《产品设计程序与方法》-第5章

5.1产品设计材料材料是产品造型的物质基础。当代工业产品的先进性不仅体现在功能与结构方面，同时也体现在新材料、新工艺的应用上。材料选择不仅制约着产品的结构形式和尺度大小，还体现材质美的装饰效果，是造型设计极为重要的组成环节。从材料的功能来讲，一般机械工程材料要具有足够的机械强度、刚度、冲击韧性等力学性能。而电气工程材料，除了力学性能外，还需具备导电性、传热性、绝缘性、磁性等特性。但从造型角度来讲，对材料要求除了上述材料的物理、力学性能要符合产品功能外，还要具备感觉性、化学稳定性(耐候性)、加工成型性和表面工艺性。在产品的设计过程中，通过材料的巧妙运用，能使产品造型新颖、别致，提高产品的外观质量(图5-1)。下一页返回5.1产品设计材料5.1.1常用设计材料

1.金属材料金属材料是金属及其合金的总称。在钢、铁和合金为代表的现代工业社会，金属材料以其优良的力学性能、加工性能和独特的表面特性，成为现代产品设计中的一大主流材质(图5-2一图5-7)。

金属材料的性能可分两类:一是在使用过程中表现出来的性能，包括机械、物理和化学性能，其特性表现在以下几个方面:①金属材料几乎都是具有晶格结构的固体，由金属键结合而成。②金属材料是电与热的良导体。③金属材料表面具有金属所特有的色彩与光泽。④金属材料具有良好的展延性。上一页下一页返回5.1产品设计材料⑤金属可以制成金属间化合物，可以与其他金属或氢、硼、碳、氮、氧、磷与硫等非金属元素在熔融态下形成合金，以改善金属的性能。⑥除了贵金属之外，几乎所有金属的化学性能都较为活泼，易于氧化而生锈，产生腐蚀。二是在加工制造过程中表现出来的性能，称为加工性能，主要是指材料适应各种加工和工艺处理的能力，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。上一页下一页返回5.1产品设计材料

2.塑料材料合成树脂是具有塑性的物质。按其加热后性质的变化和成型工艺的特点又可分为热塑性和热固性树脂两大类。热固性树脂变热后具有流动性，成型冷却后不能再度软化。为改善单一树脂加工或制作性能的不足，在使用时加入填充剂、增塑剂、稳定剂、着色剂等添加剂形成新的材料，称为塑料。每一种塑料都有其特殊的性能，但它们又具有某些共性。①无色，可任意着色。②质轻，比强度(单位重量所能达到的强度)高。③质硬，弹性和柔性好，耐磨。④化学稳定性好，耐腐蚀性好，耐紫外光好，耐候性好。⑤电绝缘性和热绝缘性好。⑥吸振，消声。上一页下一页返回5.1产品设计材料在工业造型设计过程中，我们要根据产品具体的使用环境和条件选用最合适的塑料品种，必须充分考虑到塑料的力学性质(如温度、应力状态、时间、形状等)随外部条件而变化的特点，必须注意安全和正确选用(图5-8一图5-10)。

