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设计材料及加工工艺,班级：工设091姓名：侯皓腾学号：200910025,目录,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,第一章 概论,1.1 设计与材料 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。材料代表着时代的生产能力和生活水平。新材料发现与应用新型成型加工方法和工艺产品结构的变化产品设计的飞跃崭新的设计风格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构成的，产品必须是功能、形态和材料三要素的和谐统一。材料是用以构成产品的造型，是客观存在的物质。工艺是成型工艺、加工工艺和表面处理工艺，是人的认识。新的材料带来新的设计，带来新的感受。,1.3 材料设计1、材料设计的内容 2、材料设计的方式,3、材料与产品的匹配关系,第二章 设计材料的分类及特性,2.1 设计材料的分类 1.按材料的来源分类 第一代：天然材料 第二代：加工材料 第三代：合成材料 第四代：复合材料 第五代：智能材料 2.按材料的物质结构分类 3.按材料的形态分类(1)线状材料(2)板状材料,2.2 材料特性的评价 一、材料的固有特性：即材料的物理特性和化学特性如力学性 能、热性能、电磁性能、光学性能和防腐性能等；二、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性。这些特性的综合效应从 某种角度讲决定着产品的基本特点。2.3 材料固有特性 一、材料的物理性能 1 材料的密度 2 力学性能 强度弹性和塑性脆性和韧性硬度耐磨性 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，是衡量材料性能优劣的主要质量指标。它主要 包括耐腐蚀性、抗氧化性和耐候性等。2.4 材料的工艺特性,1.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。2.它是材料固有特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。3.材料通过工艺过程成为具有一定形态、结构、尺寸和表面特征的工业产品，将设计方案转变为具有使用和审美价值的实体。一、材料的成型加工 1.造型设计中，材料在通过加工后，必须能构成并且能长期“记忆”住设计所赋予它的应有形态，从而才能最终成为产品。2.材料的成型加工性是衡量产品造型材料优劣的重要标志。产品造型设计材料必须具有良好的成型加工性能。3.材料通过成型加工才能成为产品，并体现出设计者的设计思想。4.如果没有先进、合理、可行的工艺手段，多么先进的结构和美观的造型，也只是纸上谈兵而实现不了。,二、材料的表面处理 具体说就是要处理诸如色彩、光泽、纹理、质地等直接赋于视觉与触觉的一切表面造型要素。而这些表面造型要素则会因材料表面性质与状态的改变而改变。产品表面所需的色彩、光泽、肌理等，除少数材料所固有的特性外，大多数是依靠各种表面处理工艺来取得。,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 作出的反映或由人的知觉系统从材料表面特征得出的信息，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。触觉质感 2.材料感觉特性按人的感觉可分为 视觉质感,自然质感 按材料本身的构成特性可分为 人为质感以人的感觉为依据选择材料时，人的感觉对材料的评价乃是关键。1材料感觉特性的描述,2材料感觉特性的测定,材料感觉特性的概念 影响因素 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 材料的感觉特性除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。3.2 质感设计 质感设计的形式美法则：1、调和与对比法则 2、主从法则 质感设计的主要作用：1、良好的触觉质感设计，可以提高产品的适用性 2、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。3、塑造产品的精神品位 4、达到产品的多样性和经济性 5、创造全新的产品风格,3.3 材料的抽象表达：任何材料都充满了灵性，任何材料都在静默中表达自己。无论人们是有意还是无意，都在不知不觉中感受到了它，并接纳了它。面对一种材料，人们往往会产生种种感觉，种种感觉的扩张，种种感觉与感觉的联系，就会产生将材料做这样或那样处理的种种有意或无意的设计行为，这种设计行为就称为材料的抽象表达。,3.4 材料的美感 色彩美 材料是色彩的载体，色彩不可能游离材料而存在。色彩有衬托材料质感的作用。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。材料的固有色彩或材料的自然色彩是产品设计中的重要因素，设计中必须充分发挥材料固有色彩的美感属性，而不能削弱和影响材料色彩美感功能的发挥，应运用对比、点缀等手法去加强材料固有色彩的美感功能，丰富其表现力。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的一种表面材质效果。它是产品造型美构成的重要要素，在产品造型中具有极大的艺术表现力。光泽美 1.透光材料 透光材料受光后能被光线直接透射，呈透明或半透状,2.反光材料 反光材料受光后按反光特征不同分为定向反光材料和漫反光材料。