产品造型材料与工艺——第三讲.pptx
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成造型材料与成型工艺ppt课件
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五毛硬币
• 金属：黄铜 • 成型工艺：压力铸造
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秤砣
• 材料: 铸铁
• 性能: 含碳量在2%以上的铁碳 合金。工业用铸铁一般含碳量 为2%～4%。碳在铸铁中多以 石墨形态存在，有时也以渗碳 体形态存在。除碳外，铸铁中 还含有1%～3%的硅，以及锰、 磷、硫等元素。合金铸铁还含 有镍、铬、钼、铝、铜、硼、 钒等元素。碳、硅是影响铸铁 显微组织和性能的主要元素。
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钢管
材料: 钢合金(合金结构 钢)
• 性能: ,由于具有合适的淬透性，经
适宜的金属热处理后，显微组织为均匀 的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因 而具有较高的抗拉强度和屈强比（一般 在0.85左右），较高的韧性和疲劳强度， 和较低的韧性－脆性转变温度，可用于 制造截面尺寸较大的机器零件。
• 低档木材品种有：杉木，土松，橡胶木，杨木，桐木， 桦木，柳桉等木材，最合适做，建筑工地用材，烧火取暖， 大芯板芯料。
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木材椅子
• 成型工艺：木材割据、 木材刨削、木材凿削、 木材铣削、木材榫接
• 表面的工艺：刨光、 磨边、喷漆
• 使用环境：家用、户 外、办公
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木材桌子
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• PP的缺点：尺寸精度低、刚性不足、 耐候性差，它具有后收缩现象，脱 模后，易老化、变脆、易变形。
• 它们两种材料都是无毒的，都可以 制成食品包装材料。
• 成型工艺：吹塑成型和注塑成型
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塑料
产品设计材料与工艺木材 ppt课件
2020/11/29
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阔叶树（硬木）
枫木
特点：枫木质地坚硬，呈 奶白色，年轮不明显，官 孔多而小，分布均匀；纹 里交错，结构肾细而均匀， 质轻而较硬，花纹图案优 良。
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阔叶树（硬木）
枫木
特点：容易加工，切面欠 光滑，干燥时易翘曲。油 漆涂装性能好，胶合性强。 主要用于板材类贴薄面。
（1）木材的特性、分类与结构
• 木材的分类
– 按树木成长状况分类
• 外长树，内长树(如热带树)
– 按材质分类
• 软木材和硬木材；软硬程度可分六级。
– 按树叶外观形状分类
• 针叶、阔叶；
（1）木材的特性、分类与结构
• 针叶树（软材）：
– 树干高大，且直。纹理平顺,材质均匀,易加工。
• 阔叶树（硬材）：
• 根据产品造型的需要，合理利用木材的切面 • 1 横切面
– 硬度大，耐磨损，但易折断，难刨削
• 2 径切面
– 通过髓心，与年轮垂直。径切面板材收缩小，不 易翘曲，木材挺直，牢度较好
• 3 弦切面
– 形成山峰状或V字形美丽纹理，但易翘曲变形
（2）木材的缺陷
• 木材的缺陷有哪些？
– 1.节子 – 2.变色 – 3.腐朽 – 4.虫害 – 5.裂纹 – 6.夹皮 – 7.弯曲 – 8.斜纹和纯棱