塑料在自然界中放置时与金属不同，它不生锈，无外观变化，这是它的长处。虽然完全抗强酸、强碱、无机化学药品、有机化学药品、溶剂类腐蚀的塑料仍然很少，但在弱酸、弱碱、无机盐类水溶液中使用是完全没有问题的。上一页下一页返回5.1产品设计材料3.其他材料(1)玻璃玻璃是将原料加热熔融、冷却凝固所得的非晶态无机材料。由于玻璃的非异向结构，其物理性质和力学性质等是各向同性的。玻璃具有一系列的优良特性，如坚硬、透明、气密性、不透性、装饰性、化学耐蚀性、耐热性及电学、光学等性能，而且能用吹、拉、压、铸、槽沉等多种成型和加工方法制成各种形状和大小的制品。玻璃作为现代设计中一大媒介材料，已经成为人们现代生活、生产和科学实验活动中不可缺少的重要材料。此外，从环境保护的角度看，玻璃作为“绿色”材料，将是21世纪普遍看好的材料(图5-11,图5-12)。上一页下一页返回5.1产品设计材料(2)木材木材作为一种天然材料，在自然界中蓄积量大、分布、取材方便，具有优良的特性，一直是最广泛最常用的传统材料，在新材料层出不穷的今天，在设计应用中仍占有十分重要的地位(图5-13一图5-16)。(3)陶瓷陶瓷(ceramics)一词源于古希腊的“烧物”，意思是经过高温烧结而产生的有相当强度的材料。当今无机非金属固体材料(陶瓷)与金属材料及有机材料一起成为当代材料世界的三大重要支柱(图5-17，图5-18)。上一页下一页返回5.1产品设计材料5.1.2设计材料的选用作为设计用材料，均具有一定物理性质、化学性质、内部结构(或组织)、表面状态、加工性能和耐久性等特点。设计师在研究材料性质的同时，还应对材料给人的感觉加以分析与研究。这些感觉主要包括:材料受光照后对视觉刺激所产生的表面肌理的视觉感受;因触觉而判别材料的厚度、硬度、光滑、粗糙、冷和暖等的触觉感受;因听觉的刺激而产生的质地、质感、形状、厚薄等联想所产生的听觉感受;因材料的理化作用引起的生理感受进而引起的心理反应的感受等。上一页下一页返回5.1产品设计材料设计是一种复杂的行为，它涉及设计者感性与理性的判断。与设计的其他方面相比，材料的选择是最基本的，它提供了设计的起点。材料选择的适当与否，对产品内在和外观质量影响很大。如果材料选择不当或考虑不周，不仅影响产品的使用功能，还会有损于产品的整体美感。因此，设计师在选择材料时，除必须考虑材料的固有特性外，还必须着眼于材料与人、环境的有机联系。设计材料的种类多，量大面广。在设计中如何正确、合理地选用材料是一重要的问题。设计材料的选择应遵循以下原则。上一页下一页返回5.1产品设计材料①材料的外观:考虑材料的感觉特性。根据产品的造型特点、民族风格、区域特征，选择不同质感、不同风格的材料。②材料的固有特性:材料的固有特性应满足产品功能、使用环境、作业条件和环境保护的需要。③材料的工艺性:材料应具有良好的工艺性能，符合造型设计中成型工艺和表面处理的要求，应与加工设备及生产技术相适应。④材料的生产成本及环境因素:在满足设计要求的基础上，尽量降低成本，选用资源丰富、价格低廉、有利于生态环境保护的材料。⑤材料的创新:新材料的出现为产品设计提供更广阔的前提，满足产品设计的要求。从图5-19一图5-26中可以看到材料的选择对于产品设计的影响。上一页返回5.2产品成型加工工艺加工工艺是实现造型的关键，也是产品造型设计时代感的重要标志。表面处理与装饰工艺互相结合、渗透，促使产品造型达到工艺美的艺术效果。而工艺美是指产品通过加工制造和表面涂饰等工艺手段所体现的表面审美特性。任何产品要获得美的形态必须通过相应的工艺措施来实现，而工艺美的获得主要是依靠制造工艺和装饰工艺两种手段(图5-27)。下一页返回5.2产品成型加工工艺5.2.1金属材料的成型工艺金属制造成型工艺主要是指产品通过机械精整加工后所表露出的加工痕迹和特征。机械产品的精整加工主要有精车、精刨、精铣、精磨、铲刮、抛光等方法，以及各种无切削加工，如有压加工，外圆表面的滚花、压光等。

1.铸造成型工艺将熔融金属浇入具有和零件形状相适应的铸型空腔中，凝固后获得一定形状和性能的金属件的成形方法称为铸造。用铸造方法制造的毛坯或零件称为铸件，其特点是金属在液态下成型。铸件一般作为零件的毛坯，要经过切削加工后才能成为零件。但若采用精密铸造方法或对零件的精度要求不高时，铸件也可不经切削加工而使用。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺(1)砂型铸造砂型铸造是最基本的铸造方法。砂型铸造的工艺过程主要包括:制造模型和芯盒、配制型砂及芯砂、造型制芯、合箱、熔化金属、浇注、落砂、清理及检验等(图5-28)。

