设计材料工艺学课件

,*,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,设计材料工艺学,主编：郑建启,1,武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,内容提要,设计材料工艺学,是工业设计专业的一门必修专业基础课。全书内容共八章。第一章着重探讨“设计、材料、工艺”的关系，探讨了设计中的材料因素、材料与造型的发展、材料与工艺的关系，总结了设计材料、工艺的分类，阐述了设计材料的性能、基本特征和感觉特性；第二章从设计选材的角度展开论述，提出了设计材料工艺的适应性系统，论述了内部因素、外部因素相适应的选材原则、设计选材的基本程序和适合标准；第三至第七章则以材料的应用为切入点，着重介绍设计材料的类别、用途、成型加工及表面处理工艺，并结合具体的应用实例比较了材料及工艺在设计中的运用；第八章着重介绍发展中的新材料、新工艺；第九章在前几章的基础上,总结了设计、材料与工艺之间互为因果的辨证关系 。,适用于：高校工业设计、艺术设计专业教材,工业设计师和相关技术人员参考书,武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,本书主要特色,探讨设计、材料工艺的关系，不过多涉及专业理论,1,从设计师的角度阐述材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,本书主要特色,区别于自然系统，从人的目的、意图、用途等角度来,探讨设计系统、设计选材的内部因素和外部因素、,设计选材的适合性标准,2,提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准,1,从设计师的角度阐述材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,本书主要特色,2,提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准,1,从设计师的角度阐述材料与工艺,材料和工艺相结合,各类设计材料的用途、分类及其成型、加工、,表面处理工艺相结合,3,武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design,2,提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准,1,从设计师的角度阐述材料与工艺,3,材料和工艺相结合,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,4,用图片、图表加强形象化、系统性,图片更直观、形象,图表更完整、系统,本书主要特色,2提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准1从设计师的角度阐,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,本书主要特色,2,提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准,1,从设计师的角度阐述材料与工艺,3,材料和工艺相结合,4,用图片、图表加强形象化、系统性,结合典型设计实例，分析材料工艺在设计中的应用,典型实例，深入分析,5,武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,2,提出设计选材的适应性系统和适合性评价标准,1,从设计师的角度阐述材料与工艺,3,材料和工艺相结合,4,用图片、图表加强形象化、系统性,5,结合典型设计实例，分析材料工艺在设计中的应用,6,文字简洁，通俗易懂,7,按工业设计专业教材编写,本书主要特色,武汉理工大学艺术与设计学院 Art and Design,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,目 录,第一章,概 论,第二章,设计选材的适应性系统,第三章,金属材料与工艺,第四章,无机非金属材料与工艺,第五章,天然有机高分子材料与工艺,第六章,合成高分子材料与工艺,第七章,纤维复合材料与工艺,第八章,发展中的新材料,第九章,总结,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一章,概 论,目 录,第一章 概论,导言,第一节,设计材料工艺学,课程综述,第二节 设计材料工艺的分类,第三节 设计材料的感觉特性,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一章,概 论,本章概要：,本章第一节介绍了,设计材料工艺学,的课程性质、学习方法以及与设,计专业其它课程的关系，第二节至第四节分别介绍了设计与材料工艺的,关系、设计材料与工艺的分类、以及设计材料的感觉特性。,教学目标：,通过学习本章，学生能够在了解本课程学习方法的基础上，更加有效地,学习本书的后续章节。,课前准备：,要求学生在课前阅读本书的前言与目录部分，对本书的主要内容作初步,了解。,教学硬件：,普通教室,学时安排：,本章建议安排,2,4,个课时，任课教师可根据实际需要安排。