（设计艺术学专业论文）产品造型的分割设计研究.pdf

产品造型的分割设计研究 摘要 分割作为一种艺术设计手法，常被设计师运用在各类艺术创作中。本文是 研究如何针对产品设计的特点，从产品功能需求分割产生形态构成元素，到各 种材料成形技术的要求限制，再到构成元素的最终整合，对产品造型设计中的 分割手法进行了综合分析，使得分割这种原本单纯的艺术创作手法，添加了实 用目的性、实现技术性、形态整合性，成为产品造型的一种综合设计方法，提 出产品造型的形态分割设计的一般方法，并用实际案例进行验证分析。 关键词：分割；造型；功能；成型；比例 t h es e g m e n t a t i o nd e sns t u d yo fp r o d u c tm o d e l i n g a b s t r a c t s e g m e n t a t i o na sa na r td e s i g np r a c t i c e s ，d e s i g n e r sa r eo f t e nu s e di nv a r i o u s t y p e so fa r t i s t i cc r e a t i o n t h i sa r t i c l ei st oe x a m i n eh o wt h ec h a r a c t e r i s t i c sf o r p r o d u c td e s i g n ，f r o m t h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，t h ep r o d u c tr e s u l t i n gf o r m c o n s t i t u t es e p a r a t ee l e m e n t s ，t oav a r i e t yo fm a t e r i a l s ，f o r m i n gt e c h n o l o g i e ss e e kt o r e s t r i c t ，t oc o n s t i t u t et h ee l e m e n t so ft h ef i n a li n t e g r a t i o no fp r o d u c tm o d e l i n g d e s i g nf o ra ni n t e g r a t e ds e g m e n t a t i o na p p r o a c ha n a l y s i s ，m a k e st h es e g m e n t a t i o no f t h i sa r tw a so r i g i n a l l yas i m p l ew a yt oa d da p r a c t i c a lp u r p o s e ，t oa c h i e v et e c h n i c a l ， m o r p h o l o g i c a li n t e g r a t i o n ，p r o d u c tm o d e l i n ga sa ni n t e g r a t e dd e s i g na p p r o a c h p r o p o s e dp r o d u c tm o d e l i n gd e s i g no ft h es h a p ep a r t i t i o n i n gg e n e r a la p p r o a c ha n d u s ep r a c t i c a le x a m p l e st ov e r i f yt h ea n a l y s i s k e y w o r d s ：s e g m e n t a t i o mf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ；f o r m i n g ：p r o p o r t i o n a l ； - 5 - 插图清单 卜l 海滩与碧水的分割4 卜2 小丑鱼身体的色彩分割4 卜3 香港中银大厦6 卜4 服装设计中的分割6 2 1 头盔设计的分割处理8 2 2 数码相机的功能结构设计9 2 3 牙科治疗椅的功能结构计9 2 4 计算机外壳包容了全部功能构10 2 - 5b & o 公司的光碟机1 1 2 - 6 手机的功能单元和结构单元示图12 2 - 7 草图设计时应注意部件分割表现分析制造可行性l 3 3 1 车身内外覆盖冲件19 3 - 2 冲裁件的排样2 0 3 - 3 冲裁件圆角半径的最小值2 0 3 - 4 避免窄长的悬臂和凹槽2 0 3 - 5 冲裁件孔边距、孔间距示意图2 0 3 - 6 各种典型的弯曲件2 1 3 - 7a ) 轴对称旋转体拉深件b ) 盒形件c ) 不对称拉深件2 1 3 - 8 车灯处的分割设计2 3 3 9 车身侧面装饰线分割2 3 3 1 0 注塑成型例2 4 3 1 l 吹塑成型例2 5 3 1 2 挤压成型例：2 6 3 13 