设计材料及加工工艺第一章 概论
设计概论--第一章-导论
塞尚认为：“画画并不意味着盲目 地去复制现实，它意味着寻求各种 关系的和谐。”从塞尚开始，西方 画家从追求真实地描画自然，开始 转向表现自我，并开始出现形形色
“设计”的概念
色的形式主义流派，形成现代绘画 的潮流。
日常语言中的“设计” 多个层次、通常分为 三类： 第一、精神活动层面。 是指在人的意识和思想中对人的生活世界进行 预先设定与规划，这是宽泛意义上的设计； 第二、造物活动层面。 设计起源于人类物质生存的需要，是人为了改 善生存环境而进行的有目的的造物活动。从远 古的彩陶、青铜，到今天的电子、家具产品等 ，都是人类为了改善自身的生存环境，基于精 神或物质上的需要而创造出来的物品。这是狭 义上的设计；
“设计”的概念
第三、非物质层面。 指在信息社会中，对信息的表达和处理所进行 的设想与规划。如人机交互界面的设计、软件 程序的设计等。这是设计在信息时代新的表现 形式。
“设计”的概念
深泽直人——茶包设计
（造物活动层面）
设计 —— 一词虽然是西语Design在现
代汉语中的反映，但其西语词源学上的含义，
1950年，美国人爱德华·考夫曼·琼尼“12条定义”：
1.现代设计应满足现代生活的实际需要。
2.现代设计应体现时代精神。 3.现代设计应不断发展的纯美术与纯科学中吸取营养。 4.现代设计应灵活运用新材料、新技术，并使其得到发展。 5.现代设计应通过运用适当的材料和技术手段，不断丰富 产品的造型、肌理、色彩等效果。 6.现代设计应明确表达对象的意图，绝不能模棱两可。 7.现代设计应体现使用材料所具备的区别于它种材料的特 性及美感。 8.现代设计须明确表达产品的制作方法，不能使用表面可 行，实际却不能适应大量生产的欺骗手段。
另一种斱式为写意仿生设计也就是在仿生自然界物佑时需要对物佑的典型特征造型迚行升华加工然后通过设计手段实现再特征的再创造这种斱式丌仅在视觉上佑现出了物佑特质的仿生更是追求物佑特性的意境也就是通过造型表现出杢的产品情怀引起亰仧养心丐界的共鸣
1设计材料与加工工艺-概论
抗压、抗拉强度的计算式为
R=P／F
材料破坏时的最大载荷
材料的分类及特征
第一章
五、材料的分 类 六、材料的一 般性质 七、材料的工 艺特性 八、设计材料 的特性
7. 弹性与塑性Βιβλιοθήκη 在外力作用下材料产生变形，当外力除去后材料能 恢复原来形状的性能称为材料的弹性，这一变形称为弹 性变形。
在外力作用下材料产生变形，当外力除去后仍保持 变形后的形状和尺寸，但不产生裂缝，这一变形称为永 久变形，材料所能承受永久变形的能力称为材料的塑性。 材料的塑性通常用断面抗缩率和延伸率表示。
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。
四、材料设计
概念及重要性
第一章
一、材料的定 义 二、设计与材 料 三、材料及工 艺的重 要性
概念及重要性
第一章
一、材料的定 义 二、设计与材 料 三、材料及工 艺的重 要性 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， 赋予椅子新的造型风格。 如芬兰设计师阿尔瓦· 阿 尔托(Alvar Aalto)设计的 弯曲胶合板椅。
块状材料——石材、铸铁、石膏。
材料的分类及特征
第一讲
五、材料的分 类 六、材料的一 般性质 七、材料的工 艺特性 八、设计材料 的特性
1. 密度
材料在绝对密室状态下单位体积的质量
2. 熔点
材料由固态转变为液态时的温度
3. 比热容
将1克质量的材料温度升高1℃所需要的热 量
聚氯乙烯(PVC)型材配方设计和加工工艺
CH ki
Cl
R CH2 CH Cl
2、链增长阶段
H2 C
CH + H2C
Cl
kp
CH Cl
H2 C
CH
CH2
CH （头-尾）
Cl
Cl
H2 C CH
H C
CH2 （头-头）
Cl Cl
湖南师范大学高分子材料研究所
第四节 聚合反应机理及结构
3、链终止阶段
H2C CH + HC CH2
ktc
Cl
Cl
H2C CH Cl
放HCl，形成羰基、共轭双键而变色。
6、化学稳定性 在酸、碱和盐类溶液中较稳定。
7、耐溶剂性 除芳烃（苯、二甲苯）、苯胺、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、含氯烃（二