主要应用：针叶材横向强度高，弹性好、不易变形，主要做结构材料； 阔叶材致密，硬度高，花纹好看，但易变形，主要做需要耐磨或要求有美观
花纹的小物件或做装饰面板。
（1）木材的特性、分类与结构
• 木材的构造
– 树干：树皮、木质部、髓心三部分。
• 木材的切面
– 横切面 – 径切面 – 弦切面
产品材料与工艺
苹果手机
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 iPhone 5S和iPhone 5C于2013年9月10日发布，同年9月 20日正式发售。第八代的iPhone 6和iPhone6 Plus于 2014年9月10日发布，大陆地区销售时间定为10月17日。
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
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
以椅子为例看产品与材料的关系
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 。
设计师作品及材料工艺介绍
2、材质选用：铸铁
3、材料介绍： 含碳量在2%以上的铁碳合金。工业 用铸铁一般含碳量为2%～4%。碳在铸铁中多以石 墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外， 铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元 素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒 等元素。
产品造型材料与工艺
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产品造型材料与工艺
乔纳森· 伊维
Jonathan Ive
产品造型材料与工艺
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1、设计特点：抛弃了塔式机身，同时在计算能 力上丝毫不打折扣，iMac G3 是台式计算机的一 场革命，该机有多种颜色可以选配， 。
2、材质选用：透明塑料
3、材料介绍： 简介： 塑料为合成的高分子化合物{聚合物(polymer)}， 又可称为高分子或巨分子，也是一般所俗称的塑料 (plastics)或树脂(resin)，可以自由改变形体样式。 是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料， 由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色 料等添加剂组成的。 优点： 大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应； 制造成本低；耐用、防水、质轻；容易被塑制成不 同形状；是良好的绝缘体等等。
贝聿铭
Ieoh Ming Pei
产品造型材料与工艺
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法国巴黎罗浮 宫玻璃金字塔
——1989年
产品造型材料与工艺
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1、设计特点：贝聿铭设计建造的玻璃金字塔，高二十一米，底宽三十 米，耸立在庭院中央。它的四个侧面由六百七十三块菱形玻璃拼组而成 。总平面面积约有二千平方米。塔身总重量为二百吨，其中玻璃净重一 百零五吨，金属支架仅有九十五吨。换言之，支架的负荷超过了它自身 的重量。因此行家们认为，这座玻璃金字塔不仅是体现现代艺术风格的 佳作，也是运用现代科学技术的独特尝试。在这座大型玻璃金字塔的南 北东三面还有三座五米高的小玻璃金字塔作点缀，与七个三角形喷水池 汇成平面与立体几何图形的奇特美景。 2、材质选用：玻璃 3、材料介绍： 简介： 是一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过 程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化 学氧化物的组成(Na2O· CaO· 6SiO2),主要成份是二氧化硅。广泛应用于 建筑物，用来隔风透光，属于混合物。 分类：玻璃简单分类主要分为平板玻璃和特种玻璃。