质地美 材料的质地美是材料本身的固有特征所引起的一种赏心悦目的心理综合感受，具有较强的感情色彩。质地是与任何材料有关的造型要素，它更具有材料自身的固有品格，一般分为天然质也与人工质地 形态美 1、线材的美感 2、片材的美感 3块材的美感 4综合形态的材料美感第四章 材料与环境 4.1 环境意识 环境意识作为一种现代意识，已引起了人们的普遍关注和国际社会的重视。随着世界性的日新月异的生活方式与突飞猛进的生产方式的不断演进，全球资源无节制的利用与消耗，产生的废弃物不断堆积，对地球环境的破坏越来越严重。,1.现实要求人类从节约资源和能源、保护环境和社会可持续发展的角度出发，重新评价以往研究、开发、生产和使用材料的活动；2.改变单纯追求高性能、高附加值的材料而忽视生存环境恶化的做法；探索发展既有良好性能或功能，又对资源和能源消耗较低，并且与环境协调较好的材料及制品。4.2 绿色设计 绿色设计的基本思想就是维护地球绿色生态环境的设计，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。,绿色设计要求设计师放弃那种以产品在外观上标新立异为宗旨的习惯，而将设计变革的中心真正放到功能的创新、材料与工艺的创新、产品环境亲和性的创新上，以一种更为负责的态度与意识去创造最新的产品形态，用更科学合理的造型结构使产品真正做到物尽其材、材尽其用，并且在不牺牲产品使用性能的舒适与完美的前提下，尽可能地延长使用周期。1 绿色设计的基本特征 绿色设计是指在产品整个生命周期内以产品环境属性为主要设计目标，着重考虑产品的可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等功能目标。1.环境协调性 2.价值创造性 3.功能全程性2 绿色设计的基本原则 6R原则：研究（Research）、保护(Reserve)、减量化(Reduce)、回收(Recycling)、重复使用(Reuse)和再生原则(Regeneration).3 产品设计的绿色观念 在产品设计领域，绿色设计已成为可持续发展理论具体化的新思潮与新方法。产品绿色设计的目的，就是要克服传统产品设计的不,足，使所设计的产品既能满足产品功能的要求，又能满足适应环境与可持续发展需要的要求，如表41所示。产品设计的绿色观念由四个层次组成。第一层为目标层，以设计出绿色产品为绿色设计的总目标；,第二层为内容层，包括绿色产品的结构设计、环境性能设计、材料选择和资源性能的设计；第三层为主要阶段层，即实现绿色设计内容所考虑的主要过程，包括产品生产过程、使用过程和回收处理过程等产品生命周期各阶段；第四层为设计因素层，即绿色设计过程应考虑的主要因素，包括时间、成本、材料、能量和环境影响等。在绿色设计的观念里，设计师有责任要为人类考虑产品对人类生活环境的影响。设计师应考虑以下几方面：安全性：设计不能危及使用者的人身安全以及正常的生态秩序，产品的使用要充分考虑到对人的安全性和对环境的无污染性。节能性：未来的设计应以减少用料或使用可再生的材料为基础，加强材料、能源和其他资源的使用效率，提高产品效能，延长产品的生命周期，降低产品的淘汰更换率。生态性：应考虑到设计对环境保护所起到的重要意义，努力避免因设计不当和选材的失误而造成的环境污染与公害。,社会性：设计是时代文化的一种表征，任何设计都应考虑到对社会模式、文化价值观、伦理道德及精神领域等诸方面的影响。4 绿色设计的发展方向 绿色设计强调对资源与能源的有效利用，提倡为解决废品而设计。其发展的方向有以下几方面：1绿色产品的设计 2绿色包装设计 3绿色能源的开发 4创造有生命的材科 4.3 绿色材料 绿色材料是绿色设计的基础，绿色设计首先要选择绿色材料，大力研究和发展绿色材料必然有助于绿色产品的开发和推广。1 绿色材料的主要内涵 绿色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。,一般来说，绿色材料应具有三个明显特征：先进性：发挥材料的优异性能，为人类开拓更广阔的活动范围和环境；环境协调性：减轻地球环境的负担，提高资源利用率，对枯竭性资源的完全循环利用，使人类的活动范围同外部环境尽可能协调；舒适性：使人们乐于接受和使用，使活动范围中的人类生活环境更 加繁荣、舒适。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 5 绿色能源材科 3 绿色材料的评价方法 开展对材料或产品及其生产、使用直至废弃生命同期或环境协调性的评估研究，是改造或者淘汰某一材料、产品或生产工艺的基础性工作。通过对生命同期评价方法的示范性研究，形成材料开发、应用、废弃到再生循环整个生命周期与生态环境间的相互作用和相互制约的理论，制定材料的环境评估标准。,4.4 材料选择对环境保护的考虑 随着全球工业化进程的发展规律，有更多的各类材料被大量用于工业产品中，这是工业设计师造福人类的一大业绩。但是，一切事物往往有其反面，各类工业材料的大量使用使人类居住的环境遭到了日益严重的污染，自然资源尤其是非再生资源也遭到滥用与破坏。选用适合产品使用方式的材料，对各种材料的种类、使用量和使用条件等都加以严格的限制。提高产品效能，延长产品生命周期，减低产品的淘汰率。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。材料使用单纯化、少量化，尽量避免多种不同材料的混合使用，限制产品中所使用材料种类。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，提倡易拆卸的结构，标明部件中所使用的材料名称，明确标示回收标志，使消费者能明确了解回收的材料类别，进行垃圾分类，以便回收再利用。