氯甲烷、四氯甲烷、氯乙烯）、酮、酯类以外，对水、汽油和酒精均为稳 定。
8、耐磨性 室温下耐磨性能超过硫化橡胶。
湖南师范大学高分子材料研究所
第二节 聚氯乙烯的应用
Cl Cl
残留的引发剂引发链分解反应，形成带有不稳定氯结构的大分子，进 而形成双键；然后，自由基氯原子会进攻最靠近的亚甲基上的氢原子，形 成小分子，并形成新的自由基，使反应继续下去。
湖南师范大学高分子材料研究所
第一节 聚氯乙烯的降解机理
(2) 离子型
Cl Cl Cl Cl
Cl Cl Cl
Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl
100
200
300
400
500
600
700
2、热性能
Temperature(oC)
85℃以下呈玻璃态，85~175℃呈粘弹态，无明显熔点，175~190℃为熔
融状态，190~200℃属粘流态。脆化点-50~-60℃，软化点75~85℃，玻璃化
设计材料及加工工艺(修订版)
设计材料及加工工艺（修订版）（章节总结）班级：工业设计101姓名：柳佳学号：201010131指导老师：王斌修目录第一章……………………………………………（1-2）第二章……………………………………………（2-4）第三章……………………………………………（4-5）第四章……………………………………………（5-7）第五章……………………………………………（7-9）第六章……………………………………………（9-11）第七章……………………………………………（11-12）第八章……………………………………………（12-14）第九章……………………………………………（14-15）第十章……………………………………………（15-16）第十一章…………………………………………（16-17）第一章概论纵观人类进化历史，材料的开发、使用和完善都贯穿其中，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。
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得以实现的。
人类的设计意识与使用材料是并生共存的，任何设计都需要通过材料来实现。
产品造型设计的过程实际上是对材料的理解和认识的过程，是“造物”与“创新”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、相互影响、相互促进、相互制约的。
通过不断的是研究和实践，设计师们在材料的运用上给我留下了丰富而宝贵的经验。
依托着科学技术的发展，各种新材料、新工艺不断涌现，给材料运用更大的发展空间。
产品科学的发展，使产品形态产生了根本变化。
产品造型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。
造型设计是一种人造物的活动，是人们在一定文化艺术指导下，有意识、有目的地运用人类科学文化发展的优秀成果，用现代工业生产方式将各种材料转变为具有一定价值或具有商品性的工业产品的创造活动。
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
概论-材料加工工程
1.5材料加工技术发展趋势
1.5.2 材料制备与成形一体化
是指各个环节的关联越来越紧密、多个工序综 合化（或短程化），如半固态成形技术、创形创质 制造技术、喷射成形技术、激光快速成形、连续铸 轧技术等。 它可实现先进材料与零部件的高效、近净形、 短流程成形，也是不锈钢、高温合金、钛合金、难 熔金属及化合物、陶瓷、复合材料、梯度功能材料 等零部件制备成形的好方法。
材料加工工程 材料的性能 材料的分类 材料加工工艺及分类 材料加工新趋势
1.1 材料加工工程
1.1.1材料的概念 材料是用来制作各种有用器件或物品的物质。 材料到器件或物品时存在一个加工过程。 材料的性能由物质的性质决定，由其组成、组织结 构及存在状态决定。
1.1材料加工工程
1.1.2材料加工工程 材料加工工程是以材料加工工艺为研究对象的一 门综合性技术课程。 重点是理解材料的性能、组织结构、成分、加工 工艺之间的关系；掌握工艺方法、工艺原理、工 艺过程。 目标是能根据需要进行材料的选择、加工工艺路 线和方法的选用和设计。
1.4材料工艺及分类
材料加工四要素关系示意图
1.4 料工艺及分类
