1、产品设计材料复习资料 材料复习提纲 材料在产品设计中的重要性 1、 材料是产品造型设计的物质基础； 2、 材质感是产品三大感觉要素之一 3、 新材料、新工艺的出现对产品设计的影响 产品的三大感觉要素：形态、色彩、材料 产品设计的三大要素：功能、形态、材料 任何设计内容都是通过材料来创造内容，设计的结果由加工后的特定的材料得以保证，设计在很大程度上取决于材 料的固有特性。 材料的工艺性是指材料适应各种工艺处理要求的能力，材料的工艺性包括材料的成型工艺、加工工艺 和表面处理工艺。它是材料固有属性的综合反应，是决定材料能否进行加工或如何进行加工的重要因 素，它直接关系到加工效率、产品质量和生产成本等
2、。材料通过工艺过程成为具有一定形态、结构、 尺寸和表面特性的工业产品，将设计方案转变为具有使用和审美价值的实体。 珐琅技术:珐琅被覆是用玻璃质材料在金属制品表面形成一被覆层，然后在 800左右进行烧制而成。 陶瓷表面的釉是什么，釉的作用 釉是覆盖在陶瓷坯体表面的硅酸盐玻璃层。 釉的作用在于改善陶瓷制品的表面性能，使制品表面光滑，具有不透气性，不易玷污；赋予陶瓷制品装饰功能； 其次，可提高制品的机械强度、电学性能、化学稳定性和热稳定性 设计材料的种类多，量大面广。在设计中如何正确、合理地选用材料是一个实际而又重要的问题。设计材料的选择应 遵循以下原则。 材料的外观：考虑材料的感觉特性。根据产品的
3、造型特点、民族风格、时代特征及区域特征，选择不同质感、不 同风格的材料。 材料的固有特性：材料的固有特性应满足产品功能、使用环境、作业条件和环境保护的需要. 材料的工艺性：材料应具有良好的工艺性能，符合造型设计中成型工艺、加工工艺和表面处理的要求，应与加工 设备及生产技术相适应。 材料的生产成本及环境因素：在满足设计要求的基础上，尽量降低成本，优先选用资源丰富、价格低廉、有利于 生态环境保护的材料。 材料的创新：新材料的出现为产品设计提供更广阔的前提，满足产品设计的要求。 表面处理技术是指采用诸如表面电镀、涂装、研磨、抛光、覆贴等能改变材料表面性质与状态的表面加工与装饰技术。 从产品造型设计出
4、发，表面处理的目的：一是保护产品，即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，由此有效利用材料资源；二是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（光性能、热 性能、电性能等）、化学性能（防腐蚀、防腐然、延长使用寿命）及生物学性能（防虫、防腐、防霉等），使产品表面 有更好的感觉特性。 （2）表面处理的类型 材料的表面性质和状态与表面处理技术有关，通过切削、研磨、抛光、冲压、喷砂、蚀刻、涂饰等不同的处理工艺可 获得不同的材料表面性质、肌理、色彩、光泽，使产品具有精
5、湛的工艺美、技术美和强烈的时代感。设计中所采用的 表面处理技术，一般可分为三类，如图所示。 分类 处理的目的 处理方法和技术 表面精加工 有平滑和光泽、形成凹凸花纹机械方法（切削、研削、研磨） 化学方法（研磨、表面清洁、蚀刻、电化学抛光） 表面层改质 有耐蚀性、有耐磨性、易着色 化学方法（化学处理、表面硬化） 电化学方法（阳极氧化） 表面被覆 有耐蚀性，有色彩性，赋予材料 表面功能 金属被覆（电镀、镀覆） 有机物被覆（涂装、塑料衬里） 珐琅被覆（搪瓷、景泰蓝） ）表面被覆1 珐琅被覆 镀层被覆 涂层被覆 世纪在埃及有了在铜器表面的珐琅技术，此后作为工艺技术被继承下来，发展为称作景泰蓝的工珐琅被