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自的。4.5 影响材料选择的环境因素 由于产品总是在一定的环境中运行和使用，产品的材料也必受到环境的影响。因此，在材料的选择中必须对产品未来使用环境中可能存在的影响因素作必要的考虑。一般讲，材料选择的环境因素可包括以下几个方面：(1)冲击与振动(2)温度与湿度(3)人为破坏(4)火灾危官(5)生物危官(6)污损(7)气候影响(8)噪声第五章 产品设计中材料的选择与开发 5.1 设计材料的选用 1 选择原则 设计是一种复杂的行为，它涉及设计者感性与理性的判断。与设计的其它方面相比，材料的选择是最基本的，它提供了设计的起点。材料选择的适当与否，对产品内在和外观质量影响很大。(1)材料的外观：考虑材料的感觉特性。根据产品的造型特点、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。(2)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。(3)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和表面处理的要求，应与加工设备及生产技术相适应。(4)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，优先选择资源丰富、价格低廉、有利于生态环境保护的材料。(5)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。2 影响因素(1)功能：无论怎样的产品，都必须首先考虑产品应具有怎样的功能和所期望的使用寿命。这样的考虑必定会在选用何种材料更合适方面做出总的指导。(2)基本结构要求：如何综合平衡设计中对产品的功能、人机工程学和美学方面的要求，以及针对批量生产特点的机械结构、加工工艺难点 和由此产生的成本问题等加以解决，已成为材料选择中的王要问题。(3)外观：产品的外观在一定程度上受其可见表面的影响，并受材料所能允许的制造结形式的影响，因此，外观也是材料选择应考虑的一个重要因素。,(4)安全性：安全是最基本的因素。材料的选择应按照有关的标准 选用，并充分考虑各种可预见的危险。(5)控制件：控制件对材料的选择也有其特殊的需求。例如，操纵键盘的材料应具有恰当的接触摩擦性和冲击回弹性，以保证可靠操作和手感舒适；用作控制面板的材料应选择反射率较低并易于在其表面形成图样符号或易于贴附图样符号的材料制作，以减少眩光和便于指示控制动作。(6)抗腐蚀性：抗腐蚀性是材料选择的另一个重要准则，因为它影响着产品的操作、外观、寿命和维护。在直接涉及人身安全的场合，则必须通过材料的选择来防止危险的腐蚀。(7)市场：设计者必须对未来可能使用自己所设计产品的消费者进行调研。如果可能，应尽量使自己的产品达到或超出消费者所期望的程度。5.2 材料工程的发展 随着人类文明的进步，面对人类需求在质和量方面的不断增长，对材料品种和性能的要求越来越高，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。例,如，材料低维化；材料梯度化；材料复合化；材料仿生化；材料智能化。营造特殊环境，利用极端手段，制备特殊材料，获取特殊性能。例如，在微重力条件下制备超纯晶体材料、特殊自润滑材料、优良磁性材料和超导材料等；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实验地。经济实力成为制约材料领域发展速度、深度和广的关键因素。,5.3 设计材料的开发 满足人类文明的需求是材料研制和开发的出发点和回归点，出发点和回归点的重合是通过若干个中间环节而实现的。材料的开发经历从基础研究到应用再到实用的过程。1 新材料 新材料是指采用新工艺、新技术合成的具有各种特殊机能(光、电、,声、磁、力、超导、超塑等)或者比传统材料在性能上有重大突破(如超强、超硬、耐高温等)的一类材料。新材料发展的标志为：引起生产力的大发展，推动社会进步。根据需要设计新材料，一改以往根据产品功能来选择材料的方式，而是建立一种由材料来设计产品的新观念。2 新材料对产品造型设计的影响和作用 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。因此，设计工作应与新材料开发建立一种互相融合的关系。产品外观形象要具有未来性。新材料的使用，不仅对产品外观可以起到新颖美观独特的装饰作用，使设计本身变得更简洁、合理，更具时代感。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。通过新材料的使用，设计应最大限度地赋予产品新的魅力。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。3 新材料的开发方向,当今在新技术的驱动下，运用具有新的组合方式、新的形态和新的性质的各种材料进行新制品的开发会产生令人振奋的效果。一般认为，新材料的研究与开发王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、新性质的发现不口应用。,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 复合材料的开发 各素材所保持的机能。在复合与成型过程中形成的机能。由复合结构特征产生的技能。复合效应所致的机能。,3 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。第六章 金属材料及加工工艺,