产品设计材料与加工工艺
产品造型设计材料与加工工艺课程小结[修改版]
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第一篇：产品造型设计材料与加工工艺课程小结产品造型设计材料与加工工艺通过近几周的材料分析与加工工艺的学习，我对产品设计材料与加工工艺有了初步的了解，也了解了今后产品对材料上的具体应用。
工业设计是现代科学技术与人类文化艺术相结合而发展的产物。
它是在现代工业、科学技术及社会经济迅猛发展的背景下产生的一门崭新的边缘学科。
工业设计包括工业产品设计、环境设计及视觉传达设计。
它不仅要对产品的功能、结构、材料、工艺及形态、色彩、表面处理和装饰等方面进行设计,同时还要从社会的、经济的、技术的、艺术的及人的各方面因素进行综合处理,从而使现代工业产品既符合社会不断发展的物质需求,又能满足人们的精神需求。
因此它不同于一般的艺术设计,而是一种以工程技术与美学艺术相结合的设计体系。
工业产品本身是生产者与用户之间最重要的交流媒介。
用户往往通过产品建立起对生产商的印象,因此产品的外观造型设计质量至关重要。
作为科技与文化蕴涵相结合产物的现代工业产品,除满足人们的使用功能外,还应以物性的存在形式满足人们的精神需求。
因此,产品造型设计中所涉及到的材料及工艺将对产品造型的美感产生直接影响。
采用不同的材料、不同的工艺,所获得的结构形式也各不相同,其造型的美感效果也大不一样。
在产品造型设计中,首先要合理地选用材料,再按照材料的特点以适当的工艺去塑造它的外形。
当然在某些情况下,也可以按艺术造型需要决定产品外形,再选用相应的材料与工艺。
首先，材料是产品造型设计的物质基础。
材料是人类生产各种所需产品和生活中不可缺少的物质基础。
人类改造世界的创造性活动,是通过利用材料来创造各种产品才得以实现的。
而造型设计从本意上讲,是人们在生产中有意识地运用工具和手段, 将材料加工成可视的或可触及的具有一定形状的实体,使之成为具有使用价值的或具有商品性的物质。
正因为造型设计是一种人造物的活动,设计才离不开材料,它与材料是密不可分的。
在从事工业产品造型设计过程中,首先必须考虑的问题之一就是如何选择使用材料。
产品的材料与工艺
塑料材质1. 丙稀晴——丁二烯－苯乙烯（ABS工程塑料）丙烯腈—丁二烯—苯乙烯(ABS)是一种热塑性塑料合成聚合物树脂，它的平衡性能很好，能被裁剪以适合特殊需求。
它的主要物理特性是：坚硬、牢固。
树脂等级的ASS能像人造橡胶(或橡胶)一样具有弯曲性能。
其中，聚丁二烯提供很好的抗压强度，非结晶苯乙烯热塑性塑料使ABS的加IT艺更为简单(在模具中更易流动)，而丙烯腈则增加了ABS的牢度、硬度与抗腐蚀性。
有效控制这3种成分使设计师能根据最终产品的需要设计其弹性程度。
可能也正因为这一点，ABS能广泛地应用于家用产品与白色产品之中。
尽管它不像其他工程聚合物那样坚韧，但它能有效控制成本。
材料特性：在低温下也能保持很好的抗压强度硬度高、机械强度高抗磨损性好、比重轻相对热量指数高达80c在高温下也能保持很好的尺寸稳定性防火、工艺简单光泽度好、易于上色，相对其他热塑性塑料来说成本较低。
低成本、多种生产方式，良好的抗化学物质性，表面硬度高、防划痕，结构稳定性好、高抗压性，优秀的结构强度和硬度。
典型用途：电子消费品、玩具、环保商品、汽车仪表板、门板、户外护栅。
主要工艺：钢模注铸、注射铸模、TPO注射铸模2. 最为廉价的塑料——聚丙烯（PP）设计工作并不仅限于创造美丽的形状和完善的功能，而常常是在避免大规模生产的同时寻找降低单品价格和加工成本的方法。