加热成型例2 6 3 1 4g u b i 椅子( 胶合板深度立体成型) 2 9 3 15 里昂纳多灯罩( 利用木材薄片成型) 3 0 3 16 空气开关灯31 3 17 热弯玻璃桌31 4 一l 黄金分割率与黄金矩形3 3 4 2 2 矩形35 4 - 3 对等分割4 0 4 - 4 圆周阵列分割形式4 0 4 - 5 自由分割形式41 5 1 案例效果图4 5图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金壁王些鑫堂 或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签窀彳乙睦字日期：加z ) 年p 月刃名 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金胆王些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金8 墨工些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 参衫 签字日期：也矶。年 9 月沂 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 3 导师 签字日 电话： 邮编： 致谢 三年的研究生求学经历即将结束，论文也即将完稿，我的感慨也如潮涌而 来。回顾三年来的点点滴滴，学习上、生活上、情感上要感谢的人真的很多， 是你们的鼓励与支持，使我更加坚强和自信，有了你们的协助与鼓舞，才让我 顺利的完成了本论文的研究与写作。 首先，我要感谢导师韩春明先生! 先生治学态度的严谨，分析问题的深刻，使我颇受启发，受益良多。尤其 是对于论文的撰写，先生更是给予了悉心的指导，提出了不少重要的建议，可 谓是用心良苦。论文凝结着先生的智慧和心血，我衷心感激先生! 其次，特别感谢杨大松先生。杨大松先生精于专业，乐于育人，对论文的 审批和修改工作提出了珍贵的建议，论文能够得到完善应归功与先生的指导! 再次，感谢研究生期间给予我热心指导和授课的潘国泰教授、陈刚副教授、 郭凯副教授、李学斌副教授、陈字飞副教授以及学院的许秀华书记，胡晓凤老 师，资料室王鹰老师，在此一并表示诚挚的谢意! 同时，对在学习成长中给予我教育和帮助的其它老师以深深的感谢! 谢谢 你们! 感谢我的父母和妹妹，对我学业一如既往的支持! 感谢寝室同学给予兄弟般的情谊! 感谢我所有的朋友! 作者：陈宝亮 2 0 10 年4 月3 日 绪论 广义的产品设计包括人类的切造物活动。现代意义的产品设计即对产品 的造型、结构和功能等进行综合设计，以便制造出符合人们需要的实用、经济、 美观的产品。因此，产品是指人类生产制造的物质财富，它是由一定物质材料 以一定结构形式结合而成的和具有相应功能的客观实体，是人造物，不是自然 而成的物质，也不是抽象的精神世界。 工业产品应具有明确的使用功能及与其相适应的造型，这两者都须由某种 结构形式、材质和工艺方案来保证，才能创造出理想产品来。由此看出，产品 设计具有三个要素，即功能基础、物质技术基础和美学基础，功能体现产品的 实用性，物质技术条件反映产品的科学性，形象的塑造显示产品的艺术性。它 们相互依存、相互制约、相互渗透，成为完整的产品中不可缺少的部分。 ( 1 ) 功能基础功能就是产品的用途与性能，既是产品的设计目的又是 产品赖以生存的根本条件。每件工业产品都应具有使用功能，如机床有加工零 件和组装分选零部件的作用，电子计算机有储存信息和高速准确运算的功能。 功能对产品的结构和造型起着主导的、决定性的作用，一般，精密的加工机床、 仪器仪表在造型上应表现出高级、雅致和细巧的艺术效果。大型、高强度、大 容量的机器设备，表现出庄重、坚固和稳定的艺术效果。 功能决定造型，造型表现功能，但造型既不是简单的功能部件的组合，也 不是杂乱无章的功能堆砌，而是建立在研究人和机器的关系之上，即机器、设 备的设计要考虑人机系统的协调性，给人以亲近感，使人感到使用操作舒适、 安全、省力、高效，从而更好地体现出功能特点和效用。 ( 2 )物质技术基础它是体现产品功能的保证，其中包括结构、材料、 工艺、配件的选择，生产过程的管理以及采用合理的经济性条件。 产品的结构方式是体现功能的具体手段，是实现功能的核心因素，在考虑 结构的同时须考虑所用的材料与加工工艺方法。不同的材料有不同的物理、化 学、机械性能，以及与其性能相适应的成形工艺，并具有不同的外观质量、肌 理效果。其他如生产管理好坏、经济上的合理性以及配件的选用等，也会直接 影响产品的造型效果。 ( 3 )美学基础 工业产品的审美功能要求产品的形象有优美的形态，给 人以美的享受。设计者根据形式法则、时代特征、民族风格，通过点、线、面、 空间、色彩、肌理等一系列的要素，构成形象，产生审美价值。人们的审美观 在诸多因素影响下，总是在不断发展变化的，所以产品设计须不断地总结经验， 了解和掌握科学技术、文化艺术发展的趋向，寻求正确的审美观，灵活运用美 学法则，深入研究形态构成、线型组织、色彩配置等造型理论、基本规律及方 法，才能创造出有特色的产品形象。