6、覆：公元前 3 艺美术品，很受人们器重。这种技术在工业制品上的应用则被称为搪瓷。 800左右进行烧制而成。珐琅被覆是用玻璃质材料在金属制品表面形成一被覆层，然后在 涂装的目的有三方面： 特殊作用：使制品具有隔热、绝缘、耐水、耐辐射、杀菌、吸收雷达波、隔音、导电等特 装饰作用，ca 保护作用，b 殊功能。 利用电解作用使零件表面附着一层金属膜的工艺，从而起到防止金属氧化，提高耐磨Electroplating）：电镀工艺（ 性、导电性、反光性、抗腐蚀性及增进美观等作用。 适用材料 大多数金属可以进行电镀，但是不同的金属具有不同等级的纯度和电镀效率。其中最常见的有：锡，铬，镍，银，1. 金和铑（铑：
7、白金的一种，极其昂贵且能长久保持高亮度，可以对抗大多数化学物质和酸。最常用于对产品表面光泽 。度要求极高的产品，如奖杯和奖牌） 60C（140F）的电镀高温，并且其电镀层和非电镀层结合强度高。 ABS 能承受最常用于电镀的塑料为2. ABS，因为 3.镍金属不可用于电镀接触皮肤的产品，因为镍对皮肤有刺激性且有毒性。 ）材料表面处理工艺的选择原则有以下几个方面：（3 环境保护成本 情感的审美性 产品档次的经济性 功能的合理性形态的时代性 求简的单纯性 材料感觉特征 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（分类对比） 影响材料感觉特性的因素 ）
8、材料种类（1 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感觉特性。 2（）材料成型加工工艺和表面处理工艺 材料的感觉特性与材料本身固有的属性有关外，还与材料的成型加工工艺、表面处理工艺有关，常表现为同质异感和 异质同感， 3（）其他因素 材料感觉特性在很大程度上受时代的制约，与时代的科技水平、审美标准、流行时尚等因素有着直接的关系。由于人 们的经历、文化修养、生活环境、风俗和习惯等的差异，材料的感觉特性只能相对比较而言。材料的美感：形态美，色彩美、肌理美、光泽美、质地美 产品造型美是广义的、多元的，它包括产品的功能美、结构美、色彩美、形态美、材料美、工艺美等。 视觉肌
9、理用手触摸而能感觉到的肌理感受，无须用手摸就能感受到的，如木材、石材表面的纹理。 触觉肌理用手触摸而能感觉到的有凹凸起伏感的肌理，如皮革表面的凹凸肌理，纺织材料的编织肌理等。在适当 光源下，视觉也可以感知这种触觉肌理。 调和与对比法则，实质就是和谐；主从法则，实际上就是强调在产品的质感设计上 质感设计的两条法则：要有重点。 在产品设计中，合理选用材料肌理的组合形态，是获得产品整体协调的重要途径。材料肌理形态的组合方式主要有： 同一肌理的材料组合：一般通过对缝、碰角、压线、横竖文联的设置、肌理的微差、肌理的凹凸变化来实现统一 肌理的组合协调。这种组合形态易于统一，整体效果好，但组合不好则会产生单
10、调感。 相似肌理的材料组合：图为三角托架台，采用胡桃木与梨木同属于木质纹理，它们之间有树木生长年轮留下的共同 纹理，但各种树种生长形态的不同，使他们留下的纹理具有一定的差异。这种相似肌理的组合协调能起到中介过渡的 作用，肌理的柔和变化，使人在视觉心理上产生愉悦平衡，获得柔和、亲切、舒适感。 对比肌理的材料组合：材料的肌理美感许多是靠对比的手法来实现的。两种以上材料肌理组合配置时，通过鲜明肌 理与隐蔽肌理、凹凸肌理与平面肌理、粗肌理与细肌理、横肌理与竖肌理等的对比运用，产生互相烘托、交互辉映的 肌理美感。 金属材料种类繁多，按照不同的要求又有许多分类方法： 按金属材料构成元素分为黑色金属材料和有
