第一章概論
材料在產品設計中的重要性
1、 材料是產品造型設計的物質基礎;
2、 材質感是產品三大感覺要素之一
3、 新材料、新工藝的出現對產品設計的影響
產品的三大感覺要素:形態、色彩、材料
產品設計的三大要素:功能、形態、材料
材料的特性在產品設計中的重要性
任何設計內容都是通過材料來創造內容,設計的結果由加工後的特定的材料得以保證,設計在很大程度上取決於材料的固有特性。
材料的工藝特性
材料的工藝性是指材料適應各種工藝處理要求的能力,材料的工藝性包括材料的成型工藝、加工工藝和表面處理工藝。它是材料固有屬性的綜合反應,是決定材料能否進行加工或如何進行加工的重要因素,它直接關係到加工效率、產品質量和生產成本等。材料通過工藝過程成為具有一定形態、結構、尺寸和表面特性的工業產品,將設計方案轉變為具有使用和審美價值的實體。
(概念)
材料的成型加工
造型設計中,材料在通過加工後,必須能構成並且能長期「記憶」住設計所賦予它的應有形態,從而才能最終成為產品。材料的成型加工性是衡量產品造型材料優劣的重要標誌。
請簡要說明琺琅技術如何理解。
琺琅被覆是用玻璃質材料在金屬製品表面形成一被覆層,然後在800℃左右進行燒製而成。
請說明陶瓷表面的釉是什麼,釉有何作用?
釉是覆蓋在陶瓷坯體表面的矽酸鹽玻璃層。
釉的作用在於改善陶瓷製品的表面效能,使製品表面光滑,具有不透氣性,不易玷汙;賦予陶瓷製品裝飾功能;其次,可提高製品的機械強度、電學效能、化學穩定性和熱穩定性
在產品設計中,質感設計的主要作用主要體現哪幾個方面?
① 提高適用性② 增加宜人性③ 塑造產品的精神品位④ 達到產品的多樣性和經濟性⑤ 創造全新的產品風格
設計材料的種類多,量大面廣。在設計中如何正確、合理地選用材料是乙個實際而又重要的問題。設計材料的選擇應遵循以下原則。
①材料的外觀:考慮材料的感覺特性。根據產品的造型特點、民族風格、時代特徵及區域特徵,選擇不同質感、不同風格的材料。
②材料的固有特性:材料的固有特性應滿足產品功能、使用環境、作業條件和環境保護的需要.
③材料的工藝性:材料應具有良好的工藝效能,符合造型設計中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求,應與加工裝置及生產技術相適應。
④材料的生產成本及環境因素:在滿足設計要求的基礎上,盡量降低成本,優先選用資源豐富、**低廉、有利於生態環境保護的材料。
⑤材料的創新:新材料的出現為產品設計提供更廣闊的前提,滿足產品設計的要求。
請說明什麼是材料的工藝性。
是指材料適應各種工藝處理要求的能力,材料的工藝性包括材料的成型工藝、加工工藝和表面處理工藝。它是材料固有屬性的綜合反應,是決定材料能否進行加工或如何進行加工的重要因素,它直接關係到加工效率、產品質量和生產成本等。材料通過工藝過程成為具有一定形態、結構、尺寸和表面特性的工業產品,將設計方案轉變為具有使用和審美價值的實體。
材料的固有特性包括材料的物理特性和化學特性,其中物理效能主要包括密度、力學效能、熱效能、電效能、磁性能、光效能
成型加工工藝對設計效果的影響因素很多,主要從以下幾個方面反映出來
1、成型加工工藝對設計效果的影響因素很多,主要從哪幾個方面反映出來?