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
产品造型材料与工艺ppt课件
优点
➢ 成型周期短；
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➢ 塑件飞边小，易于清理；
➢ 能成型薄壁多嵌件的复杂塑料制品；
➢ 塑件的精度和质量比压塑件高。
缺点 ➢ 余料造成塑料原料的浪费； ➢ 模具结构较压塑模结构复杂，制造成本高； ➢ 成型设备同压塑成型，但压力要大。
5 真空成型
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真空成型：又叫吸塑成型，将热塑性塑料板材、 片材固定在模具上，用辐射加热器加热到软化温 度，用真空泵（或空压机）抽取板材与模具之间 的空气，借助大气压力使坯材吸附在模具表面， 冷却后再用压缩空气脱模，成型所需塑件的加工 方法。
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适宜生产EP等热固性塑料，也可以生产PA、 ABS、PET 等热塑性塑料；
产品：轿车仪表盘、方向盘、飞机和汽车的座椅、 椅垫、家具、鞋底、仿大理石浴缸、浴盆等。
三、液态成型工艺及设备 46
高分子液态材料数可流动溶体，可在低压、常温下通 过各种方法浇铸成型
特点：
成型过程施压小，制品内应力小，对模具和机械设备的强度要求较低， 因而一次性投资少；
１)热塑性塑料
HDPE 6100m MFI ≈0.14g/10min
熔融指数(MFI)
Ｐ、Ｔ t＝１０min
A、流动性好，如PS、PA、 PP、PE等；
B、流动性中等，如改性PS、 ABS、PMMA、POM等；
C、流动性差，PC、PSF、 F塑料等。
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2)热固性塑料
拉西格流动性 考察塑料在棱柱体流道中的流动长度
模压成型过程： 加料、合模、排气、交联固化、制品脱模、清理模具等。
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压塑成型主要工艺参数: 成型温度、成型压力和成型时间
一．模压压力
使模塑料完全充满型腔所施加的必要压力。
产品造型设计讲义(PPT 128页)
产品造型设计
第二章 产品形态设计
概念区分： 形与形态？
• 一、形态分类
自然形态 现 实 形 态
人工形态
有机形态 无机形态
• 一、形态分类
自然形态 现 实 形 态
人工形态
有机形态 无机形态 具象形态 抽象形态
具象形态是以 模仿客观事物 而显示其客观 形象及意义的 形态
抽象形态——不 具有客观意义的 形态，以纯粹的 几何观念提升客 观意义的形态。
• 二、形态要素
（1）点元素 （2）线元素 （3）面元素 （4）体元素 （5）空间 （6）肌理
（1）造型中的点形态
点本质上是最简洁的形。 ——康定斯基
点是一切形态的基础，从造型上说，点是具
有空间位置，并且具备大小、面积、形态、浓淡 甚至方向等性质的视觉单位，它可以用作各种视 觉表现。
点的属性：
2).物体的位置 物体与地面的相对位置，也决定它的距离感(深度感)。浮在半空中的物体， 有位于后方的感觉。在视觉上，位于离地面越高位置的物体，会令人产生较 后退的感觉。
3).物体重叠 当几个形体相互重叠在一起时，被遮蔽的部分越少的物体，显得在前。在二 维的图形中，当两图形重叠时，具有连续轮廓线的形就位于前方，被中断的 形有位于后方的感觉。因此，无论在二维图形或三维空间中，重叠的关系可 以造就形体之间的前后关系。