产品设计的三要素是互相影响、互相促进 和互相制约的。一般，有什么样的功能，就要求与其相适应的造型形式；反之， 造型形式也可使功能得到更好的发挥。如仪器仪表的设计，因为需要读数、操 作，故要求各类表头设计须易读，记数器须准确、可视性好；显示器的显示信 号须稳定、明确、清晰度高；各种操纵器的位置、方向、角度、排列、形状、 大小等都要适合人的视觉和有关器官的活动特点和习惯。 功能基础是工业产品造型设计的主要因素，起着主导性和决定性的作用。 但是，如果没有物质条件和工艺条件来保证，就很难体现出良好的功能，如果 单纯强调功能而忽视造型美的探求，也就不能满足人们对产品的审美性要求， 三者紧密结合就能创出优质产品。 本文研究的是产品设计的一种方法，“分割 在产品设计中经常无意中被设 计师运用到，在处理功能需求、美化造型等中经常使用，但大部分的时候都是 顺利成章地进行了这些设计活动，并没有对它进行深入的研究。产品设计是一 项复杂的工作，在造型设计时，每根线条的表现都要考虑多方面的要求，使得 产生的每处形态构成元素都是合理的。 在产品开发设计中，从最初的造型设计方案的产生，到产品生产制造过程 中，很多环节都要考虑到“分割”问题，其重要的意义在于，第一，造型设计 师的设计方案是否能够顺利地生产制造出来，这与产品的分割处理是否合理有 很大关系，出现这些问题的时候，一方面，我们将会重新审查自己的方案，应 用分割构成的方法加以改进，另一方面，要对制作工艺方面进一步研究分析， 所以说，它是检验产品设计方案合理性的主要环节，对产品研发有着很重要的 作用；第二，由分割所形成的点、线、面是产品的形态设计的重要组成成分， 分割构成设计直接影响到产品的外观价值，对产品的品质提升有着密不可分的 关系。 该选题同时有实践项目的启发，在家具公司从事“金融营业场所安全整体 柜台”的研发，在银行给出柜台视觉形象标准的前提下，把银行柜台整体的造 型用合适的材料合理的拆分成各个零部件，再快速的装配起来。在这里，是在 造型确定的前提下而进行的拆分设计。在研发个新产品的时候，按照通常的 步骤，首先我们做的是产品外观造型，但是，一般在产品外观设计阶段，通常 将产品当作一个完整的形态，不必详细考虑产品的装配结构，待外观设计形态 确定后，就需要考虑如何完成从概念设计到现实产品的转换，即考虑产品零部 件之间的拆分和结构。进行原型分割时，要考虑到分割部分的线面连接关系， 因为各个部分分割后还需要装配在一起，在连接处就会留下痕迹，连接线或连 接结构设计不当就会影响到美观。 所以说，在产品设计中如何运用分割设计方法，对它的研究很有意义和必 要。第一，分割构成是产品造型设计的重要方法，对产品研发中的产品“分割” 问题进行研究，很有必要性和重要性，对该课题的研究具有一定的创新意义； 2 第二，对课题的研究，预期得出的设计方法将会指导产品设计初期设计方案， 使得设计方案能够更好综合考虑美学和制造工艺等诸多方面的问题，使得产品 研发的周期缩短。 分割在平面设计、图形图像等方面的研究内容特别丰富，如关于黄金分割 得研究就有很多。因为国内工业设计起步较晚，这方面的研究范围和深度都不 如发达国家，但也有所涉及，处于初期阶段，形成了一些设计理论和设计原则。 在论分割手法在产品设计中的应用一文中，就是从产品功能、成型工艺、 装配要求、美学等几个方面进行了分析研究，论述了从这些单项出发分割手法 在产品设计的应用；在工业产品造型设计中的直线分割一文中，主要选择 了从分割线出发，研究直线分割的方法及应用。最后，有很多的研究是关于分 割手法在其他方面的应用，在此不一一列举。在国外发达国家，这方面的研究 比较早，不管是在技术还是美学上，都比国内发展的早，对于分割方面的研究 主要是技术层面上的，而分割所产生的线面的研究就主要是属于美学方面上的， 从市场上就能够看出，欧美、日本、韩国等发达等国的产品，在技术和美学上 的都有很突出的优势，所以，这些国家在这方面的研究已经形成了很多的设计 原则，在产品设计中起到了很好的指导作用。 第一章何为分割及其在设计中的运用 分割是由“线”柬完成的。在自然界里在人们所处的世界里，处处都存 在着“明显的线”，试想哪个形体没有地线昵? 这就给设计师创造分割的设计 提供了极为普遍的机会。随着我们的视线迁移，大至宏观世界，小至微观世界， 分割线比比皆是，一条江，一条河可以成为分割线；堵墙，一条路可以成为 分割线；一棵树的树干、树枝也都可| = 上成为分割线，一片树叶上的叶脉也可以 成为分割线。 自然界中的分割包罗万象非常普遍，对于产品设计也有非常好的借鉴作 用。如地平线对天地的分割恢宏大气，海滩与碧水的分割流畅生动，如图l - 1 所不，小丑鱼身上的色彩分割构成亮丽可爱，如图1 2 所示。在人类生活的这 个世界中，有许多非常美丽的事物不断地扣动着人们的心扉在它们身上我们 可以发现许多奥妙。自然界到处都存在着分割，看似随意，又精美绝伦，作为 一名设计师，要细心观察自然界中的各种事物，体会其中的精妙，师法自然， 将其灵活地运用到产品设计中。 而在工业设计水平达到相当高度的今天，在设计师们设计的建筑物、服装、 家具与变通工具中，都极为普遍地运用了分割手法。 