产品设计工程学基础-材料及成型工艺基础-概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,产品设计,工程基础,周年国 编备,上海交大媒体与设计学院设计系,壹 材料及成型工艺基础,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,材料的开发、使用和发展贯穿着人类历史发展的始终,拓展着人类的生产能力,推动着人类文明的进步和发展,改变着人类的生活,也深深地影响着设计的创新与发展,.,材料使用与时代划分,人们在研究中国历史时依据对材料的使用将人类历史划分,旧石器,时代、,新石器,时代、,陶器,时代,、,青铜器,时代、,铁器,时代,而如今随着新材料的不断涌现和多种材料的综合使用,已很难依据材料来进行历史的划分,.,一、设计与材料,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,一、设计与材料,功能需求,形态需求,物质性能,感知特性,产品功能,形态美感,设 计,材 料,产 品,材料（,Material,）是产品功能和形态的物质载体,一件完美的 产品必定是功能、形态,(,结构,),和材料,(,工艺,),的和谐统一,.,1,、材料,:,设计的物质基础,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,一、设计与材料,设计的变化与发展与材料的应用是相辅相成、相互影响、相互促进和相互制约的,.,2,、材料发展与设计变革,新材料、新工艺的出现，给椅子造型带来了新的生机,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,古代石凳,.,石材不易加工装配,通常整体落地,.,明代花梨木圈椅,.,材质精致、坚硬,线条优美,榫卯连接,表面处理,.,瓦西里椅,.,钢管、帆布,.,以标准件构成,.,新材料、新工艺、新美学,.,胶合板椅,.,胶合板,性能有别于木材,.,热压弯曲成型,.,造型简洁、现代,.,新材料、新工艺的出现，给椅子造型带来了新的生机,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,潘顿椅,.,塑料一次模压成型,造型简洁优美、色彩艳丽,充分体现了塑料的生产工艺和结构特点,.,Sacco,椅,.,乙烯基布袋,.,内装聚苯乙烯泡沫球,.,造型独特、新颖,适宜各种座姿,.,玻璃椅,.,玻璃加工制成,透明、流畅,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,1,、工业设计材料,在工业设计的范畴内,材料是指用于工业设计并且不依赖人的意识而客观存在的所有物质,可以是石、木、金属、水等有形物质,也可以是光、影、空气乃至磁场等无形的存在,.,工业设计的,5,大材料,:,金属,塑料,玻璃,陶瓷,木材,新材料的跟踪,设计师应不断地跟踪新材料的发展,以不断丰富自己的材料库,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,2,、材料的分类,按材料来源分,天然材料,:,主要指各种取自大自然而未经人类加工的各种材料,如石头、树木、植物茎叶皮、动物皮毛,大气、水等,.,人工材料,:,指采用人工方法加工和合成的各种材料,.,如经过冶炼产生的金属、通过化学合成生成的塑料等,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,2,、材料的分类,按化学结构分,金属材料,:,化学结构为金属键的钢铁、铜、金等,.,无机材料,:,化学结构为离子键的石、玻璃、陶瓷等,.,有机材料,:,化学结构为共价键,主要有塑料、橡胶、有机纤维,(,皮、木材,),等高分子材料,复合材料,:,有多相材料复合而成,如玻璃纤维增强塑料,(,玻璃钢,).,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,2,、材料的分类,按材料形态分,一次元材料,:,主要指具有一定断面形态的连续线材,.,如钢管、塑料棒、藤条等,.,二次元材料,:,指,平面材料,如纸张、层压板,、板金等,三次元材料,:,指在三维空间伸展的块材、空间曲面等,.,在实际生产中,材料通常以一定的形态和规格供应,以满足不同需求,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、材料特性,材料特性是指材料在使用和加工过程中表现出来的性能,对材料及其特性的认识是实现产品设计和创新的前提和重要保证,.,宏观物体由微观物质组成,材料的宏观性能由其微观结构所决定,.,材料的特性包括两个方面,:,一是材料的固有特性,即材料的物理化学性能,;,一是材料的派生特性,由材料的固有特性派生而来,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、材料特性,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、,1,材料的固有性能,物理性能,密度,与,比重,热,性能,导热性,:,热量传递能力,.,如金属是热的良导体,塑料是热的绝缘体,.,耐热性,:,材料抵抗热破坏的能力,通常用耐热温度来表示,.,热胀性,:,材料因温度变化产生膨胀或收缩的能力,.,通常以线膨胀,系数表示,.,线膨胀系数以 高分子材料为最大,金属次之,陶瓷最小,.,阻燃性,:,材料抵抗火焰和高温的性能,.,可分为阻燃和易燃材料,.,耐低温性,:,抵抗低温而不破坏的能力,.,电磁,性能,导电性,:,材料传导电流的能力,.,电阻率小的材料导电性强,反之,电阻率高的为电的绝缘体,.,磁性能,:,指材料所具有的磁性的强弱,.,电磁波屏蔽性,:,材料抵抗电磁波干扰的能力,.,屏蔽性能良好的材,料应具有高的电导率和磁导率,.,光,性能,透明性,:,材料的透光性能,.,常用透光率或透明度,来度量,.,光泽性,:,材料的一种外观属性,由反射光在在空,间的分布所造成,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、,1,材料的固有性能,力学性能,1,强度,材料在外力,(,载荷,),作用下抵抗过度变形和破坏的能力,.,根据外力作用方式的不同,材料的强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度及抗剪强度等,.,2,弹性和塑性,材料在外力,(,载荷,),作用下发生弹性变形和塑性变形的行为和性能,.,3,脆性和韧性,材料产生破坏而无明显变形的能力称为脆性,.,反之,材料能承受很大变形而不破坏的能力称为韧性,.,4,硬度,材料表面抵抗硬物压入的能力,也是材料表面抵抗塑性变形和破坏的能力,.,硬度高的材料耐磨性、耐划伤性好,.,为使产品达到使用要求,首要条件是材料满足必须的,力学性能,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、,1,材料的固有性能,化学性能,材料的化学性能是指材料抵抗各种化学介质侵蚀的能力,是衡量材料质量优劣的主要性能指标,.,耐腐蚀性,:,材料抵抗介质 