体造型的量感
物理量 心理量
量感的体现手 法
1.创造对外的 反抗
2.创造生长感
（5）空间
空间形态的造型是通过立体形态对其的限定来完成 的。
中心限定
限定方式
空间形态
水平限定 垂直限定
内、外空间限定
空间感的表现
造型艺术是一种空间艺术，是在三维空间、甚至四 维空间进行的艺术造型活动。
第二章 产品形态设计
概念区分： 形与形态？
• 一、形态分类
自然形态 现 实 形 态
人工形态
有机形态 无机形态
• 一、形态分类
自然形态 现 实 形 态
人工形态
有机形态 无机形态 具象形态 抽象形态
具象形态是以 模仿客观事物 而显示其客观 形象及意义的 形态
抽象形态——不 具有客观意义的 形态，以纯粹的 几何观念提升客 观意义的形态。
• 二、形态要素
（1）点元素 （2）线元素 （3）面元素 （4）体元素 （5）空间 （6）肌理
（1）造型中的点形态
点本质上是最简洁的形。 ——康定斯基
点是一切形态的基础，从造型上说，点是具
有空间位置，并且具备大小、面积、形态、浓淡 甚至方向等性质的视觉单位，它可以用作各种视 觉表现。
点的属性：
2).物体的位置 物体与地面的相对位置，也决定它的距离感(深度感)。浮在半空中的物体， 有位于后方的感觉。在视觉上，位于离地面越高位置的物体，会令人产生较 后退的感觉。
3).物体重叠 当几个形体相互重叠在一起时，被遮蔽的部分越少的物体，显得在前。在二 维的图形中，当两图形重叠时，具有连续轮廓线的形就位于前方，被中断的 形有位于后方的感觉。因此，无论在二维图形或三维空间中，重叠的关系可 以造就形体之间的前后关系。
体造型的量感
物理量 心理量
量感的体现手 法
1.创造对外的 反抗
2.创造生长感
（5）空间
空间形态的造型是通过立体形态对其的限定来完成 的。
中心限定
限定方式
空间形态
水平限定 垂直限定
内、外空间限定
空间感的表现
造型艺术是一种空间艺术，是在三维空间、甚至四 维空间进行的艺术造型活动。
产品造型材料与工艺课件(PPT 65页)
提高适用性
良好的触觉质感设计，可以提高整体设 计的适用性。比如软质材料对人造成柔
软的触感和舒服的心理感。 如机箱、收录机、仪表等产品上的开关
按纽等操作件，表面压制凹凸细纹，有 较明显的触觉刺激，易于使用，避免因 滑动而不便使用或易产生各种事故。
适用性
增加装饰性
良好的视觉质感设计，可以提高工业产品整体 设计的装饰性，还能补充形态和色彩所难以替
体现真实性和价值
体现真实性和价值
1.3 如何进行造型质感设计？
1.3 如何进行造型质感设计？ ——把握质感设计形式美的基本法则
配比原则：材质整体与局部、局部之间的配比 关系和谐、多样统一
调和法则：使整体各部位物面质感统一和谐
特点：在差异中趋向于“同”
对比法则：使各部位物面材质、工艺对比变化
工艺方法与造型设计效果
例：利用钢板材料加工电气控制柜
手工方法卷板成型：费时、劳动强度大、难 达到预期效果
机器弯板成型：成型准确、平滑整齐、美观、 生产效率高
先进的工艺保证造型效果
例：铸件的加工
铸造工艺水平高，能达到铸造圆角小、棱边 的直线性好、平面的平整度高；但如果工艺 水平低，外观效果则较差
代的装饰美。 如：家用电器、机床、汽车上的各种涂装工艺
处理，即有防护性，更有装饰性和伪装性，它 能产生诱人的视觉质感美。 如各种陶瓷釉面的艺术釉设计，是较典型的视 觉质感设计，朱砂釉，雨花釉，冰纹釉，结晶 釉等，给人以丰富的视觉质感形式美的享受。
釉面装饰
使设计多样化、经济化
良好的人为质感设计可以弥补自然质感的某些 不足，达到工业产品设计的多样性和经济性
质感的形式要素——肌理 质感的内容要素——质地
质感的两个基本属性：
产品造型设计基础PPT课件--形态构成要素在产品设计中的应用、形体的构成 共182页
形体连接起来的三种方法： 相贯、楔入、支撑
互动环节
学生作业点评 作业材料：白色肥皂
重点：这个训练学会创造各个形体的统一性，对各个部分的各 自作用比例关系要有充分认识
