1材料工艺学(第一章)

材料工艺学工业设计2通过对本课程的学习，掌握产品设计中常用材料的性能、特点、选材，以及常用材料表面处理工艺的方法、特点，以便于从事产品设计时选用。教学基本要求了解工业产品设计常用材料的种类及基本性能、表面质感，重点掌握塑料材料与金属材料的性能与表现特点。了解材料加工成形的常见方法与工艺，各种加工方法的优缺点及适用材料，重点掌握金属与塑料的加工成形工艺及方法。教材及参考书《材料工艺学》郑建启主编湖北美术出版社《设计材料及加工工艺》江湘芸编著北京理工大学出版社《工业设计工程基础——材料及加工技术基础》赵英新主编高等教育出版社《工业设计——材料与加工手册》吉姆•莱斯科编著，李乐山译知识产权出版社，中国水利出版社《欧美工业设计5大材料顶尖创意》（金属、塑料、木材、玻璃、陶瓷）课程的目的与任务3•1、学习材料知识的重要性：1.1材料是设计的物质基础和载体。是科学技术研究的重要方面。基本功能相同的产品，由于采用了不同的材料和加工工艺，就可以带来巨大的形态变化，随后带来的是使用变化和精神功能的变化。例如电视机外壳，用木质层板来做，因为受到材料特性和加工工艺的制约，一般会做成方形。如果后壳要做成弧度就有一定的难度。但是如果用工程塑料来做电视机外壳的话，就很容易用压注成型的方法实现曲面的造型。4•1.2材料总是能够为设计师带来很多新的思路。•新材料对设计的影响不仅限于技术性应用的范畴，而是包含了整体质感。一直对设计流行趋势所形成起着激发作用。在材料日益丰富、材料技术不断发展的今天，“材料设计”成为了设计创新的重要手段。设计师不必受到材料的限制，或者被动的接收材料科学的研究成果。而是积极的评价和探索各种材料在设计中的应用价值，发掘材料在设计造型中的潜力。5•ＥｍｉｌｉｏＡｍｂａｓｚ在20世纪90十年代提出了“软技术材料”的观念，并基于微型化技术设计了一款手帕电视。他打破了一般电视机的外观面貌和使用方式，让人感到异常的柔软和亲切。6•赤陶土（一种声学陶瓷）在高温烘烤后再施釉，完全能达到音响的硬度要求，并能强化声音的频率。在这个基础上，意大利的设计师设计了一款陶瓷音响。它不仅延伸了材料的使用空间，也使得原来藏在房间角落里面得黑箱子音响，被赋予了全新的美学价值。7•2、设计专业学习材料课程的特点：•2.1与工科院校课程的区别作为设计类院校对于材料的教学应该和其他工科类院校教学有所不同。在学习和掌握的重点等方面都有所区别。这种不同正是由两类院校的学生的思维特点、接受能力和知识架构来决定的。8•从下表上分析，两者在内容也是有不同的：工科的材料学（微观方面）工程力学，物理学，机械，电子，分子间距，应力等设计类材料学（宏观方面）材料和工艺，材料的美感，材料的肌理应用9•2.2我们要掌握的知识点：•具备相关的材料和工艺的知识，了解材料的基本性能，会应用材料工艺学知识解决设计的问题。在设计中选择恰当的材料和工艺，能运用材料的自然美使产品具有美感，使加工工艺符合材料的性能。10绪论•材料的性能决定了该材料的内部结构。不同的内在结构决定着材料不同的物理与化学性能，如金属的分子结构决定着金属的刚性和延展性。•什么是工艺？•工艺是在各种材料自身特性的基础上发展成的一整套与之相应的处置技术。或者说，材料的特性决定了一定的工艺加工方法和艺术方法。如金属加工的锻炼、浇铸、锻打、退火、淬火、镶嵌等；木工艺中的锯、刨、凿、铐、钉、榫接等一系列与之相应的工艺技术。11绪论•材料与工艺技术之间的关系，实际上是人对材料自然属性的遵从和把握的关系。•《考工记》载“轮人为轮，斩三材必以其实”。选伐用于辐、牙等部件的木材必须注意季节，朝阳的木材要在冬天砍伐，背阳的木材要在夏天砍伐，并做好阴阳向背的标志，以利加工时选择，使其成器后不至于变形。因此，在工艺上，人对材料自然规律的遵从并不是被动的，而是主动的，是支配与遵从的结合。陶瓷的发明便是人类改变自然材料性质的杰出例证。人类第一次以自己的力量改变了材料原有的自属性，使之成为一个全新的物种。