简单地说就是要寻找一种产品，它既适合大规模生产；利用规模生产降低单件成本，同时又无需的满足大规模生产而进行高额投资和高量产出。
它广泛应用于产品设计方方面面，从包装、照明设备到室内用品无所不包。
但是，人们还无法完全通过加热成型工艺来应用这种材料。
材料特性：透明度和颜色的多种选择,低密度、抗热性强,良好的硬度、牢度和强度平衡性,加工方式简单而灵活,优秀的抗化学物质性典型用途: 家具、包装、照明设备、食物包装、桌垫、文件夹、便签纸盒主要工艺：注塑成型3. 透明——有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）丙烯酸是于20世纪30年代开始得到发展的，当时它主要用于安全玻璃的顶部转动装置。
设计材料与加工工艺
设计材料与加工工艺材料与设计材料贯穿于人类进化的过程, 是人类文明和时代进步的标志,是社会科学技术发展水平的标志。
产品造型设计的过程事实上是对材料的理解和结识的过程, 是应用的过程。
列举古希腊的石椅, 我国明代的椅子, 及国外椅子的发展创新历程, 说明设计造型的变化与发展和材料的应用与发展是相辅相成、互相影响、互相促进、互相制约的 材料的分类设计材料按材料结构可以分为以下几种:【金属、高分子材料、木材、无机非金属材料、复合材料】设计材料金属材料高分子材料无机非金属材料复合材料黑色金属 有色金属纤维：天然纤维、合成纤维橡胶：通用橡胶、特种橡胶塑料：通用塑料、工程塑料、特种塑料水泥 玻璃耐火材料 陶瓷：传统陶瓷、特种陶瓷 树脂基金属基 陶瓷基力学性能（机械性能） 高低温性能: 抗蠕变, 抗脆化物理性能:化学性能: 抗腐蚀工艺性能:一. 金属的分类:通常将金属分为黑色金属和有色金属, 黑色金属 通常指铁, 锰、铬及它们的合金(重要指钢铁)。
有色金属通常是指除黑色金属以外的其他金属。
材料的性能黑色金属有色金属二. 金属的分类与特性1.黑色金属的分类及特性种类特性用途铁是一种光亮的银白色金属。
密度7.86克/厘米3。
熔点1535℃, 沸点2750℃。
常见化合价+2和+3, 有好的延展性和导热性。
也能导电。
纯铁既能磁化, 又可去磁, 且均很迅速。
化学性质比较活泼, 是一种良好的还原剂。
工业部门铬（铬钢）银白色金属, 质硬而脆。
密度7.20克/厘米3。
熔点1857±20℃, 沸点不锈钢, 汽车零件, 工具, 磁带和录像带2.有色金属的分类三. 钢铁的牌号1.碳钢的牌号表达方法2.普通碳素钢结构钢的牌号和用途3.合金钢:在优质碳素结构钢的基础上, 适当加入合金元素制成, 以调节钢材性能。
按所含元素不同可分为：锰钢、铬钢、铬镍钢、铬钼钒钢等24个钢组, 共77个常用普通低合金结构钢的牌号说明: 牌号: 20MnV（含碳0.17%--0.24%、含锰1.30%--1.60%、含钒0.07%--0.12% ）。
第二章 产品设计材料与工艺
镀层被覆
涂层被覆
珐琅被覆：公元前3世纪在埃及有了在铜器表面的珐琅技术，
此后发展为景泰蓝工艺美术品，这种技术在工业上被称为搪瓷。
2.表面层改质
通过化学处理或氧化技术改变原有材料表面的性质。
3.表面精加工
通过切割、研磨、喷砂、抛光等技术对表面进行精加 工，改变表面的质感，以达到设计的目的。
3 五彩斑斓的黑，时尚元素融入手机背板
17世纪发明的铜板画，凃蜡-硝酸液浸蚀 金属刻蚀画
2.5 有机涂装
有机涂装即利用有机涂料对金属、塑料、木材等材 料加工成的制品，表面覆盖保护层或装饰层，有机涂装 是一种重要的产品表面处理工艺。涂装质量的优劣直接 反映了产品的外观质量，涂装不仅起到了产品防护、装 饰的功能，而且也是构成产品价值的重要因素之一。