图i - i 海滩与碧术的分割 幽片来弹：h t t p ：w w w i t 5 5c o r n 1 1 何为分割 图i - 2 小丑鱼身体的色彩分割 图片来源h t t p ：m s l mc o r no n 分割，就是将整体或有联系的东西分开。在产品设计中，分割就是对整体 造型进行有效的划分而产生各部分的手法。具体来说就是在进行产品设计时为 了实现产品功能、拆装和满足加工工艺需求必须对产品进行的整体拆分。一般 表现为将产品分解为功能部件和装饰部件等组成部分。在设计中为了创造出美 的产品，在设计过程中还会考虑到点、线、面等构成要素的分割作用，用于产 品造型。 1 2 艺术刨柞与设计中的分割手法 服装设计中，在面料与面料的连接和分离处，都存在这样或者那样的分割。 分割自身具有认识新空间和运用新空间的价值，恰当的分割可以更好地结合与 重组。通过分割，可以使服装作品获得更新、更完美的利用空间。在服装结构 设计中，各种分割起到承上启下的作用。分割属于服装结构中的一种，它是一 种服装造型的手段，衣料衣片可分，要分得有目的；亦可合，要合得有道理。 分割是接连面和面之间的纽带，是搭建起面和面之间的桥梁。分割，作为服装 设计中的一种起到装饰效果的方法。它可以是具体，将面料真正的分割开来， 经过必要的加工处理后重新缝合的分割；也可以是抽象的，不存在于服装材料 自身中，而是通过其它高新手段来达到具有可移动的光影装饰效果，使服装在 视觉上形成分割，是一种“分而不离、割而不断”的装饰分割。分割不仅具有 实用机能性，更重要的是它对整套服装具有不可忽视的装饰作用。在进行服装 设计时，不同的分割可以调整从服装局部到整体的重新创造，是达到服装形式 美的一种方法。 室内设计中，分割作为一种最普遍的空间处理方式。有三种形式：第一种 是实体性分割，包括使用不到顶的墙、家具或其他实体性界面来划分空间。这 种分割形式，既可形成一定的视觉范围，又具有开放性。第二种是象征性分割， 它包括使用栏杆、玻璃、悬垂物或光线、色彩等非实体的手段来划分空间。这 种分割空间界面模糊，限定度低、空间更开放。第三种是弹性分割，如推拉门、 升降帘幕和可以移动的室内陈设等。这种分割形式灵活性强、简单实用。切断 用到顶的家具和墙体等限定度高的实体来划分空间，称切断。切断的处理，排 除了噪音和干扰，私密度和独立性非常高，但同时也降低了与周围环境的交融 性，它适用于书房、卧室等私密性要求高的空间。 如图1 1 与1 2 中表现了分割手法在建筑与服装设计中的运用。 困审 圈l - 3 香港中银太厦 图片来源h t t p ：h ib a i d uc o m i 圈1 4 服装设计中的分割 图片来源：h t t p ：w w wc a r c h i n ac o m 分割作为一种艺术手法，在各种艺术创作与设计中被广泛使用。同样，在 产品设计中，分割也被设计师经常使用，主要用来在整体外形相对简单时丰富 造型，使得形态更加美观。而产品设计是一个要将功能和形式完美结合的过程， 分割设计要同时考虑到功能、制造工艺、美学的需要，同时由分割产生的轮廓 形、面的凹凸转折与明暗装饰线等，这些元素构成了产品形态，分割不仅是单 方面为了功能结构、成型工艺与装饰目的，而是一个综台方法运用的过程。对 其研究分析掌握分割构成设计方法，使得造型设计方案能够更好综合考虑美 学和成型工艺等诸多方面的问题，也使得外观更加均衡与统一。 第二章分割在产品造型设计中的作用 2 1 分割实现产品的功能需求 在产品设计过程中，产品功能的开发与设计是设计师必须首先考虑的，也 是产品设计的核心。产品要具有其完备的使用功能，必须由各个功能部件及功 能模块相互作用才能达到这个要求，而这些功能部件、功能模块等本身就是以 功能为目的的分割设计。 2 1 1 影响功能分割的因素分析 产品的存在必须依靠一定的技术原理和核心结构，这个存在于产品内部的 核心部分，可以看作是一个基础模块，产品若要具备某种功效的条件，除了核 心结构与技术作为基础条件外，还需要与内部核心结构相联的外部结构相互作 用一起完成产品的功能，而在产品外观形态上具有可知性结构的设计要从产品 的功能需求出发进行设计组合。对某种产品的设计，首先，需要对它的功能进 行设计，搞清楚这种产品设计出来是为了有某种功能能够为人使用；其次，就 是要在确立的总体功能下进行功能的分解，找到相应的功能部件与模块来实现 各个子功能；最后，在前面的基础之上进行产品形态的其它设计。分割在这其 中起到的是功能部件的合理规划作用，包括功能部件的数量及相应的位置，而 在具体设计中，功能部件与模块的分割时，主要考虑到两个方面的因素，第一， 要始终从“人”这个使用主体出发，对每一个功能结构部件进行深入的设计。 第二，要从一定的技术原理层面上进行分割设计，保证产品设计的合理性。 人的因素：人是产品的使用主体，要将这些核心结构与技术产生的功效为 人所用，实现产品与人的身心之间取得最佳匹配关系，在设计时，所有功能部 件的分割设计都要从人出发，考虑人在产品使用过程中的方便舒适、安全快捷、 合理与人性化，分割时要结合人机工程学、心理学等相关理论与原则。 