第二章 设计材料的分类及特性

1.工艺方法
木材至今仍然是一种优良的造型材料， 用途极广。 这是由于木材具有易锯、易 刨、易打孔、易组合等加工成型特性， 加之木材表面的纹理能给人以纯朴、自 然、舒适的感觉。
1.工艺方法
塑料制品的品种和数量日益增多，这不 仅是由于塑料的原料易得、性能优良(如 重量径、绝缘性好、耐腐蚀、耐药品、 有绝热性等)、表面富有装饰效果和不同 质感，还因为塑料的可塑性特别强，几 乎可以采用任何方法自由加工成形，塑 造出几何形体非常复杂的产品。
表面处理技术是指采用诸如表面电镀、涂装、 研磨、抛光、覆贴等能改变材料表面性质与 状态的表面加工与装饰技术。
1 表面处理的目的
表面处理的目的
1）保护产品：保护材料本身赋予产品表面的光泽、色 彩、肌理等而呈现出的外观美，并提高产品的耐用性， 确保产品的安全性， 2）根据产品造型设计的意图，改变产品表面状态、赋 予表面更丰富的色彩、光泽、肌理等，提高表面装饰 效果，改善表面的物理性能(光性能、热性能、电性能 等)、化学性能(防腐蚀、防污染、延长使用寿命)及生 物学性能〔防虫、防腐、防霉等)，使产品表面有更好 的感觉特性。
2.4.2 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。
1 表面处理的目的
什么是表面处理：
材料对光的反射、透射、折射的性质。 如材料对光的透射率愈高，材料的透明 度愈好，材料对光的反射率高，材料的 表面反光强，为高光材料。
2.3.2 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。
5.磁性能
磁性能是指金属材料在磁场中被磁化而 呈现磁性强弱的性能。按磁化程度分为：
铁磁性材料——在外加磁场中，能强烈被磁 化到很大程度，如铁、铂、镍等。 顺磁性材料——在外加磁场中，只是被微弱 磁化，如锰、铬、钼等。 抗磁性材料——能够抗拒或减弱外加磁场磁 化作用的材料，如铜、金、银、铅
6.光性能
2.4.1 材料的成型加工
成型加工工艺对设计效果的影响因素很 多，主要从以下几个方面反映出来。 1.工艺方法 2.工艺水平 3.新工艺的采用 4.工艺方法的综合运用
1.工艺方法
不同的材料有不同的成型加工方法。钢 铁材料的成型加工工艺性能优良，而且 成型方法很多，可采用铸造、锻压、焊 接、切削加工(如车、钻、镗、磨、铣、 刨等)等方法制造出许多机械设备和日用 产品；
2.2 材料特性的评价
2.2 材料特性的评价
2.3 材料固有特性
2.3.1 材料的物理性能
1 材料的密度 2 力学性能
①强度： ②弹性和塑性： ③脆性和韧性 ④硬度 ⑤耐磨性
2 力学性能
①强度：指材料在外力(载荷)作用下抵抗 塑性变形和破坏作用的能力。材料抵抗 外力产生明显塑性变形的能力称为屈服 强度。 由于外力作用方式不同，材料的强度可 分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和 抗剪强度等。
2.2 材料特性的评价
2.2 材料特性的评价
材料所呈现出的性能是材料内部结构的 外在表现，受材料内部的微观结构所制 约，这种内部结构只有用特殊的方法才 能被观察到，它的变化通过材料性能变 化被人们所感知，这就是我们对材料有 “硬”与“软”、“脆”与“韧”、对 某种环境“敏感”与“不敏感”的感性 认识。
1.按材料的来源分类
智能材料或应变材料——随环境条件的 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
3.按材料的形态分类
(1)线状材料 设计中常用的有钢管、钢 丝、铝管、金属棒、塑料管、塑料棒、 木条、竹条、藤条等。图2—1为采用金 属丝制作的椅子。
3.按材料的形态分类
1 表面处理的目的
2 表面处理的类型
（1）表面被覆
在原有材料表面堆积新物质的技术，依 据被覆材料和被覆处理方式的不同，表 面被覆处理有镀层被覆、有机涂层被覆、 珐琅被覆等。
（1）表面被覆
①镀层被覆：镀层被覆技术能在制品表 面形成具有金属特性的镀层，金属镀层 不仅能提高制品的耐蚀性和耐磨性，而 且能够增强制品表面的色彩、光泽和肌 理的装饰效果，因此能保护和美化表面， 提高产品的档次。
2.4 材料的工艺特性
2.4 材料的工艺特性
图2—6为Laborious钟，其造型简洁、明快。在 这个产品中充分运用了各种加工和表面处理方 法，不同的加工方式和工艺技巧产生了不同的 效果。 它采用整块不锈钢板加工而成，采用 了：冲孔、弯曲、切割、铆接、研磨、抛光、 涂饰等工艺手段，突出了机械美所特有的力量 感和现代感。
1.工艺方法
相同的造型，由于所选材料和工艺方法不同， 其造型结构也发生相应的变化，以至最终的外 观造型效果也有一定差别。 如图2—7所示，(a)为铸造成型；(b)采用厚钢 2 7 (a) (b) 板焊接成型；(c)采用薄钢板弯折成型(为了增 加结构强度，在构件上焊接一块加强板)。
1.工艺方法
2.工艺水平
1 表面处理的目的
表面处理技术．既可使相同材料具有不同的感 觉特性(同材异质感)，又可使不同材料获得相 同的感觉特性(异材同质感)，如图2—8所示。 如电镀不仅可改变塑料表面性能，而目可使塑 料表面呈现金属的光泽和质感； 表面涂覆工艺不仅使金属获得符合设计要求的 色彩，还可获得仿木纹、仿皮革、仿纺织物等 各种肌理。
材料、结构和工艺方法均相同，但由于工艺水 平不同，所获得的产品质量也不同. 例如，同样的零件需要铸造成型。采用翻砂铸 造，所得零件粗糙，尺寸精度很低；采用熔模 铸造，零件的精度和表面质量就可提高很多。 又如，为了提高机床外观质量，改变过去傻大 粗黑的造型，机床铸件应采用方形小圆角．显 出棱角分明，形体平面平整光洁。但由于铸造 工艺水平低，铸件很难满足要求。为了提高外 观精度，许多精密机床的外表面不得不进行粗 加工、以弥补铸件精度低的缺陷。 因此，提高工艺水平是保证产品造型效果的基 本手段。
