产品材料与工艺

产品造型材料与工艺国际工业设计协会理事会(InternationalCouncilofSocietiesofIndustrialDesign,ICSID)：工业设计就批量生产的产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、形态、色彩、表面加工以及装饰以新的品质和资格。苹果手机一般指iPhone，是苹果公司研发的智能时尚手机，它搭载苹果公司研发的iOS操作系统。第一代iPhone于2007年1月9日由苹果公司前首席执行官史蒂夫·乔布斯发布，并在同年6月29日正式发售。第七代的iPhone5S和iPhone5C于2013年9月10日发布，同年9月20日正式发售。第八代的iPhone6和iPhone6Plus于2014年9月10日发布，大陆地区销售时间定为10月17日。苹果生产的一款时尚多媒体手机iPhone曾被《时代》杂志评为2007年最佳发明，在美国上市一个季度销量就已超过140万部苹果手机苹果手机苹果对选材和制造工艺有着惊人的兴趣苹果手机Apple的专利：廉价的塑料多点触摸屏Apple利用PET（聚对苯二甲酸类塑料）来代替昂贵的玻璃，生产出更低价更薄的触摸屏不仅价格低廉，而且让多点触摸屏更加独立更加灵活。设计师们能够创造出更多有创意的设计苹果手机“鸟巢”跨度330多米，中间没有一根柱子，这样的结构，需要一种抗拉、抗压和抗弯强度大的特种钢材做支撑柱。一种特殊钢材，叫Q460-Z35，厚度达到110毫米，国内在民用钢结构建筑上还是第一次应用，为特殊研制。鸟巢以椅子为例看产品与材料的关系以家具中的椅子为例，可以看出椅子设计造型的变化和发展，与椅子材料的应用与发展是相辅相成、相互影响、相互促进和相互制约的。古希腊时期，采用天然石材制作的石椅子，由于石材承受的压力远远高于承受拉力，且不易加工装配，通常整体落地．因而形成一个基座式椅子的造型风格。以椅子为例看产品与材料的关系我国明式家具在家具发展中占有十分重要的地位，明式家具除其完美简洁的造型、严谨合理的结构、精致的制作工艺外，自然亮丽的材料质感是明式家具的重要特征。以椅子为例看产品与材料的关系明式椅子所用木材多为紫檀木、黄花梨木、红木、乌木、铁力木和楠木等，这些木材质地坚硬、色泽柔和、纹理优美、强度高、气味独特，是其他一般木材无法比拟的。在用材上，根据椅子结构的不同部位，分辨木材的材质、色泽和纹理，以恰如其分的尺寸进行粗细随形处理。在制作中，由于材质坚硬，使得精密的榫卯结构得以实现，这样使得明式椅子在造型上，线条更加挺拔秀丽、流畅．其形体更加严谨轻巧、浑然一体。以椅子为例看产品与材料的关系以椅子为例看产品与材料的关系18世纪欧洲工业革命以来．随着科学技术的发展，出现了各类新材料、新工艺，给家具造型带来了新的生命。以椅子为例看产品与材料的关系马谢尔·布鲁耶(MarcelBreuer)领导的家具改革．开辟了家具设计新的一页。他由自行车把手而引出了钢管家具的设想，于1925年以钢管和帆布为材料，成功地设计制造出了世界上第一张以标准件构成的钢管椅——瓦西里椅。以椅子为例看产品与材料的关系20世纪三四十年代以后，由于合成树脂的迅速发展和高频胶合技术的应用，产生了一种新的椅子形态——胶合板椅，它改变了原有木材的特性，且结构、强度等均发生了变化，赋予椅子新的造型风格。以椅子为例看产品与材料的关系如芬兰设计师阿尔瓦·阿尔图(AlvarAalto)设计的弯曲胶合板椅，采用胶合板材热压弯曲而成，其造型既有包豪斯时期钢管椅的结构特征，又有30年代流线型的美学特征，具有几何形体的明确性和简洁性的造型特点。以椅子为例看产品与材料的关系新的合金技术和合成化学技术也为椅子提供了各类高性能的轻质合金材料及高分子聚合材料，这一系列材料的问世，为椅子造型设计开辟了更广阔的领域。以椅子为例看产品与材料的关系设计师威勒.潘顿(VernerPanton)设计的塑料椅，采用塑料一次性成型，且造型简洁优美，色彩艳丽，独特的造型充分体现了塑料的生产工艺和结构特点，使塑料这种工业化、大众化的材料变得高雅。以椅子为例看产品与材料的关系设计师皮尔罗.