技术因素：在功能部件的分割时，由于一些功能模块与部件有着一定技术 要求，包括在形态、使用方式、安装部位等，在设计时，不能随意进行更改， 否则会出现技术的不合理。所以说，在进行造型设计之前，对产品所涉及到的 技术做一定的调研与分析是很有必要的。 7 图2 一l 头盔设计的分割处理 图片来源：产品语意及表达曹建中祝莹著 如图2 i 所示的头盔的设计，在进行造型设计时，分割设计必须严格按照 人体头部的相差尺寸作为参考，其中对下巴和耳朵的分割处理，设计出相应的 保护部分，都体现了阻“人”出发的分割设计；同时安全足头盔的最主要作 用，如何保证在发生事故的时候对头部起到最大的保护，并且保证使用过程中 有着最小的风阻，造型形态的设计对这些都有着至关重要的影响，这些又体现 到了分割设计的技术性。 2 i2 功能结构的分割与整台 当对产品的功能及其载体( 结构形式) 进行了分析和确定后，将产品的部 件和零件按照需要和有关条件在空间实体上加以分割、聚合和布置，明确各部 分之间相对位置和方向变化的限制条件，即为产品功能结构的分割与整合，在 产品设计阶段中也称为总体布置设计。功能结构的整合一般按以下两种思路， 第一，按功能连接的需要和节省空间的要求进行整合。如，数码相机的设计， 将镜头、光学透镜、光电器件及电路板、闪光灯、电池等零部件集中在一个空 间中，既满足其功能连接需要，叉实现了各零部件的功能，如图2 - 2 所示。 图2 2 数码相机的功能结构设计 图片来源：产品设计原理与方法韩春吩著 第二，按控制、操作、维护等使用需要进行整台。如，牙科治疗椅的设计 如图2 - 3 所示。 豳2 - 3 牙科治疗椅的功能结丰勾设计 图片来源：h t t p ：w w wk q e n t o m 2 13 功能分割确定造型单元 对产品功能进行分割与整合后，产生出各种功能实现模块，而并非这些所 有的模块都要在产品外观上表现出柬，还需要对产品功能结构的整合部分和联 接结构进行包容性分析确定造型单元。这是产品功能整台韵关键步骤，是设 计确定产品的外部结构与核心结构关系，最终完成产品功能结构设计的具体操 作。 包容，是指功能的某一整台部分或其连接构成为更大的整合部分的一个内 部元素，或被产品的壳体或其它的实体结构所包围。 被包容的整合结构，在产品的外观形体上不显示的结构，称为隐结构。未 被包容或包容其它部分的整体，在产品外形上通过空间或体积表现，成为视觉 对象的结构，称为显结构。 显结构的集合构成产品的造型单元，是形态和体积等形式要素尚未完全确 定的模糊实体确定整合结构及其结构元索的隐藏或显示是产品造型设计构思 的主要内容。 通过材料、技术或造型的手段，改变产品造型单元的隐藏或显示的结构视 觉特性也是重要的造型设计思路。 一般的电子、电器产品都会设计一个盒壳式的包容造型单元，将大部分功 能结构变成隐结构，如，计算机、数码相机、m p 3 播放器、电视机等，如图2 - 4 所示。 图2 - 4 计算机外壳包容了全部功能结构 图片来源：产品 殳计原理与方法韩春明著 但b & o 公司的光碟机却采用了将凄碟机电装置的核心技术部件外露的设 计，使得该产品在给人在欣赏音乐的同时也感受到现代科技的精美，如图2 5 所示。 圈2 - 5b & o 公司的光磋机 蚓片来源：产品设计原理与方法韩春明著 从功能出旋分割出功能部件，这些功能部件是产品造型的重要构成元素， 要想使之成为最终的产品造型形态，还需要设计师精雕细琢，具各同样功能的 产品，在造型上却有成千上万种，而这正是工业设计师智慧与才能的充分展示。 其实，分割从功能出发找到的只是造型设计的元素，而产品最终的造型并不是 这些构成元素随意的堆砌与组台，却是要受到各种各样的条件限制分割设计 就是要在这些条件下，运用各种造型设计原则，设计出功能合理，造型美观、 生产可行性好的产品造型形态。 如图2 - 6 所示为手机的功能单元和结构单元示意圈，在通信技术的前提下， 为了使这一技术能够为人“联络”使用，“联络”是手机的总体功能，从这个总 体功能出发，其必须具各通话功能、显示功能、操作功能、电力功能这四个基 本的子功能，通过子功能出发，在手机形态上要具备通话器、显示器、按键、 充电器、电池等基本的功能部件。这些由功能出发分割出的基本的功能部件是 手机造型设计的主要元素，设计师通过各种造型设计手段会产生各种风格迥异 的造型。 手机功能 通话功能 显示功能 操作功能 电力功能 + 厂1 通话器 显示器按键充电器 电池 数字键功能键 图2 - 6 手机的功能单元和结构单元示意图 图片来源：产品设计原理陈汗青著 2 2 分割实现生产制造可行性 大多数产品不能一次成型，而是需要由很多个零部件组装而成的，被拆分 后的这些零部件可以更加容易被加工出来。 如大多数的工业产品( 特别是电子类消费产品) 内部不是实心的，为了放 置内部的p c b 板、l e d 屏及其他的标准或非标准部件，其外壳必须是空心的 壳体。在模具加工中不可能加工出封闭的壳体，其部件必须是敞口的，如此模 具的前后模才可以打开。 为了满足产品加工制造的需要，设计师必须把一个整体的造型分割成多个 部件，否则产品将无法加工制造。