(1)工藝方法
(2)工藝水平
(3)新工藝的採用
(4)工藝方法的綜合應用
材料的表面處理
(1)表面處理的目的
表面處理技術是指採用諸如表面電鍍、塗裝、研磨、拋光、覆貼等能改變材料表面性質與狀態的表面加工與裝飾技術。
從產品造型設計出發,表面處理的目的:一是保護產品,即保護材料本身賦予產品表面的光澤、色彩、肌理等而呈現出的外觀美,並提高產品的耐用性,確保產品的安全性,由此有效利用材料資源;二是根據產品造型設計的意圖,改變產品表面狀態、賦予表面更豐富的色彩、光澤、肌理等,提高表面裝飾效果,改善表面的物理效能(光效能、熱效能、電效能等)、化學效能(防腐蝕、防腐然、延長使用壽命)及生物學效能(防蟲、防腐、防霉等),使產品表面有更好的感覺特性。
(2)表面處理的型別
1)表面被覆
① 鍍層被覆② 塗層被覆③ 琺琅被覆
琺琅被覆:西元前3世紀在埃及有了在銅器表面的琺琅技術,此後作為工藝技術被繼承下來,發展為稱作景泰藍的工藝美術品,很受人們器重。這種技術在工業製品上的應用則被稱為搪瓷。
琺琅被覆是用玻璃質材料在金屬製品表面形成一被覆層,然後在800℃左右進行燒製而成。
塗裝的目的有三方面:
a保護作用,b裝飾作用,c特殊作用:使製品具有隔熱、絕緣、耐水、耐輻射、殺菌、吸收雷達波、隔音、導電等特殊功能。
(3)材料表面處理工藝的選擇原則有以下幾個方面:
① 形態的時代性② 求簡的單純性③ 功能的合理性④ 情感的審美性⑤ 產品檔次的經濟性⑥ 成本⑦ 環境保護
材料感覺特徵
材料感覺特性按人的感覺可分為觸覺質感和視覺質感,按材料本身的構成特性可分為自然質感和人為質感,
影響材料感覺特性的因素
(1)材料種類
材料的感覺特性與材料本身的組成和結構密切相關,不同的材料呈現著不同的感覺特性。
(2)材料成型加工工藝和表面處理工藝
材料的感覺特性與材料本身固有的屬性有關外,還與材料的成型加工工藝、表面處理工藝有關,常表現為同質異感和異質同感,
(3)其他因素
材料感覺特性在很大程度上受時代的制約,與時代的科技水平、審美標準、流行時尚等因素有著直接的關係。由於人們的經歷、文化修養、生活環境、風俗和習慣等的差異,材料的感覺特性只能相對比較而言。
質感設計
質感設計的主要作用
① 提高適用性
② 增加宜人性
③ 塑造產品的精神品位
④ 達到產品的多樣性和經濟性
⑤ 創造全新的產品風格
材料的美感
產品造型美是廣義的、多元的,它包括產品的功能美、結構美、色彩美、形態美、材料美、工藝美等。
在鋼鐵和合金為代表的現代工業社會,金屬材料以其優良的力學效能、加工效能和獨特的表面特性,成為現代產品設計中的一大主流材質。
金屬材料種類繁多,按照不同的要求又有許多分類方法:
①按金屬材料構成元素分為黑色金屬材料和有色金屬材料。
②按金屬材料主要效能和用途分為金屬結構材料和金屬功能材料。
③按金屬材料加工工藝分為鑄造材料、變形金屬材料和粉末冶金材料。
④按金屬密度分為輕金屬(密度<4.5g/cm3 )和重金屬(密度>4.5g/cm3)。
請闡述什麼是鑄造,此種工藝有何優缺點
( 1 )將熔融態金屬澆入鑄型後,冷卻凝固成為具有一定形狀鑄件的工藝方法。
( 2 )現代工業生產中,鑄造是生產金屬零件毛坯的主要方法之一,與其他工藝相比,鑄造成型生產成本低,工藝靈活性大,適應性強,適合生產不同材料、形狀和重量的鑄件,並適合於批量生產。但它缺點是公差較大,容易產生內部缺陷。金屬材料的成型加工
金屬的成型方法可區分為鑄造、塑性加工、切削加工、焊接與粉末冶金五類。
金屬塑性加工(概念,特點)