11、色金属材料。 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材料、变形金属材料和粉末冶金材料。 33）。 ）和重金属（密度4.5g/cm按金属密度分为轻金属（密度4.5g/cm请阐述什么是铸造，此种工艺有何优缺点 ( 1 )将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。 ( 2 )现代工业生产中，铸造是生产金属零件毛坯的主要方法之一，与其他工艺相比，铸造成型生产成本低，工艺灵活 性大，适应性强，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。但它缺点是公差较大，容易产生内部 缺陷。金属材料的成型加工 金属的成型方法可区分为铸造、塑性
12、加工、切削加工、焊接与粉末冶金五类。 金属塑性加工(概念，特点) 又称金属压力加工，在外里作用下，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。其特点是：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。适于专业化大规模生产，但需专门的设备和工具，不宜于加工脆性材料或形状复杂的制品。金属塑性加 工按加工方式分为锻造、轧制、挤压、拔制和冲压加工 金属材料的热处理 通过加热和冷却的方法，改变金属内部或表面的组织结构，以获得预期性能的工艺方法。根据热处理时加热冷却 规范的基本特点及其对组织性能的影响，金属热处理可分为普通热
13、处理、表面热处理和特殊热处理。 普通热处理包括退火、正火、淬火和回火处理 特殊热处理 特殊热处理是利用一些特殊工艺方法进行热处理，通常有形变热处理、磁场热处理等。 常用的金属材料 工业上应用最广泛的金属材料是钢铁材料，其产量约占金属材料总产量的 90%以上，钢铁材料之间主要的区别是含碳 量不同，根据含碳量多少，钢铁材料可分为三大类： 工业纯铁含碳量不超过 0.02%的铁碳合金，工业纯铁虽然塑性好，但强度低，很少用作结构材料和外观材料。 钢含碳量为 0.02%2.11%的铁碳合金，另含有少量磷、硫等杂质元素，钢的种类繁多，根据化学成分，可分为碳 素钢和合金钢两大类，广泛应用于各个领域。 铸铁含碳
14、量为 2.11%4.0%的铁碳合金，铸铁是一种使用历史悠久的重要工程材料，其熔点低、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，陈本低廉，可用来制造各种具有复杂结构和形状的零件。常用的 铸铁材料有灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。 铜及铜合金 铜及铜合金是历史上应用最早的有色金属，工业上常用的有紫铜、黄铜、青铜、白铜等。 （1）黄铜（Cu-Zn 合金） 以锌为主要合金元素的铜合金。 （2）青铜 普通青铜是以锡为主要合金元素，含锡量为 5%20%，又称锡青铜（Cu-Sn 合金），其色泽呈青灰色，具有很强的抗腐 蚀性。 （3）白铜（Cu-Ni 合金） 以镍为主要合金元素的铜合金，色泽
15、呈白色，质地较软，耐腐蚀性好，俗称假银。铜合金中镍含量的增加，白铜的强 度、硬度、弹性和耐蚀性等性能相应提高。 塑料的组成 （1）合成树脂，是塑料的基本原料，起着胶粘作用，能将其他组分胶结成一个整体，并决定塑料的基本性能塑料的分 类 塑料种类繁多，常用的分类方法有按热行为分类和按应用分类两种。 塑料按热行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。 塑料按其应用可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。 塑料的一般特性 （1）塑料质轻，比强度高（比强度指强度与密度的比值） （2）多数塑料制品有透明性，并富有光泽，能着鲜艳色彩 （3）优异的电绝缘性 （4）耐磨、自润滑性能好 （5）塑料有耐化学药品性 （6）塑料成
