设计材料及加工工艺概论实用教案

1、国际(guj)工业设计协会理事会(International Council of Societies of Industrial Design,ICSID) ： 就批量生产的产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、形态、色彩、表面加工以及(yj)装饰以新的品质和资格，叫做工业设计。第1页/共71页第一页，共71页。关于(guny)这门课程产品设计专业必修(bxi)的基础专业课程，在产品设计专业课程体系中有重要地位。重要性研究材料的工艺特性，主要包括成型工艺、连接(linji)工艺、表面处理工艺。研究内容5大材料的工艺特性，包括金属、塑料、玻璃、木材、陶瓷。研究范畴第2页

2、/共71页第二页，共71页。设计师对产品的外观和外形是负有责任的。产品外形是材料(cilio)经过加工制造的结果。所以，设计师需要了解材料(cilio)特性和加工工艺。学习材料与工艺(gngy)的重要性第3页/共71页第三页，共71页。 究竟设计、材料及工艺它们(t men)之间的关系是怎样的呢？设计(shj)材料(cilio)工艺学习材料与工艺的重要性第4页/共71页第四页，共71页。材料及工艺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。材料特性影响产品设计:维持产品形态满足产品功能要求设计(shj)、材料及工艺之间的关系Relation设 计设计通过材料及工艺转化成实体产品

3、，材料及工艺通过设计实现其自身的价值。产品设计只有选用材料的性能特点及其加工工艺性能相一致，才能实现设计的目的和要求。学习材料与工艺(gngy)的重要性第5页/共71页第五页，共71页。瓦西里椅，采用钢管弯曲的工艺，运用到椅子设计(shj)上，出现新的形态。新材料(cilio)新材料为设计的可行性创造条件，对设计提出要求，给设计带来飞跃(fiyu)，出现新的设计风格，产生新的功能、新的结构和新的形态。学习材料与工艺的重要性第6页/共71页第六页，共71页。20世纪(shj)三四十年代以后，由于合成树脂的迅速发展和高频技术胶合技术的应用，产生了一种新的椅子形态胶合板椅。新工艺新材料伴随新工艺出现

4、，当然，也可以(ky)在现有的材料上开发，可以(ky)产生很多设计形式的可能。学习材料与工艺(gngy)的重要性第7页/共71页第七页，共71页。“鸟巢”跨度330多米，中间没有一根柱子，这样的结构，需要一种抗拉、抗压和抗弯强度大的特种钢材做支撑柱。一种特殊钢材，叫Q460-Z35，厚度达到110毫米，国内在民用钢结构建筑上还是第一次应用，为特殊研制。河南舞阳钢铁厂的科研新设计(shj)新的设计构思也要求材料与工艺来实现(shxin)。这对材料及工艺提出了新的要求，促进了材料科学的发展和工艺技术的改进与创新。学习材料与工艺(gngy)的重要性第8页/共71页第八页，共71页。 拿到设计项目后，

5、需要想象和逐步形成将被加工产品的外形。有了良好的材料与工艺的知识基础后，就可以提出(t ch)一系列可能设计方案，又能在一定程度上确信它们是可被加工的。学习材料与工艺(gngy)的重要性第9页/共71页第九页，共71页。 产品设计评审中，要进行可制造性的讨论。设计师要有精神准备去维护设计方案的合理性。在设计过程中，与工程人员有必要进行沟通和协作。设计师必须了解材料及加工(ji gng)的知识。学习材料与工艺(gngy)的重要性第10页/共71页第十页，共71页。产品设计过程的一般模式产品设计过程的一般模式Design flow chart 1. 确定问题。2. 收集资料和信息。3. 列出可能的

6、方案。4. 检验可能的方案。5. 选择最优秀方案。6. 施行方案。实际产品开发过程中，材实际产品开发过程中，材料、工艺料、工艺(gngy)(gngy)对设计对设计的作用和影响是怎样呢？的作用和影响是怎样呢？第11页/共71页第十一页，共71页。案例一案例一 银行银行(ynhng)(ynhng)柜台设计柜台设计效果图设计阶段这一阶段属于造型设计，由工业设计师从客户(k h)需求、使用功能、审美要求出发进行方案设计，选择若干方案进行下一步。第12页/共71页第十二页，共71页。结构分析阶段这一阶段属于工程设计，由结构工程师从材料生产工艺出发，检验造型设计方案，选择最优方案，很多时候需要修改方案，甚