材料的成形加工工艺过程是制造高质量、低成本 产品的中心环节，是材料科学与工程四要素中极 为关键的一个要素，是促进新材料研究、开发、 应用和产业化的决定因素。 通常我们常提到的“材料科学与工程”的概念， 工程部分往往指的就是材料的工艺和技术，故人 们常常把新材料、新工艺、新技术相提并论。
1.3材料的分类
金属材料的特性 具有金属光泽 良好的导电导热性 抛光表面的反光性 延展性 塑性等 金属材料由于具有良好的物理性能、化学性能、 力学性能和工艺性能，获得广泛的应用。
机械加工技术第一章机械加工概述
③制造系统自动化技术水平；
④制造系统管理技术，即生产模式的先进程度。
任何一台机械产品或设备都是由各种零件和功能部件组成的，如何使这 些零件和功能部件优质高效地制造出来并装配成具有预定功能的产品或设备， 这就是研究制造技术的意义所在。
机械加工技术
第一章 机械加工概述
3．机械制造技术的发展趋势
（1) 采用自动化技术，实现制造自动化
第一章 机械加工概述
（2) 加工与设计趋向集成及一体化 CAD/CAM、FMS、SIMS、并行工程（CE）、快速原型技术（RP）等先进制
造技术的出现，使加工与设计之间的界限逐渐淡化并走向一体化。各种常规 工艺过程间的界限趋于淡化而集成于统一的制造系统中。
（3) 机械制造工艺技术向先进制造工艺技术转变
这就要求制造企业要以满足顾客的个性需求作为企业的经营宗旨、以用 户满意作为产品质量的有效标准，寻找到既能高效生产又能快速转产的“柔 性”制造方法，形成把多品种小批量生产组织成大批量生产的技术及其生产 管理模式。先进制造技术就是为了满足这种需要而发展起来的。
机械加工技术
第一章 机械加工概述
五、工艺系统的构成
第一章 机械加工概述
第一节 机械制造基本概念 一、研究机械制造工程学科的意义
1．机械制造技术的作用
制造技术的发展极大地改变了人们的生活方式和生活质量。它为人类 制造出满足生活需要的产品和工具，使人们生活得更加轻松和舒适，有更多 的时间去思考如何发明新的产品并将它制造出来供人们使用。制造技术的不 断进步也改变了人们的生产方式。
机械加工技术
零件的生产纲领可按下式计算
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。
设计材料及加工工艺
设计应用
• 混凝土音响组合设计，设计师以钢筋水泥 为音响设备的基本材料，无论是音像还是 唱盘座都是混凝土。其外观粗糙异常，与 精细的塑料唱片形成强烈的肌理对比。
• 材料的触觉特性 • 材料的视觉特性
材料的触觉特性
• 材料的触觉特性：通过人的手和皮肤触及 材料而感知材料的表面特性，是人们感知 和体验材料的主要感受。通过此下图，我 们可以知道材料给人的不同感觉特性的转 化过程。
设计实例
• 由此，设计师在设计相关的产品时，就会 有意识的避开事物对人的潜在危害。使用 户能够更安全，更方便的使用产品。
绳椅
• 在下面的绳椅设计中，所用的是最为普通 的尼龙绳——质地细匀，表面光滑。把软 性的绳子作为主要的语言，长短不一，如 瀑布般流泻下来，给人一种心动的精神体 验。
绳椅
肌理的组合
• 在产品设计中，合理的选用材料肌理的组 合形态，是获得产品整体协调的重要途径。 设计师就是要用对材料的敏感的激发设计 创意，设计更好的产品。
设计应用
• 当前，材料的视觉特性在设计中的应用数 不胜数。
• 明明是塑料的手机质感，却被做成了金属 的质感；明明是塑料的水龙头，却使人看 起来是一个高贵的金属产品，使得产品价 值提高了很多。
塑 料 产 视品 觉 效给 果人 的
金
属
塑 料 产 视品 觉 效给 果人 的
金
属
（二）材料的美感和设计应用
铝壶
设计讲解
• 通过阳极氧化工艺使得水壶表面增加了一 层绚丽的色彩，增添了生活的色彩，也增 加了产品的附加值。
苹果电脑永远惹喜爱，色彩的作用 不可低估
阿莱西的生活用具设计
松下手机
未丹多喝水
矿泉水瓶体设计
• 未丹多企业股份有限公司设计的“未丹多 喝水”庆祝上市十周年所推出的纪念瓶。 瓶盖上方的水滴状突出物，既像是波溅的 水花、也像是烟火的造型，红、橘、绿、 蓝、灰五色。
设计材料与加工工艺
一．材料及加工的基本知识1.认识材料：来源：a.天然材料：木材，石头，皮毛，竹子，棉等。
b.加工材料：板材，纸张，水泥，金属，陶瓷，玻璃等。
c.合成材料：塑料，橡胶，纤维等。
d.复合材料：玻璃钢，碳纤维等。
e.智能材料或应变材料。
物质结构设计材料：金属材料，有机材料，无机材料，复合材料。