热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836 年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有140年的历史了。 近30年来伴随冷轧带钢的飞速发展热镀锌得到了大规模 发展，成为了现在钢板表面镀锌的主要方法。
镀锌铁板作屋顶
镀镍 镍是一种微黄色的金属，电镀镍层在空气中的稳定性很高，
由于镍具有很强的钝化能力，在表面能迅速生成一层极薄的 钝化膜，能抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。电镀镍结晶细致， 具有优良的抛光性能。经抛光的镀镍层可得到镜面般的光泽 外表，同时在大气中可长期保持其光泽。所以，镀镍是非常 好的装饰方法。
优点：效率高，处理质量好。 常用方法：干法喷砂、湿法喷砂、无尘喷砂和高压水喷砂。
5. 表面精整 有些制品在表面进行修饰以前需清除表面的粗糙状
态，如：去除毛刺、沙眼、划痕、砂眼等，以获得平坦、 光滑、光亮的表面，这就需要表面精整工序来完成。表 面精整的方法有如下两种：
抛光：抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面 粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。
产品材料与工艺与产品设计之间的关系自己的认识与体会
产品材料与工艺与产品设计之间的关系自己的认识与体会材料是设计的物质基础，当代工业产品的先进性不仅体现在它的功能与结构方面，同时也体现在材料的运用上。
材料本身不仅制约着工业产品的造型，也体现材质美的装饰效果，所以合理地、科学地选用材料是产品设计极为重要的环节。
新的设计构思也要求有相应的材料来实现，这就对材料提出来新的要求，促进了材料科学的发展。
从历年的红点奖获奖作品来看，在设计中，设计活动与材料的发展是相互影响、相互促进、相辅相成的关系。
一、材料材料作为一个包括产品--人--环境的系统，一起自身的特点影响着产品设计，不仅保证了维持产品功能的形态，并通过材料自身的性能满足产品功能的要求，成为直接被产品使用者所视及所触的对象。
任何一个产品设计，只要选用材料性能特点及加工工艺性能相一致，才能实现设计的目的和要求。
每一种新材料的出现都会为设计实施的可能性创造条件，并对设计提出更高的要求，给设计带来新的飞跃，出现新的设计风格，产生新的功能、新的结构和新的形态。
材料作为产品设计的基础，以其自身的固有特性和感觉特性参与设计构思中，其审美特征被充分挖掘，为设计提供了新的思路、新的视觉经验和新的心理感觉。
随着设计表现形式的日趋多样，各类材料独特的审美特征也越来越受到设计师的关注，在设计中注重材料语言的运用，已经成为现代产品设计的一个重要理念。
二、产品设计产品设计是工业产品技术功能设计与美学设计的结合与统一，集现代科学技术与社会文化，经济和艺术为一体。
产品设计综合运用科技成果和社会、经济、文化、美学等知识，对产品的功能、结构、形态及包装等进行整合优化的集成创新活动它实现了将原料的形态改变为更有价值的形态。
产品设计师通过对人生理、心理、生活习惯等一切关于人的自然属性和社会属性的认知，进行产品的功能、性能、形式、价格、使用环境的定位，结合材料、技术、结构、工艺、形态、色彩、表面处理、装饰、成本等因素，从社会的、经济的、技术的角度进行创意设计，在企业生产管理中保证设计质量实现的前提下，使产品既是企业的产品、市场中的商品，又是老百姓的用品，达到顾客需求和企业效益的完美统一。