分割在这里起着产品造型设计与生产制造的 桥梁作用，也是产品设计是否成功的关键步骤，分割线的位置和形状是分割设 计的主要内容，在具体设计中，由于材料加工成型工艺的不同，分割方式有着 很大的差别。如果在设计时没有考虑结构及材料加工工艺方面的要求，设计出 的造型方案经结构设计分析后，造型方案往往需要经过很大的改动才能生产加 工。产品，不仅要有好的外观，也要有好的功能和良好的实现性，分割是实现 这一目标的必要手段，要做好产品设计，必须要有一定的材料及加工工艺方面 的知识，这样才能使得设计的产品具有更好的生产制造的可行性。产品设计中， 草图设计时，对整体造型进行分解设计，这样有利于制造可行性研究，如图2 7 所示。 产品不是雕塑，必须对其进行合理分割处理，使之成为一个个容易加工的 部分。分割在这起到至关重要的作用，与实现功能需求的分割设计一样，实现 产品的生产可行性的分割设计，也同样受到材料与加工成型工艺的限制。基于 不同的材料与不同加工成型工艺，分割设计有着不同的设计原则，在本文第三 章，会对其做深入的分析。 1 2 图2 7 草图设计时应注意部件分割表现 分析制造可行性 图片来源：产品创意设计刘传凯张英惠着 2 3 分割实现造型之美 “美”始终是产品造型设计的核心内容，美观的形态是由于构成元素的完 美整合而成的。分割作为一种艺术手法，在产品造型设计中，在表面上看一般 都是起到的丰富造理的作用，是设计师艺术表现的一种手段。然而，从深层面 来讲，分割却是一种造型设计的综合方法，每一处的分割处理都包含着对功能、 加工、装配、美观等多个方面的综台表现。 由上面的分析可知，从实现功能需求出发，分割出各个功能部件来实现总 体的功能，产生的是产品造型的主要形态构成元素；从生产制造出发，对产品 的造型进行了部件分割处理，使得产品满足加工工艺性，在这里分割主要会受 到各种材料及成型技术的限制表现出了分割的技术性内容。分割从功能与生 产制造两个方面出发，只是模糊地产生了产品形态的雏形，要成为最终的产品 形态，还需要在两者基础上，在各类因素限栅条件下整合各类形卷构成元素使 之成为最后造型形态，表现出了分割设计的综合性。 分割设计方法的综台性主要表现为这几个方面，第一，分割这种艺术手法 应具备结构技术的合理性；第二分割这种艺术手法应具备产品的人性化的因 素；第三，分割这种艺术手法应具备材料及加工工艺的合理性。 、魏硝劳ii 崴留一 餐鬻 第三章材料成形技术与造型分割 在设计中，材料及工艺和设计是密切相关的。材料及工艺是产品设计的物 质技术条件，是产品设计的基础和前提。设计通过材料及工艺转化为实体产品， 材料及工艺通过设计实现自身的价值。材料作为一个包括产品一人一环境的系 统，以其自身的特性影响着产品设计，不仅保证了维持产品功能的形态，并通 过材料自身的性能满足产品功能的要求，成为被产品使用者所视及与触及的唯 一对象。 产品设计离不开材料，产品正是通过对特定材料的加工成型而付诸实现的。 设计出的造型形态要能够以某种材料实现，并且是容易加工和成型的材料，必 须具备优异的加工成型性，加工成型性是衡量工艺造型材料的重要因素之一， 对于不同的材料，其加工成型性也不同。 如青铜铸造成型的古代钟鼎、佛像，形体多样、形态逼真、工艺精细，体 现了我国古代造型技术的高超。但是青铜只能用铸造法成型，属于加工成型性 不好的材料，在产品造型设计中的应用有很大的局限。 因此，在产品造型设计中，如何选择合适的材料并确定相应的成型工艺? 这是产品实现的关键步骤，所以说，在造型设计时就要将这些因素考虑到，由 前面的分析可以知道，产品是通过各个零部件组装起来的，而这些零部件需要 通过系统的分割开来，然后再分开制造加工。 造型设计时，在试想用某种材料实现某部分形体后，如何使得分割出的部 分容易被生产制造出来，采取何种成型方式最合理，这就需要设计师对各种材 料的成形技术有一定的了解。同样，掌握各种材料的成形技术，了解各种成形 技术容易形成的形态，又可以将其很好地运用到造型设计中。因为材料的种类 繁多，不能一一去研究，在现实生活中，最常见的作为产品造型的材料主要有 金属、塑料、玻璃、木材、陶瓷这五种，其中以金属板材与塑料使用最广泛， 所以下面将主要从金属与塑料的成型技术出发分析它们与造型分割的关系，得 出基于各种成形技术的造型分割的一般原则，在今后的设计中起到指导与参考 作用。 3 1 金属成型技术与形态分割 在产品造型设计过程中，除需要熟悉金属材料的性能及应用外，还应掌握 一定的金属材料成型和工艺方面的知识。一般金属的成型技术有铸造、压力加 工、焊接和机械加工等四种成型和加工方法。下表中列出了一些主要金属成型 方式的特点及典型用途。 1 4 表3 - i ：常见金属成型方式筒表 这种加工方法成本底、批量小，可以加工 砂模浇铸 复杂造型。但需要大量的后处理工序 典型用途公共设施 这种加工方法具有很高的连续性和精确 度，也可以用于加工复杂造型。它在相对 熔模铸造( 失蜡法铸造) 低廉的加工成本前提下能够实现非常完 美的表面效果，适合大批量生产。 典型用途公共设施 用于加工高误差的复杂造型。由于工艺本 身的特点，产品成型不需后期处理，然而， 注铸法 只有在大批量生产的情况下才能显出成 本底的优势 典型用途公共设施 加工成本高，只有在大批量生产的情况下成 压铸法本才合理。