造型材料与工艺(讲稿).doc

造型材料与工艺第一篇 产品造型材料第一章 概论§1－1 材料在人类发展中的作用材料是人类生产的物质基础人类在科学技术和文化艺术上的进步总是与新材料（如科研实施材料，纸，火药，颜料…）的出现和使用密切联系在一起作为人类赖以生存和发展的重要物质基础之一的材料，体现了人类文明进步的水平石器时代青铜器时代 奴隶社会（商周） 铸造工艺铁器时代 封建社会、资本主义 冶炼工艺合成材料时代信息时代（智能材料）材料、能源、信息是现代文明的三大支柱§1－2 造型材料的美学基础材料美学基础可理解为广义的工业造型设计学中有质感设计的构成形式美学材料美学的实质具体化就是质感设计一、质感的原理质感是物体表面由于内因和外因而形成的结构特征对于人的触觉和视觉所产生的综合印象，亦称材质感质感是用来标志人对物体材质的生理和心理活动的质感是工业设计的三大感觉之一 （形态、色彩、质感）质感质感的两个基本属性：一、生理属性，即物体表面作用于人的触觉和视觉感觉系统的刺激性信息 （如软、冷、凹、干、滑等）二、物理的属性，即物体表面传达给人知觉系统的意义信息 （如类别、价值、性质、机能、功能等）工业设计就是对一些材料进行加工处理后成为一个既具物质功能又有精神功能的产品，是艺术造型的过程，当材料成为一个完整的产品之后，人的质感就不仅仅停留在材料的表面上，而升华为对造型物质整体的质感了——导向精神感受。

（如青铜、铸铁、石膏雕塑就不仅仅在材料表面，而在质感体现的精神）二、质感的分类和性质根据质感生理和物理两属性，有两种分类方法：按生理和心理感觉分旧石器时代陶瓷新石器时代原始社会奴隶社会China造型萌芽肌理：物面的几何细部特征，为形式要素如：大理石的自然纹理与仿大理石纹质地：物面的理化类别特征，为内容要素触觉质感视觉质感按物的物理和化学特性分㈠ 触觉和视觉质感⒈ 触觉质感触觉是靠手和皮肤的接触而感知的物体表面的特征19 世纪后期，经韦伯和希纳的研究，创造了韦伯希纳定律和测量公式： KR－常数－辨别阈限－刺激量⑴ 触觉的生理构成触觉本身是一种复合感觉，由温觉、压觉、痛觉、位移觉等组成触觉的游离神经末梢分布于全身皮肤及肌肉组织中，内脏器官除消化道两端，一般对温、压、痛觉反应迟钝触觉灵敏度仅次于视觉 （如盲人及经验丰富的种粮工人）⑵ 触觉的心理构成短暂适量的触觉会给人快慰舒适的感受及明确的知觉；过量刺激会给人造成不适的触觉感受（如刺、烫、辣、粗等） ；长久的刺激会形成触觉麻痹 （如无意投掉东西）材料美学的质感设计就是创造快适的、鲜明的、独特的触觉质感⑶ 触觉的物理构成物体表面微元的构成形式，是使人皮肤产生不同触觉质感的主因。

同时，物体表面的硬度、密度、温度、粘度、湿度等物理属性也是触觉不同反应的变量物面微元凹凸构成有规则的和不规则的，规则的微元构成产生量的连续刺激信息，有快适的触觉质感，不规则的物面微元产生大小不等混乱刺激信息，有不适感这情况在物面硬度大于皮肤硬度时更明显规则微元，可以进行相应触觉分析：物面放大剖面AHmhW为物面硬度；为触觉反应强弱量；为比例系数由公式可见，触觉（正常情况下）的强弱与物面的硬度、微元尺寸成正比，与微元锐度、粗糙度）成反比⒉ 视觉质感视觉质感是靠眼睛的视觉而感知的物体表面特征视觉质感是触觉质感的综合和补充一方面，由于人触觉经验的积累，对于已熟悉的物面组织只凭视觉就可以判断它的质感；自然质感人为质感另一方面，对于手和皮肤难以接触的物面，人只能通过视觉综合触觉经验类比、估量和遥测，成为视觉质感工业设计中，利用视觉质感的间接性、经验性、知觉性和遥测性，可以用各种表面装饰工艺手段，以近乎逼真的视觉质感达到触觉质感的错觉 （如塑料电镀、纸材仿纹）触觉是生理性的，视觉质感是心理性的触觉质感通过视觉质感在人的思维中概括抽象，为另一系列的质感印象，比如：脏、枯、死、粗、贵、俗、陋、厚、朴实等。