7、至更换方案，这一阶段，需要工业设计师的相互配合。样品实制阶段这一阶段主要是在确定方案后，在进行批量生产前，一个必不可少的环节，检验生产工艺、表面精度、生产成本等相关因素，有需要的话，要做适当的修整。第13页/共71页第十三页，共71页。在这个产品的开发过程，工业设计师需要了解的材料(cilio)工艺主要是金属薄板的塑形成型技术。一块(y kui)铁皮是怎样制作成宝马汽车的？第14页/共71页第十四页，共71页。都经过了哪些(nxi)环节？ 出色的摄像头不仅需要有出色的效果，同样，也要有吸引人的外观。成功的外观设计(shj)，需要出色的设计(shj)理念，但要把将这理念在具体实物体现出来，又需要

8、精湛的工艺。 案例二摄像头设计造型(zoxng)设计阶段第15页/共71页第十五页，共71页。因为是新开模具，从设计到实际的注塑，有许多问题都有待解决。因为如果产品结构设计的不合理，就容易引起产品的各种缺陷：缩印、熔接痕、气孔(qkng)、变形、拉毛、飞边 。模具(mj)、生产设计阶段装配(zhungpi)阶段第16页/共71页第十六页，共71页。在这个产品的开发过程，工业设计师需要了解的材料工艺主要是塑料(slio)成型技术。第17页/共71页第十七页，共71页。设计材料与工艺(gngy)研究的三个内容 三大内容 1.成型工艺 2.连接工艺 3.表面处理 五种材料 1.金属 2.塑料 3.玻

9、璃 4.木材 5.陶瓷第18页/共71页第十八页，共71页。选择(xunz)合适的材料与工艺能够更好地表达设计师的设计思想满足使用要求体现风格与创意、质感选材要求选材要求材料创新材料创新 传统材料的新用法、新材料的采用材料设计材料设计 成本 材料本身 工艺性应与加工设备和生产技术相适应 健康及环保 经济 实用 美观第19页/共71页第十九页，共71页。 材料的特性(txng)和加工成型工艺制约设计师的设计自由，同时材料特性(txng)与新工艺会带给设计师灵感 材料：不能做什么对设计(shj)的制约 能做什么创造性地探讨材料的应用设计(shj)师赋予材料真正的价值使用价值审美价值第20页/共71

10、页第二十页，共71页。门把手管理(gunl)家中电器、燃气开关第21页/共71页第二十一页，共71页。第22页/共71页第二十二页，共71页。可以(ky)(ky)缩小的概念电池：One = TwoOne = Two第23页/共71页第二十三页，共71页。2050年的伊莱克斯概念(ginin)洗衣机第24页/共71页第二十四页，共71页。第25页/共71页第二十五页，共71页。超概念(ginin)积分绳投影器第26页/共71页第二十六页，共71页。第27页/共71页第二十七页，共71页。绝对安全(nqun)的自行车锁系统第28页/共71页第二十八页，共71页。第29页/共71页第二十九页，共71

11、页。便携急救(jji)医疗设备第30页/共71页第三十页，共71页。概念(ginin)智能控温茶具设计第31页/共71页第三十一页，共71页。大电池(dinch)吃小电池(dinch) 节能1号电池(dinch)设计第32页/共71页第三十二页，共71页。第33页/共71页第三十三页，共71页。1、程能林编产品造型材料与工艺， 北京理工大学出版社2、江湘云编设计材料及加工工艺， 北京理工大学出版社3、闫 卫编工业(gngy)设计师必备的材料与工艺常识，机械工业(gngy)出版社推荐(tujin)书目第34页/共71页第三十四页，共71页。什么是材料（什么是材料（material）呢？很简单，向