(2)特种铸造特种铸造是指砂型铸造以外的其他铸造方法。常用特种铸造方法有熔模铸造、金属型铸造、离心铸造、压力铸造和低压铸造等。熔模铸造是在蜡模上涂敷数层耐火材料，待耐火材料层固化后，熔去蜡模制成型壳，经高温焙烧后，浇入金属液而获得铸件。金属型铸造是将液态金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件。离心铸造是将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液态金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形。

上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺2.切削加工工艺切削加工是指用切削工具从工件表面切除多余材料，从而获得符合要求的表面质量的零件的加工方法。切削加工分为机械切削加工和钳工。机械切削加工是指利用机械力对各种工件进行加工的方法，它是通过人操作机床设备进行加工切削、刨削、橙削、磨削等。钳工是指以手工工具为主，对工件进行加工的加工方法。械制造中除少量零件采用精密铸造、精密锻造、粉末冶金、塑料压制成型及特种加工等方法获得外，绝大多数零件要靠切削加工成型。据统计，切削加工目前占机械制造总量的40%-60%(图5-29)上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺3.压力加工压力加工是金属加工的方法之一，它是利用金属的塑性，通过外力使金属发生塑性变形，获得所要求的形状、尺寸和性能的产品的加工方法。金属的压力加工包括锻造和冲压两大类。

(1)锻造锻造—利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件(图5-30)。锻造是金属零件的重要成型方法之一，它能保证金属零件具有较好的力学性能。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺

(2)板料冲压进行产品设计的人性化研究时，重点研究方向为产品的外壳界面及其与人的关系。在产品的外壳界面的成型中，金属板料冲压是最常见的工艺之一。大型产品如飞机、汽车的外壳都是金属板料冲压件;小型产品如不锈钢锅等厨房用品也是金属板料冲压制品。同时，产品内部的机械、电子系统，也都大量使用冲压件制造其机械结构、传动结构、连接与固定结构。板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。冲压通常在室温下进行，故又称冷冲压。只有当板料厚度超过8-10mm时，才采用热冲压。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺板料冲压特点:①可冲形状复杂的零件，且废料少。②高精度，低粗糙度，零件互换性好。③重量轻，耗材少，强度刚度较好。④操作简单，生产率高。常用的材料包括低碳钢、铜合金、铝合金等塑性好的材料。常用设备为剪床和冲床。基本工序:①分离工序②变形工序。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺冲压件的表面质量好，尺寸精度高，冲压可使零件获得合理的截面结构，同时，冷变形可使零件产生加工硬化，因此，冲压件的强度较高。冷冲压可生产形状复杂的零件或产品，操作简单，便于机械化、自动化生产，生产率高，成本低。但由于冲模制造复杂，冲压只适用于大批量生产。板料冲压所用原材料必须具有足够的塑性，常用的有低碳钢、高塑性合金钢、铜合金、铝合金等。冲压加工的应用范围十分广泛，在电子工业产品的生产中，已成为不可缺少的主要加工方法之一。据统计，在电子产品中，冲压件(包括饭金件)的数量约占零件总数的85%以上。此外，冲压加工在汽车、摩托车、电器、电机、仪器仪表等机械工业和国防工业以及日常生活用品的生产方面，也占据着十分重要的地位(图5-31一图5-33)。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺5.2.2塑料材料成型工艺塑料的成型工艺比较简单，方法也较多。一般在400℃以上采用注射、挤压、模压、浇铸、缠绕、烧结、真空成型、吹塑和夹层结构等方法制成塑料制品。也可以采用喷涂、浸渍、粘结、沸腾床等离子喷涂等方法将塑料覆盖在金属(或非金属)基体上，或在塑料表面上镀金属，从而得到既有塑料优点，又有金属特性的制品。塑料制品也可以像金属材料一样采用车、铣、刨、磨、锉、钻以及抛光等方法进行二次加工。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺塑料加工成型是目前应用极为广泛的加工工艺。现代工业产品大部分采用的塑料外壳是用注塑成型工艺加工制成的。如电视机、电话、计算机、音响等家用电器，绝大部分为注塑成型的外壳或配件。塑料的加工成型工艺方法很多，分类办法也多种多样，而且随着技术的进步，更加新、高、精、尖的材料，加工工艺和工艺设备都在不断涌现。塑料件的成型方法很多，主要有注射、压缩、挤出、压注和吹塑等。这里主要介绍注塑成型和吹塑成型。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺

1.注塑成型注塑成型也称注射成型或注射模塑，是用注射机的螺杆或活墨，使料筒内加热的熔融的塑料，经喷嘴、浇注系统，注入型腔而固化成型。它主要用于热塑性塑料的塑件成型，但近年来也有用于热固性塑件的成型。其过程是将原料高温塑化，然后向模具型腔注射，待冷却固化后开模取出塑料制成品。这种加工工艺适合于全部热塑性塑料和部分热固性塑料。注塑成型大量用于各种工业品和民用日用品的生产，如电视机和许多日用小电器的外壳，全自动洗衣机的上盖，冰箱的门边和上盖，空调机面板，计算机外壳，照相机壳，以及日用杯、盆、桶等(图5-34一图5-36)。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺2.压缩成型压缩成型就是借助加热和加压，使直接放入型腔内的塑料熔融，固化成型。它主要用于热固性塑料。但目前也有较多的热塑性塑件用压缩法成型。3.挤出成型挤出成型的方法是:将软化或塑化后的塑料，在螺杆或柱墨的加压作用下，使熔融塑料通过成型机头后逐渐冷却硬化成型。它主要用于成型热塑性塑料产品，通常是制造连续型材的塑料产品，如塑料管(图5-37，图5-38)。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺4.压注成型压注成型就是通过柱墨，使塑料腔内受热塑化熔融的热固性塑料，经挤注系统压入被加热的闭合型腔并固化成型。它主要用于热固性塑料产品。5.真空吹塑成型真空吹塑成型的方法是:将挤出机挤出的熔融塑料毛坯借助压缩气体吹胀而贴于模腔壁后冷却硬化成为塑料产品。主要用于热塑性塑料产品的成型，如塑料瓶等。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺5.2.3其他先进成型工艺技术随着科学技术的发展，零件的形状日趋微型化和复杂化，零件的材料也更多地选用高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温和磁性材料等。这些零件的加工，用一般的制造方法难以胜任，目前常采用特种加工方法。所谓特种加工，就是直接利用电能、电化学能、声能、光能来进行加工的方法。它是近十几年发展起来的新工艺。在机械、电子、仪表、国防、航天及轻工等制造部门，已成为不可缺少的加工方法。相对于传统的常规加工方法而言，特种加工又称为非传统加工工艺，它与传统的机械加工方法比较，具有以下特点。上一页下一页返回5.2产品成型加工工艺①有“以柔克刚”的特点，可以加工任何硬的、脆的、耐热或高熔点的金属或非金属材料。②特种加工方法获得的加工精度和表面质量有其特别的规律性，利用这些规律，可以有目的地解决一些工艺难题和提高产品的表面质量，进而提高其使用性能和寿命。③许多特种加工方法对工件无宏观作用，因而适合于加工薄壁件、弹性件等。目前，特种加工已在航天、电子、化工、汽车等制造工业部门得到广泛应用。特种加工包括电化学加工、电火花加工(图5-39)、电火花线切割加工、电接触加工、激光加工、磨料喷射加工、液体喷射加工、电化学机械加工及各类复合加工等。上一页返回5.3产品表面装饰工艺设计装饰工艺主要指对成型产品进行必要的涂料装饰或电化学处理，以提高产品的机械性能和审美情趣。产品设计是为了使所创造的产品与人之间取得最佳匹配的活动，而与人的关系还表现在视觉与触觉的世界，也就是材料表面的世界。具体说就是要处理诸如色彩、光泽、纹理、质地等直接赋予视觉与触觉的一切表面造型要素。而这些表面造型要素则会因材料表面性质与状态的改变而改变。产品表面所需的色彩、光泽、肌理等，除少数材料所固有的特性外，大多数是依靠各种表面处理工艺来取得。所以表面处理工艺的合理运用对于产生理想的产品造型形态至关重要。在产品造型设计时要根据产品的性能、使用环境、材料性质，正确选择表面处理工艺和面饰材料，使材料的颜色、光泽、肌理及工艺特性与产品的形态、功能、工作环境匹配适宜，以获得大方、美观的外观效果，给人以美的感受。下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计5.3.1表面装饰的目的表面处理技术是指采用诸如表面电镀、涂装、研磨、抛光、覆贴等能改变材料表面性质与状态的表面加工与装饰技术。从严品造型设计出发，表面处理有两方面的作用。①保护严品。包括保护严品的原有材质、防止表面腐蚀、锈蚀，延长严品的使用寿命。改善表面的物理性能(光性能、热性能、电性能等)、化学性能(防腐蚀、防污染、延长使用寿命)及生物学性能(防虫、防腐、防锈等)，使严品表面有更好的感觉特性。②美化装饰。涂料对严品的外观美化、装饰，可以大大提高严品的附加价值及市场竞争力。装饰严品本身严生表面光泽、色彩、肌理等外观形态。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计5.3.2表面处理方法材料的表面性质和状态与表面处理技术有关，通过切削、研磨、抛光、滚压、喷砂、蚀刻、涂饰、镀饰等不同的处理工艺可获得不同的材料表面性质、肌理、色彩、光泽，使严品具有精湛的工艺美、技术美和强烈的时代感。设计中所采用的表面处理技术，一般可分为表面精加工、表面层改质和表面被覆三类。

