所做的新设计，除了环保，还富有岁月的印迹和情感，这也是吸引人的重要元素。用材料赋予设计情感，正是处于消费主义至上的时代下人们迫切需要的。在不断满足消费的同时，人们渴求通过设计得到一些心灵上的慰藉与关照。日本设计事务所nendo就深谙此道，他们将废弃的可口可乐玻璃瓶重新加工，制成极具美感的Bottleware(瓶子餐具，如图8-3所示)系列碗碟。可乐瓶特有的绿色，玻璃中含有的微小气泡，甚至瓶底那圈防滑凹槽，等等，这些原有的显著特点都被保留了下来。经过细致的设计与加工，诞生于工业时代兴盛期的可乐玻璃瓶在后工业时代起死回生，人们得以重新温习和欣赏经典可乐瓶中蕴含的复古美学。而nendo最近在米兰三年展设计博物馆KAmA.sexandDesign展览上的设计更是成为不少人驻足观望的对象，他们用一组吹弹可破的shiveringBowls(颤抖的碗)来表现情欲主题。这组采用质地柔软轻薄的硅胶制成的碗，外观看起来与普通瓷碗无异，但只需轻轻一碰就会顺势陷下，微风吹过时，这些碗还会随风飞扬，令人忍不住想要碰触它们。这种与物品发生触碰的“渴望”正是巧妙运用了材料所带来的心理感受。除了功能，材料所引发的“五感”已然成为设计师们日益关注的方面。图8-3Bottleware系列碗碟【理论知识点】

材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。材料总是和一定的应用场合相联系，可由一种或若干种物质构成。同一种物质，由于制备方法或加工方法不同，可成为用途迥异的不同类型和性质的材料。材料是人类赖以生存和发展的物质基础，20世纪70年代人类把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱，80年代以高技术群为代表的新技术革命又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。由此可见，材料与国民经济建设、国防建设和人民生活都密切相关。 8.1材料与技术

纵观材料的来源与分类我们可以发现，所有材料要么是天然的，要么是人造合成的。然而，不管是天然的还是人造的材料，都离不开“技术”这一手段。石材、木材等传统自然材料纵然可以直接取自大自然，但是离不开一定的开采技术和砍伐技术(如图8-4所示)；丝质材料的普及和应用更是建立在成熟的丝蚕养殖技术和编织技术之上；塑料的研制和合成更是经历了无数化学实验和物理实验的反复验证。从这个层面上来看，技术虽然造就了材料的更新，但技术本身能不能确保材料在市场中得到应用和接受又是另外一个课题，这个课题就是设计，好的设计能够将新材料转换为需求品。图8-4伐木及加工技术 8.2材料与设计

可以说，材料是构成一切设计形态的物理基础，即便是近些年来广泛兴起的非物质设计(服务设计、App、界面设计等)也最终离不开材料的身影。设计师利用材料主要有三个层面的目的：表达意义、功能意义、象征意义。表达意义表现在以材料作为界面的展示功能，例如字体设计和标志设计必须依赖于纸张、报纸、显示屏等载体；功能意义主要体现材料的物理功能，例如支撑功能、保护功能、分隔功能；象征意义主要体现产品的文化品味、使用者的审美偏好等。不同材料的功能意义、象征意义和表达意义各不相同。人类的设计发展史本质上也是一部材料发展历史，材料的发现和利用大大拓展了设计的种类和可能性。原始社会中，先民利用陶土等材料制作炊具，提高了生存质量，为聚居形成部落打下了基础；青铜材料的冶炼和应用，使奴隶社会进入了“青铜时代”，社会等级制度进一步确立，神权至上的社会氛围更加浓重；进入春秋战国，冶铁技术进一步获得发展并且得到广泛应用，农具和兵器的出现大大提高了社会生产力，同时也逐步推动了国家向着统一的方向发展，最终确立了封建集权统治；瓷器和丝质材料的出现丰富了生活产品的门类，逐步催生了资本主义的萌芽，整个社会的商业气氛越来越浓厚；塑料和玻璃材料是近代工业革命以来出现的新事物，和前面的材料不同，它们可以通过化学手段合成，生产成本相对较低，而且其存在状态容易被改变。通过设计，材料可以呈现出多姿多彩的形态，深入到普通人家的日常生活，原来因为材料造价高高在上的工艺品如今“飞入寻常百姓家”，大大促进了社会的民主化；进入21世纪，新材料伴随着新工艺层出不穷，生物材料、纳米材料、绿色材料、太空材料等在设计的推动下，正在书写着未来生活方式的无限可能性。