12绪论•工艺与材料相辅相成，息息相关。材料是工艺的基础，工艺是处置利用材料的方法。人们利用科技手段对材料的内部结构以及外观进行变化和改造，使天然材料具有更广泛的适应性。•古代西方建筑使用的石材，如今已经被钢筋混凝土所代替。钢筋混凝土的强度和技术性质，是一种可以抗拉的人造的“超级石材”。在现代工艺设计中，除利用木材纵向强度等有利因素外，人们采用胶合的方法来改善木材本身结构中不利的各向异性，如胶合板，使其纵向强度分布在两个方向上；由于这种改进，传统家具等就避免了因木材干燥后而导致的吸缩开裂,涨缝和变形等问题。13绪论•在材料与人的关系中，材料除了必须具有一定的强度、硬度、韧性等使用功能外，还在视觉、听觉、触觉等感受层次上与人有更深刻的联系。形成了一种对材料质的感受性，这种感受性有时成为一种习惯性，突出表现为一种敏感性，与人的日常经验和联想结合在一起，从而成为材料美感。•材料的时间性，其主要表现方式是流行式。大多数的材料几乎都有过自己或长或短的流行时代。青铜是青铜时代的流行材料，生漆是战国楚地和秦汉社会的流行材料，铁在春秋战国到秦汉时期开始流行，而棉花则是从元代以后才流行的。随着人类占有的材料日益多样化，材料的流行期越来越短，如近现代的塑料、尼龙等，他们都不断被新涌现出来的材料所代替，当然工艺材料的流行不仅是新型材料的流行，旧材料也能再次流行。14绪论•材料的地域性。如竹基本上产于江南，北方则很少。即使是各地都有的材料品种也不尽相同。人在与材料的长期关系中，形成了一定的心理习惯，从而使材料成为一种民俗或风俗性的东西，带有怀旧的意味。在现代高科技的环境中，人们对木质等传统材料的偏爱与向往，也是这种习惯性的表现。•人类造物活动史也是一部不断发现材料、利用材料、创造材料的历史。人们在造物活动中，不仅创造了器物，而且创造了利用材料的方法和经验。随着材料科学的发展，各种新材料层出不穷，并且发生着日新月异的变化，这些都为人们造物创造了更加广阔的天地。•作为一名工业设计师了解材料并合理的使用材料将成为设计过程中一个极其重要的环节，对材料的熟练掌握也是一位合格设计师应具备的职业素质之一。15上篇产品设计与材料工艺•工业设计是具有实用和精神双重功能造型设计，不仅要求产品的功能满足人们的需要，而且还要求产品的外观形象给人以美的感觉。因此，产品造型设计，是解决功能、形体、色彩、质感等技术处理与艺术创造有机结合，成为具有物质和精神两种功能的造型设计。•从视觉艺术的角度看，直接影响产品造型效果的因素有三个，即形体、色彩和质感，产品的色彩和质感是现实的形态，仅涉及到表面装饰工艺，而形体所联系的是空间与体量的配置，是非现实的形态。要把非现实的形态变为现实形态，就需要通过材料及技术加工的手段来完成。16•工业设计就是为获得一定功能，借助某些物质而产生新的现实形态。这里所借助的物质就是材料。这种材料一方面在产品造型设计开始就要预定选择；另一方面，在产品设计活动完结后仍留下来，只是这时的材料已改变了原来的形态，成为了新的造型物。从这种意义上说，造型就是将材料进行转化，而转化的方法就是技术或称工艺。•工业产品材料大致可分为五大类，即金属材料、木材、工程塑料、工业陶瓷和复合材料。1718第一章设计材料工艺概论•1－1材料与产品设计•1－2产品设计材料的美学基础•1－3材料的性能及基本特性19第一章产品设计材料工艺概论•1－1材料与产品设计•1、1、1材料与设计的关系•设计是收集信息、综合信息、创造新信息的过程，而产品则是信息的载体，是时代、民族或地域的社会观念及经济基础的总和，既有人们对材料、结构、加工工艺的理解——即自然科学的信息凝聚，也有人们对生活方式、社会结构的反馈——即社会科学信息的记录。•人类的设计是从石头开始的，是石头提供了人类进化的最基本的条件。石头、木材、金属、塑料等材料，是人类构筑、造型所必不可少的物质要素，选择材料、使用材料的过程也是设计意识形成的过程。在这个闭合循环中，材料也就成了“人的本质力量的对象化”和“物的人化”。