设计材料与加工工艺
1、设计材料的分类按材料的来源分类：第一代的天然材料——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，入木材、竹、棉、毛、皮革、石材等。
第二代的加工材料——利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。
第三代的合成材料——利用化学合成方法将石油、天然气和煤等原材料制造而得的高分子材料，入塑料、橡胶、纤维等。
第四代的复合材料——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。
第五代的智能材料或应变材料——随环境条件变化具有应变能力，拥有潜在功能的高级形式的复合材料。
2、按材料的物质结构分类黑色金属（铸铁，碳钢，合金钢）金属材料有色金属（铜，铝，及合金等）无机材料：石材，陶瓷，玻璃，石膏等有机材料：木材，皮革，塑料，橡胶等复合材料：玻璃钢，碳纤维复合材料3、按材料的形态分类：线状材料：钢管，钢丝，铝管，金属棒，塑料管等板状材料：木材，石材，泡沫塑料，混凝土，铸钢，铸铁，油泥，石膏等块状材料:4、金属材料的特性：（1）具有晶格结构的固体，由金属键结合而成(2)是电和热的良导体（3）具有金属所特有的色彩与光泽(3)具有良好的展延性(4)可以制成金属间化合物，可以与其他金属或氢，硼，碳、磷等非金属元素在熔融状态下形成合金，改善金属的性能(5)化学性能比较为活泼，易氧化生锈，生成腐蚀。
5、金属成型加工（1）铸造（2）塑性加工（3）切削加工（4）焊接（5）粉末治金6、金属铸造的分类及工艺特点（1）砂型铸造：适应性强，不受铸件形状，尺寸，重量及金属的种类的限制，工艺设备简单，成本低（2）熔模铸造：尺寸精确，表面光洁，无分型面，不必加工，或少加工，工序转多，生产周期长受型壳强度的限制，铸件的重量不超过25公斤。
（3）金属型铸造：表面光洁度和尺寸精度均优于砂型铸件，组织结构致密，力学性能高（4）压力铸造：尺寸精确，表面光洁，组织致密，生产效率高（5）离心铸造：组织致密，力学性能好，可减少气孔夹渣等缺陷7、金属塑性加工方法，以及相应工艺特点和用途（1）总特点：改善材料饿组织结构和性能，产品可直接制取或便于加工，无切削，金属损耗小（2）方法：Ａ、锻造，可做金属工艺品，刀具，机械零件B、轧制：热轧变形抗力小，变形量大，生产效率高，适合轧制大断面尺寸，塑性较差或变形量较大的材料，如圆钢，方钢，角钢，工字钢等。
产品设计材料及加工工艺教案
工艺：材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。是人类认识、利用和改造材料并实现产品造型的技术手段。
材料与工艺是设计的物质技术条件，与产品的功能、形态构成了产品设计的三大要素。而产品的功能和造型的实现都建立在材料和工艺上。
材料的派生特性包括材料的加工特性、材料的感觉特性、环境特性和材料的经济性。
1讲述法
2启发法
3讨论法
4示范法
辅助手段：多媒体
实物展示
产品设计材料及加工工艺课程教案
授课时间
第周周第节
课次
授课方式
（请打√）
理论课√讨论课□实验课□作业指导课□其他□
课时
安排
授课题目（教学章、节或主题）：
第二章材料的工艺特性
1.4设计材料的分类