,导 言,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一章,概 论,第一节 设计材料工艺学课程综述,一、,设计材料工艺学,课程简介,二、 学习,设计材料工艺学,课程的方法,（一）在学好知识的基础上注重能力的培养,（二）采用灵活多样的教学手段,提高学生的学习兴趣,（三）理论与实践相结合、与其他课程的联系,三、与其他课程的联系,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一章,概 论,第二节,设计材料工艺的分类,一、设计材料的分类,（一）岛村昭治历史分类法,（二）物质结构分类,（三）材料加工度分类法,设计用材料如按加工度来分可,分为天然材料、加工材料与人造材料三种。,（四）材料形态分类法,设计材料,金属材料,无机非金属材料,有机高分子材料,合成高分子材料,复合材料,黑色金属,有色金属,特殊金属材料,陶瓷、玻璃、石材等,木材、竹、藤等,塑料、合成橡胶、涂料等,等,金属基复合材料,陶瓷基复合材料,高聚物复合材料,材料的分类,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一章,概 论,二、设计材料的工艺分类,（一）材料的成型加工工艺,（二）材料的表面处理工艺,人造大理石,人造水晶,人造皮革,石材 木材,第二节,设计材料工艺的分类,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一章,概 论,第三节 设计材料的感觉特性,一、材料的质感,质感是物体表面由于内因和外因而形成的结构特征，通过触觉和视觉所产生的综合印象，作为工业设计的三大感觉要素（形态感、色彩感和材质感）之一的质感，体现的是物体构成材料和构成形式而产生的表面特征。,（一）质感的生理属性,1.,触觉质感,2.,视觉质感,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,三大,感觉要素,生理属性,物理属性,色彩感,形态感,材质感,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一章,概 论,第三节 设计材料的感觉特性,一、材料的质感,（二）质感的物理属性,1.,自然质感,自然质感是固有的，符合物体质材构成实况的质感。,2.,人为质感,人为质感与自然质感不同，强调的是材料经人为加工后产生的工艺美和技术美。根据设计要求、效果的不同可分为同材异质感和异材同质感两种。,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,伴侣几,（设计师：朱小杰）,zippo,打火机表面,（生产商：美国,ZIPPO,公司）,人 为 质 感,突出工艺美、技巧性强,以,“,新,”,为贵,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一章,概 论,第三节 设计材料的感觉特性,二、质感设计的形式美法则,（一）调和法则,调和法则,使整体各部位的物面质感统一和谐。,（二）对比法则,对比法则就是整体各部位的物面质感有对比的变,化，形成材质的对比、工艺的对比。,（三）主从律,强调在产品的质感设计中要有重点。,所谓重点是反映事物的外在因素在排列组合时要,出中心，主从分明。,（四）适合律,各种质材有明显的个性，在质感设计中应充分考虑,到质材的功能和价值，质感应与适用性相符。,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,质感运用的形式美基本法则,配,比,率,调,和,法,则,对,比,法,则,主,从,律,要有,设计的重点,适,合,律,质感与,适用性相符,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一章,概 论,质 感,设 计,1,、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。,提高,适用性,表现,真实性,价值性,4,、表现真实性和价值性,良好的质感设计往往决定整体设计的真实性和价值性。,增加,装饰性,2,、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，,能补充形态和色彩所难替代的形式美。,获得,多样性,经济性,3,、获得多样性和经济性,良好的人为质感设计可以替代和补救自然质感，可以节约大量珍贵的自然材料，达到工业产品整体设计的多样性和经济性。,第三节 设计材料的感觉特性,三、质感设计的作用,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第二章,设计选材的适应性系统,目 录,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第二章 设计选材的适应性系统,导言,第一节 设计选材的适应性,第二节 设计选材的适应性原则,第三节 设计选材的程序,文献阅读指南,思考题,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第二章,设计选材的适应性系统,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,本章是本书的理论基础。与传统材料工艺类教材不同的是，编者在事,理学理论的基础上，用系统论的观点审视设计选材，提出了设计选材的适,应性原则。,本章概要：,本章介绍了设计选材的适应性原则和设计选材的基本程序，提,出设计选材应该以材料工艺内部因素和外部因素相适应为起,点，以适度为标准，选择相对适合的材料与工艺。,教学目标：,通过学习本章，学生能理解设计选材的适应性原则，这对学习,把握本书的后续章节有重要的作用。,课前准备：,学生可在课前阅读系统科学相关书籍。