由于时间和科技加速了新型材料的出现，材料家族的旧有分类也需要不断被重新界定。先前用来定义材料家族的一些描述，比如塑料、金属和木材等，似乎也变得越来越不确切。

下一个世纪，材料会变得更加多样化，但主题肯定是来自于低能源的生产和运用，以及材料之间的相互创新。比如，未来你行驶的那条马路可能不仅仅是一条行车道，可能也是一条发电用的载体；或者房间的墙面可能不仅是可以涂上你最爱颜色的地方，也可能是你选择最棒的居家功能的界面；又或者沙发不仅仅是传统舒适柔软的材质，而是透明坚硬也可以当做书桌但入座感觉仍然舒适的多功能家具……材料的变革正在渐渐改变着设计的方向。

在2016年7月发布的红点奖获奖名单中，不乏有一些作品以材料见长。这些作品也许现在还没有所谓的最具设计感的外观，但其因为新材料的运用而大大增加了功能性或者舒适度的优点，还是让人们不禁为这些产品点赞。

意大利制造商Kartellspa研发的UncleJack沙发便是其中的一个例子，如图8-5所示。这款产品抛弃了人们传统印象中柔软舒适的纺织面料，转而采用性质独特的聚碳酸塑料，它透明度近似玻璃，触感柔软的同时还保证了坚固性，经久耐用。通过使用先进的聚碳酸注塑成型技术，UncleJack沙发作为一件迷人的家具从众多设计中脱颖而出。它由一块重达30公斤的聚碳酸塑料塑成，长190厘米，在外形上十分抢眼，同时，透光性材料以及微微弯曲的形状塑造了非常漂亮的流线型外观。图8-5UncleJack沙发

而同样来自意大利的制造商ALiAssPA委托STUDIONORGUETDESIGN设计的Kayak椅子(如图8-6所示)却运用了最常见的木材作为原料。木材作为一种天然材料，灵活度极高，拥有无限的设计可能。通过蒸汽使木材弯曲的方法即曲木技术，是一项伟大的发明，该技术让椅子有了焕然一新的美感。kayak座椅的设计重点在于探究木材的各种塑型可能，这样做的目的是尽可能减少椅子的厚度而不损害其结构的完整性，结果是木制椅子同时拥有了令人印象深刻的新型结构和轻巧的外观。kayak座椅的制作基于先进的工艺流程，其特殊的轮廓包括从座面到靠背的过渡区设计都显得独具特色。这款轻巧的椅子采用人机工学设计，以壳状结构环绕身躯，为用户创造了极高的舒适度。它拥有不同的型号，材质上包括天然或染色黑橡木以及胡桃木，色彩方面在暗色上饰以强烈的色调(如珊瑚色或灰绿色)以及柔和的色彩。kayak座椅的色彩概念呈现了富有表现力的外观，符合多样化的室内使用。图8-6kayak椅子

西班牙制造商生产的corktex是一种多用途的装饰材料，它以独特的创新特性被广泛应用于酒店、办公室或贸易博览会展馆。Starmaker瓷砖是由高韧性的涤纶线以及高耐磨性装饰罩组成，表面设有美国Microban公司的抗菌材料，可以阻止细菌和真菌的扩散。这种地板易于安装，可进行快速和简单的维护，其底面包含了一种通过回收工艺获得的软木和橡胶颗粒的聚合物，具有高度抗压性，能确保其生态稳健性和耐用性。此外，这种聚合物还具有很好的隔音效果且防滑，还能提供良好热能舒适性，不仅适合作为内衬地板，还适用于墙壁、天花板和吊顶的装饰元素。图8-7Starmaker瓷砖

儿童是以一种冒险的方式体验世界的，对于他们来说，许多事情仍是全新未知的。泰国制造商Thaiceramic生产的Ebruseries玻璃马赛克瓷砖(如图8-8所示)通过提供新的感官可能性重现孩童般的体验方式，它的创新点在于，通过呼吁感官的方式诉说它的“谎言”。由于具有不同的图案，这种瓷砖可以广泛地被用于住宅、厨房、浴室的墙壁。该瓷砖采用了特殊的印刷技术，具有一系列鲜艳的色彩和独特图案，让人联想到大理石纸。不管以怎样的方式排列瓷砖，它都能很好地与其他瓷砖相协调，又可以创造出独特的整体格局。正是因为这些瓷砖看似可以动态地移动，所以才可以给观众留下千变万化的印象。凭借其精致设计，Ebru系列瓷砖激发了人们的好奇心和对于室内建筑世界的灵感，并在感知上建立了新的知觉。图8-8ebru系列瓷砖 8.3材料与质感