训练一 造型设计中的直棱体形态构成
小结
5 形态创造的综合训练
1-5-2 训练二
造型设计中的单一曲线、直线形态构成
5-2 训练二
小结
5 形态创造的综合训练
训练三
（1）分割——减法： 把整体或有联系的东西 分开（石雕）
电冰箱
（2） 积聚——加法： 事物逐渐聚集（泥塑）
乐高玩具
（3） 两者结合
（4） 后处理
作业：任意自由曲面形体
目的：有力感的形态。 造型中力感是无法计量的，是在心理上产生的 反应。没有力感的形态是没有生命的。 单纯的形态（球体，圆柱，圆锥，立方体）， 内部发散力均衡，显得静止。 施加若干变形就产生了生命力和动感，但施加 太多方向的力，各个方向上的力会互相抵消， 就会变得复杂，从而也就丧失了力感。 复杂的形，会引起人们视觉上的混乱，反而单 调。
2 形体的构成要素
目的：掌握各种形体要素之间的相互转换关系，更好的 为创造新形态服务。
作用：创造的基本形态是一切设计造型的基础，自然万 物的形态，都可以归结为点、线、面、体四种 基本形态。通过对基本形态的组合，构成平面 与立体的设计表现，是造型基础设计中研究的 重要方向。
思考
难道造型设计基础课还是单纯的研究点线面体的关系吗？
产品造型设计基础
形态构成要素在产品设计中的应用
第一节 几何形态
一、几何形态定义：
产品形态中，面的围合便是形体，所以研究产品 形态，其实际价值在于研究纯粹的面，以及面与 面之间的组合，形体之间的相互作用等。
《产品造型材料与工艺》课程教学大纲
《产品造型材料与工艺》课程教学大纲一、课程与任课教师基本信息课程名称：产品造型材料与工艺课程类别：选修课学时周学时学分：学时学时学分其中实验（实训、讨论等）学时：学时授课时间：周二节、周四节授课地点：，，专业教室，工业设计模型实验室任课教师姓名：杨响亮职称：讲师所属院（系）：东莞理工学院机械工程学院联系电话：答疑时间、地点与方式：.每次上课的课前、课间和课后，采用一对一的解答方式；.课后在学生宿舍或者办公室辅导学生答疑。
二、课程简介本课程是工业设计专业本科生的学科基础选修课程, 材料与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基础。
通过学习掌握如何选用材料，使其性能特点与加工特点相一致；认识产品的功能、结构与造型的关系，认识常用的材料及其结构设计要点等，使学生最终实现设计的目标和要求。
通过课程学习，使学生：了解产品设计中涉及的各种材料的性能、组成、用途，了解各种成型工艺及表面处理技术，掌握如何选择材料；能够了解并掌握产品设计中涉及的各种基本结构关系、产品材料的加工工艺与装饰工艺、产品功能结构与造型的关系。
三、课程目标结合专业培养目标，提出本课程要达到的目标。
这些目标包括：、知识与技能目标：通过本课程的学习，使学生掌握材料设计的内容、产品造型材料的分类、金属、塑料、木材、玻璃等几种主要材料的特点、产品材料常用成型工艺与表面处理工艺、设计材料在设计应用实践中结构设计注意点等，能够在设计实践中灵活的分析材料，了解材料，应用材料。
、过程与方法目标：通过本课程的学习，学生能够理解整个材料设计的流程，结合材料调研分析的内容去认识、了解、应用材料，能够对产品设计中的相关材料特性进行准确的分析，科学的进行产品设计。
、情感、态度与价值观发展目标：在本课程的学习中，课题设计能够为每位同学提供一个平等的自我表现的平台；同时培养作为一个工业设计师必须具备的坚持不懈的学习精神，严谨治学的科学态度和积极向上的价值观，为未来的学习、工作和生活奠定良好的基础。
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按碳存在的不同形式
灰口铸铁：碳以石墨形式存在，断口呈灰色
白口铸铁：碳以渗碳体形式存在，断口白色
麻口铸铁：按用途：碳素结构钢、碳素工具钢
按石墨的形态：
灰口铸铁：钢基+片状石墨，强度、塑性、韧性不 如钢，减震性好、缺口敏感性低，适于制各种承受 压力和要求消震的床身、机架、箱体、缸体、壳体