形态：纸状材料，板状材料，块状材料。
2.产品设计材料与工艺的关系：材料与工艺是设计的物质技术条件，是产品设计的前提，它与产品的功能、形态构成了产品的三大要素，而产品的功能和造型的实现都建立在材料和工艺上。
3.材料设计的方式：1）从产品的功能、形式、使用环境和用途出发，思考如何选择或研制相应的材料；2）从原料出发，思考如何发挥材料的特性，开拓产品的新功能，甚至创造全新的产品。
4.材料选择的考虑因素：1）主要功能（力学、热学、电学等）；2）造型形式（形态、质感、色彩等）；3）安全性、使用寿命（可持续性）、工艺性；4）经济性（价格、加工成本）与社会性等。
5.材料的三大属性：1）固有属性（物理性能、化学性能、加工性能等）；2）美学属性（质感、形态、色彩等）；3）工艺属性（材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺）。
6.产品设计的三个要素：功能、形式和相关因素。
1）三个都要考虑；2）三个中任意一个可能会成为卖点；3）设计一件产品就是调整三者达到适当的平衡。
7.材料的固有特性：物理性能：材料的密度、力学性能（强度）、热性能、电性能、磁性能、光性能。
化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性、耐候性。
8.表面处理：目的：1）保护产品；2）美化外观。
类型：切削、研磨、抛光、冲压、喷砂、蚀刻、涂饰、镀饰等。
9.涂装及涂料：目的：1）保护作用；2）装饰作用；3）特殊作用。
涂料的组成：1）主要成膜物质：油料（动物油、植物油）、树脂（天然树脂、合成树脂）；2）次要成膜物质：颜料（着色颜料、防锈颜料、体质颜料）；3）辅助成膜物质：助剂（增塑剂、固化剂、催干剂、稳定剂等）；4）挥发成分：稀料。
材料成型原理与工艺(01)-液态金属成形概论
夹杂物的排除： 夹杂物的排除：
金属液静止处理、真空浇注，加熔剂， 金属液静止处理、真空浇注，加熔剂，过滤法
2012-1-8
凝固区域
固相区、凝固区、液相区
凝固方式
逐层凝固方式 体积凝固（糊状凝固方式） 体积凝固（糊状凝固方式） 中间凝固方式
2012-1-8 22
如果合金的结晶温度范围很宽，且铸件的温度分布较 为平坦，则在凝固的某段时间内，铸件表面并不存在 固体层，而液、固并存的凝固区贯穿整个断面。由于 这种凝固方式与水泥类似，即先呈糊状而后固化，故 称为糊状凝固。球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄 铜等都是糊状凝固的合金。 中间凝固方式 大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状 凝固之间,称为中间凝固方式。中碳钢、高锰钢、白口 铸铁等具有中间凝固方式
气压保温浇包
15
采用德国KW公司技术的新二线主机，发动机缸体造型生产线。
罗兰门第制芯中心
2012-1-8 16
二、液态金属在铸型中的流动
1、 液态金属充型能力的基本概念 、
液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力， 叫做液态金属充填铸型的能力，简称液态金属的充型能力。 液态金属充填铸型一般是在纯液态下充满型腔的，也有边充型边结晶的 情况，在充型过程中当液态金属中形成晶粒堵塞充型通道时，流动则停 止，造成铸件“浇不足”缺陷。 液态金属的充型能力（实验-螺旋形试样）：
2012-1-8
18
思考题 1 1. 液态金属成形的概念是什么？液态金属 液态金属成形的概念是什么？ 成形具有哪些优点？ 成形具有哪些优点？ 2. 液态金属成形生产过程。 液态金属成形生产过程。
产品造型材料与工艺
3.2.7 金属的缺点 ◇抗氧化、抗腐蚀能力差
◇成本高
材料价格高 加工成本高 可持续性较差
3.3 常用金属材料特性
3.3.1 钢铁
钢铁是最广泛使用的金属材料，其产量占金属材料总 量的90%，主要由于它价格低廉、品种多样、加工性能好。
◇钢 按照化学成分，我们可以将钢分为碳素钢和合金钢两
大类。
低碳钢 碳素钢 中碳钢
铸造用铝合金：适合铸造成型，用于铸造形状复杂、承 载不大、重量较轻且具有一定耐蚀、耐热要求的铸件。 延展用铝合金：塑性好，延展性好，适合卷边、冲压、 挤出等压力加工方法成型各种容器、壳体等。
铝合金应用：