又稱金屬壓力加工,在外裡作用下,金屬坯料發生塑性變形,從而獲得具有一定形狀、尺寸和機械效能的毛坯或零件的加工方法。其特點是:在成型的同時,能改善材料的組織結構和效能,產品可直接製取或便於加工,無切削,金屬損耗小。
適於專業化大規模生產,但需專門的裝置和工具,不宜於加工脆性材料或形狀複雜的製品。金屬塑性加工按加工方式分為鍛造、軋制、擠壓、拔制和沖壓加工。隨著生產技術的發展,綜合性的金屬塑性加工應用越來越廣泛。
金屬材料的熱處理
通過加熱和冷卻的方法,改變金屬內部或表面的組織結構,以獲得預期效能的工藝方法。根據熱處理時加熱冷卻規範的基本特點及其對組織效能的影響,金屬熱處理可分為普通熱處理、表面熱處理和特殊熱處理。
普通熱處理包括退火、正火、淬火和回火處理
特殊熱處理
特殊熱處理是利用一些特殊工藝方法進行熱處理,通常有形變熱處理、磁場熱處理等。
工業上應用最廣泛的金屬材料是鋼鐵材料,其產量約佔金屬材料總產量的90%以上,鋼鐵材料之間主要的區別是含碳量不同,根據含碳量多少,鋼鐵材料可分為三大類:
工業純鐵——含碳量不超過0.02%的鐵碳合金,工業純鐵雖然塑性好,但強度低,很少用作結構材料和外觀材料。
鋼——含碳量為0.02%~2.11%的鐵碳合金,另含有少量磷、硫等雜質元素,鋼的種類繁多,根據化學成分,可分為碳素鋼和合金鋼兩大類,廣泛應用於各個領域。
鑄鐵——含碳量為2.11%~4.0%的鐵碳合金,鑄鐵是一種使用歷史悠久的重要工程材料,其熔點低、具有良好的鑄造效能,切削效能及耐磨性和減振性,生產工藝簡單,陳本低廉,可用來製造各種具有複雜結構和形狀的零件。
常用的鑄鐵材料有灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。
銅及銅合金
銅及銅合金是歷史上應用最早的有色金屬,工業上常用的有紫銅、黃銅、青銅、白銅等。
(1)黃銅(cu-zn合金)
以鋅為主要合金元素的銅合金。
(2)青銅
普通青銅是以錫為主要合金元素,含錫量為5%~20%,又稱錫青銅(cu-sn合金),其色澤呈青灰色,具有很強的抗腐蝕性。
(3)白銅(cu-ni合金)
以鎳為主要合金元素的銅合金,色澤呈白色,質地較軟,耐腐蝕性好。銅合金中鎳含量的增加,白銅的強度、硬度、彈性和耐蝕性等效能相應提高。
第三章塑料材料與設計
塑料的基本特性
塑料的組成
(1)合成樹脂
人工合成的高分子化合物,是塑料的基本原料,起著膠粘作用,能將其他組分膠結成乙個整體,並決定塑料的基本效能塑料的分類
塑料種類繁多,常用的分類方法有按熱行為分類和按應用分類兩種。
塑料按熱行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。
塑料按其應用可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。
塑料的一般特性
(1)塑料質輕,比強度高(比強度指強度與密度的比值)
(2)多數塑料製品有透明性,並富有光澤,能著鮮豔色彩
(3)優異的電絕緣性
(4)耐磨、自潤滑效能好
(5)塑料有耐化學藥品性
(6)塑料成型加工方便,能大批量生產
塑料與金屬及其他工業材料相比較有以下缺點:
①塑料不耐高溫,低溫容易發脆。多數塑料雖不易燃燒,但在300℃左右發生變形,燃燒時放出有毒氣體。由於耐熱性較差,使塑料的用途受到限制。
②塑料製品易變形。溫度變化時尺寸穩定性較差,成型收縮較大,即使在常溫負荷下也容易變形。
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