8.3.1质感的定义

质感用来标志人对物体材质的生理和心理活动，即物体表面由于内因和外因而形成的结构特征对人的感觉和视觉所产生的综合印象，也是物体构成材料和构成形式不同而体现的表面特征。质感包括两个不同层次的概念：一是质感的形式要素“肌理”，即物面的几何细部特征；二是质感的内容要素“质地”，即物面的理化类别特征。

质感包括两个基本属性，一是生理属性，即物体表面作用于人的触觉和视觉系统的刺激性信息，如软硬、冷暖、凹凸、干湿、滑涩等；二是物理属性，即物体表面传达给人知觉系统的意义信息，也就是物体的材质类别、性质、机能、功能等。

8.3.2质感的类别

质感是物体表面的特质，如粗糙、光滑等。质感要素通常可区分为触觉质感和视觉质感两种。所谓触觉质感，是透过触摸感官给予我们的不同心理感受；视觉质感则是建立在视觉的感受上。任何材质皆有其不同的特殊质感，也可透过不同的人为加工技法制造出更丰富的变化。质感也有自然质感和人为质感之分。设计师可以凭借其熟练的技巧，设计出各种不同的质感，如金属的亮泽，以使工业造型设计获得丰富多彩的材质效果。

各种材料的不同质感如下所示：

钢材等金属材质——坚硬、沉重

铝材——华丽、轻快

铜——厚重、高档

塑料——轻盈

木材——朴素、真挚8.3.3质感与产品

材料的质感与产品的造型是紧密联系在一起的，工业产品造型设计的重要方面就是对材料进行一定的加工处理，最后成为既具有物质功能又具有精神功能的产品，这是艺术创造的过程。当不同的材料经加工组合成一个完整的产品之后，其质感就不仅停留在材料的表面，而是升华为产品造型整体的质感。所以，对质感的认识应该从对材料的局部认识过程过渡到对造型物体整体质感的认识。材料的质感设计虽然不会改变造型物体的形体，但由于材料的肌理和质地具有较强的感染力，所以会使人产生丰富的心里感受，这也是当今建筑和工业产品中广泛应用装饰材料的原因。8.3.4质感与体验

质感是物体表面给人的感觉。试想想，我们会怎样形容触摸物件表面时的感觉呢？可能是粗糙的、平滑的、刺手的、柔软的、凹凸不平的。当这种经验积累多了，有时单凭眼睛也可形容物体表面的质感。例如，看到一个榴莲，我们无需触摸它也知道它是尖锐刺手的；天上一团团的云虽不能触摸，但因其形体与棉花相近，于是亦会假想云团有类似棉花般软绵绵的质感。所以，我们对质感的认识除了靠触觉外，亦可凭视觉加上经验而得到。

触觉质感是由接触而感受物体的表面组织；视觉质感是由视觉及个人的生活体验想象物体的表面组织。如一张沙堆的照片，我们凭视觉可看到沙堆是粗糙的，如果我们触摸它，就能感受到它那粗糙的质感。质感其实被广泛应用于我们的生活中，例如交通工具上的扶手多是粗糙的，目的是要让我们容易紧握；剧院多孔或凹凸不平的内墙是有吸音作用的；办公室多选用平滑感强的家具，如玻璃金属椅等，目的是使人有冷静、平和的感觉。

图8-9所示为一个滑梯的梯级，突起的部分能增加与鞋底的摩擦力，使人踏上滑梯时不易滑倒。图8-9防滑材质

8.4材料主导型设计

8.4.1质感的碰撞

不同材料的组合设计实现了异样质感的碰撞，这也体现了在统一中追求变化，在变化中获得均衡的形式美法则。选择差异性较大而又可相互替代的材料构成强烈的材质对比，可以打破司空见惯之呆板，使产品整体更灵动，更能触动用户的情趣体验。