1.表面精加工将材料的表面加工成平滑、光亮、美观和具有凹凸肌理的表面状态。通常采用切削蚀刻、喷砂、抛光、研磨等方法(图5-40，图5-41)。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计2.表面层改质处理法表面层改质处理方法包括电化学方法和化学方法。电化学处理是运用电离作用与化学作用使金属表面平整光洁或使某种材料表面获得其他材料的表面镀层或氧化层，从而改善表面性质和外观质量，达到保护和装饰美化的目的。电化学处理方法很多，主要有电抛光、电镀、氧化处理等。阳极氧化处理:将金属制件置于电解槽中的阳极上，通过电化学作用使其氧化而形成氧化膜的过程称为阳极氧化，这种表面处理方法对铝及其合金制件广泛适用。经过阳极化氧处理可在表面获得厚度为几十到几百微米的氧化膜，并能通过调整阳极氧化所用的电解液及工艺条件等，得到不同硬度、弹性、孔隙及孔径的氧化膜。阳极氧化后得到的氧化膜具有多孔性、吸附性，有一定的硬度和较好的绝缘性，并可作为有机涂层的底层。

上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计铝及铝合金经阳极氧化处理后得到的新鲜氧化膜，具有多孔状结构。所以膜层有很好的吸附性，对各种染料表现出良好的吸附能力，因而再经过一定的工艺处理，可染上各种鲜艳的色彩。从而不仅具有防护作用，还有装饰效果(图5-42)。