◇青铜铝（含铝4％～15％），该合金具有高强度的耐蚀 性，常用于珠宝饰物和建筑工业中，制造机器的零件和工 具，用于与稀硫酸、盐酸和氢氟酸接触的设备；制作电焊 机电刷和夹柄；重型齿轮和涡轮，金属成型模、机床导轨、 不发生火花的工具、压力容器、热交换器、船舶螺旋桨和 锚等。
主要内容
第一章 概论 第二章 材料基础知识 第三章 金属 第四章 塑料 第五章 木材 第六章 玻璃 第七章 竹藤 第八章 纸
第一章 概论 1.1 材料发展与设计创新
纵观人类的发展史，很多时代都是以材料的名称进行 命名，“石器时代”、“青铜器时代”……体现了材料在 人类发展史上的重要作用。材料技术的进步是导致设计变 革的重要因素。
◇工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。
◇特殊性能钢：a.不锈耐酸钢b.耐热钢包括抗氧化钢、热强 钢、气阀钢c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工 用钢
◇专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容 器用钢、农机用钢等。
◇ 铸铁 是指铸造用生铁，使用历史悠久，应用广泛，生产
材料成型原理及工艺第一章液态成型工艺基础理论
态 陷产生，导致成型件力学性能，
成 特别是冲击性能较低。
型 2. 涉及的工序很多，难以精确控
的 制，成型件质量不稳定。
缺 3.由于目前仍以砂型铸造为主，
点：
自动化程度还不很高，且属于热 加工行业，因而工作环境较差。
4.大多数成型件只是毛坯件，需 经过切削加工才能成为零件。
液态成型原理及工艺
冲天炉出铁
液态成型原理及工艺
绪论：
金属液态成型又称为铸造，
金 它是将固态金属熔炼成符合
属 液 态 成 型：
一定要求的液态金属，然后 将液态金属在重力或外力作 用下充填到具有一定形状型 腔中，待其凝固冷却后获得 所需形状和尺寸的毛坯或零 件，即铸件的方法。
制造毛坯或机器零件的重要方法。
液态成型原理及工艺
绪论：
的 游离原子
级，在此范围 内仍具有一定
近
液
的规律性。原
程
态
子集团间的空
结
空穴或裂纹 穴或裂纹内分
布着排列无规
有 序
构
则的游离的原
子。
液态成型原理及工艺
这样的结构不是静止的，而是 处于瞬息万变的状态，即原子 集团、空穴或裂纹的大小、形 态及分布及热运动的状态都处 于无时无刻不在变化的状态。 液态中存在着很大的能量起伏。
液 液态成型件在机械产品中占有重 态 要比例：
成 在机床、内燃机、重型机器中铸 型 件约占70％-90％；在风机、压
的 缩机中占60％-80％；在拖拉机
重 中占50％-70％；在农业机械中
要 占40％-70％；汽车中占20％-30
性 ％。
液态成型原理及工艺
液 态 成 型 的 优 点：
(1) 适应性广，工艺灵活性大
设计材料与加工工艺
设计材料与加工工艺设计材料与加工工艺是制造业中非常重要的一环，它直接影响着产品的质量、外观和性能。
设计材料与加工工艺需要综合考虑材料的特性、加工工艺的要求以及产品的设计需求，以达到最佳的效果。
首先，设计材料的选择是至关重要的。
不同的产品需要选择不同的材料，例如金属、塑料、陶瓷等。
在选择材料时，需要考虑材料的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性、导热性、导电性等特性，以及成本和可加工性等因素。
在材料选择时，需要充分了解材料的特性，以确保选择的材料符合产品的设计需求。
其次，加工工艺的选择也是非常重要的。
不同的材料需要选择不同的加工工艺，例如铸造、锻造、冲压、注塑等。
在选择加工工艺时，需要考虑产品的形状、尺寸、精度要求，以及生产效率和成本等因素。
同时，还需要考虑加工工艺对材料性能的影响，以确保产品在加工过程中不会出现质量问题。
在设计材料与加工工艺时，需要充分考虑产品的设计需求。
产品的设计需求包括外观要求、功能要求、性能要求等方面。
在选择材料和加工工艺时，需要确保能够满足产品的设计需求，以确保产品能够达到预期的效果。
在实际的生产过程中，设计材料与加工工艺需要与生产部门密切合作。
设计部门需要向生产部门提供详细的材料和加工工艺要求，以确保生产部门能够按照设计要求进行生产。
同时，生产部门也需要向设计部门提供反馈，以便设计部门能够及时调整设计方案。
总之，设计材料与加工工艺是制造业中非常重要的一环。