2 力学性能
②弹性和塑性：弹性指材料受外力作用 而发生变形．这一变形称为弹性变形； 塑性指在外力作用下产生变形，当外力 去除时，仍能保持变形后的形状，而不 恢复原形的性能。这一变形称为永久变 形
2.3.1 材料的物理性能
3.热性能
①导热性： ②耐热性： ③热胀性 ④耐燃性 ⑤耐火性
3.热性能
①导热性：材料将热量从一侧表面传递 到另一侧表面的能力，通常用导热系数 来表示。导热系数大，是热的良导体， 如金属材料；导热系数小，是热的绝缘 体，如高分子材料。
2.4.1 材料的成型加工
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。 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。 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。 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。
2.3.2 材料的化学性能
①耐腐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀破 坏的能力。 ②抗氧化性：材料在常温或高温时抵抗 氧化作用的能力。 ③耐候性：材料在各种气候条件下，保 持其物理性能和化学性能不变的性质。
玻璃、陶瓷的耐候性好，塑料的耐候性差。
2.4 材料的工艺特性
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。 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。 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。
3.按材料的形态分类
(2)板状材料 设计中所用的板材有金属 板、木板、塑料板、合成板、金属网板、 皮革、纺织布、玻璃板、纸板等。图2— 2为采用胶合板材制作的凳子。
3.按材料的形态分类
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。
3.热性能
②耐热性：材料长期在热环境下抵抗热 破坏的能力，通常用耐热温度来表示。 晶态材料以熔点温度为指标(如金属材料、 晶态塑料)；非晶态材料以转化温度为指 标(如非晶态塑料、玻璃等)。
3.热性能
③热胀性：材料由于温度变化产生膨胀 或收缩的性能，通常用线膨胀系数表示。 热胀系数以高分子材料为最大，金属材 料次之，陶瓷材料最小。
1.工艺方法
相同的材料和结构方式，采用不同的工艺方法， 所获得的外观效果差异较大。 例如，用同样的钢板材料，弯板制作电气控制 柜．用手工方法卷板成型很难达到预期效果， 且费时、劳动强度大；而采用机器弯板成型工 艺方法，成型准确，外观平滑整齐、美观，生 产效率高，适合弯折复杂的断面，是目前钢板 成型的较好工艺方式。
4.工艺方法的综合应用
设计师虽然不直接动手参与材料的加工 成型，但是必须了解所设计的产品是否 有可能采用某种技术来加工成型。
设计师必须充分了解各种材料的特 性与适合该材料的各种成型技术。 性与适合该材料的各种成型技术。
2.4.2 材料的表面处理
产品设计是为了使所创造的产品与人之 间取得最佳匹配的活动，而与人的关系 还表现于视觉与触觉的世界，也就是材 料表面的世界。
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。
1.按材料的来源分类
合成材料——利用化学合成方法将石油、 天然气和煤等原料制造而得的高分子材 料，如塑料、橡胶、纤维等。
1.按材料的来源分类
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
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1.按材料的来源分类
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、如 木材、竹、棉、毛、皮革、石材等。
1.按材料的来源分类
3.新工艺的采用
4.工艺方法的综合应用
由于不同的成型方式各具特点，以及生 产设备、技术水平、加工成本等方面的 限制，因而不同的成型加工方式对产品 造型设计提出生产工艺方面的要求也不 同。
4.工艺方法的综合应用
如铸件产品的造型设计要有适宜的脱模斜度、 合理的结构和壁厚，以便于脱模和减少模具制 作的困难，降低成本； 切削加工件的造型在设计上要方便刀具的正常 出入； 模压产品设计要有一个合理的分型面，为了使 材料充满模具，外形应力求简单、平直，并尽 可能避免多孔、深孔、拉伸度过长的产品造型。
3.新工艺的采用
新工艺代替传统工艺是提高产品造型效 果的有效途径。随着科学技术的深入发 展，先进工艺和新技术不断涌现．如精 密铸造、精密锻造、精密冲压、挤压、 模锻、轧制和粉末冶金工艺等使毛坯趋 于成品。在加工中电火花、电解、激光、 电子束和超声加工等工艺的发展，使难 加工材料、复杂形面、精密微孔等的加 工变得较为容易和方便。
3.热性能
④耐燃性：材料对火焰和高温的抵抗性 能。根据材料耐燃能力可分为不燃材料 和易燃材料。
3.热性能
⑤耐火性：材料长期抵抗高热而不熔化 的性能。
耐火材料按耐火度又分为耐火材料、 难熔 材料和易熔材料。
4.电性能
1）导电性：材料传导电流的能力。通常用电 导率来衡量导电性的好坏。电导率大的材料导 电性能好。 2）电绝缘性：与导电性相反，通常用电阻率、 介电常数和击穿强度来表示。电阻率是电导率 的倒数，电阻率大，材料电绝缘性好；击穿强 度越大，材料电绝缘性愈好；介电常数越小 , 材料的电绝缘性越好。