16、型加工方便，能大批量生产 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，低温容易发脆。多数塑料虽不易燃烧，但在 300左右发生变形，燃烧时放出有毒气体。由于耐热性 较差，使塑料的用途受到限制。 塑料制品易变形。温度变化时尺寸稳定性较差，成型收缩较大，即使在常温负荷下也容易变形。 塑料有“老化”现象。塑料在长时间使用或贮藏过程中，质量会逐渐下降。这是由于受周围环境如氧气、光、热、辐 射、湿气、雨雪、工业腐蚀气体、溶剂和微生物等的作用后，塑料的色泽改变、化学构造受到破坏，机械性能下降，变 得硬脆或软粘而无法使用，这称为塑料的“老化”，它是塑料制品性能中的一个严重缺陷。 塑料溶剂粘结 利
17、用有机溶剂（如丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、二甲苯、四氢呋喃等）将需粘接的塑料表面溶解或溶胀，通过加压粘接 在一起，形成牢固的街头。*塑料的工艺特性 塑料的工艺特性是指将塑料原料转变成为塑料制品的工艺特征，即塑料的成型加工性。 塑料的成型方法很多，根据加工时聚合物所处状态的不同，塑料成型加工的方法大体可分为三种： 处于玻璃态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、喷涂等表面处理方法。 当塑料处于高弹态时，可以采用热压、弯曲、真空成型等加工方法。 把塑料加热到粘流态，可以进行注射成型、挤出成型、吹塑成型等加工。 塑料成型方法的选择取决于塑料的类型（热塑性和热固性）、特性、起始状态及制成品
18、的结构、尺寸和形状的等。 塑料的二次加工 塑料的二次加工又称塑料的二次成型，是采用机械加工、热成型、连接、表面处理等工艺将一次成型的塑料板材、管材、 棒材、片材及模制件等制成所需的制品。 玻璃的成型 玻璃的成型是将熔融的玻璃液加工成具有一定形状和尺寸的玻璃制品的工艺过程。常见的玻璃成型方法有：压制成型、 吹制成型和拉制成型。 （1）压制成型 压制成型是在模具中加入玻璃熔料加压成型，多用于玻璃盘碟、玻璃砖。 （2）吹制成型 吹制成型是将玻璃粘料压制成雏形型块，再将压缩气体吹入处于热熔态的玻璃型型块中，使之吹胀成为中空制品。吹制 成型可分为机械吹制成型和人工吹制成型，用来制造瓶、罐、器皿、灯泡等。
19、 （3）拉制成型 拉制成型是利用机械引力将玻璃熔体制成制品，分为垂直拉制和水平拉制，主要用来生产平板玻璃、玻璃管、玻璃纤维 等。 （4）压延成型 压延成型是用金属辊将玻璃熔体压成板状制品，主要用来生产压花玻璃、夹丝玻璃等，该成型分为平面压延与辊间压延 成型。 玻璃的热处理 玻璃制品的热处理，一般包括退火和淬火两种工艺。 退火就是消除或减少玻璃制品的热应力的热处理过程。对光学玻璃和某些特种玻璃制品，通过退火可使内部结构均匀， 以达到要求的光学性能； 淬火就是使玻璃表面形成一个有规律、均匀分布的压力层，以提高玻璃制品的机械强度和热稳定性。 玻璃的抗压强度约为抗张强度的 1415 倍。 玻璃的化学性