1.按材料的来源分类：①天然材料②技工材料③合成材料④复合材料⑤智能材料或应变材料
按材料的物质结构分类：①金属材料②无机材料③有机材料④复合材料
按材料的形态分类：①线状材料②板状材料③块状材料
1.5材料特性的基本特性
从材料特性包括:①材料的固有特性，即材料的物理化学特性②材料的派生特性，即材料的加工特性材料的感觉特性和经济特性。
上机学时
学分
类别
必修课（√）选修课（）理论课（√）实验课（）
任课
教师
段骏平
职称
授课
对象
专业班级：
基本
教材
和主
要参
考资
料
《产品设计材料及加工工艺》江湘云主编北京理工大学出版社
《产品造型设计材料及工艺》作 者：王玉林等著‘出版社：天津大学出版社’出版时间：2003年10月
设计材料及加工工艺+答案
2014设计材料及加工工艺期末总结第一章概论1.产品造型设计的三个要素及相互关系。
产品设计的三要素：产品的功能、产品的形态、材料与工艺功能与形态建立在材料与工艺基础上，各种材料的的特性因加工特性不同而体现出不同的材质美，从而影响产品造型设计。
2.材料的特性有哪些？固有特性：物理特性：(1)物理性能：密度、硬度(2)(力学)机械性能：强度、弹性和塑性、脆性和韧性、刚度、耐磨性等(3)热性能：导热性、耐热性、热胀性、耐燃性、耐火性(4)电性能：导电性、电绝缘性(5)磁性能：铁磁性、顺磁性、抗磁性(6)光性能：对光的反射、折射、透射化学特性：(1)抗氧化性(2)耐腐蚀性(3)耐候性派生特性：（1）加工特性（2）感觉特性（3）环境特性（4）经济性第二章材料的工艺特性1 什么是材料的工艺性？材料适应各种工艺处理要求的能力。
材料的工艺性包括成型加工工艺、连接工艺、表面处理工艺2 材料成型加工工艺的选择。
（1）去除成形（减法成形）在坯料成形过程中，将多余部分去除而获得所需形态，如车削、铣削、刨削、磨削等。
（2）堆积成形（加法成形）通过原料堆积获得所需形态。
如铸造、焙烧、压制、注射成型。
（3）塑性成形坯料在成形过程中不发生重量变化，只有形状的变化，如弯曲、压制、压延等。
3 材料表面处理的目的、工艺类型及选择。
表面处理的目的:（1）保护产品（2) 赋予产品一定的感觉特性工艺类型及选择A 表面精加工工艺技术：研磨、抛光、喷砂、蚀刻效果：平滑、光亮、肌理B 表面层改质工艺技术：化学处理、阳极氧化效果：特定的色彩、光泽C 表面被覆技术：镀层、涂层（PVD、CVD）、珐琅、表面覆贴效果：覆盖产品材料，表面呈现覆贴材料的效果。
4 快速成型的原理及特点，了解几种快速成型技术。
快速成型的原理：是基于离散、堆积原理而实现快速加工原型或零件的加工技术。
过程：1）利用计算机辅助设计（CAD）技术，建立零件的三维模型；2）对该三维（3D）模型进行分层离散处理，将三维模型数据变成二维(2D)平面数据。
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紫砂陶优势和价值
• 优势： 其最大的特点就是 用紫砂壶泡茶，不失茶 的原味。因为紫砂陶壶 气孔较大，吸水率高， 具有良好的透气性，能 较长时间保持茶叶的色 香味，从而推迟茶叶变 质发馊的时间。 • 价值：
• 紫砂壶保温性和透气 性均十分理想，是沏 茶的理想用具，社会 上称其“世间茶具称 为首 世界名陶，价格昂贵
紫砂陶的独有性
1. 紫砂器内外一般均不施釉，以纯天然质地和肌 理为美。
2. 全世界皆有产陶土的地方，但是没有紫砂， 因为此陶非彼陶。可以说紫砂是陶土的一个种类， 只有在宜兴才有的。
木材
黄花梨木家具