12、四周看看，）呢？很简单，向四周看看，你看到了什么？你看到了什么？我们穿的衣服是由各种材料制成的。我们的宿舍是我们穿的衣服是由各种材料制成的。我们的宿舍是由各种材料建成的（大部分是人工合成的）。窗户由各种材料建成的（大部分是人工合成的）。窗户上的玻璃，吃饭用的碗、勺子，我们无论往哪儿看，上的玻璃，吃饭用的碗、勺子，我们无论往哪儿看，映入眼帘的都是各种材料。映入眼帘的都是各种材料。 广义地说材料是指包括人们思想意识之外的所有物广义地说材料是指包括人们思想意识之外的所有物质。质。狭义地讲材料是人类用于制造物品狭义地讲材料是人类用于制造物品(wpn)、器件、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。构件、

13、机器或其他产品的那些物质。第35页/共71页第三十五页，共71页。 学会根据产品造型设计的目的和要求，灵活地利学会根据产品造型设计的目的和要求，灵活地利用各种材料的内在功能和表面特征，合理地选择材用各种材料的内在功能和表面特征，合理地选择材料的加工工艺，设计出功能好、性能料的加工工艺，设计出功能好、性能(xngnng)(xngnng)高、款式新颖的产品！高、款式新颖的产品！第36页/共71页第三十六页，共71页。本课程学习的重点(zhngdin)、难点n重点(zhngdin)n金属和非金属常用造型材料的特点和成型工艺u难点难点u如何充分利用造型材料及其成型工艺，实现完美的造如何充分利用造型材料

14、及其成型工艺，实现完美的造型设计型设计u特别特别(tbi)(tbi)是造型结构的合理性、可加工性、材料的是造型结构的合理性、可加工性、材料的合理性合理性第37页/共71页第三十七页，共71页。第一章第一章 概概 论论人类的生存离不开材料一种崭新技术的实现，往往需要崭新材料的支持 例如：实现光通讯技术，离不开1970年制成的光导纤维材料的支持先进的技术反过来促进新材料的诞生翻开人类进化史，材料的开发、使用和完善贯穿(gunchun)其始终第38页/共71页第三十八页，共71页。1.1 设计设计(shj)与材料与材料 远古的石器时代，人类懂得研磨(ynm)，用锋利并形状规整的势头制成匕首，斧头和枪

15、尖等。石器时代第39页/共71页第三十九页，共71页。 后来(huli)，出现了焙烧陶器，即利用塑性好的粘土，通过烧结而成发明了制陶术。1.1 设计设计(shj)与材料与材料后石器时代第40页/共71页第四十页，共71页。 在青铜器时代，利用青铜的熔点较低，硬度高，便于铸造(zhzo)的特征，制作成食器、酒器、装饰品和兵器。1.1 设计设计(shj)与材料与材料第41页/共71页第四十一页，共71页。1.1 设计设计(shj)与材料与材料 到了铁器时代，出现了以铁为主的一系列金属和合金材料，被用以制作各种手工艺器具、家庭(jitng)器具、农生产工具以及武器等。第42页/共71页第四十二页，共

16、71页。 工业革命以后，科学技术日新月异(r xn yu y)，新材料不断涌现。发展到今日，出现各种材料百家争鸣的局面。1.1 设计设计(shj)与材料与材料第43页/共71页第四十三页，共71页。1.1 设计设计(shj)与材料与材料 以家具中的椅子为例，可以 看 出 椅 子 设 计 造 型(zoxng)的变化与发展和椅子材料的应用与发展是相辅相成、相互影响、相互促进和相互制约的。 古希腊时期-石椅第44页/共71页第四十四页，共71页。1.1 设计设计(shj)与材料与材料 后来出现用木材制作家具。我国明代家具，在家具发展史中占有重要地位。明式椅子具有(jyu)简、厚、精、雅之特色，所用木

17、材多为紫檀木、黄花梨木、杞梓木，红木、乌木、铁力木和楠木等。 明代家具-圈椅线条挺拔秀丽、流畅，纹理自然华美第45页/共71页第四十五页，共71页。1.1 设计设计(shj)与材料与材料 工业革命后，新材料(cilio)不断出现。由马谢尔布鲁耶(Marcel Breuer)领导的家具改革，开辟了家具设计新的一页,设计制造出了世界上第一张以标准件构成的钢管椅瓦西里椅。首创了世界钢管椅的设计，突破了原有木制椅子的造型范围。轻巧优美(yumi)、华贵高雅、结构坚固第46页/共71页第四十六页，共71页。 20世纪三四十年代以后，由于合成树脂的迅速发展和高频胶合技术的应用(yngyng)，产生了一种新