可锻铸铁：铸态白口铸铁热处理成，高强度、塑性、 冲击韧性，制汽车后桥外壳、管接头、低压阀门
韧性材料 疲劳断裂：交变应力作用下的裂纹形成、扩展造成断裂，如齿轮，应
表面强化处理
表面损伤失效：磨损、腐蚀、表面疲劳
选材的经济性原则：材料价格、加工费用等 其他因素：环保、市场等
根据工艺性能选材
铸造性能
金属构件承载不大，受力简单而结构复杂，尤其是具有复 杂内腔结构
铸造性能：铸造铝合金和铜合金>灰口铸铁>铸铁>铸钢
铝及铝合金 铜及铜合金
铝及铝合金
纯铝：纯度98%~99.996%，密度小、导电、导热性 优良；主要用于科研及制造电容器
铝合金：纯铝强度低，加入合金以提高强度
变形铝合金
1.防锈铝合金：含锰、镁等，不可热处理强化，耐蚀性好，用于制 造高耐蚀性薄板容器
2.硬铝：含铜、镁等，强度、硬度高（与高强钢相近），塑性低、 韧性差，用于制造飞机大梁、螺旋桨、铆钉等
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金 2.1.4 造型设计中金属材料的选用
2.1.2 钢铁材料
钢铁材料可分为三大类：
纯铁 (c<=0.02%)
塑性好、强度低，主要用于制造磁铁
钢 (0.02%<=c<2.11%) 铸铁 (c>=2.11%)
3.超硬铝合金：含锌、铜等，强度接近超高强度钢 4.锻铝：含镁、硅、铜等，热塑性、耐蚀性好，适于锻造，用于航
空等形状复杂、要求强度较高的锻件
铸造铝合金：要求有良好的铸造性能，分为铝硅、铝铜、 铝镁、铝锌四系。
铜及铜合金
1.纯铜（紫铜）：纯度99.5%~99.95%, 极好的塑 性, 抗蚀、导电、导热性、抗磁性极好，用于电工 导体和防磁器械
锻造性能
承载较大、受力复杂的构件 热锻性：低碳钢>中碳钢>高碳钢
焊接性能
体积较大，要求气密性好，能承受一定压力，如输气管道、 蒸汽锅炉等
钢材最适合焊接，含碳和合金元素越多，焊接性能越差； 铝合金、铜合金焊接性较差，灰口铸铁基本不能焊接
2.黄铜：含锌<50%
普通黄铜：含锌<32%, 极好的变形能力，用于弹壳等；
含锌>32%：热加工黄铜(含锌40%), 强度较高，含铜量 少，价格低、用于制作电器上的导电、耐蚀及有一定强 度的结构件
特殊黄铜：加入锡、铅、铝等元素
3.青铜 锡青铜：一般含锡3%~14%, 强度、塑性增加
特殊青铜：指不含锡的青铜，如铝青铜、铍青铜等，比 锡青铜具有更高的力学性能、耐磨性与耐蚀性。
2.1.2 钢铁材料
钢 (0.02%<=c<2.11%)
碳钢
按含碳量：低碳钢、中碳钢、钢碳钢 按品质：普通碳素钢、优质碳素钢 按用途：碳素结构钢、碳素工具钢
合金钢
合金结构钢：合金弹簧钢、合金轴承钢等 合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢 特殊用途钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢
铸铁 (0.02%<=c<2.11%)
球墨铸铁：铁水+球化剂，铸造性优良，取代了可 锻铸铁，制造受力复杂、负荷大、耐磨的铸件，如 曲轴、凸轮轴、齿轮、蜗轮蜗杆、活塞、工作缸等
第一节 常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金 2.1.4 造型设计中金属材料的选用
2.1.3 有色金属及其合金
产品造型材料与工艺
第三讲
第二章 金属材料及其加工技术
第一节 常用金属材料及其特性 第二节 金属材料成型与工艺性 第三节 金属表面处理与装饰技术
第一节 常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金 2.1.4 造型设计中金属材料的选用
第一节 常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金
2.1.4 造型设计中金属材料的选用
2.1.4 造型设计中金属材料的 选用
金属材料设计是造型设计的重要组成部分，它 包括：