• 黄花梨木，学名为降香黄檀木 又称海南黄檀木、海南 黄花梨木。黄花梨是明清硬木家具的主要用材，由于其色 泽黄润、材质细密、纹理柔美、香气泌人而备受明清匠人 宠爱。。。。。。
的会 间 釉 陶发 越 ， 土黯 久 它 无然 ， 平 法之 把 整 比光 摩 光 拟。 的 滑 的这 时 的 也间外 是越形 其长， 他，用 质他的 地就时
• 紫 砂 泥 土 成 型 后 不 需 要 施
就紫 能砂 单泥 独本 成身 陶不 需 要 加 配 其 它 料
•
• 干 燥 收 缩 率 小
• 可 塑 性 好
陶瓷
陶瓷
。 陶瓷的应用源远 流长，在古代的茶具 中占有主要的地位， 现在陶瓷的应用虽不 如古代那么行但是由 于陶瓷的特殊性能， 往往
加入新的材料，使陶瓷具 有某些特殊的性能成为新 型陶瓷。陶瓷的熔点很高， 大多在2000摄氏度以上， 因此具有很高的耐热性能。 陶瓷的线胀系数小
特性：陶与瓷
导热性和抗热震性都较差，受热冲击时容 易破裂
紫 砂 陶 特 性
紫砂陶工艺
• 1.从矿层中开采出的紫泥，俗称生泥。2.似块状 岩石，经露天摊晒风化，使其松散，3.然后经初 碎、粉碎，按产品要求的颗粒数目，送风筛选。 筛选后的泥灰，由搅拌机搅拌成一块块泾泥，4. 经堆放陈腐处理，再把腐泥进行真空练泥，这样 便成为供制坯用的熟泥，5.在泥料中加入适度的 金属氧化物着色剂，控制好窑内的温度和气氛， 产品烧成后，五光十色，，紫砂壶确实保有茶汤 原味的功能，它能吸收茶汁，而且具有耐冷耐热 的特性。
黄花梨木
特性
1。不易开裂：家具一般为实用的产品，所以此类产品就跟应该具备 更好的质量，黄花梨材质 具有很强的干缩与湿胀的特性，所以千百 年来黄花梨材质一直倍受家具产品材质的青睐。 2. 不易变形: 从而黄花梨的材质有较强的韧性，不像其他的木质材 料那样脆，也说明了此种材质的稀缺和价值之高 3 易于加工、易于雕刻：中国家具自古就有典雅美之说，且体现在 它的精美绝伦的雕刻技艺上。黄花梨木的材料特性使得选材人更喜 爱，因此木材可用简单的加工工具制造出形状复杂的各种产品。 4。 黄花梨材质的家具是硬木中比较好养护的品种。由于黄花梨应 力小，所以成型后的黄花梨古典家具抽涨比例小，不宜开裂，走形 与变形。 除此之外，古典家具中，黄花梨油性较大，从家具的内 部向表面分泌出油脂形成包浆。随着包浆的形成和时间的延续，黄 花梨古典家具颜色逐渐转深，从黄色渐渐向褐色或深褐色过渡。从 而更体现黄花梨的珍贵 5。黄花梨家具怕水和潮湿的长各种期腐蚀，同时，黄花梨家具也过 外观精美，实惠
陶的质地相对松散，颗粒也较粗 与陶相比，瓷的质地坚硬、细密、严禁、 耐高温、釉色丰富等特点
制作工艺
陶瓷制作过程
1、练泥 2、拉坯 3、印坯 4、利坯
9、彩釉 8、烧窑 7、施釉6、刻花 5、晒坯
市场大多可见的杯子材质各种各样，陶瓷，木质。金属，塑 料。杯子为日用生活 产品，木质，金属，塑料这三种材质都更 适合杯子的材质，因为他们的共同性都是不易碎，而陶瓷为易 碎材质。工业生产的时代，讲究效率和价格等因素，塑料杯越 来越受欢迎，并且塑料的制作工程也比较简单。
其他材质
制作的方法也比较多样化1、注射成型 2、挤出成型3、 中空成型 4、压缩成型 5、压注成型 6、固相成型 7、其它成 型 8． 挤出成型
紫砂陶
此类陶土为什么独称紫砂陶，名为紫砂 是因为他有独特的粒子的质感，即使土质 练得很细，在细腻的外表下，仍然看得见 漂亮立体的粒子感。紫砂质地坚细、色泽 沉静、制作精美。根据调配方紫砂陶法及 烧成温度气氛的变化，制品分别呈天青、 栗色、暗肝、梨皮、米黄、朱砂紫、海棠 红、青灰、墨绿等色。