3.表面被覆法

(1)镀层被覆金属零件的表面装饰大多采用涂镀法，在表面涂刷或镀上另外一种材料。为了方便涂镀层在金属材料表面的附着良好，必须进行涂银前处理。其工艺是:热碱溶液除油一酸洗除锈一表面磷化一表面钝化。钝化处理的目的是，让磷化处理后的表面磷化层经化学钝化处理，使其在等待下一步喷漆，裸露于空气中的一段时间里不至于生锈，以保证喷漆的质量(图5-43)。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计镀层法包括电镀、化学镀、真空蒸发沉积银等。电镀是通过有电流的电镀液将被镀物质转移到零件表面;化学镀则通过化学反应将被银物沉积在被镀零件上;真空蒸发沉积银是通过电高温技术将被镀物质在真空中蒸发后沉积于零件表面。镀层法的可镀物质范围很广，包括金、银、铬、镍、铜、锡、锌等，其中，耐候性以铬和金最好。适用于金属的许多涂装方法和涂装材料大多也运用于塑料(塑料由于不导电，塑料的电镀有特殊性)，不同之处是塑料表面不存在绣蚀，不需要除锈。但塑料零件在加工过程中表面沾染有脱模剂，要除去，而为了提高塑料基底与涂层的附着力，塑料表面要经过活化处理。塑料表面可以电镀铜、镍、铝、银、金、锡等金属及其合金(图5-44)。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计(2)涂层被覆涂层被覆技术是在制品表面形成以有机物为主体的膜层，并干燥成膜的工艺。这是一种简单而又经济可行的表面装饰方法，在工业上通常简称为涂装。图5-45为表面采用多色涂饰的餐具器皿。涂料装饰是对各种金属或非金属材料表面进行装饰的一种简单方法，运用灵活的工艺手段，各种材料都可以用涂料装饰的方法而获得不同的外观效果。涂料装饰既可改变原有物质的颜色，起到保护产品、美化产品和环境的作用，同时也能给人以舒适美丽的感觉，因此它是工业产品表面装饰中广泛采用的方法。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计5.3.3材料表面处理工艺的选择原则现代工业产品造型在取得合理的功能设计后，形态表面的色感、量感、质感的设计和配置，是吸引人、唤起购买者兴趣的重要方面。表面处理工艺的应用，不仅提高了产品质量，而且丰富了产品造型的艺术效果。材料表面处理工艺的选择原则有以下几个方面。

1.形态的时代性产品的造型只有在提供了新材料、新工艺、新技术的基础上才可能反映出产品的时代性。产品的装饰工艺反映时代的科学技术水平。

2.求简的单纯性产品形态简洁、单纯是现代工业产品的鲜明特色，是时代的要求。在选择装饰工艺时，必须经过充分的提炼、概括，删繁就简，以清新的时代面貌展现产品单纯性的美观。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计