20、质较稳定，大多数工业用玻璃都能抵抗除氢氟酸以外酸的侵蚀。 陶瓷是陶器和瓷器的总称，瓷是由陶演化而来。陶器通常有一定的气孔，断面粗造无光，不透明，敲之声音粗哑， 有的有釉，有的无釉。瓷器的坯体致密，不存在或者有很小的气孔，半透明，通常施有釉层。陶器和瓷器的最大区别在 于吸水率的不同，一般说来瓷器的吸水率都小于 1，而陶器的吸水率一般大于 3(介于两者之间的叫炻器)。 原料。 一、光学性质 1、白度：是指陶瓷材料对白色光的反射能力是以 45角的照射到陶瓷试样表面上白色光反射强度与化学硫酸钡试样 （白度为 100%）进行比较得到的。 2、透光度 3、光泽度 二、化学性质：陶瓷材料能耐酸碱的侵蚀，但由
21、于结构原因，特别是日用陶瓷受弱酸侵蚀后很可能会溶出对人体有害的 成分。如“铅”三、常用陶瓷 1、日用陶瓷分为：精陶、细瓷、和炻器（按质量） 第六章 木材与设计 木材的基本性能 木材是由树木采伐后经初步加工而得的，是由纤维素、半纤维素和木质素等组成。树干是木材的主要部分，由树皮、木 质部和髓心三部分组成。 常用木材 （1）胶合板 用 3 层或多层（奇数层）单板加压胶合而成的板材。各层板的纤维方向互相垂直，可克服木材各向异性的缺陷。胶合 板不易开裂和翘曲，幅面大而平整，材质均匀，横纹抗拉强度高，板面纹理美观，装饰性好。 （2）泡花板 是利用木质纤维或其他植物纤维为原料切削加工成碎料，再经加胶热压而
22、成的板状材料。 ）纤维板3（4）细木工板 6.4.1 设计中木材的选用 为达到产品造型设计的要求，保证产品的质量，科学合理地选用木材是至关重要的。根据产品的造型设计要求和不同的 部件，在木材的选用上应按木材的特性考虑如下技术要求。 有一定的强度及韧性、刚度和硬度，重量适中，材质结构应细致。 有美丽的自然纹理，材质感锐目。 干缩、湿胀性和翘曲变形性小。 易加工，切削性能良好。 胶合、着色及涂饰性能好。 弯曲性能好。 有抗气候和虫害性。 塑料部分原理图 玻璃成型原理图 陶瓷成形原理图 （木制品的构件间的结合方式，常见的有榫结合、胶结合、圆钉结合、螺钉结合、金属或硬质塑料联结件结合，以及混 合结合等
23、。采用不同的结合方式对制品的美观和强度、加工过程和成本，均有很大的影响，需要在产品造型设计时根据 质量技术要求确定。下面简要介绍几种常用结合方式。） 橡胶：被定义为在较大变形之后能够迅速有力恢复到原状的一种材料，这种材料在改良之后，在室温下被外力拉伸至原 来的两倍并维持此状态一分钟后释放，仍能在一分钟内恢复到小于原长 1.5 倍的状态。 合成橡胶：是一种大分子材料，在室温下，当外力作用撤去后，合成橡胶能够基本恢复到原来的形状和尺寸。合成橡胶 的整个恢复过程没有时间限制。 用来制作陶瓷刀具的材料：氧化锆与增韧氧化铝 目前最硬的三种材料：金刚石、六方氮化硅、氮化硅。 具有超强耐磨能力，经常用来制作
24、磨刀石、砂纸的材料是：碳化硅 半透明晶体氧化铝牙科中经常用来制作假牙的材料：注塑壳体壁厚设计尽可能均匀，过厚的部分容易在内部产生气孔、收缩变形等缺陷。在壳体转弯连接处，应避免使用锐 角连接，而采用圆角过渡，否则易造成应力集中。 0.5mm。塑料制品转角处一般采用圆弧过渡，其半径为塑料件壁厚的 1/3 以上，最小不宜小于 塑料产品应尽量避免侧壁带有凹槽及与塑件脱模方向垂直的孔，这样可避免采用瓣合分型或侧抽芯等复杂的模具结构， 避免使分型面上留下飞边。对于较浅的内侧凹槽并带有圆角的塑料件，可利用塑料具有足够的弹性的特性以强行脱模的 方式脱模，而不必采用组合型芯的方法。多数情况下带侧凹槽的塑料件不宜