腐蚀破坏的能力,.,抗氧化性,:,材料抵抗氧化的能力,.,耐候性,:,材料在各种气候条件下,保持其性能稳定不变的能力,.,如玻璃、陶瓷的耐候性好,塑料的耐候性则较差,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、,2,材料的派生性能,感觉特性,材料的感觉特性又称材料的质感,是人的感知系统因生理刺激或心理联想对材料及其表面特征作出的综合印象，因此既具有客观性也具有主观性,.,感觉特性是材料的灵性和艺术美感的重要体现,是一种极为重要的设计语言,.,触觉质感与视觉质感,触觉质感,是人通过手和皮肤触及材料而感知的特性,.,是一种直接的体验,比较真实和肯定,但较单纯、局部,.,视觉质感,是靠眼睛的视觉来感知的材料特性,.,具有有间接的经验性,具有欺骗性和估量性,具有综合性、整体性,.,视觉质感往往会异材同质或同材异质,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、,2,材料的派生性能,感觉特性,质地,美,材料的质地美是材料本身所具有的物理化学性能所引起的一种综合感受和情感反映,.,主要表现为,软硬、轻重、冷暖、干湿、粗细,等,.,色彩,美,材料的色彩可分为材料的,固有色彩,和材料的,人为色彩,.,肌理,美,肌理是通过视觉和触觉可感受到的一种表面材质效果,.,可分为由材料自身的组织结构所产生的,自然肌理,和人为设计的,人工肌理,.,表面肌理影响材料的光泽,形成光亮、亚光和失光效果,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、,2,材料的派生性能,环境特性,是指材料在制备、使用、废弃直至再循环利用的过程中,与环境协调共存与否的性质,.,对资源和能源消耗小，对生态环境污染小，可再生利用率高或可降解的绿色环保材料的环境协调性好,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、,2,材料的派生性能,加工特性,材料的加工特性是指材料在加工过程中所表现出来的性能,表现为,可焊接性能、机械切削性能、铸造性能、热处理性能,及,表面处理性能,等,是决定材料能否进行加工和如何进行加工的重要因素,是衡量产品造型材料优劣的重要标志,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,二、材料认知,学会用材料去思考、去设计,.,3,、,2,材料的派生性能,经济特性,指材料的经济性指标,包括材料价格、加工成本等,是材料选用的一个重要的考虑因素,.,材料,特性,概览,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,固有,性能,物理,性能,化学,性能,力学性能,(,强度、弹性,),热性能,(,导热、耐热,),电磁性能,(,导电、屏蔽,),光学性能,(,颜色、透明,),耐腐蚀性,抗氧化性,耐候性,材料,派生性能,感觉特性,经济特性,加工特性,环境特性,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,三、材料的加工与成型,对材料进行取舍和重组的过程,.,材料通过加工和成型过程成为具有一定形态、结构、尺寸和表面特征的产品,使设计方案变成具有使用价值和审美价值的实体。,设计必须选择合适的材料和加工工艺才能将其制作成产品,同时,在设计时也必须考虑选用的材料及其加工工艺,应该依据切实可行的工艺条件和工艺方法来进行设计构思,.,材料的加工工艺包括材料的成型工艺和材料的表面处理两部分,.,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,三、材料的加工与成型,对材料进行取舍和重组的过程,.,不同的材料有不同的成型加工方法。如金属的成型方法有铸造、锻压、焊接及切削加工等,.,塑料之所以成为重要的设计材料,一个重要的方面是因为其加工成型方法众多,成型自由度高,.,相同的材料和结构,不同的工艺方法,成型效果差异较大,;,选用不同的材料和工艺方法,产品的造型和结构也会发生相应的变化,.,在加工过程中,应注意对工艺方法的综合使用和对新工艺开发和利用,.,1,材料的成型加工,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,三、材料的加工与成型,对材料进行取舍和重组的过程,.,表面处理技术是指能改变材料表面性质和状态的表面加工和装饰艺术,.,表面处理目的,:,一是改善表面性能,有效保护产品,;,二是进行表面装饰,提升材料美感,.,2,材料的表面处理,设计,+,材料,+,成型工艺,+,表面处理,=,最佳的成型效果,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,在进行产品设计时,设计师需要在产品所需性能和材料特性之间进行充分比较,以对材料进行选择、改良乃至研制新材料,或是对新材料进行新用途的开发和利用,以做到,”,物尽其用,”.,材料的设计与运用已成为设计活动一个不可忽略的部分,.,四、材料的选用与开发,学会用材料去思考、去设计,.,材料的选用与开发,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料所具有的特性,产品所需的功能,比较与评价,原材料,产品用途,用途开发与利用,材料选择,材料改良,新材料研发,性能、成本、加工、安全、环境保护、感性审美等,材 料 及 成 型 工 艺 基 础,材料概述,四、材料的选用与开发,学会用材料去思考、去设计,.,1,、设计材料的开发,1,基础