但最终产品成本相对较低而且误 差较高。可以用于生产壁厚较薄的零件。 典型用途公共设施 是加工小型零件的理想方法，通常用于首 旋铸法饰制造。可以使用橡皮模型以降低加工成 本。 典型用途公共设施 可生产具有优良抗疲劳性能的非常坚固 的超耐热合金元件。合金性能稳定，部件 定向固化 之间性能表现均衡。将熔化的超耐热合金 浇注到模型里，然后经过严格控制的加温 及冷却工序，以消除任何细小的瑕疵。 典型用途公共设施 1 5 在冷加上或者高温作业的条件下用捶打 锻造和挤压的方式给金属造型，是最简单最古 老的金属造型工艺之一。 典型用途公共设施、工具、零部件 高温金属坯段经过若干连续的圆柱型辊 轧制子，辊子将金属轧入型模以获得预想的造 型。 典型用途公共设施、工具、零部件 一种成本低廉的用于连续加工的，具有相 同横截面形状的，实心或者空心金属造型 挤压 的工艺。既可以高温作业也可以进行冷加 工。 典型用途公共设施、工具、零部件 用于加工没有烟囱锥度要求的小型到中 冲击挤压型规格零件的工艺。生产快捷，可以加上 各种壁厚的零件。加工成本低。 典型用途公共设施、工具、零部件 一种十分常见的用于生产圆形对称部件 的加工方法，如碟子、杯子以及圆锥体等。 加工时，将高速旋转的金属板推近同样高 旋压 速旋转的、固定在车床上的模型，以获得 预设造型。该工艺适合各种批量形式的生 产。 典型用途 日用器皿 一种用于加工任何形式的片状、杆状以及 弯曲 管状的经济性生产工艺。 典型用途 简单的产品外壳 1 6 将金属片送入压辊之间，以获得长度连 续、横截面一致的金属造型。与挤压工艺 连续轧制成型类似，但对加工元件的壁厚有限制，只能 得到单一壁厚。大量生产的前提一f 加工成 本最合理。 典型用途家具、大型元件 将金属片置于阴模与阳模之间冲压成型。 冲压成型 用于加工中空造型，深度可酌情控制。 典型用途金属板材成型，如汽车外壳 冲孔：利用特殊工具在金属片上冲剪出一 定造型的工艺，大、小批量生产均适用， 也可以数控冲床加工； 冲切：与冲孔工艺基本类似，不同之处在 薄片切割 与前者利用冲下部分，而后者利用冲切之 后金属片剩余部分； 剪切：用剪切的方式切割金属片，与用一 把剪刀剪切纸张一样。 典型用途日用工具、生活用品、文具 切削成型：当对金属进行切割的时候有切 屑产生的切割方式统称为切屑成型，包括 铣床、钻孔、车床加工以及磨、锯等工艺； 车床加工成型无切削成型：利用现有的金属条或金属片 等进行造型，没有切屑产生。这类工艺包 括化学加工、酸蚀、放电加工、喷砂加工、 激光切割、喷水切割以及热切割等 典型用途零部件 1 7 一种既可以加工黑色金属元件也可以加 工有色金属元件的工艺，包括将合金粉末 混合以及将混合物压入模具两项基本工 粉末；合金( p m )序。金属颗粒经高温加热烧结成型。这种 工艺不需要机器加工，原材料利用率可达 9 7 。不同金属粉末可用于填充模具的不 同部分。 典型用途公共设施、工具、零部件 从上简表可知，金属成型方式可以总结为液态金属铸造成型与固态金属塑 性成型。其中，在铸造成型方法中，除熔模铸造能够加工形状比较复杂，表面 精度高且表面光洁外，其它的铸造方式都要尽量使铸件外形简单，轮廓平直， 在形态上还需要考虑拔模斜度( 除熔模铸造外) 。金属铸造成型方法主要用来加 工各类产品内部和一些结构性的零件，在产品造型设计时，基本上可以看作是 一个模块，存在于产品的内部或者外形的局部部位。而板料金属通过塑性成型 加工成壳体，作为产品的外部结构，在产品造型设计中的使用越来越广泛。当 决定采用金属薄板通过冲压成型制造产品外壳时，受到这种特殊成型技术特点 与限制，对整体造型进行部件分割时要有很多的考虑，下面将重点对其研究分 析，总结得出基于冲压工艺的产品造型分割设计的一般方法。 3 1 1 基于冲压工艺的产品造型分割设计 通过分析冲压工艺方法中的冲裁、弯曲和拉深的结构工艺性，并根据它们 的特点与要求，分析了产品造型设计中分割手法与冲压结构工艺的关系，并得 出了一些造型分割设计的原则。 3 1 1 1 冲压工艺概念 冲压是通过模具对板料施加压力或拉力使其塑性成型，或对板料施加剪切 力使板料分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。由于冲 压加工经常是在材料冷却状态下进行的，所用原材料一般为板材或带材，因此 也称冷冲压或板料冲压。冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工工业中占 有重要的地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占相当大的比例，尤其在汽 车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占比例更大。冲压加工的应用范围 极广，从精细的电子元件、仪表指针，到重型汽车的覆盖件和大梁、高压容器 封头以及航空航天器的蒙皮、机身等均需冲压加工。 