加提(PieroGatti)等设计的Sacco椅，采用乙烯基布缝制成一个锥状袋子，内装颗粒状聚苯乙烯泡沫球，此款布袋椅完全抛弃了家具设计的结构，适宜使用者所采取的各种坐姿。以椅子为例看产品与材料的关系各种新材料、新工艺的出现，给椅子造型带来了新的生机，出现了诸如玻璃椅子、充气椅子等各种形式和结构。这些材料与工艺的结合，为椅子造型设计提供了更多的造型方法和手段．产生了完全崭新的造型风格。以椅子为例看产品与材料的关系以椅子为例看产品与材料的关系本课程的重要性及学习目的材料和工艺是产品造型设计的物质技术条件，是产品设计得以实现的桥梁学会根据产品造型设计的目的和要求，灵活地利用各种材料的内在功能和表面特征，合理地选择材料的加工工艺，设计出功能好、性能高、款式新颖的产品！课程的体系结构第一章概论第二章金属材料及其加工技术第三章工程塑料及其加工技术第四章工业陶瓷及其加工技术第五章玻璃及其加工技术第六章木材及其加工技术第七章涂料及其涂装工艺*新材料与新工艺*课程的体系结构五大材料：金属塑料陶瓷玻璃木材三大工艺：成型工艺连接工艺表面处理工艺第一章概论第一节材料、设计与工艺第二节材料的分类第三节材料的基本性质第四节造型材料应具有的特性第五节产品造型材料的美学基础第六节产品造型设计与工艺性第一节材料、设计与工艺材料、设计和工艺——密不可分创新是工业设计的灵魂，新材料、新工艺和新技术正是为产品的创新设计开辟新天地！设计离不开对材料的认识和制造成型过程的了解对一个合格的设计师的要求：●明确材料、加工工艺和产品形体之间的相互关系●合理有效地使用各种材料●恰当、充分地利用材料的性能坚持“实用、经济、美观”的原则，赋予材料真正的价值设计师虽然不直接动手参与材料的加工成型，但是●必须了解自己设计的形式是否可以使用所选材料●是否利用了材料自身的特性●采用何种技术来加工成型●如果现有技术无法实现，是否有新技术或有必要开发新技术●是否有必要改变材料规划，选用其它材料●是否需改变设计以适应材料的加工工艺┄第二节材料的分类什么是材料（material）呢？很简单，向四周看看，你看到了什么？我们穿的衣服是由各种材料制成的。我们的宿舍是由各种材料建成的（大部分是人工合成的）。窗户上的玻璃，吃饭用的碗、勺子，我们无论往哪儿看，映入眼帘的都是各种材料。广义地说材料是指包括人们思想意识之外的所有物质。狭义地讲材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。一、按结合键性质对材料进行分类：(1)以金属键为基的金属材料(2)以离子键为主，存在一定成分共价键的陶瓷材料(3)大分子为共价键，大分子间为物理键的高分子材料(4)结合键比较复杂的复合材料二、按照材料来源分类：天然材料——不改变在自然界中所保持的状态，或只施加低度加工的材料，如木材、竹、棉、毛、皮革、石材等。加工材料—能用天然材料经不同程度的加工而得到的材料，加工程度从低到高，有人造板、纸、水泥、金属、陶瓷、玻璃等。合成材料—能用化学合成方法将石油、天然气和煤等原料制造而得的高分子材料，如塑料、橡胶、纤维等。复合材料——用有机、无机非金属乃至金属等各种原材料复合而成的材料。智能材料或应变材料——随环境条件的变化具有应变能力，拥有潜在功能的高级形式的复合材料。天然材料加工材料合成材料复合材料、智能材料三、按材料形态分：线状材料、板状材料、块状材料。金属丝制作的椅子胶合板材制作的椅子整块榉木制作的椅子四、按材料用途分类机械加工材料；建筑材料；电工材料；结构材料；电子材料；研磨材料；光学材料；耐火材料；感光材料；耐腐蚀材料；包装材料等等第三节材料的一般性质一、材料的密度（1）密度单位体积物质的质量称为该物质的密度。反映材料的轻、重。决定着产品轻巧等使用属性。水的密度为1×103kg/m3。密度小于5×103kg/m3的金属称为轻金属,如铝、镁、钛及它们的合金。密度大于5×103kg/m3的金属称为重金属,如铁、铅、钨等。轻金属多用于航天航空器上。二。熔点纯金属由固态转变为液态时的温度有些非金属材料没有明显的熔点（如：高分子材料、热固性树脂、陶瓷材料等）三。