㈡ 自然质感和人为质感自然质感是环境的理化作用而形成的真实的、固有的材料物面感受 （如人造大理石、大理石纹纸）⒈ 自然质感第一自然质感第二自然质感：钢铁、合金、工程塑料、玻璃等又分人为加工材质感（纤维板、陶、钢） 、人为合成质感（工程塑料、橡胶…）（突出讲“可持续性设计” ）⒉ 人为质感（见书例 P27）同材异质感异材同质感三、质感的设计质感设计最能及时地体现和运用最新的科技成果，一种新颖的材料，一种独特的面饰工艺在工业设计中运用，往往比一种纯粹的新造型带来更有意义的突破质感设计就是对于工业设计的技术性与艺术性的先期规划，是一个合乎设计规范的认材－选材－配材－理材－用材的有机程序㈠ 质感设计的形式美基本法则⒈ 配比律整体与部分，部分与部分间的关系调和与对比相亲与排斥⒉ 主从律⒊ 适合律各材质有个性，质感设计中应充分考虑到材质的功能和价值，使用得当㈡ 质感设计在工业设计中的主要作用⒈ 良好的触觉质感设计可以提高整体设计的使用性 （如：手柄持握位置的处理）⒉ 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见书例 P31⒊ 良好的认为质感设计可以替代和补救自然质感，达到工业产品整体设计的多样性和经济性。

⒋ 良好的质感设计往往决定整体设计的真实性和价值性 （如透明外壳、牛皮车顶）§1－3 造型材料的基本特性造型材料与构成产品或物体的形状及外观特征有关；与人们的生活习惯、工作环境以及人们的生活水平、文化修养有关因此，工业设计师必须先要把握造型材料的性能及产品的服务范围或对象，才能在造型设计中更好的运用各种材料，提高设计效果有机的：动物纹、植物纹等无机的：金、石等如：木柄刀如：塑与木，机床配木手柄如：机床表面一、感觉物性所谓感觉物性就是通过人的感觉器官感受到的材料物性是相对的判断，对人直接作用二、加工成型性加工成型性是衡量工业设计材料的重要指标之一材料必须具有优异的加工成型性工程塑料在工业设计中使用广泛，重要原因就是加工成型性好加工成型法：注射成型压缩成型真空成型浇注成型浸渍成型吹塑成型旋转成型挤压成型挤拉成型三、表面工艺性工业设计中认为质感是绝对的，自然质感是相对的四、环境耐候性五、可变复合性：拓展应用范围六、可持续性无毒害、易装卸，可回收再生利用§1－4 造型材料的分类一、金属材料二、工程塑料热固性与热塑性三、工业陶瓷与金属、高分子材料一起称为三大固态材料工业陶瓷耐高温、耐腐蚀、硬度高。

硅酸盐材料：玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷四、复合材料指为克服单一材料的某些弱点，充分发挥材的综合性能，将一种或几种材料用人工的方法均匀的与另一种材料结合而成的一种新型工程材料 （如粉末合金、金属陶瓷、耐高温、韧性好）第二章 金属材料§2－1 概述一、金属的种类金属材料包括纯金属和以金属为主的合金107 或更多元素中，有 90 多种是金属，可利用金属元素 74 种，可作为合金元素利用的非金属元素有 7 种它们之间互相结合就形成合金全世界现使用合金种类已超五万种习惯上把纯金属及其合金分两大类：⒈.黑色金属－铁和以铁为基础的合金；⒉有色金属－黑色金属以外的所有金属及其合金二、金属材料的造型特征⒈ 金属的机械性能是指金属材料在外力作用下表现出来的变形和抗变形特性，是材料抵抗外力变形的能力，因而亦称为力学性能是评价金属材料的重要参数和选用依据⑴ 静载荷下金属材料的机械性能静力强度：拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转等① 弹性 0FPe为材料弹性极限，MPa；e为材料弹性极限载荷，N ；P为试样原始横截面积，mm 20F② 刚度 E为弹性模量，MPa；为应力，MPa；为单位长度的变形量，无量纲③ 塑性外力去掉后，可完全恢复原形的变形，为弹性变形；外力去除后，不能完全恢复的变形为塑性变形。