材料的选用 材料加工工艺的制定
造型设计中，金属材料的选用是一个复杂的决 策问题，它需要：
①良好的导电性和导热性； ②正的电阻温度系数；且绝大多数金属具有超导性； ③良好的反射能力、不透明性及金属光泽； ④良好的塑性变形能力（延展性）
反映出金属的本质：
有特殊光泽 优良的导电性和导热性 是良好的塑性变形固体物质
2.1.1 金属材料的特性及分类
金属材料的性能
①使用性能 使用过程中表现出来的性能
机械(力学)性能：强度、塑性、弹性 、刚度等 物理性能：导热性、导电性、热膨胀性、磁性等 化学性能：抗蚀性、抗氧化等
②工艺性能 制造和加工过程中表现出来的性能
如铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处 理性能等
2.1.1 金属材料的特性及分类
常用金属材料的分类
第一节 常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类
金属的微观特性
结合键：晶体的结合力。固体状态下，原子 （离子或分子）聚为晶体，原子之间产生较 强的相互作用力
金属晶体中，价电子弥散在整个体积内，所 有金属离子皆处于相同的环境之中
结合键没有饱和性、方向性和选择性
2.1.1 金属材料的特性及分类
金属的宏观特性
首先要掌握金属材料理论及其应用知识 明确目标及限制条件Байду номын сангаас 进行必要的试验和选材方案对比
如何进行金属材料的选材？
先掌握几个基本的选材原则
造型设计中金属的选材原则
根据使用性能选材
变形失效：弹性变形和塑性变形影响形状、尺寸精度
重要螺栓、弹簧、精密丝杠等，应选高弹性模量材料
断裂失效：
塑性断裂：明显塑性变形后断裂，应选高强度材料 低应力脆性断裂：无宏观塑性变形下断裂，如高强度的锤杆，应选强
灰口铸铁：碳以石墨形式存在，断口呈灰色
白口铸铁：碳以渗碳体形式存在，断口白色
麻口铸铁：按用途：碳素结构钢、碳素工具钢
按石墨的形态：
灰口铸铁：钢基+片状石墨，强度、塑性、韧性不 如钢，减震性好、缺口敏感性低，适于制各种承受 压力和要求消震的床身、机架、箱体、缸体、壳体
可锻铸铁：铸态白口铸铁热处理成，高强度、塑性、 冲击韧性，制汽车后桥外壳、管接头、低压阀门
韧性材料 疲劳断裂：交变应力作用下的裂纹形成、扩展造成断裂，如齿轮，应
表面强化处理
表面损伤失效：磨损、腐蚀、表面疲劳
选材的经济性原则：材料价格、加工费用等 其他因素：环保、市场等
根据工艺性能选材
铸造性能
金属构件承载不大，受力简单而结构复杂，尤其是具有复 杂内腔结构
铸造性能：铸造铝合金和铜合金>灰口铸铁>铸铁>铸钢
铝及铝合金 铜及铜合金
铝及铝合金
纯铝：纯度98%~99.996%，密度小、导电、导热性 优良；主要用于科研及制造电容器
铝合金：纯铝强度低，加入合金以提高强度
变形铝合金
1.防锈铝合金：含锰、镁等，不可热处理强化，耐蚀性好，用于制 造高耐蚀性薄板容器
2.硬铝：含铜、镁等，强度、硬度高（与高强钢相近），塑性低、 韧性差，用于制造飞机大梁、螺旋桨、铆钉等
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金 2.1.4 造型设计中金属材料的选用
2.1.2 钢铁材料
钢铁材料可分为三大类：
纯铁 (c<=0.02%)
塑性好、强度低，主要用于制造磁铁
钢 (0.02%<=c<2.11%) 铸铁 (c>=2.11%)
3.超硬铝合金：含锌、铜等，强度接近超高强度钢 4.锻铝：含镁、硅、铜等，热塑性、耐蚀性好，适于锻造，用于航
空等形状复杂、要求强度较高的锻件
铸造铝合金：要求有良好的铸造性能，分为铝硅、铝铜、 铝镁、铝锌四系。
铜及铜合金
1.纯铜（紫铜）：纯度99.5%~99.95%, 极好的塑 性, 抗蚀、导电、导热性、抗磁性极好，用于电工 导体和防磁器械
锻造性能
承载较大、受力复杂的构件 热锻性：低碳钢>中碳钢>高碳钢
焊接性能
体积较大，要求气密性好，能承受一定压力，如输气管道、 蒸汽锅炉等