20第一章产品设计材料工艺概论•1.1.2产品设计中的材料因素•产品设计包括使用功能、材料工艺、审美情趣等三方面的构成要素。•◆其中使用功能是首要的，它决定着产品造型的基本形式。•◆材料和工艺是保证产品造型付诸实现的物质技术条件，它是产品功能和艺术处理的具体体现。•◆产品造型的艺术处理，决定着形式的美观，表达了一定的思想感情和审美情趣。•这三个方面的因素相互依存、相互作用，构成了不可分割的统一体。在分析产品造型的时候，要全面地、联系地分析造型设计在产品功能、材料和工艺、艺术处理等各方面的关系，只有这样，才能比较全面地、深入地认识产品造型的本质。21第一章产品设计材料工艺概论•古罗马大理石椅（a），具有坚厚凝重的罗马风格而古埃及的法老王座因使用者身份不同，座椅靠背上满是贴金浮雕及彩色陶片，光芒四射。明代圈椅(b)，采用木构架结构，充分利用木材和纹理而不加遮饰，取得高度的艺术成就；里特维尔德设计的红蓝椅由机制木条和层压板构成，13根木条相互垂直，强调抽象的感受和量感，以完美和简洁的物质形态反映了风格派运动的哲学；22第一章产品设计材料工艺概论•马丁王银座（c）是哥特式风格家具的典范；麦金托什设计的高直式座椅体现出植物向上垂直生长的活力；•米斯设计的魏森霍夫椅（d）是第一把悬挑式的钢管椅；雷斯于1951年利用钢条和胶合板设计了著名的“安德罗普”椅,造型轻巧而有动感；•雅各布森设计的“蛋”椅（e）是热压胶合板整体成型，具有雕塑般的美感，而潘顿设计的整体成型玻纤增强塑料椅可一次模压成型，造型直接反映了生产工艺和结构的特点，同时又非常别致，具有强烈的雕塑感，色彩十分艳丽。•因此，工业设计师只有熟悉各类材料的特性、规格、加上方法等，才能较好地发挥材料在工业产品设计中的作用，把选材、用材和产品的造型设计有机地结合起来。23第一章产品设计材料工艺概论古罗马大理石椅古埃及的法老王座24第一章产品设计材料工艺概论红蓝椅明代圈椅25第一章产品设计材料工艺概论马丁王银座高直式座椅26第一章产品设计材料工艺概论魏森霍夫椅安德罗普椅27第一章产品设计材料工艺概论“蛋”椅玻纤增强塑料椅28第一章产品设计材料工艺概论•材料和工艺是产品设计的物质技术条件，是实现产品设计的必要条件。设计通过材料和工艺转化为实体产品，材料和工艺又通过设计实现自己的价值。任何一个产品设计，只有选用材料的性能特点及其加工工艺性能相一致，才能实现设计的目的和要求。29第一章产品设计材料工艺概论•1.1.3材料与造型的发展•人类社会的发展史表明，材料与人类的出现、进化、发展有着密切的关系，生产中使用的材料的性质直接反映人类社会的文明水平。了解材料与器物、工具、工业产品造型发展之间的关系，找出其规律和内在的联系，有利于在产品设计中更好地把握材料和应用材料。30第一章产品设计材料工艺概论•l.石器时代器物的造型•最早的石器是砾石制造的。它们已体现了一定程度的标准化，是为了适应使用要求。•◆打制石器•◆磨制石器•随着石器的发展，还促成了人类对工具器物造型的色彩感的觉醒；对器物表面光洁的追求；注意造型物的色泽与质地；追求造型的对称、秩序和韵律等等。•其装饰手法可以概括为以下三个方面：◆装饰的造型，即在实用型造型的基础上，对局部造型进行不妨碍使用却又和功利无关的装饰化改造。◆拟形装饰，在木、骨、石、陶各种废料的实用器中都有拟形装饰的现象，其中以拟动物造型的装饰较普遍。后来在此基础上产生了图案化。◆绘纹、镂空、刻纹。313233第一章产品设计材料工艺概论•陶器的发明是氏族社会形成后的一项重要成就。成型方法也就有手捏制、泥条盘筑、轮制等多种。首先考虑使用的合理和方便，同时又是按着朴素的审美原则进行创造的。•陶器表面加工有多种方法：•压模，即用平滑的石头在陶坯上压磨使之光滑，施加陶衣，进而加以彩绘。•压印，用特制工具在陶坯上压出绳纹或条纹，既使陶壁坚实，也使压纹成为一种装饰，增加美观。•此外还有堆贴和刻画等多种加工方式。所以原始