我们可以把天然材料与人工材料、金属材料和非金属混合使用，使其呈现粗糙与光滑、规则与杂乱、有光与无光、透明与不透明、坚硬与柔软等特征。但是，这并非意味着一切不同材料都能混合使用，材料之间本身应当具有一定的内在文化联系，且在外观上具有协调统一的效果。图8-10所示为玻璃树枝桌子，玻璃在工业化社会的地位如同钢筋水泥一样，具有标准化的特征，其本身的质感是冰凉的，平整光滑而缺乏细节，用之制成桌面，虽然实用，却也略带冷漠；而桌腿选用产自大自然的人字形树枝设计而成，小枝桠细节很丰富，非人造的自然材料让人感到温暖舒心，一冷一热，和桌面的质感形成鲜明对比。人们不禁要问，这到底是自然对工业的冷嘲，还是后者对前者的热讽？值得用户品玩和思考。图8-10玻璃树枝桌子8.4.2材料的“性格”凸显产品语境

每一种材料都有区别于其他种类的特征，即个性，设计可以使材料的“性格”变得更加鲜明，从而在用户心理形成更加深刻的印象。一把木质椅子(如图8-11所示)，在其坐面上除了保留天然的纹理外，为了突出天然的质感，设计师画龙点睛般地在椅背椅腿上增添了“蘑菇”、“树皮”等细节，使本已“天然”的个性更加鲜明动人。木椅子俨然已经不是一个坐具，而成为森林中的一物，让用户感受到原始森林的自然情调。图8-12所示为自然洗手盆，司空见惯的乳白色洗手盆被完全颠覆，设计者让洗手盆触觉粗糙、天然的石头尽量裸露突出，在外壁尽量忽视功能，强化石头材料的质感表现，这样设计的目的很明显，就是让使用者有一种“捧起池里的泉水”的感觉。图8-12自然洗手盆图8-11木凳8.4.3彰显新材料的魅力

1．碳纤维

碳纤维(CarbonFiber，CF)是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维可分为PAN基、沥青基、粘胶基碳纤维，PAN基是当今世界碳纤维发展的主流，占碳纤维市场的90%以上。碳纤维具有强度高、模量高、质轻、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、摩擦系数低、耐高低温的特点。碳纤维按产品形态分为长丝、短切纤维、布料和预浸料坯四大类。

以法拉利、兰博基尼、帕加尼等为代表的意大利超级跑车为了追求轻量化，在车上大规模应用碳纤维组件。碳纤维的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料的抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000MPa，这个数据也高于钢。图8-13所示为全碳车身的帕加尼跑车。图8-13全碳车身的帕加尼跑车图8-14奥迪碳素滑雪板图8-15ThinkPadX1Carbon图8-16摩托罗拉DroidTurbo防水+凯芙拉机身图8-17Gaudi-stool座椅

2．透光混凝土

匈牙利建筑师AronLosonczi发明了可透光的混凝土LiTraCon(如图8-18所示)，它由大量的光学纤维和精致混凝土组合而成。这种可透光的混凝土通常会被做成预制砖或墙板的形式，离这种混凝土最近的物体可在墙板上显现出阴影。

LiTraCon混凝土中光学纤维的含量为4%，其能够透光的原因是混凝土两个平面之间的纤维是以矩阵的方式平行放置的。另外，承重结构也能采用这种混凝土，因为这种玻璃纤维对于混凝土强度没有任何负面影响。另外，这种透光混凝土具有不同的尺寸和绝热作用，能够做成不同的纹理和色彩。图8-18可透光的混凝土

3．夜光材料

常用的夜光材料也称为蓄光材料，就是当有可见光、紫外光等光源照射时，能将光能储蓄起来，当光源撤离后在黑暗状态下，再将所储蓄的光能缓慢释放而产生荧光现象的材料。蓄光材料通常将有蓄光功能的成分作为颜填料加入树脂中，并加工成母粒、薄片或者织物等。图8-19所示为夜光表。

蓄光型夜光材料很少含有放射性物质，没有使用方面的限制，但它们要靠吸收外部的光能才能发光，而且要储备足够的光能才能保证一直发光。蓄光型夜光材料的另一个缺陷是辉度不够。蓄光材料被广泛应用于军事、航海、消防、交通等领域，在公共场所如影剧院、学校、医院和居民楼道，夜间灯光突然熄灭或停电时，蓄光材料能引导人们安全出入。在高速公路、立交桥、地下通道等场所也需要夜视指标。图8-20所示为荷兰的夜间亮光高速公路。图8-19Zoomin夜光表盘图8-20荷兰的夜间亮光高速公路