在设计材料与加工工艺时，需要综合考虑材料的特性、加工工艺的要求以及产品的设计需求，以确保产品能够达到预期的效果。
同时，设计部门和生产部门需要密切合作，以确保产品能够按照设计要求进行生产。
产品设计材料与加工工艺
塑料。
图1-11塑料颗粒
图1-12塑料制品
第1章概论
1.2 设计材料的分类
1.金属材料
金属材料是以金属元素 或以金属元素为主构成的具 有金属特性的材料的统称。 包括纯金属、金属合金和特 种金属材料等。
3.有机材料
有机材料通常是指有机 高分子材料，如棉、毛、丝、 塑料、橡胶等都是最常用的 有机材料。
（三）、金属的化学性质
• 金属原子易失去价电子成为阳离子，因而表 现出较强的还原性。由于不同的金属原子结
构、原子半径的不同，表现的还原性也有强 弱不同。
(1)与O2反应
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H） Cu Hg Ag Pt Au
常温迅速 成膜加热 加热能反应
不反应
(2)与H2O反应 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb ……
第二节 碱金属和碱土金属
一、碱金属和碱土金属的概述 二、碱金属和碱土金属的性质与用途 三、碱金属和碱土金属的氧化物、氢氧
化物及盐类
一、碱金属和碱土金属的概述
价层电子构型：IA、IIA， ns1、ns2
电金原 离属子 能性半 、、径 电还增 负原大 性性 减增
小强
• IA
IIA
• Li
Be
• Na
Mg
•K
Ca
• Rb
Sr
• Cs
Ba
原子半径减小 金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大
元素的存在 均以矿物形式存在:
钠长石: NaAlSi3O8 钾长石: KAlSi3O8
光KC卤l 石M:gCl2 6H2O
明K(矾A石lO:)3 (SO4 )2 3H2O LiAl(SiO3 )2
工业设计工程基础材料及加工工艺
图片赏析
实例四
压花玻璃又称花纹玻璃或滚花玻璃，压花玻璃是采用压延方法制造的一种平 板玻璃，制造工艺分为单辊法和双辊法。 单辊法是将玻璃液浇注到压延成型台上，台面可以用铸铁或铸钢制成，台面 或轧辊刻有花纹，轧辊在玻璃液面碾压，制成的压花玻璃再送入退火窑。 双辊法生产压花玻璃又分为半连续压延和连续压延两种工艺，玻璃液通过水 冷的一对轧辊，随辊子转动向前拉引至退火窑，一般下辊表面有凹凸花纹， 上辊是抛光辊，从而制成单面有图案的压花玻璃。
能力。含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬透性比较
金属铸造成型工艺
离心铸造
铸型并凝固成型。离心铸造的铸型分为金属型和砂型两种。
离心铸造是将熔融金属浇入旋转的铸型中，是液态金属在离心的作艺：
冷模撞砂离心铸造工艺，其工艺流程是：工艺设计→设计工装→制造工装→
(三)化学稳定性和玻璃的光学性能
玻璃具有较高的化学稳定性，但长期遭受侵蚀性介质的腐蚀，也能导致变质 和破坏。 玻璃既能透过光线，又能反射光线和吸收光线，所以厚玻璃和多层重叠玻璃， 往往是不易透光的：玻璃反射光能与投射光能之比称为反射系数。反射系数 的大小决定于反射面的光滑程度、折射率、投射光线入射角的大小、玻璃表 面是否镀膜及膜层的种类等因素。 玻璃吸收光能与投射光能之比称为吸收系
数；透射光能与投射光能之比称为透射系数。反射系数、透射系数和吸收系
数之和为l00％。普通3mm厚的窗玻璃在太阳光垂直投射的情况下，反射系 数为7%，吸收系数为8％．透射系数为85%。 将透过3mm厚标准透明玻璃
的太阳辐射能量作为1.0，其它玻璃在同样条件下透过太阳辐射能的相对值称
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
产品用途
产品所需的功能
1.3 材料设计
使用者要求
功能设计、形式设计要求
维持功能、造型
视觉
触觉
材料的表面感觉 材料的性能感觉
材料与产品 的匹配关系
材料的固有特性
（软硬、轻重、冷暖） （色泽、纹理）
视觉质感
触觉质感
材料赋予的性能
1.3 材料设计
材料与产品的匹配关系
材料的性能分为三个层次： 核心部分是材料的固有性能，包括物理性能、化学性能、 加工性能等； 中间层次是人的感觉器官能直接感受的材料性能，它主要 是部分物理性能，如硬软、重轻、冷暖等； 其外层是材料性能中能直接赋予视觉的表面性能，如肌理、 色彩、光泽等。 产品功能设计所要求的是与核心部分的材料固有性能相匹 配，还必须考虑材料与使用者的触觉、视觉相匹配。