,教学硬件：,普通教室,学时安排：,本章建议安排,4,8,个课时，任课教师可根据实际需要安排。其中教师讲授课时占,80%,，学生讨论课时占,20%,。,导 言,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第二章,设计选材的适应性系统,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一节,设计选材的适应性,设计选材是产品设计的重要环节，选 择合适的材料与工艺作为产品设计的物质技术基础，对设计概念转化为产品实物起着关键的作用。,一、设计选材的复杂化,二、设计选材的适应性要求,适 应,适应是设计目标确定后开始实施的阶段,适 度,适度是设计过程中的行为准则,适 合,适合是设计的最后结果以及应该达到的目标,设计的适应性系统的应用原则由系统的内部因素、外部因素和系统的,目的三个要素构成。,”,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第二章,设计选材的适应性系统,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第二节,设计选材的适应性原则,选材作为设计的适应性系统中人的行为的一部分，具有适应性。,在设计选材过程中，需要考察的因素包括如下两部分：,铁锅和木柄勺子,（一）材料的物理性能,（二）材料的化学性能,（三）材料的机械性能,一、内部因素,材料与工艺内部因素，包括材料的物理性能、化学性能、机械,性能和加工性能等。为适合设计专业教学需要，剔除了材料的,分子结构等内容。,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第二章,设计选材的适应性系统,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第二节,设计选材的适应性原则,课内讨论题：,1.,图,2-12,中显示的产品（电线、电线杆、袜子、凳子、钓鱼杆等），说出它们的主要需要那一种机械性能？,部分日常用品图,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第二章,设计选材的适应性系统,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第二节,设计选材的适应性原则,（一）功能需求（二）安全性,（三）外观需求（四）市场与经济因素,（五）与材料相关的政策法规,（六）环境因素,二、外部因素,外部因素包括产品的功能需求、安全性、外观需求、市场因素（材料可达性、成本、社会流行趋势）、国家相关政策法规、环境因素等。,综上所述，设计选材的适应性原则是指以材料工艺内部因素和外部因素相适应为起点，以适度为评价标准，最终选择出相对适合的材料与工艺。,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第二章,设计选材的适应性系统,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第三节 设计选材的程序,根据设计选材的,“,适应性原则,”,，可以拟定以下程序：,第一步：针对特定产品，研究系统中材料工艺之外的需求与限定：,第六步：如果有必要，重复上面的第三、四、五步。,第二步：针对特定产品，综合分析外部因素中的主要因素和次要因素。,第三步：根据主要因素选择系统内部因素（材料的物理性能、机械性能、化学性能、尺寸性能以及加工性能）。,第四步：根据次要因素选择系统内部因素（材料的物理性能、机械性能、化学性能、尺寸性能以及加工性能）。,第五步：根据内部因素确定一系列符合要求的材料，通过制作模型，以内,部因素与外部因素相适应的程度为标准，对这些材料行评,估比较，选出其中相对而言更合适的材料。,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第二章,设计选材的适应性系统,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,文献阅读指南：,本章主要介绍了设计选材的适应性特征、适合性原则、设计选材的目标与基本程序。,司马贺著武夷山译的,人工科学,（上海科技教育出版社,2004,年版）第一、二、五章对人工物的适应性特征有比较深刻的论述。,柳冠中编著的,事理学论纲,（中南大学出版社,2006,年版）第二章对设计科学的适应性系统有比较全面的论述。,另外，杰姆斯,伽略特著常初芳译的,设计与技术,（科学出版社,2004,年版）对材料的性质有初步的介绍。,对材料与工艺进一步的了解可参见本书的后续章节。,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第二章,设计选材的适应性系统,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,思考题：,1,为什么说设计选材的过程具有适应性的特征，这些特征体现在哪些方面？试举例说明。,2,试举例说明设计选材的,“,适应性原则,”,的具体应用？,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,目 录,第三章 金属材料与工艺,导言,第一节 金属材料概述 第二节 金属材料的性能,第三节 设计中常用的金属材料 第四节 金属成型加工工艺,第五节 金属切削和连接加工工艺,第六节 金属材料的表面处理工艺,第七节 设计中金属材料与工艺的选择及其应用实例,文献阅读指南,思考题习题,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,本章是本书的理论基础。