4．镁合金

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金，主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。镁合金是三大轻质合金的一种(其余两种是铝合金和钛合金)，密度比铝合金小。铝合金、镁合金和钛合金构成了航天领域的材料支柱。

镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。镁合金具有较高的抗振能力，在受冲击载荷时能吸收较大的能量，还有良好的吸热性能，因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金也用于导弹和卫星上的一些部件。

近年来对改善汽车燃油经济指标提出了更高的要求，而减轻汽车重量一直是实现这一目标的最有效手段。以轻质、可再循环和良好铸造性能为主要特点的镁合金，正是满足这一要求的理想结构材料。图8-21所示为镁合金在汽车上的使用。一般中高端及专业数码单反相机都采用镁合金做骨架，使其坚固耐用，手感好。图8-22所示为镁合金的相机骨架。图8-21镁合金在汽车上的使用图8-22铝合金相机机身

5．梦幻LED玻璃

LED玻璃(如图8-23所示)又称通电发光玻璃、电控发光玻璃，最早由德国发明，中国国内于2006年成功研发。LED玻璃具有通透、防暴、防水、防紫外线、可设计等特点。图8-23LED玻璃

LED玻璃的主要构件包含以下几个部分：

(1)玻璃：玻璃面板可选，客户可自由选择普通浮法玻璃、超白玻璃、防火玻璃、中空玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃、镀膜玻璃等各种产品。玻璃结构为夹层结构，应符合欧洲EN标准、美国ASTM标准及国内一切安全玻璃应用标准。

(2) LED颗粒：依据使用年限、发光效果及耗能效果。

(3)导线：透明导线等。

(4)夹层：PVB中间膜。

LED玻璃应用于室内外装饰、家具设计、灯管照明设计、室外幕墙玻璃、阳光房设计等领域。图8-24所示就是LED玻璃设计的卫浴产品。图8-24LED玻璃水龙头

6．泡沫铝

挤出成型的铝质泡沫(如图8-25所示)用于建筑，也是一种很独特的设计元素。这些泡沫铝像是被冻结在这些半“融化”状的金属表面，面板具有不同的厚度和吸音效果。图8-25泡沫铝图8-26泡沫铝8.4.4选料规划与造型构成仿生意味

仿生设计学作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到了高度的统一。大自然的动植物经过数亿年的进化，自身的机能、结构、保护色已经获得了长足的发展。正如每片树叶上的叶脉，其纹路都不尽相同，却能合理地支撑起自身的重量以保持自身系统的稳定。因此，仿生设计的意义在于借助自然形态的事物，给人们形成一种安全、可造的归属感。材料的选择与造型的结合构成仿生形态时，更能拉近人与产品的距离。图8-27所示的羽毛椅子在选材上摒弃了传统海绵或皮垫的做法，选择了与鸟类羽毛状类似的软材，加上圆状的座椅及木质椅脚，整把椅子就如同鸟巢般温暖，呵护感倍至。图8-27羽毛椅8.4.5突出材料的有机形态

“自然界的一切形态都是有机的，就像草木一样曲折盘旋向上”。有机形态是相对理性主义形态而言的，它旨在使产品呈现出生活中没那么规整、严密、直线和方块的随性一面。布、泡沫、纸张、羽毛这些材料本身就是有机形态，也较容易通过整改呈现出自由的形态。图8-28所示的吊灯在提供照明之时，灯罩的反光片如藤蔓下的小花瓣，每一瓣都不一样，田园味很浓。

图8-28有机形态的灯罩8.4.6废旧材料焕发新颜

废旧材料除了本身不能实现原来所具有的机能外，其本身的物理属性，如硬度、韧性、弹性等基本都被保留了下来，这为其再设计与再利用提供了可能性。旧产品的外壳材料如同年轮密集的老树，述说着曾经的辉煌，具有富蕴的历史内涵。一个久经多年的旧汽车轮胎代表着生命中无数的惊险历练，经过改造，它重生为一把实用的座椅(如图8-29所示)，简单的装饰后，可以使之焕发出新的生命力，从而实现了“物尽其用”。人们不得不对“物尽其用”的造物理念由衷的赞美，也将更加珍惜眼前的幸福生活。图8-29废旧轮胎改造成的椅子 8.5加工工艺与创意设计