比热容将1kg重的材料温度升高1℃所需要的热量。四。热导率（热导系数）材料将热量从一侧表面传递到另一侧表面的性质称为导热性。由热导率或导热系数表示。五。热胀系数材料由于温度上升或下降会出现膨胀或收缩。线膨胀系数——材料上两点之间的单位距离在温度升高1℃时的变化称为线膨胀系数线膨胀系数的比较：高分子材料﹥金属材料﹥陶瓷材料体膨胀系数——材料由于温度变化出现膨胀或收缩按体积计算时，称体膨胀系数。一般可概略看作线膨胀系数的3倍。六。强度材料在静载荷(外力)作用下抵抗塑性变形和破坏作用的能力，包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。刚度：材料抵抗变形的能力七。弹性与塑性弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后仍能完全恢复其原来形状的性能塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后仍保持外力作用时的形状而不破裂的性能。材料的塑性指标：断面收缩率:伸长率：%100拉伸前的长度拉伸前的长度拉断后的长度八。脆性与韧性脆性：材料在受外力作用达到一定限度时，无明显变形而突然破坏的性质脆性材料的变形曲线，其特点是材料在接近破坏时，变形仍很小。混凝土、玻璃、砖、石及陶瓷等属于脆性材料。它们抵抗冲击作用的能力差，但是抗压强度较高。韧性：材料在冲击载荷或震动载荷作用下，能承受很大变形而不破坏的能力，也称冲击韧性九。硬度材料抵抗其他物体压入自身表面的能力，反映材料局部塑性变形的能力金属材料的硬度：布氏硬度（HB）洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)维氏硬度(HV)布氏硬度试验原理：用载荷为P的力，把直径为d的钢球压入金属表面，保持一定时间后去除载荷，测量钢球在金属表面上留有的圆形压痕的直径d，并以此求出压痕面积AB，并以P/AB作为布氏硬度的值。即：HB=P/AB布氏硬度试验原理布氏硬度试验机洛氏硬度试验原理：方法与上相同，不同的是，用测量压痕凹陷深度来表示应度值。有三种试验规范：HRA、HRC（金刚石圆锥压头）、HRB（钢球）洛氏硬度试验原理(测量过程)洛氏硬度机维氏硬度试验原理：方法与布氏硬度相同，区别在于使用的压头形状为锥面夹角为136°的金刚石四楞锥。十。耐磨性指材料表面抵抗磨损的能力。磨损包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损等。材料的耐磨性与硬度、强度及内部构造有关，一般说来，硬度大的材料，耐磨性较强，但是不易加工。在工程中，有时可用硬度间接推算材料的强度。建筑中用于地面、踏步、台阶、路面等处的材料，应具有较高的耐磨性。十一。导电性与电绝缘性导电性是材料传导电流的能力，用电导率来衡量。电绝缘性与导电性相反。用电阻率、介电常数、击穿强度表示。电阻率、击穿强度越大，电绝缘性越好，介电常数越小，电绝缘性越好。十二。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。它主要包括；（1）耐腐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀破坏的能力。如不锈钢、玻璃钢、氮化物、碳化物的陶瓷、玻璃、钛合金等有较好的耐腐蚀性。碳钢、铸铁的耐腐蚀性较差。（2）抗氧化性：材料在常温或高温时抵抗氧化作用的能力。对金属材料进行表面处理提高其抗氧化，一些合金钢、以及上述耐腐蚀性材料都属抗氧化材料。（3）耐侯性：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。如玻璃、陶瓷的耐候性好，塑料的耐候性差。●加工成型性●表面工艺性材料的工艺特性材料的加工成型性愈多样，其造型、结构等愈丰富，成本愈低材料表面所需的色彩、光泽、肌理等，大多需经表面处理获得十三、材料的工艺性能铸造、锻造、冲压、焊接、切削加工（车、铣