与传统材料工艺类教材不同的是，编者在事理学理论的基础上，用系统论的观点审视设计选材，提出了设计选材的适应性原则。,本章概要：,本章介绍了设计选材的适应性原则和设计选材的基本程序，提,出设计选材应该以材料工艺内部因素和外部因素相适应为起,点，以适度为标准，选择相对适合的材料与工艺。,教学目标：,通过学习本章，学生能理解设计选材的适应性原则，这对学习,把握本书的后续章节有重要的作用。,课前准备：,学生可在课前阅读系统科学相关书籍。,教学硬件：,普通教室,学时安排：,本章建议安排,4,8,个课时，任课教师可根据实际需要安排。其中教师讲授课时占,80%,，学生讨论课时占,20%,。,导 言,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,一、金属材料应用的发展历史及现状,金属是一种伴随人类物质文明发展的重要材料。,第一节 金属材料概述,曾侯乙墓出土的战国时期编钟,（引自,）,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一节 金属材料概述,二、 产品设计与金属材料,造物是为人类创造合理的使用方式。,产品作为设计的最终产物，是以一定的,物化形态存在，故物质材料是设计得以,实现的基础。,在现今日常生活和工业生产中能接,触到的产品小到锅、勺、刀、剪、手机、,电脑，大到机械,设备、交通工具、,航天飞机、大型,建筑物等，都离,不开金属材料。,茶壶和椭圆碟子,（生产商：阿莱西）,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第一节 金属材料概述,金属材料的分类,三、金属材料的分类,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,一、金属的特性,第二节,金属材料的性能,1.,具有良好的导电和导热性能；,2.,表面具有金属所特有的色彩与光泽；,3.,具有良好的延展性，易于加工成型；,4.,可以制成金属间化合物，可以与其他金属或非金属在熔融态下形成合金，以改善金属的性能；,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,二、金属材料的机械性能,（一）强度,强度是指金属材料抵抗外力荷载而不致失效的能力。,（二）塑性,塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不,被破坏的能力。,（三）硬度,硬度是金属材料抵抗更硬物体压入其内的能力。,（四）韧性,冲击韧性是指金属材料抵抗冲击载荷的能力。,（五）疲劳强度,疲劳强度是指材料经受无数次应力循环时的最大应力。,（六）弹性变形,弹性变形是指材料在产生变形之后，取消应力可以恢,复到原来形状的能力。,材料受力时的强度变化示意图,第二节,金属材料的性能,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,三、金属材料的加工性能,（一）铸造性,金属材料的铸造性包括流动性、收缩性和偏析倾向等 。,（二）锻压性,金属材料的锻压性是指金属能否用锻压方法制成优良锻压件的性能。,（三）焊接性,金属材料的焊接性是指它易于用焊接方法连接起来，而且不需附加特殊措施即能获得优良焊接质量的性能。,（四）切削加工性,金属材料的切削加工性是指它是否易于被刀具切削的性能。,第二节,金属材料的性能,图,3-6,材料受力测试示意图,课内讨论题：,2.,结合生活中一些金属材料的应用实例（如保险丝对电路的保护、铸造的下水道盖等），试分析它们所选用材料的物理属性和化学属性特征。,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,一、产品设计中常用的黑色金属,第三节 设计中常用的金属材料,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,一、产品设计中常用的黑色金属,第三节 设计中常用的金属材料,(,一,),纯铁,纯铁是指含碳量,c,在,0.02%-0.04%,的铁。,(,二,),铸铁,铸铁是指含碳量,c,在,2.11%,以上的铁碳合金 。,1.,灰口铸铁,2.,可锻铸铁,3.,白口铸铁,4.,球墨铸铁,5.,蠕墨铸铁球墨铸铁微观组织,使用铸铁为材料的室外家具,灰口铸铁,球墨铸铁,白口铸铁,可锻铸铁,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第三节 设计中常用的金属材料,(,三,),钢,钢是指以铁为主要元素,含碳量,c,在,0.02%-2.11%,的铁碳合金。,钢的分类：,碳素,钢,普通碳钢,优质碳钢,合金,钢,合金结构钢,低,合,金,结,构,钢,渗,碳,钢,调,质,钢,弹,簧,钢,滚,动,轴,承,钢,易,切,削,结,构,钢,合金工具钢,特殊性能钢,刃,具,钢,模,具,钢,不,锈,钢,耐,热,钢,耐,磨,钢,钢,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第三节 设计中常用的金属材料,(,三,),钢,(1),碳素钢：碳素钢（简称碳钢）是指含碳量大于,0.0218%,而小于,2.11%,的铁碳合金。,普通碳素钢。,碳素结构钢。,碳素工具钢。,(2),合金钢：合金钢是指在碳钢的基础上，适量地加入一种或几种其它元素而形成具有特殊性能的钢。,合金结构钢。,合金工具钢。,高速工具钢。,特殊性能钢。