8.5.1传统加工工艺

1．塑胶

塑胶常用的加工工艺主要包括注塑成型、挤出成型、吹塑成型、吸塑成型。

(1)注塑成型又称注射模塑成型，即在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模腔，经冷却固化后得到成型品的方法。注塑成型的优点是生产速度快、效率高，操作可实现自动化，花色品种多，形状可以由简到繁，尺寸可以由大到小，而且制品尺寸精确，产品易更新换代，能成形状复杂的制件，适用于大量生产与形状复杂产品的成型加工领域。注塑成型的原理如图8-30所示。

注塑成型的过程大致可分为6个阶：合模、射胶、保压、冷却、开模、制品取出。上述工艺反复进行，就可批量周期性生产出制品。热固性塑料和橡胶的成型也包括同样的过程，但料筒温度较热塑性塑料的低，注射压力却较高。注塑成型的模具是加热的，物料注射完毕在模具中需经固化或硫化过程，然后趁热脱膜。图8-31所示为注塑成型的产品。图8-30注塑成型的原理图8-31注塑成型的产品

注塑成型主要涉及两个关键问题，即温度控制和压力控

制。

①温度控制。注射模塑过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动，而后一种温度主要影响塑料的流动和冷却。料筒温度：每一种塑料都具有不同的流动温度，同一种塑料由于来源或牌号不同，其流动温度及分解温度也是有差别的。这是由于平均分子量和分子量分布不同所致，塑料在不同类型的注射机内的塑化过程也是不同的，因而需要的料筒温度也不相同。

喷嘴温度：喷嘴温度通常是略低于料筒最高温度的，但也不能过低，否则将会造成熔料的早凝而将喷嘴堵塞，或者由于早凝料注入模腔而影响制品的性能。

模具温度：模具温度对制品的内在性能和表观质量影响很大。模具温度的高低决定于塑料结晶性的有无、制品的尺寸与结构、性能要求，以及其他工艺条件(熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等)。

②压力控制。注塑过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种，二者直接影响塑料的塑化和制品质量。

塑化压力：在注射中，塑化压力的大小是随螺杆的设计、制品质量的要求以及塑料的种类不同而需要改变的。增加塑化压力常能使熔体的温度均匀、色料的混合均匀，同时可以更好地排出熔体中的气体。

注射压力：注射压力在注塑成型中所起的作用是，克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔料充模的速度以及对熔料进行压实。

(2)挤出成型。挤出成型加工过程就是使塑料在一定的温度和一定的压力条件下熔融塑化，并连续通过一个模腔型孔，成为特定断面形状的产品。挤出成型在塑料加工中又称为挤塑，是在非橡胶挤出机加工中利用液压机施压于模具本身。简单地说，挤出成型是指物料通过挤出料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。挤出成型的原理如图8-32所示。图8-32挤出成型的原理

在纤维化学工业中也有用挤出机向喷丝头供料以进行熔体纺丝的。挤出成型应用于热塑性塑料和橡胶的加工，可进行配料、造粒、胶料过滤等，可连续化生产，制造各种连续制品如管材、型材、板材(或片材)、薄膜、电线电缆包覆、橡胶轮胎胎面条、内胎胎筒、密封条等，生产效率较高。

挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续地挤出机头。

①螺杆：挤塑机的最主要部件，由高强度耐腐蚀的合金钢制成，它直接影响挤塑机的应用范围和生产效率。

②机筒：一种金属圆筒，一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的15～30倍，以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。

③料斗：料斗底部装有截断装置，以便调整和切断料流，料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。

④机头和模具：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，机头内装有成型模具。机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，均匀平稳地导入模套中，并赋予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒内塑化压实，经多孔滤板沿一定的流道通过机头脖颈流入机头成型模具，模芯模套适当配合，形成截面不断减小的环形空隙，使塑料熔体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层。为保证机头内塑料流道合理，消除积存塑料的死角，往往安置有分流套筒，为消除塑料挤出时的压力波动，也有设置均压环的。机头上还装有模具校正和调整的装置，便于调整和校正模芯和模套的同心度。

挤出成型的产品有一个共同的特点，即产品的横截面相同。图8-33所示为挤出成型的产品。图8-33挤出成型的产品

(3)吹塑成型。这里主要指中空吹塑(又称吹塑模塑)，是借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯吹胀形成中空制品的方法。吹塑成型是第三种最常用的塑料加工方法，同时也是发展较快的一种塑料成型方法。吹塑用的模具只有阴模(凹模)，与注塑成型相比，设备造价较低，适应性较强，但成型性能较好(如低应力)，可成型具有复杂起伏曲线(形状)的制品。