“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Q460Z35，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。河南舞阳 钢铁厂的科研
学习材料与工艺的重要性
学设计应当了解材料与工艺
拿到设计项目后，需要想象和逐步形成将被加 工产品的外形。有了良好的材料与工艺的知识 基础后，就可以提出一系列可能设计方案，又 能在一定程度上确信它们是可被加工的。
功能
产品造型 设计 物质技术条件 （材料、工艺）
形态
1.3 材料设计
材料设计的内容
以包括“物一人一环境”的材料系统为对象 将材料性能、使用、选择、制造、开发、废弃 处理和环境保护看成一个整体 着重研究材料特性与人、社会、环境的谐调关 系
对材料的工学性、社会性、经济性、历史性、 生理性、心理性和环境性等问题进行平衡和把 握 积极评价各种材料在设计中的使用和审美价值， 使材料特性与产品的功能达到和谐统一
2、江湘云编《设计材料及加工工艺》， 北京理工大学出版社 3、闫 卫编《工业设计师必备的材料与工艺常识》，机械工业 出版社
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。
门 把 手 管 理 家 中 电 器 、 燃 气 开 关
可以缩小的概念电池： One = Two
2050年的伊莱克斯概念洗衣机
超概念积分绳投影器
绝对安全的自行车锁系统
便携急救医疗设备
概念智能控温茶具设计
大电池吃小电池 节能1号电池设计
推荐书目
1、程能林编《产品造型材料与工艺》， 北京理工大学出版社
1.3 材料设计
有意识地运用各 种新技术和新手段来 创造新材料，运用具 有新的组合方式、新 的形态和新的性质的 各种材料进行新产品 的开发。
1.3 材料设计 材料设计的方式
原材料
原材料所 具的特性
从产品出发 功能 用途 从原材料出发 发挥材料特性 开拓产品新功能
用 途 开 发 再 利 用
材料选择 材料改良 材料研制开发 应用技术开发 比 较 与 评 价
后石器时代
1.1 设计与材料
材料的发展历史
在青铜器时代， 利用青铜的熔点较 低，硬度高，便于 铸造的特征，制作 成食器、酒器、装 饰品和兵器。
1.1 设计与材料
材料的发展历史
到了铁器时代， 出现了以铁为主的 一系列金属和合金 材料，被用以制作 各种手工艺器具、 家庭器具、农生产 工具以及武器等。
5. 选择最优秀方案。
6. 施行方案。 实际产品开发过程中， 材料、工艺对设计的作 用和影响是怎样呢？
案例一
银行柜台设计
效果图设计阶段
这一阶段属于造 型设计，由工业 设计师从客户需 求、使用功能、 审美要求出发进 行方案设计，选 择若干方案进行 下一步。
结构分析阶段 这一阶段属于工程设计， 由结构工程师从材料生 产工艺出发，检验造型 设计方案，选择最优方 案，很多时候需要修改 方案，甚至更换方案， 这一阶段，需要工业设 计师的相互配合。
品质和资格，叫做工业设计。
学习一门新的课程：设计材料及加工工艺
关于这门课程
重要性 产品设计专业必修的基础专业课程，在 产品设计专业课程体系中有重要地位。
研究材料的工艺特性，主要包括成型 工艺、连接工艺、表面处理工艺。
研究内容
研究范畴
5大材料的工艺特性，包括金属、 塑料、玻璃、木材、陶瓷。
学习材料与工艺的重要性
出现。由马谢尔· 布鲁耶(Marcel
Breuer)领导的家具改革，开辟
了家具设计新的一页,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。首
创了世界钢管椅的设计，突破 了原有木制椅子的造型范围。
轻巧优美、华贵高雅、 结构坚固
1.1 设计与材料
20世纪三四十年代以后，
由于合成树脂的迅速发展
设计师对产品的外观和外 形是负有责任的。 产品外形是材料经过加工 制造的结果。所以，设计师 需要了解材料特性和加工工 艺。
学习材料与工艺的重要性
究竟设计、材料及工艺它们之间的关系 是怎样的呢？
设计
材料
工艺
学习材料与工艺的重要性
设计、材料及工艺之间的关系Relation 材料及工艺 材料及工艺是产品设计 的物质技术条件，是产 品设计的基础和前提。 材料特性影响产品设计: 维持 产品形态 满足 产品功能要求 设 计