1010LLlkk00FFfkk为伸长率；为收缩率；为拉伸后长度；kL为拉伸后断面面积F金属材料的伸长率或断面收缩率值越大，其塑性越好④ 强度0FPs为屈服极限，MPa；s为产生屈服现象时的载荷，N ；sP为试样的原始横截面积0F⑤ 硬度金属材料抵抗外物压入的能力也是材料抵抗局部塑性变形的能力ⅰ 布氏硬度ⅱ 洛氏硬度ⅲ 维氏硬度⑵ 动载荷下金属材料的机械性能一般说来，随加载速度的增加，材料的塑性下降，脆性增大在工程上，冲击载荷是一类重要的动载荷形式冲击韧性或冲击强度为评价金属材料抵抗冲击载荷能力的指标以材料受冲击破坏时，单位面积上消耗的功来衡量冲击韧性的大小⑶ 交变载荷下金属材料的机械性能材料或构件在无数次重复交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力（如轴、轴承、轴套、连杆等） ，称为疲劳极限或疲劳强度，以 σ －1 表示，与其抗拉强度见存在近似关系：碳素钢 σ －1 ≈（0.4～0.55）σ b灰口铸铁 σ －1 ≈0.4σ b有色金属 σ －1 ≈（0.3～0.4）σ b提高金属材料构件或零件表面的光洁程度、硬度和强度，以及从结构上尽可能避免应力集中，或采用各种强化处理等措施，都能显著地提高材料的疲劳强度。

（如：轴瓦、主动轴表面淬火等）⒉ 金属材料的物理和化学性能⑴ 物理性能a 比重：轻金属、重金属（如钛轻，铜重）b 导热、导电性好：纯金属优于合金（银、铜、铝较好）c 热膨胀：常温下，一般不予考虑作度量工具、精密配合时需重视 （如工具钢）d 磁性：铁磁性材料（铁、钴、镍）顺磁性材料（锰、铬、钼）抗磁性材料（铜、银、铝）⑵ 化学性能指金属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主要包括抗蚀性和抗氧化性等喷漆、电镀、氧化、磷化等涂镀工艺，除装饰外，还起屏蔽作用⒊ 金属材料的工艺性能它是金属材料机械、理化性能的综合反映，是决定其能否进行加工和如何进行加工的重要因素，直接关系到加工效率、产品质量和生产成本等铸造性能：流动性、收缩性、偏析锻造性能：塑性变形不出现裂纹焊接性能：焊缝致密，不引起脆化等切削加工性能：消耗动力小，不损伤刀具，表面光洁金属材料的晶体结构.金属键体心立方晶格（铬、钼、钨、钒）面心立方晶格（铝、铜、镍、铅）密排六方晶格（铍、镁、锌、镉）合金结构更复杂：固溶体、金属化合物、机械混合物§2－2 铁碳合金基本组织：铁素体 F 塑韧性好，不强、硬奥氏体 A 一定的强度、硬度，塑性好渗碳体 Fe3C 硬脆珠光体 P 高强度，一定的塑、韧性一、钢铁材料的生产⒈ 生铁冶炼⒉ 炼钢① 转炉炼钢法② 电炉炼钢法③ 平炉炼钢法⒊ 轧钢二、钢材的品种和用途① 型材ⅰ 普通型钢：方、圆、扁、工字、槽、角ⅱ 优质型钢：零件、工具ⅲ 线材：建筑结构② 板材ⅰ厚钢板ⅱ薄钢板黑铁皮：普通碳素钢薄板，不需受深冲压工艺的制件白铁皮：普通低合金结构薄板，屋面薄板镀锌马口铁：电工用纯铁薄板，深冲压用冷轧薄板，镀铅、镀锡薄板搪瓷用热轧板不锈耐酸板镀层薄板主要用于食品和医药等的包装上。

ⅲ钢带：焊缝钢管、弹簧、锯条、刀片、手表零件、电缆外壳③ 钢管：无缝管、焊接管④ 钢丝及制品三、钢的普通热处理⒈ 退火：把钢加热到高于或低于临界温度，经保温、缓冷，从而得到接近于平衡状态组织的一种热处理工艺软化组织、降低硬度，消除冷热加工的残余应力，均匀组织和成分⒉ 正火：比退火温度高，空气中冷却快，组织更密，强度硬度有所提高⒊ 淬火：比退火温度高，油水中快速致冷，提高钢的强度、硬度、耐磨性等⒋ 回火：将淬火后的钢重加热到低于临界温度保温后冷却下来，稳定淬火组织，消除淬火应力，调整钢的硬度，提高塑性和韧性四、钢的表面热处理⒈ 表面淬火⒉ 表面化学热处理① 渗碳：固体、液体、气体渗碳三法调整表面机械性能② 渗氮：用于强摩擦、受冲击、交变载荷的精密钢件③ 碳氮共渗（氰化）：硬度高，耐磨性好，耐蚀不锈钢：（P51）① 造型性能好② 加工成型性好③ 耐热④ 耐磨、抗刻⑤ 耐腐⑥ 耐擦洗五、铸铁⒈ 灰口铸铁（HT，普。