18、的椅子形态胶合板椅，它改变了原有木材的特性，其结构、强度等均发生了变化，赋予椅子新的造型风格。 胶合板椅1.1 设计设计(shj)与材料与材料第47页/共71页第四十七页，共71页。 新的合金技术和合成化学技术也为椅子提供了各类高性能的轻质合金材料及高分子聚合材料，这一系列材料的问世，为椅子造型设计开辟(kip)了更广阔的领域。 S形塑料椅 1.1 设计设计(shj)与材料与材料第48页/共71页第四十八页，共71页。1.1 设计设计(shj)与材料与材料 用乙烯基布缝制成一个锥状袋子，内装颗粒状聚苯乙烯泡沫球，此款布袋椅完全(wnqun)抛弃了家具设计的结构，适宜使用者所采取的各种坐姿。 S

19、acco椅第49页/共71页第四十九页，共71页。1.1 设计设计(shj)与材料与材料 各种新材料、新工艺的出现，给椅子造型带来了新的生机，为椅子造型设计提供了更多的造型方法和手段，产生了完全崭新(zhnxn)的造型风格。 玻璃椅子 第50页/共71页第五十页，共71页。1.1 设计设计(shj)与材料与材料 材料的不同，必然带来设计(shj)的不同，新的材料会产生新的设计(shj)，产生新的造型形式，给人们带来新的感受。 充气椅子第51页/共71页第五十一页，共71页。材料与工业(gngy)设计（一）材料(cilio)是设计的物质基础（二）材料(cilio)与设计相互促进（三）材料(cil

20、io)工艺知识对设计师的重要性第52页/共71页第五十二页，共71页。1.2 产品造型产品造型(zoxng)设计的物质基础设计的物质基础产品：是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成的，产品：是由一定的材料经过一定的加工工艺而构成的，是功能、形态和材料三要素的和谐是功能、形态和材料三要素的和谐(hxi)(hxi)统一。统一。产品造型设计：工业产品技术功能设计与美学设计的产品造型设计：工业产品技术功能设计与美学设计的结合统一，集现代科学技术与社会文化、经济和艺术结合统一，集现代科学技术与社会文化、经济和艺术为一体，是人类有目的的创造活动。为一体，是人类有目的的创造活动。第53页/共71页第五十三页

21、，共71页。1.2 产品造型产品造型(zoxng)设计的物质基础设计的物质基础材料是工业造型设计的物质基础。工艺是指材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺，是人们认识、利用和改造材料并实现(shxin)产品造型的技术手段。材料与工艺是设计的物质技术条件，是产品设计的前提，它与产品的功能、形态构成了产品设计的三大要素，而产品的功能和造型的实现(shxin)都建立在材料和工艺上。 第54页/共71页第五十四页，共71页。1.3 材料材料(cilio)设计设计材料设计的内容以包括“物一人一环境”的材料系统为对象将材料性能、使用、选择(xunz)、制造、开发、废弃处理和环境保护看成一个整体着重研究材料

22、特性与人、社会、环境的谐调关系对材料的工学性、社会性、经济性、历史性、生理性、心理性和环境性等问题进行平衡和把握积极评价各种材料在设计中的使用和审美价值，使材料特性与产品的功能达到和谐统一第55页/共71页第五十五页，共71页。1.3 材料材料(cilio)设计设计 有意识地运用各有意识地运用各种新技术种新技术(jsh)(jsh)和和新手段来创造新材料，新手段来创造新材料，运用具有新的组合方运用具有新的组合方式、新的形态和新的式、新的形态和新的性质的各种材料进行性质的各种材料进行新产品的开发。新产品的开发。 第56页/共71页第五十六页，共71页。1.3 材料材料(cilio)设计设计n从产品出发从产品出发n 功能功能n 用途用途n从原材料出发从原材料出发n 发挥发挥(fhu)材材料特性料特性n 开拓产品新功开拓产品新功能能原材料原材料原材料所原材料所具的特性具的特性产品用途产品用途产品所需的功能产品所需的功能比比较较与与评评