产品材料与工艺Word下载.docx

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1.1材料是设计的物质基础和载体

材料和工艺是产品设计的物质技术条件，是实现产品设计的必要条件。

设计通过材料和工艺转化为实体产品，材料和工艺又通过设计实现自己的价值。

任何一个产品设计，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。

2.1与工科院校课程的区别

作为射击类院校对于材料的教学应该和其他工科类院校教学有所不同。

在学习和掌握的重点等方面有所区别。

这种不同正式又两类院校的学生的四围特点、接受能力和知识构架来决定的。

工科的材料学（微观方面）

工程力学，物理学，机械，垫子，分子间距，应力等

设计类材料学（宏观方面）

材料和工艺，材料的没敢，材料的机理应用

2.2我们要掌握的知识点

具备相关的材料和工艺的知识；

了解材料的基本性能；

会应用材料工艺学知识解决设计的问题；

在设计中选择恰当的材料和工艺；

能运用材料的自然美使产品具有美感；

使加工工艺符合材料的性能。

3.1按材料发展史分类

3.2按材料的物理状态、化学性质及用途分类

3.3按材料的来源、成分、状态、构造、形态、组合等分类

3.4按照材料的形态分类

Ø

天然材料（石头、木头等）

加工材料（矿物通过冶炼、烧结，制成金属和陶瓷材料）

合成材料（通过化学合成方法将石油，天然气和煤等原料制成高分子材料）

复合材料（指用有机、无机分金属等各种原材料复合而成的材料）

智能材料或应变材料（指随环境条件的变化具有应变能力，拥有潜在的功能的高级形式的复合材料）

按材料物理状态分类：

气态、液态、固态

按材料化学结构分类：

金属、无机、有机（包含高分子）

按材料用途分类：

行业不同材料不同：

机械、电器、化学、土建、医用、农业等。

建筑材料、电工材料、结构材料、垫子材料、淹没材料、光学材料、耐火材料、感光材料、耐腐蚀材料、包装材料等。

（为方便，但不系统）

按材料来源分类：

天然材料、加工材料、合成材料

按材料成分分类：

有机材料、无机材料、复合材料、其他材料

按材料状态分类：

按原有的状态或伴随有变化使用的材料、气体材料、液体材料

按材料的构造分类：

晶质材料：

非晶质材料、晶质与非晶质混合材料

按材料形态分类：

一次元材料、二次元材料、三次元材料

按材料组合分类：

单一材料、复合材料

按照材料的形状分类：

线状材料、板状材料、块状材料

设计材料的特性包括：

固有特性：

力学特性、热性能、电磁性能、防腐性能等

派生特性：

加工特性、感觉特性和经济特性

其中牵涉到了材料的密度、强度、弹性、耐磨性、导电性、磁性等各个方面的多种特性。

了解它们是设计师进行设计的前提，了解它们是产品能够成功实现功能的保证。

感觉特性是人的感觉系统因为生理刺激对材料做出的反应或者由人的直觉系统从材料的表面特征得出的信息，是人对材料的生理和心理活动，它建立在生理基础上，是人们通过感觉器官对材料做出的综合印象。

5.1材料的触觉特性

5.2材料的视觉特性

材料的视觉特性是靠眼睛的视觉来感知的材料表面特征，是材料被视觉感受后经过大脑处理昌盛的一种对材料表面特征的感觉和映像。

材料美是产品造型美的一个重要方面，不同的材料给人不同的触觉、联想、心里感受和审美情趣，如黄金的福利汤焕，白银的高贵，刚才的朴实，锌的评理轻快，木材的轻巧自然，玻璃的清澈光亮。