,开瓶器,（生产商：阿莱西）,iPOD,（生产商：苹果公司）,平衡杯,（设计师：卡尔,马特斯）,榨汁机,（生产商：阿莱西）,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第三节 设计中常用的金属材料,二、产品设计中常用的有色金属,(,一,),铝及铝合金,1.,纯铝,2.,铝合金,3.,铝及铝合金的应用,课内讨论题：,3.,不锈钢的应用在厨具和餐具中非常广泛，为什么一般不使用其它的金属材料？试分析其原因（从材料的基本性能、用具的使用环境等方面去分析）。,铝合金分类示意图,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第三节 设计中常用的金属材料,3.,铝及铝合金的应用,全新,捷豹,XK,敞篷,跑车,及双门,跑车,（引自汽车之家杂志）,课内讨论题：,4.,全球每年使用易拉罐的数量达到了约,2100,亿只，其中大部分是铝制的，为什么易拉罐大多采用铝材料？为什么有的饮料（如旺仔牛奶、八宝粥）要用铁制易拉罐？,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第三节 设计中常用的金属材料,(,二,),铜及铜合金,铜具有优良的导电性和导热性。由于纯铜的强度,不高，在实际运用中通常是以紫铜（纯铜）、黄铜、,白铜、青铜等合金形式出现。,1.,纯铜,纯铜是玫瑰红色金属，常呈紫红色，故又名紫铜,，其熔点为,1083,，密度约为,8.89/m3,晶体结构为,面心立方体，具有良好的导电性能。,2.,铜合金,铜合金是指以纯铜为基体加入一种或几种其他元,素所构成的合金。,3.,铜及铜合金的应用,铜合金,白铜,青铜,黄铜,课内讨论题：,5.,试分析日常用的人民币硬币一角、五角和一元分别是使用什么金属材料铸造的？在选择材料时,主要考虑那些因素？,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第三节 设计中常用的金属材料,(,三,),镁及镁合金,1.,镁,镁是地球上储量丰富的轻金属元素，它的密度为,1740kg/m3,，,约为铝的,64%,、锌的,25%,、钢的,33%,。镁不仅具有优良的性能，,而且是日常应用中最轻的结构金属。,2.,镁合金,镁合金是指在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土元素形成,的合金。,镁合金按加工方法可以分为变形镁合金和铸造镁合金。,3.,镁及镁合金的应用,镁合金作为目前密度最小的金属结构材料之一，广泛应用于航空航天工业、军工领域、交通领域（包括汽车工业、飞机工业、摩托车工业、自行车工业等）、,3C,领域等。,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第三节 设计中常用的金属材料,(,四,),其他合金金属,钛及钛合金,(1),纯钛,:,(2),钛合金,:,(3),钛及钛合金的应用,:,2.,锌及锌合金,3.,轴承合金,4.,锡合金,5.,低熔点合金,6.,粉末合金,图,3-33,索尼,VAIO B,笔记本电脑,（生产商：日本索尼）,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第四节 金属成型加工工艺,金属材料的成型加工按其特点分为冷加工和热加工。,热加工成型有液态成型、塑性成型、固态成型三种方法。,金属材料的成型加工,冷加工,热加工,液态成型,塑性成型,固态成型,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第四节 金属成型加工工艺,一、铸造成型,铸造工艺通常包括以下三个阶段：,1,铸型准备：,2,铸造金属的熔化,与浇注：,3,铸件处理和检验：,（一）普通砂型铸,造,1.,湿砂型和干砂型,2.,化学硬化砂型,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,砂型铸造示意图,（二）特种铸造,1.,熔模铸造,熔模铸造的特点：,（,1,）铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一。,（,2,）可制造形状复杂铸件，对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出；,第四节 金属成型加工工艺,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,2.,壳型铸造,3.,实型铸造,4.,陶瓷型铸造,5.,金属型铸造,6.,压力铸造,7.,连续铸造,8.,低压铸造,9.,离心铸造,陶瓷型铸造示意图,第四节 金属成型加工工艺,压铸原理示意图,水平式连续铸钢锭示意图,低压铸造工艺流程图,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,（,3,）铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著的优越性；,（,4,）生产批量基本不受限制，既可成批、大批量生产，又可单件、小批量生产；,（,5,）工序繁杂，生产周期长，生产成本较高，铸件不宜太大、太长。,熔模铸造工艺流程图,课内讨论题：,6.,我国古代有许多优秀的青铜工艺制品都是采用了失蜡铸造制作而成，试列举三到五个例子。,第四节 金属成型加工工艺,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,（三）铸造新工艺,1.,快速凝固,2.,定向凝固,3.,复合铸造,4.,镶铸工艺,课内讨论题：,7.,许多家庭使用的门把手采用了压力铸造的工艺。