学习材料与工艺的重要性
设计与工程需要协作
产品设计评审中，要进行可制造性的讨论。设计师要有 精神准备去维护设计方案的合理性。 在设计过程中，与工程人员有必要进行沟通和协作。 设计师必须了解材料及加工的知识。
Design flow chart
产品设计过程的一般模式
1. 确定问题。 2. 收集资料和信息。 3. 列出可能的方案。 4. 检验可能的方案。
料的支持
先进的技术反过来促进新材料的诞生
翻开人类进化史，材料的开发、使用和完善贯穿其始终
1.1 设计与材料
材料的发展历史
远古的石 器时代，人类 懂得研磨，用 锋利并形状规 整的势头制成 匕首，斧头和 枪尖等。
石器时代
1.1 设计与材料
材料的发展历史
后来，出现 了焙烧陶器，即 利用塑性好的粘 土，通过烧结而 成发明了制陶术。
设计材料与加工工艺
The design material and process
国际工业设计协会理事会 (International Council of Societies of Industrial Design,ICSID) ：
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
装 配 阶 段
在这个产品的开发过程，工业设计师需要了 解的材料工艺主要是——塑料成型技术。
设计材料与工艺研究的三个内容
三大内容 1.成型工艺 2.连接工艺 3.表面处理
五种材料 1.金属 2.塑料 3.玻璃 4.木材 5.陶瓷
材料与工艺对产品设计师的意义
满足使用要求 体现风格与创意、质感 选材要求
1.1 设计与材料 从例子看材料的发展
后来出现用木材制作家具。 我国明代家具，在家具发展 史中占有重要地位。明式椅 子具有简、厚、精、雅之特
色，所用木材多为紫檀木、
黄花梨木、杞梓木，红木、 乌木、铁力木和楠木等。
明代家具----圈椅
线条挺拔秀丽、流畅， 纹理自然华美
1.1 设计与材料
工业革命后，新材料不断
玻璃椅子
1.1 设计与材料
材料的不同，必然
带来设计的不同，新的 材料会产生新的设计， 产生新的造型形式，给 人们带来新的感受。 充气椅子
材料与工业设计
（一）材料是设计的物质基础 （二）材料与设计相互促进 （三）材料工艺知识对设计师的重要性
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而构成 的，是功能、形态和材料三要素的和谐统一。 产品造型设计：工业产品技术功能设计与美学设计 的结合统一，集现代科学技术与社会文化、经济和 艺术为一体，是人类有目的的创造活动。
设计通过材料及工艺转化成 实体产品，材料及工艺通过 设计实现其自身的价值。
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。
学习材料与工艺的重要性
新材料
新材料为设计的可行性 创造条件，对设计提出 要求，给设计带来飞跃， 出现新的设计风格，产 生新的功能、新的结构 和新的形态。 瓦西里椅，采用钢管弯 曲的工艺，运用到椅子 设计上，出现新的形态。
样品实制阶段
这一阶段主要是在确 定方案后，在进行批 量生产前，一个必不 可少的环节，检验生 产工艺、表面精度、 生产成本等相关因素， 有需要的话，要做适 当的修整。
在这个产品的开发过程，工业设计师需要了解的 材料工艺主要是——金属薄板的塑形成型技术。
一块铁皮是怎样制作成宝马汽车的？
案例二 摄像头设计
学习材料与工艺的重要性
新工艺
新材料伴随新工艺 出现，当然，也可 以在现有的材料上 开发，可以产生很 多设计形式的可能。
20世纪三四十年代以后，由于 合成树脂的迅速发展和高频技 术胶合技术的应用，产生了一 种新的椅子形态——胶合板椅。
学习材料与工艺的重要性
新设计
新的设计构思也要求 材料与工艺来实现。 这对材料及工艺提出 了新的要求，促进了 材料科学的发展和工 艺技术的改进与创新。
1.2 产品造型设计的物质基础
材料是工业造型设计的物质基 础。 工艺是指材料的成型工艺、加 工工艺和表面处理工艺，是人们 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，是产品设计的前提，它与 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。