25、采用强行脱模，以免损坏塑料件。如下图 塑料产品的形状还要有利于提高塑料件的强度和刚度。如把薄壳的塑料件产品顶部或底部设计成球面或拱形曲面，可以 有效的增加刚性和减少变形。 对于薄壁容器的边缘可采用卷边等增强设计的方式来增加刚性和减少变形。图见容器边缘增强设计。 。如强度不够应采用加强筋结构。壁太厚易形成“沉陷2-3mm 1-6mm 左右，最常用的数值为 热塑性塑料产品壁厚一般在 点”或产生翘曲。为此常将后的部分挖空，采用适当的修饰半径以缓慢过渡厚薄部分的空间。 1设计加强筋时应注意以下问题：、加强筋的厚度应小于被加强的产品的厚度，防止连接处产生凹陷。一般为产品厚度的 33 倍。、加强筋的脱模斜
26、度可大一些， 2 0.5-0.7倍。、加强筋的高度不宜过高，应按一定比例设计，一般小于产品厚度的 54以利脱模。、使多数加强筋的方向与型腔塑料的流向一致，以提高物料成型时的流动性。、多数加强筋要分布得当， 排列相互错开，以减少收缩不均。 塑料产品底部的支撑面采用整平面是不适宜的，因为要使整平面达到绝对平直是十分困难的，所以采用内凹结构效果较 好，凹入深度应大于 0.5-1mm。 塑料产品上的标记、符号或文字可以设计成不同的形式：1、凸字：它在模具制造是比较方便，可用机械或手工的方式将 字雕刻在模具上，但使用过程中凸字容易磨损。2、凹字：它可以填上各种颜色的油漆，使字迹更为鲜明，这种形式如果 采
27、用机械加工模具则较麻烦，现在多采用电铸、冷挤压或电火花方法来制造模具。3、凹坑凸字：在凸字的周围加上凹入 的装饰框。制造这种结构形式的模具可采用镶块，然后镶入模体中，制造比较方便，凸字在使用中也可避免碰坏。 连接与固定结构：按照不同的分类标准，连接结构可以分为不同的形式。按照不同的连接原理，可以分为机械连接结构、 粘接和焊接三种连接方式；按照结构的功能和部件的活动空间，可以分为动连接和静连接结构。一、静连接：1、不可拆 固定连接（焊接、铆接、胶接）2、可拆固定连接（螺纹、销、键连接；过盈配合连接；过渡配合连接；弹性卡扣结构、 锁扣、插接结构）二、动连接 1、柔性连接（弹簧连接、软轴连接）2、移
28、动连接（滑动连接、滚动连接）3、转动连接 关于金属弯曲件设计的注意点：1、弯曲件的形状最好对称，弯曲半径左右一致。弯曲件形状不对称，由于摩擦力不均匀， 板料在弯曲过程中会产生滑动，为防止板料的偏移，设计时应有可靠的定位措施。2、弯曲件的圆角半径，应大于板料许 可的最小弯曲半径。也不宜过大，因为过大时，回弹值增加，弯曲件的精度不易保证，容易回弹。3、弯曲件有孔时，如 果必须在弯曲前加工，则孔的位置处于弯曲变形处，会发生形变，为避免这种情况，必须使孔处于弯曲变形区之外。 关于金属拉伸件的设计注意点：1、拉伸件件的形状应尽量简单对称，应尽量避免急剧的轮廓变化。2、拉伸件的圆角半 径要合适，内部圆角半
29、径为壁厚的 3-5 倍。3、拉伸件凸缘的外轮廓最好与拉伸部分的轮廓相似。4、拉伸件的精度要求 不宜过高。 表面处理，见手机表面处理方式 不同材料在不同成型与加工工艺下的结构特征及设计考虑因素 砂铸（又称砂型铸造） 设计考虑因素 1.拔模角度应控制在 1-5之间（2通常较为合适） 2.零件壁厚应控制在 2.5mm-130mm 之间（1in-5.12in) 3.不同金属冷却收缩率也不一样。例如同体积的零件，钢的收缩率几乎为铝和铁的两倍，黄铜的收缩率比铝要高 50，收缩率和零件的体积成正比 金属旋压成型，是一门针对钣金的对称旋转成型工艺 设计考虑因素 1.金属旋压成型只适用于制造旋转对称的零件，最理想的形体为半球形薄壳金属零件 2.通过金属旋压成型的零件，内部直径应控制在 2.5m 之内 失蜡铸造（又称失蜡法） 设计考虑因素 零件壁厚由所用合金材料决定 1.铝合金和锌合金零件壁厚应控制在 1.5mm-3mm 之间（0.079-0.118in） 2.钢和铜合金零件壁厚应大于 3mm（0.118in) 3.失蜡铸造弥补