6.1材料的色彩美

6.2材料的机理美

6.3材料的光泽美

6.4材料的质地美

6.5材料的形态美

1.为什么要有环境意识；

2.材料选择对环境保护的考虑；

3.提高效能，延长生命周期，降低产品的淘汰率；

4.减少对环境有破坏和污染的材料的使用，避免使用有毒材料。

新材料发展趋势

1.高分子材料，资源丰富、原料广，轻质，高强，成型工艺简易，提高工作温度是研制的重要课题。

各种塑料，合成橡胶和合成纤维将有很大发展，成为重要的新材料

4能源材料。

太阳能、磁流体发电、氢能等新能源发展，同时促进了各种高温耐热、储能、环能材料的发展。

5高性能、高强度结构材料。

6复合材料纤维增强型，弥散粒子型，叠层复合型复合材料以及碳纤维，石墨纤维，硼纤维，金属纤维，晶须的研制发展，将使被称为“21世纪材料”复合材料更放光彩

7金属新材料，非晶态金属（金属玻璃）、记忆合金、防震合金、超导合金和金属氢等

8极限材料

9原子分子设计材料

10稀土材料

产品设计中的材料因素

1.使用功能是首要的，他决定着产品造型的基本形式

2.材料和工艺是保证产品造型付诸实现的物质技术条件，他是产品功能和艺术处理的具体体现

3.产品造型的艺术处理，决定着形式的美观与否，表达了一定的思想感情和审美情趣

质感运用的形式美基本法则

1.配比率

调和法则——使整体各个部位的物面质感统一和谐

对比法则——对比法则就是整体哥哥部位的物面质感有对比的变化，形成材质的对比、工艺的对比。

2.主从率

强调在产品的质感设计中要有重点。

所谓重点是反应失误的外在因素在排列组合式要突出中心，主从分明

3.适合率

各种材质有明显的个性，在质感设计中应充分考虑到材质的功能和价值，质感应与适用性相符。

质感设计在产品设计中的作用

1.提高实用性——良好的触觉质感设计，可以提高整体设计的适用性。

2.增加装饰性——良好的视觉质感设计，就可以提高工业产品整体设计的装饰性，还能补充形态和色彩锁难以替代的形式美。

3.获得多样性和经济性——良好的认为质感设计可以替代和不救自然质感，可以节约大量珍贵的自然材料，达到工业产品整体设计的多样性和经济性。

4.表现真实性和价值型——良好的质感设计往往决定整体设计的真实性和价值型

3-1金属材料概述

3-1.1金属的造型特征

1.具有特有的颜色，良好的反射能力，不透明性及金属光泽

2.具有良好的延展性（塑性变形能力）——由于金属键没有方向性，金属表现出良好的承受塑性变形的能力。

3.表面工艺性好——在金属表面可进行各种装饰工艺获得理想的质感。

4.其他性能——金属还具有良好的导电性和导热性。

上述特征明确地反映了金属的本质，因此，在工业产品材料中，常常把金属视为特殊光泽、优良导热和良好塑性的造型材料。

非金属也可能有上述特性中的一种或几种，但不会同时具有以上全部特性，达不到金属具有的那样高的性能水平。

3-1.2金属的分类

金属材料包括金属和以金属为主的合金

金属材料分类如下

有色金属：

轻金属（密度≤4.5g/cm3）、重金属（密度≥4.5g/cm3）

金属的性能：

机械性能：

强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、弹性

工艺性能：

铸造型、锻压型、焊接性、切削加工型

机械性能

1.强度：

强度是金属材料抵抗外力荷载而不致失效的能力

2.塑性：

塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力

3.硬度：

硬度是金属材料抵抗更硬物体压入其内的能力

4.韧性：

金属材料抵抗冲击载荷的能力，叫做冲击韧性。

5.疲劳强度：

疲劳强度是指材料经受无数次应力循环时的最大应力

6.弹性变形：

弹性变形实质材料在产生变形之后，取消应力，可以恢复到原来形状的能力。