钢材最适合焊接，含碳和合金元素越多，焊接性能越差； 铝合金、铜合金焊接性较差，灰口铸铁基本不能焊接
2.黄铜：含锌<50%
普通黄铜：含锌<32%, 极好的变形能力，用于弹壳等；
含锌>32%：热加工黄铜(含锌40%), 强度较高，含铜量 少，价格低、用于制作电器上的导电、耐蚀及有一定强 度的结构件
特殊黄铜：加入锡、铅、铝等元素
3.青铜 锡青铜：一般含锡3%~14%, 强度、塑性增加
特殊青铜：指不含锡的青铜，如铝青铜、铍青铜等，比 锡青铜具有更高的力学性能、耐磨性与耐蚀性。
2.1.2 钢铁材料
钢 (0.02%<=c<2.11%)
碳钢
按含碳量：低碳钢、中碳钢、钢碳钢 按品质：普通碳素钢、优质碳素钢 按用途：碳素结构钢、碳素工具钢
合金钢
合金结构钢：合金弹簧钢、合金轴承钢等 合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢 特殊用途钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢
铸铁 (0.02%<=c<2.11%)
球墨铸铁：铁水+球化剂，铸造性优良，取代了可 锻铸铁，制造受力复杂、负荷大、耐磨的铸件，如 曲轴、凸轮轴、齿轮、蜗轮蜗杆、活塞、工作缸等
第一节 常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金 2.1.4 造型设计中金属材料的选用
2.1.3 有色金属及其合金
产品造型材料与工艺
第三讲
第二章 金属材料及其加工技术
第一节 常用金属材料及其特性 第二节 金属材料成型与工艺性 第三节 金属表面处理与装饰技术
第一节 常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金 2.1.4 造型设计中金属材料的选用
第一节 常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类 2.1.2 钢铁材料 2.1.3 有色金属及其合金
2.1.4 造型设计中金属材料的选用
2.1.4 造型设计中金属材料的 选用
金属材料设计是造型设计的重要组成部分，它 包括：
材料的选用 材料加工工艺的制定
造型设计中，金属材料的选用是一个复杂的决 策问题，它需要：
①良好的导电性和导热性； ②正的电阻温度系数；且绝大多数金属具有超导性； ③良好的反射能力、不透明性及金属光泽； ④良好的塑性变形能力（延展性）
反映出金属的本质：
有特殊光泽 优良的导电性和导热性 是良好的塑性变形固体物质
2.1.1 金属材料的特性及分类
金属材料的性能
①使用性能 使用过程中表现出来的性能
机械(力学)性能：强度、塑性、弹性 、刚度等 物理性能：导热性、导电性、热膨胀性、磁性等 化学性能：抗蚀性、抗氧化等
②工艺性能 制造和加工过程中表现出来的性能
如铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处 理性能等
2.1.1 金属材料的特性及分类
常用金属材料的分类
第一节 常用金属材料及其特性
2.1.1 金属材料的特性及分类
金属的微观特性
结合键：晶体的结合力。固体状态下，原子 （离子或分子）聚为晶体，原子之间产生较 强的相互作用力
金属晶体中，价电子弥散在整个体积内，所 有金属离子皆处于相同的环境之中
结合键没有饱和性、方向性和选择性
2.1.1 金属材料的特性及分类
金属的宏观特性
首先要掌握金属材料理论及其应用知识 明确目标及限制条件Байду номын сангаас 进行必要的试验和选材方案对比
如何进行金属材料的选材？
先掌握几个基本的选材原则
造型设计中金属的选材原则
根据使用性能选材
变形失效：弹性变形和塑性变形影响形状、尺寸精度
重要螺栓、弹簧、精密丝杠等，应选高弹性模量材料
断裂失效：
塑性断裂：明显塑性变形后断裂，应选高强度材料 低应力脆性断裂：无宏观塑性变形下断裂，如高强度的锤杆，应选强