中空吹塑又分为注射吹塑、挤出吹塑和拉伸吹塑。注射吹塑是用注射成型法，先将塑料制成有底型坯，再把型坯移入吹塑模内进行吹塑成型。挤出吹塑成型的过程是：管坯直接由挤出机挤出，并垂挂在安装于机头正下方的预先分开的型腔中；当下垂的型坯达到规定的长度后立即合模，并靠模具的切口将管坯切断；从模具分型面的小孔通入压缩空气，使型坯吹胀紧贴模壁而成型；保压，待制品在型腔中冷却定型后开模取出制品。用于中空吹塑成型的热塑性塑料品种很多，最常用的原料是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和热塑性聚酯等，这些材料常用来成型各种液体的包装容器，如各种瓶、桶、罐等。区分挤出吹塑和注射吹塑(包括注拉吹)的方法是观察制品底部，底部有一个肚脐样的注塑点的是注射吹塑或注拉吹制品，底部有一条合模线的是挤出吹塑制品。

吹塑成型技术是随着塑料工业、机械制造等多种技术的进步而不断发展的，在吹塑产品的设计、生产过程中，不断融入现代设计思想、设计工具，工程技术人员应充分利用先进的设计理念，结合人工经验，提高制品设计、制造各个环节的效率，从而提高吹塑制品的质量及市场竞争能力。图8-34所示是典型的吹塑成型产品。图8-34吹塑成型的产品

(4)吸塑成型。吸塑成型又叫真空成型，是热塑性塑料热成型方法之一。吸塑成型就是将片状或板状材料夹紧在真空成型机的框架上，加热软化后，通过模边的空气通道，用真空将其吸附于模具上，经短时间的冷却后得到成型的塑料制品。图8-35所示为亚克力吸塑成型的浴缸。图8-35吸塑成型的亚克力浴缸

2．金属

金属的加工工艺包括塑性成型加工、固体成型加工、压力加工。

(1)塑性成型加工。塑性(成型)加工是指高温加热下利用模具使金属在应力下塑性变形，它包括锻造、扎制、挤压、拉制钢丝。

①锻造：在冷加工或者高温作业的条件下，用捶打和挤压的方式给金属造型，这是最简单、最古老的金属造型加工工艺之一。

②扎制：高温金属坯段经过了若干连续的圆柱型辊子，辊子将金属扎入型模中以获得预设的造型。

③挤压：用于连续加工的，具有相同横截面的实心或者空心金属造型的工艺。挤压加工既可以高温作业，又可以低温作业。

④拉制钢丝：利用一系列规格逐渐变小的拉丝模将金属条拉制成细丝状的工艺。

(2)固体成型加工。固体成型加工的原料是一些在常温条件下可以进行造型的金属条、片以及其他固体形态，加工成本相对低廉一些。金属旋压工艺通常是将金属板料卡在旋压机上，旋压机床与普通机床相似，加工过程中坯料靠在一个三维模芯上成型，由主轴带动坯料与模芯旋转，然后用旋轮对旋转的坯料施加压力。由于旋压机主轴的回转运动及工具的纵、横向进给运动，这一局部塑性变形便逐渐地扩展到整个坯料，从而获得各种形状的空心旋转体零件。金属旋压多用于成型开放形状的工件，也就是说，成型末端直径比其他部分直径都要大，这样可以使得旋压成型件从模芯上取下。如果需要闭式形状的工件，就需要把该工件分块旋压成型，再把各个部分焊接到一起形成所需形状。理想的旋压成型材料包括铝、铜、黄铜、青铜、银及软钢。进行旋压加工前要先对工件进行退火，如果加工过程中工件要发生较大变形，那么在旋压结束前可能需要进行两到三次的退火处理。金属旋压通常在电脑数控下进行，因而也被称作数控旋压成型。

(3)压力加工。压力加工是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，也称为金属压力加工或金属塑性加工。压力加工包括轧制、锻造、挤压、拉拔、冲压、旋压。

①轧制：金属坯料在两个回转轧辊的缝隙中受压变形以获得各种产品加工方法。轧制主要靠摩擦力，坯料连续通过轧辊间隙而受压变形。轧制加工的主要产品有型材、圆钢、方钢、角钢、铁轨等。