金属材料的各种机械性能并非相互孤立，二十有一定联系的，通常提高金属材料的强度、硬度则往往会降低其塑性、韧性。

为了提高塑性、韧性，有时就会削弱其强度。

工艺性能

1.铸造性：

是指金属材料的铸造时的流动性、收缩性、和偏析倾向等。

2.锻压型：

是金属能否用断崖方法制成优良锻压件的性能。

3.焊接性：

是指金属材料易于用焊接方法连接起来，而且不需附加特殊措施即能获得优良焊接质量的性能。

4.切削加工型：

金属材料是否易于被道具切削的性能，成为切削加工型。

黑色金属：

铁、钢、铁的粉末冶金术

铁：

铸铁

钢：

碳钢、铸造、合金钢、铸钢、工具钢、高强度低合金钢、强度钢、

3-3.1铁

纯铁

纯铁有极好的铁磁性，主要用于制造磁铁货磁极的铁心，通常不用纯铁来制造具有强度要求的结构和外观材料。

铸铁用于锻造或铸造。

铸铁中至少含有2%的碳以及1%~3%的硅。

铁通常有以下几种：

灰口铸铁：

由于碳在铁的晶阵中过饱和溶解，灰铁具有极好的抗疲劳性和减震性。

球墨铸铁：

由于其可加工型、抗疲劳强度以及高得弹性模量、一般应用于机轴和重型齿轮等。

白口铸铁：

得名于它发白的外观，是铸型总灰铁或球墨铁局部急剧冷却造成的。

可锻铸铁：

是一种用于汽车、卡车以及铁路车辆的重型轴承的表面

3-3.2钢

钢是含碳量在0.02%~2.11%之间的铁碳合金。

为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%，钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。

钢的分类：

碳素钢：

普通碳钢、优质碳钢

合金钢：

合金结构钢：

低合金结构、渗碳钢、滚动轴承钢、调质钢、弹簧钢

合金工具钢：

易切削结构钢、刃具钢、模具钢

特殊性能钢：

不锈钢、耐热钢、耐磨钢

合金：

是以一种金属为基础，加入另外一种金属或多种金属或非金属，主要表现为金属特性的材料。

低成本中等成本标准产品：

铝、铜、镁、锌

低熔点到高熔点低成本到高成本合金：

铅、贵金属、锡

高熔点高性能高成本合金：

3-4.1铝及其合金

1.纯铝：

纯铝分为高纯铝和工业纯铝两类。

高纯度铝主要用于科学研究及制造电容器。

工业纯铝课制作电线、电缆和器皿等。

2.铝合金

铝合金是以铝位基础加入其他合金元素（铜、硅、镁、铝、锌、锰等）而组成的合金，铝合金质轻，强度高，比强度值接近或超过钢，具有优良的导电，导热性和抗浊性，易加工，耐冲压，并且可阳极氧化成各种颜色。

铝合金分类：

铸造铝合金、变形铝合金

铝的特性：

密度约为钢铜等较重金属的三分之一，往往用来制造飞机、仪器仪表，导电导热性好，常用来制炊具、散热器材，价格低廉、资源丰富，约占地壳金属含量的三分之一，强度高塑性好，有良好的抗腐蚀能力，且不具备铁磁性，不能自燃，无毒性

3-4.2铜及其合金

1.纯铜

纯铜是玫瑰红色金属，常见紫红色，故又名紫铜。

纯铜的耐腐蚀性优良，可制作各种实用品及工艺美术用品。

纯铜一般不宜用于制造手里的结构零件。

铜合金分类：

普通黄铜：

具有良好的机械性能，耐腐蚀性能和工艺性能好，价格比纯铜低

特殊黄铜：

黄铜中加入铝铁硅锰铅锡等金属元素，工业常用的有铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜

3-4.3其他有色金属

镁和镁合金

镁是一种对于产品设计非常重要的金属，因为他是日常应用中最轻的结构金属。

镁合金是在纯镁中加入铝锌犁锰锆和稀土元素形成的，具有较高的强度，可以作为结构材料广泛应用。

镁合金：

铸造镁合金、变形镁合金

钛及钛合金

钛的耐腐蚀性极好，对海水的耐腐蚀性与白金相同，熔点高，耐热性能好，常用于航空工业，火箭导弹化学用耐腐蚀零部件也有应用。

3-5金属加工工艺

金属材料的成型加工按其特点分为：

冷加工