材料工艺第2章0PPT推荐.pptx

1、可以看出，设计选材一 直与材料技术、社会风气、流行趋势、经济水平等紧密关 联并随着社会生活方式的多样化而呈现逐渐复杂的趋势。,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.1 设计选材的“适应性”要求,20世纪50年代以来，新材料的开发与利用已经获 得突飞猛进的发展。材料的品种越来越多，人们在设 计选材中面临的选择也越来越多。另外，由于材料和 结构之间存在着比较确定的关系，而结构与功能之间 却是一种不确定的关系，从而材料与功能之间也具有 不确定关系。也就是说，为了实现同一功能，我们可 以使用多种材料，而每一种材料都可以形成合理结构 而完成所要达

2、到的功能，从而产生相应的造型形式。例如：木制椅子和钢管结构椅子，虽然它们的材料、结构和造型都不同，但它们却实现着相同的功能。这 种“功能”、“造型”和“材料”之间的不确定关系，一方面形成了丰富多彩的人造世界，另一方面却也使 得设计选材复杂化。正是由于社会生活方式与材料品种的多样化，以及材料与功能、造型之间的不确定性；导致了设计 选材越来越成为一门复杂的系统工程。,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.1 设计选材的“适应性”要求,二、设计选材的“适应性”要求柳冠中先生在事理学论纲中提出“设计是以一定的目的，一定的方式来达到与客观条件和内

3、部关系相适应的人为适应性系 统。设计的适应性系统的应用原则由系统的内部因素、外部因素 和系统的目的三个要素构成。”设计的适应性系统的成功与否，取决于系统内、外部因素的之间的相适应的程度。以汽车为例，它是人类设计一个的独立的适应性系统，系统的目的是在人们的 经济能力能够承受的情况下安全地完成运输任务或载人旅游。系 统的外部因素包括平坦的路面、大众能够承受的能源价位（如合 理的油价）、完善的交通规则等，系统内部因素包括发动机、传 动与制动装置、车轮等，只有内、外部因素相适应，系统的目的 才能实现。设计的适应性系统中人的行为主要由外部因素决定，同时也受到内部因素的制约，在内、外部因素之间寻找相适应，

4、以实现 设计的目的。设计选材是设计的适应性系统中人的行为的一部分，也具有适应外界环境的特性。,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.1 设计选材的“适应性”要求南方的竹筏和黄河上的羊皮筏的选材异同是对原材料生长环 境的主动适应（如图2-1、图2-2）；南方的竹床与北方的土炕的选 材异同是对气候的主动适应；空调压缩机的选材是对高压环境的 主动适应；电脑机箱外壳的选材是对屏蔽辐射的需求的主动适 应在设计选材过程中，设计师总是在材料与工艺内部因素和外部因素之间寻找相适应的契合点，体现了设计选材的“适应性”要求。,图 2-2 羊皮筏,图 2-1

5、 竹筏,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.2 设计选材的“适应性”原则,选材作为设计的适应性系统中人的行为 的一部分，具有适应性。在设计选材过程 中，需要考察的因素包括如下两部分：一、内部因素材料与工艺内部因素，包括材料的物理 性能、机械性能、化学性能和工艺性能等。为适合设计专业教学需要，剔除了材料的 分子结构等内容。（一）材料的物理性能密度密度是每立方厘米某种物质的质量。密 度越大，同等体积的物体越重。导热性导热性是指材料传导热的能力。导热性 与隔热性是一对反义词。比如铁的导热性 好，而木材的导热性比较差（即隔热性比 较好），如锅

6、铲的柄一般采用木制的（如 图2-3）。,图2-3 铁锅和木柄勺子,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.2 设计选材的“适应性”原则,热膨胀大多数材料受热时膨胀，冷却时收缩。导电性导电性是指材料传导电的能力。根据导电能力的强弱，把材料分为导体、半导体和绝缘体。光学性能材料的光学性能包括透明度、反射、折射等。透明度：材料的透明度是指可见光透过这种材料 的程度。反射：光的反射是指光射到两种不同的介质时，便有部分光自介面射回原介质中的现象。物体的颜色，就 是靠其反射光来体现的。折射：光的折射是指光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折