3.功能的合理性表面处理不仅是为了使产品美观，在许多方面还体现功能的合理性。在体现功能合理性上应该做到:表面处理工艺哭出产品功能的主体部分，强调功能的正确使用要求，根据功能对操作的不同影响选择适当的处理方法。例如，视觉显示器的表面必须具有较低的反射率，以防止眩光与反射，并具有增强图形字符与背景对比的性质，以便于操作者清晰、正确地辨识。而触觉控制器会有两种截然相反的要求，一方面，在需要可靠抓捏的场合，要求摩擦力大;另一方面，在要求能顺利滑移的场合，则要求摩擦力小。例如，手动或脚踏控制可能会分别要求相应的控制器具有较高或较低摩擦力的表面，以有利于握紧或滑移。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计4.情感的审美性美的确定是人们在生活中的感觉，它与人的主观条件如想象力、修养、爱好分不开。它离不开生活，离不开对象，而又因人、因时代、因地域、因环境等因素而不同。满足人们情感需求的审美性，是选择装饰工艺的又一原贝。5.产品档次的经济性由于消费层次的差异，产品分为高中低不同档次。在对产品选择表面处理工艺时，必须考虑到产品档次的经济性，以求得产品的合理装饰，使生产获得理想的经济效益。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计高档严品又称豪华型严品，它象征使用者的富有、气派。在选用表面处理工艺时，一是对严品外观进行多侧面表面处理，或提高材料本身的质感，或改变材料的肌理，使严品呈现精美感;二是采用多种新的表面处理工艺，使严品具有现代感、贵重感。中档严品是消费层次较广的一种严品。由于此严品销售面广，价格适中，因此在选用表面处理工艺时既要使严品保持一定的档次，不失现代感，又要考虑严品的价格，不可随意使用表面处理。这类严品的表面处理一般选用一两种最新的表面处理工艺，恰到好处地体现表面处理的现代感。低档严品也称为普及型严品。由于售价低廉，应尽量少使用表面处理，以获得生严的经济效益。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计6.成本表面处理也同样存在成本问题。在表面涂上无瑕疵、高光泽或无光泽的高级涂料显然比一般的表面处理成本高。在当今市场上，人们往往宁可付出更多的钱去购买他们喜爱的东西，而不愿选择较便宜但质量较次的产品。随着科学技术水平的不断提高，在消费品市场上，同类商品的性能、可靠性与安全性间的差别正日趋缩小。产品的价格和产品本身所具有的“魅力”就成为消费者最终决定买不买的主要原因。这两者在很大程度上都受表面处理方式的影响。有时在可供选择的几种表面处理方法中，虽然某种方法的成本相对要高些，但随着技术的发展和综合考虑，却发现这种技术往往是更切实可行的。例如，在安装街灯时，决定选用钢质灯柱，因为它的单价比水泥柱低。但由于钢柱使用年限仅20年，而且还需定期油漆、维护，结果在后期实际付出的代价是原价的两倍以上。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计对于耐用消费品，必须保证产品在正常使用情况下，其表面的处理效果不会在机构构件失效之前就被腐蚀、损坏。否则就会使产品丧失信誉，因而失去用户的信任。为此，可采取适当措施，如在需要光洁表面处理时，以不锈钢代替需油漆或电镀的普通材料。这样，可保证产品既有美观的外形又能抵抗腐蚀和气候影响。虽然这样处理会使成本提高，在一开始可能会受到消费者的埋怨，但一旦这种表面处理得到表现的机会，可以相信消费者是会满意的，并乐于为此付出代价。上一页下一页返回5.3产品表面装饰工艺设计7.环境保护在表面处理工艺及涂、镀材料的选泽中，同样应考虑环境保护的因素。传统的涂、镀工艺不仅使能源消耗大，还给环境带来污染。例如，含有溶剂的油漆，在其形成漆膜的过程中挥发的溶剂有很大的毒性;在电镀过程中产生的含铬的电镀液也严重污染了环境。近年来开发研制的一些表面处理技术则充分考虑了环境保护的因素。例如，粉末涂料是一种不含有机溶剂的固体粉末，其材料利用率几乎为100%，成膜均匀光滑，耐磨性好，而且能耗低，废物处理少，基本消除了对环境的污染。上一页返回5.4产品结构设计结构是指产品依据一定原理所组成的具有一定价值的结构系统。结构是保证产品物质功能的手段，材料是实现产品结构的基础。同一功能要求的产品可以设计成多种结构形式，若选用不同的材料，其结构形式也可产生多种变化。一般地说，结构形式是构成产品外观形态的依据，结构尺寸是满足人们使用要求的基础。产品的功能是通过结构形式和结构尺寸来实现的。如一张桌子，如选用金属材料作支架时其结构形式就不能沿用传统的木桌式样，而应与现代生活节奏相合拍，改楔接为铰接或螺钉连接等;就结构尺寸而言，无论采用什么形式，其高度须保证在78-80cm，因为这是由人体尺寸所决定的，若脱离这一基本要求，无论什么结构形式都是纸上谈兵。下一页返回5.4产品结构设计结构，是指物质系统内部各组成要素之间相互联系、相互作用的方式。对于产品来说，结构就是组成产品的各种材料之间相互联系、相互作用的方式的总和，也可以说，它是这些材料在产品这个整体中的组合方式和存在方式。产品的结构和材料是分不开的。任何产品的结构都是由一定的材料组合成的，而产品上所有的材料又都是按照一定的结构方式组合在一起的。木材可以做成桌子，也可以做成椅子，使用同一种材料的产品由于结构不同，便有不同的功能。棉花可以织成布，化学纤维也可以织成与布近似的面料，只要结构相同，有时用不同的材料也可以制成功能相同或近似的产品。可见，生产就是把材料按照一定的结构组合起来，结构决定着产品的根本性质。上一页下一页返回5.4产品结构设计产品的结构都具有层次性、有序性和稳定性。结构的层次性，指的是任何一个产品的结构都可以有若干不同的层次，而每个层次的结构又有它自身赖以组成的材料。如一台洗衣机是由漂洗筒、甩干筒、电动机、计时器和外壳等部件组成的，我们可以把它们都看做是这台洗衣机整体结构的材料;而每个部件，比如电动机，又有它自身处于低一层次的结构和构成这个结构的材料，如矽钢片的铁芯、漆包线、轴承等，而这些材料又各有它们自身又处于更低一层次的结构材料。由于物质具有无限的可分性，物质结构的层次是无限的。产品结构的层次也是如此，结构和材料的关系由于所处层次的不同而具有相对性。不过，这里所说的产品的结构一般是专指产品作为最后的制成品整体这个层次上的结构。上一页下一页返回5.4产品结构设计结构的有序性，指的是任何产品的结构都是合目的性与合规律性的统一。因为在产品内部，各种材料之间或一种材料的各个部分之间的联系都不是随机的排列或无目的的堆积，而是按照人的一定设计意图和工艺技术的客观要求，有目的、有规律地建立起来的。产品的生产过程就是产品结构由无序到有序的过程，而产品的消费过程就是产品结构由有序到无序的过程。正是这种结构的有序性保证产品能够实现一定的功能。结构的稳定性，指的是产品作为有序的整体，无论属于一种静态结构或动态结构，它的各种材料之间的相互作用都能够保持一种平稳的状态。这样，才能使产品具有一定的牢固性、安全性和可靠性，在一定时期内发挥其正常的功能。但这种稳定性只能是暂时的、相对的，因为产品结构设计中，一个合理的结构必须要充分考虑材料的特性，在一定条件下发挥其最大的强度。上一页下一页返回5.4产品结构设计1.力学结构①结构强度与材料形态的关系:两个材料相同、形态不同的物体，其强度是不同的。根据试验测定，材料的两端部分受力的作最大，对材料的影响也最大，而材料的中间部分相对受力较小。同样，面积相同的方形材料和圆形材料相比，圆形受力比方形小。材料的结构强度与材料整体体量形状有很大关系，设计中通过材料的形态结构变化，可以最大限度地发挥材料的强度性能。②结构强度与结构稳定的关系:结构强度与其稳定性有关。三角形结构是一种最稳定的结构形式，在现实生活中，有很多产品或机械系统都采用了三角形的结构原理，如自行车的车架就是典型的三角形结构形式，既简化了整体车身支撑系统的外观造型，又达到了最稳定的结构要求。上一页下一页返回5.4产品结构设计③结构强度与受力方向的关系:结构强度与受力方向有着密切关系。同样的结构形式，如果改变了力的作用方向，其结构的强度与稳定性都会受到影响。如折叠椅、折叠自行车的设计，既能承受人体较大的压力，又很容易折叠收起，正是巧妙地运用了这一基本原理(图5-46)。2.工艺结构零件结构既要满足使用上的要求，又要方便制造。