为什么压力铸造这种加工工艺不太可能用于短周期生产呢？,第四节 金属成型加工工艺,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,2.,自由锻,3.,模锻,4.,挤压,5.,冲压,6.,拉拔,自由锻示意图,模锻示意图,二、塑性成型,塑性成型即在外力作用下金属材料通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。,（一）塑性成型工艺种类,1.,轧制,轧制示意图,冲压示意图,挤压示意图,图,3-49,拉拔示意图,第四节 金属成型加工工艺,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,三、金属半固态成型,1.,金属半固态成型特点：,2.,半固态金属制备方法,3.,半固态金属成型工艺流程,4.,半固态成型工艺的工业应用,半固态金属成型工艺流程,课内讨论题：,8.,有些汽车的轮毂是由低碳钢冲压而成的，有些则是用铝合金铸造的。是依据什么原理分别采用这两种方式？,第四节 金属成型加工工艺,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,第五节 金属切削和连接加工工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,一、金属切削加工,金属切削是利用刀具和工件作相对运动，从毛坯上切,去多余的金属以获得所需几何形状、尺寸精度和表面,粗糙度的零件，这种加工方法又称为冷加工。,（一）剪切工艺,剪切工艺就是在凸模和凹模之间存在的类似于剪子一,般的行为。,（二）有屑切削,切削是指通过去除切屑，而使材料分离或者减少。,1.,车削,2.,铣削,3.,镗和刨,4.,磨削和拉削,5.,钻和锯,图,3-51,剪切示意图,图,3-52,铣削工艺示意图,设计材料工艺学 Material and Technol,电火花加工原理示意图,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,（三）其他加工,1.,放电加工,2.,喷砂磨损加工,3.,高压水加工,4.,热加工,5.,氧炔焰切割和等离子切割,高压水加工示意图,电子束加工示意图,氧炔焰切割示意图,课内讨论题：,9.,大部分人都有过配钥匙的经历，试讨论它采用了何种工艺，以及工艺流程。,第五节 金属切削和连接加工工艺,电火花加工原理示意图 设计材料工艺学 Material a,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第五节 金属切削和连接加工工艺,二、金属连接加工工艺,（一）焊接基本工艺,金属焊接方法有,40,种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。,熔焊,（,1,）气焊,（,2,）电弧焊,（,3,）埋弧焊和电渣焊,（,4,）钨极氩弧焊,（,5,）电阻焊,（,6,）高频焊,（,7,）闪光焊,（,8,）超声波焊,（,9,）爆炸焊,2.,压焊,3.,钎焊,爆炸焊工艺流程示意图,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,（二）焊接新工艺与发展展望,1.,新技术新工艺,随着社会的进步，新的需求不断提高，金属,材料的连接技术也出现了很多新技术。,（,1,）,电子束焊,（,2,）激光束焊工艺,（,3,）摩擦焊,2.,发展展望,第五节 金属切削和连接加工工艺,课内讨论题：,10.,请问铝制的热水器一旦漏水，应当采取何种焊接方式？,钨极氩弧焊示意图,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第六节 金属材料的表面处理工艺,一、金属材料的表面改性处理,（一）金属材料的热处理,金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并,在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却，并改善材料性能的一种,工艺。,金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。,1.,整体热处理,2.,表面热处理,3.,化学热处理,铝制产品,（引自产品设计,.,北京：艺术与设计出版社）,淬火示意图,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design Institute of Wuhan University of Technology,第六节 金属材料的表面处理工艺,一、金属材料的表面改性处理,（二）其它表面改性方法,1.,喷丸强化,2.,等离子扩渗处理,3.,激光表面处理,4.,电子束表面处理,5.,高密度太阳能表面处理,6.,离子注入表面改性,二、金属材料的表面装饰技术,金属材料的表面装饰技术是保护,和美化产品外观的手段，主要分为表,面着色工艺和肌理工艺。,（一）表面着色工艺,盘子,（设计师：,Afra Scarpa,和,Tobia Scarpa,）,热处理,退火,正火,回火,淬火,设计材料工艺学 Material and Technol,设计材料工艺学,Material and Technology of Design,第三章,金属材料与工艺,武汉理工大学艺术与设计学院,Art and Design I