3 1 1 2 冲压工艺与造型分割 冲压工艺一般是用来加工金属薄板材料，由于冲压工艺有许多突出的优点， 冲压件作为产品外壳使用非常的广泛，日常生活中用的金属制品，冲压件所占 的比例更大，如铝锅、不锈钢餐具、搪瓷盘等都是冷冲压制品，如图3 1 所示， 在汽车的覆盖件大部分都是冲压件。 冲压工艺作为材料成型的一种很重要的方法，如何将造型分割与冲压工艺 相结合起来，使得分割有利于冲压件的成型和成本的降低，同样，在造型设计 中，合理地运用冲压工艺易实现的造型元素。下面将从冲压工艺的几种方法出 发分析工艺与造型分割的结合思路得出相关的法则将其运用到产品造型设计 中。 图3 1 车身内外覆盖冲压件 图片来源：汽车车身冲压件氟【识厦图谱 31 1 _ 3 基于冲压工艺的造型分割分析 生产中为满足冲压件零件的形状、尺寸、精度、批量大小、原材料性能的 要求，冲压加工的方法也是多种多样的，概括起来可以分为分离工序与成型工 序两大娄。分离工序又可分为落料、冲孔和剪切等，i b 的是在冲压过程中使冲 压件与板料沿一定的轮廓线相互分离：成型工序可分为弯曲、拉深、翻孔、胀 形、缩口等，目的是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，并转化成所 要求的制件形状。 ( 1 ) 冲裁件的形态分割分析 冲裁是利用模具使材料分离的种工序，它主要是指落料和冲孔工序。冲 裁既可以加工出成品零件又可以为其它成型工序制作毛坯。考虑冲裁件的结 构工艺性，般要求有： ”在造型分割上采取对称分割及等分割，分割后产生的冲裁件在排样下料 时就能减少废料节约成本，如图3 2 所示。 2 ) 在进行面块分割时，分割线尽量简单且采取圆弧过渡，使得不会给人心 理上产生紧张感，同时，在结构上也能消除应力集中。一般在直线或曲线的连 接处要有圆弧连接，圆弧半径r o5 t 。( t 为材料壁厚) 如图3 - 3 所示。 圃一图3 2 冲裁件的排样 图3 - 3 冲裁件圆角半径的最小值 图片来源：华为技术有限公司企业技术规范d k b a 4 0 3 1 2 0 0 3 0 6 3 ) 在进行整体造型分割时，尽量避免窄长及狭槽形态，以便增大模具相应 部位的刃口强度。冲裁件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一般情况下，应不 小于1 5 t ( t 为料厚) ，如图3 - 4 所示。 n 廿 斗牝 图3 4 避免窄长的悬臂和凹槽 图片来源：华为技术有限公司企业技术规范d k b a 4 0 3 1 - 2 0 0 3 0 6 4 ) 在外壳表面进行圆形孔分割时，防止板材的局部变形与局部强度减弱， 孔间距与孔边距有一定的限制，如图3 5 。当冲孔边缘与零件外形边缘不平行 时，该最小距离应不小于材料厚度t ；平行时，应不小于1 5 t 。 图3 5 冲裁件孔边距、孔间距示意图 图片来源：华为技术有限公司企业技术规范d k b a 4 0 3 1 - 2 0 0 3 0 6 h 札 ( 2 ) 冲压成型件的形态分割分析 弯曲是成形工序之一，应用相当广泛，在冲压生产中占有很大的比例，弯 曲成形方法很多，使用的设备和工具也是多种多样的，其中主要有普通压床上 成形的压弯、折弯机上的折弯、滚弯机上的滚弯和拉弯设备上的拉弯。根据弯 曲成形特点和弯曲变形规律，在造型设计中，若有零件用弯曲成形时，零件形 状应尽量对称，防止在弯曲时发生偏移，直边高h 2 t ( t 为料厚) 。 p 护 曩) b ) b 幽 d )c ) 呦秒秒 g )h ) 图3 - 6 各种典型的弯曲件 图片来源：材料成型工艺夏巨谌著 2 l 由可印由i 申 b ) 口9 自廖 c ) 图3 7a ) 轴对称旋转体拉深件b ) 盒形件c ) 不对称拉深件 图片来源：材料成型工艺夏巨谌著 将毛坯通过模具制成开口空心零件的冲压工艺方法称为拉深，拉深工序可 以制成圆筒形、盒形、锥形、球形、阶梯型以及形状复杂的覆盖零件。在产品 造型设计时，拉深件给造型带来了灵活性，设计时也要考虑拉深的结构工艺性， 第一，分割设计出的零件形状应尽可能简单、对称、避免急剧转角或凸台；第 二，拉深高度应尽可能小，以减少拉深次数，提高冲件质量；第三，在保证装 配要求的前提下，应允许零件侧壁有一定的斜度。 此外，成形工序还有翻边、胀形、缩口等，这些工序是通过局部变形来实 现工件成形的。 结合上述弯曲件和拉深件的结构工艺性特点，它们能够通过模具能够生产 出形态很复杂的零件，在造型设计中起到丰富造型，并使得造型风格更加突出。 在进行整体造型拆分时，要尽可能地减少外壳的数量，但同时要考虑到成型工 艺的限制，采用逐级分割处理，若零件造型复杂以使成型困难时，就要进一步 进行分割处理，直至成形工艺合理。 3 1 - 1 4 基于冲压工艺的造型分割设计方法 ( 1 ) 轮廓线分割 整体造型拆分时，尽量减少零件的数量，形态复杂时，根据冲压工艺特点 合理逐级分割处理，分割出的零件形态应尽量简单对称，增加相同形状和相同 元素( 如直径、圆角半径、配合等) 的数量。同时，应从整体造型出发，考虑 各零件轮廓线的比例及零件间的轮廓线的衔接，避免急剧的转折过度。 由奉 (