②锻造：在锻压设备及工(模)具的作用下，使坯料或铸锭产生塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。

③挤压：金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。

④拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。

⑤冲压：金属板料在冲模之间受压产生分离或成形。图8-36所示为冲压成型的金属面板，它在起散热作用的同时也给产品增添了细节感。

⑥旋压：在坯料随模具旋转或旋压工具绕坯料旋转中，旋压工具与坯料相对进给，从而使坯料受压并产生连续、逐点的变形。图8-36冲压成型的金属面板

压力加工的优点：

力学性能高：结构致密，组织改善，性能提高，强、硬、韧度俱高；

节省金属：少或无切削加工，材料利用率高，由于提高了金属的力学性能，在同样受力和工作条件下，可以缩小零件的截面尺寸，减轻重量，延长使用寿命；

生产效率高：多数压力加工方法，特别是轧制、挤压，金属连续变形且变形速度很高，所以生产率高。

压力加工的缺点：

一般工艺表面质量差(氧化)；

压力加工与铸造方法相比也有不足之处，由于在固态下成型，所以无法获得截面形状，故不能成型形状复杂件；

设备庞大，价格昂贵；

劳动条件差(强度大、噪音大)。

3．木材

木材具有重量轻、强重比高、弹性好、耐冲击、纹理色调丰富美观、加工容易等优点，自古至今都被列为重要的原材料。木材工业由于能源消耗低、污染少、资源有再生性，所以在国民经济中也占重要地位。现在产品已从原木的初加工品(如电杆、坑木、枕木和各种锯材)发展到成材的再加工品(如建筑构件、家具、车辆、船舶、文体用品、包装容器等木制品)，以至木材的再造加工品(即各种人造板、胶合木等)，从而使木材工业形成了独立的工业体系。图8-37所示的原木家具越来越受到现代家庭的喜爱。图8-37原木家具

木材加工(WoodProcessing)以木材为原料，主要用机械或化学方法进行加工，其产品仍能保持木材的基本特性。

木材加工技术包括木材切削、木材干燥、木材胶合、木材表面装饰等基本加工技术，以及木材保护、木材改性等功能处理技术，其中切削有锯、刨、铣、钻、砂磨等方法。由于受木材组织、纹理等的影响，切削的方法与其他材料有所不同。木材含水率对切削加工也有影响，如单板制法与木片生产需湿材切削，大部加工件则需干材切削。干燥通常专指成材干燥，其他木质材料如单板、刨花、木纤维等的干燥，都分别是胶合板、刨花板、纤维板制造工艺的组成部分。

木材胶粘剂与胶合技术的出现与发展，不仅是木材加工技术水平提高的主要因素，也是再造木材和改良木材，如各种层积木、胶合木等产品生产的前提。木材表面涂饰最初是以保护木材为目的，如传统的桐油和生漆涂刷，后来逐渐演变为以装饰性为主。实际上，任何表面装饰都兼有保护作用，人造板的表面装饰可以在板坯制造过程中同时进行。

木材保护包括木材防腐、防蛀和阻燃等，是用相应药剂经涂刷、喷洒、浸注等方法，防止真菌、昆虫、海生钻孔动物和其他生物体对木材的侵害，或阻滞火灾的破坏。木材改性是为提高或改善木材的某些物理性质或化学性质而进行的技术处理。在采用上述各种加工技术时，不同的树种会产生不同的反应，显示出不同的性状，这称为木材的工艺性质或加工特性。

4．陶瓷

加工是陶瓷制造工序之一，即将配料做成规定尺寸和形状且具有一定机械强度的生坯。陶瓷加工有干压成型、半干压成型、可塑成型、注浆成型、等静压成型等，其中等静压成型为新兴陶瓷生产工艺。等静压成型法生产的陶瓷工件经烧结成型后，具有强度大、密度均匀等优点，具有良好的可加工性。古代陶器有模制、泥条盘筑、捏塑法等。图8-38所示的陶瓷音响具有良好的装饰效果。图8-38陶瓷音箱

陶瓷成型流程大致为：原料采用低压快排或高压注浆等方式通过石膏或树脂型母模成型—干燥—施釉—烧制—组装—包装，每道工序都需经过全检或实验。

注浆成型：将瘠性料靠温度及塑化剂的作用，制成具有一定流动性及悬浮性的浆料，再注入模型中凝固成型。

压制成型：将干粉状坯料在钢模中压成致密坯体而成