(1)铸造零件的工艺结构①拔模斜度。在铸造零件毛坯时，为了方便从砂型中取出模具，一般沿模具拔模方向作成约1:2的斜度，称为拔模斜度(图5-47)。②铸造圆角。在铸造毛坯各个表面的相交处，都有铸造圆角，这样既方便起模，又能防止浇铸铁水时将砂型冲坏，还可以避免铸件在冷却时产生裂痕或缩孔(图5-48)。上一页下一页返回5.4产品结构设计③铸件壁厚。在浇铸零件时，为了避免各部分冷却速度的不同而产生缩孔或裂痕，铸件壁厚应保持大致相等或逐渐变化(图5-49)。(2)零件加工面的工艺结构①倒角和倒圆。为了去除零件的毛刺、锐边和便于装配，在轴和孔的端部，一般加工成倒角;为了避免应力集中产生裂痕，在轴肩处往往加工成过渡形式称为倒圆(图5-50)。②螺纹退刀槽和砂轮越程槽。为了便于退刀或使砂轮可以稍微越过加工面，常常在零件上先车出退刀槽或砂轮越程槽(图5-51)。③钻孔结构。为了便于定位及避免损坏钻头，设计时要求需加工孔的表面与孔的轴线保持垂直或大于60°(图5-52)。④凸台和凹坑。为了减少加工面积，并保证零件表面之间有良好的接触，常常在铸件上设计出凸台和凹坑(图5-53)。上一页下一页返回5.4产品结构设计

(3)薄板冲压件常见的工艺结构①外形或内孔应有圆角。为了避免应力集中在尖角处而造成断裂，必须将冲裁件的外形或内孔的尖角处设计成小圆角(如图