7、的现象。,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.2 设计选材的“适应性”原则,（二）材料的机械性能1强度,强度是材料受到力的作用时抵抗形变能力的量度。,（1）抗拉强度抗拉强度是指材料承受拉伸力（张力）,的能力。在同等张力下发生形变较大的材料的抗拉强度较 低。如图2-4，材料B的抗拉强度比材料A低。,（2）抗压强度抗压强度是指材料承受压力的能力。在 同等压力下发生形变较大的材料的抗压强度较低。如图2-5，材料A的抗压强度比材料B低。,图 2-5 抗压强度测 试示意图,图 2-4 抗拉强度测 试示意图,材料 工艺Material and T

8、echnology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.2 设计选材的“适应性”原则,（3）抗扭强度抗扭强度是指材料承受扭曲力（扭力）的能 力。在同等扭力下发生形变较大的材料的抗扭强度较低。如图2-6，材料A的抗扭强度比材料B低。2刚性刚性是材料抵抗弯曲形变的性能。在同等作用力下弯曲变形 较大的材料的刚性比较低。如图2-7，材料A的刚性比材料B高。,图 2-7 刚性测试示 意图,图 2-6 抗扭强度测试示 意图,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.2 设计选材的“适应性”原则,3延展性物体在外力作用下 能延伸成细丝而不断 裂的性质叫

9、延性；在 外力（锤击或滚轧）作用能碾成薄片而不 破裂的性质叫展性（如图2-8）。如金属的延展性良好，其中 金、铂、铜、银、钨、铝都有良好的延展性。石英、玻璃等非金属 材料在高温时也有一 定的延展性。一种延 展性好的材料的抗拉 强度性能一般。,图 2-8 延展性测试示意图,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.2 设计选材的“适应性”原则,脆性脆性材料是一种在很小形变或没有形变情况下就破碎的材 料。脆性材料在张力下会没有预示地突然断裂，而延展性材料总是在断裂之前先伸长（如图2-9）。硬度材料的硬度是它承受刻划、切割或压印的能力。如图2-1

10、0，材料B比材料A的硬度更加高。,图 2-9 材料脆性测试 示意图,图 2-10 材料硬度测试示意图,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.2 设计选材的“适应性”原则,韧度这是断开一种材料所需 能量多少的一种量度。如 图2-11所示，可以用“摆 锤”的能量来比较不同材 料的韧度。材料B比材料A 的韧性更好。模量模量可以理解为是一种 标准量或指标。模量前面 一般要加说明语，比如弹 性模量、压缩模量、剪切 模量等。这些都是与变形 有关的指标。如弹性模量 是指材料在弹性变形范围 内，作用于材料上的应力 与应变之比。同样，压缩 模量和剪切模量

11、是指压应 力（或剪切应力）与压缩 应变（或剪切应变）之比。,图 2-11 韧度测试示意图,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.2 设计选材的“适应性”原则,8比强度与比模量比强度是材料的强度与材料密度的比值。比模量是材料 的模量与材料密度的比值。比强度和比模量是材料承载能力的 重要指标。材料的比强度越高，具有同一强度的零件的重量越 轻；材料比模量越高，零件的刚性越大。（三）材料的化学性能工业材料最重要的化学性能是抵抗环境作用的能力，如 耐腐蚀性、抗氧化性。另外，材料的化学成分也是选材中需要考 虑的因素之一。比如，铜、锌和铅合金胶接性能

12、不好，许多塑料 也有同样的情况。耐腐蚀性耐腐蚀性指材料抵抗各种介质侵蚀的能力。抗氧化性抗氧化性指材料在高温下，抵抗氧化的能力。（四）材料的尺寸性能设计师必须了解对公差和表面粗糙度的要求指数，如果需要 非常小的公差，尺寸性能就成为一个影响选材的因素。比如零部 件要求镜面抛光，则镜面抛光就成了材料选择的重要因素。因为 有些材料根本做不到镜面抛光所要求的表面粗糙度。,材料 工艺Material and Technology,第二章 设计选材的“适应性”原则,2.2 设计选材的“适应性”原则,（五）材料的工艺性能,工艺性能是指将材料加工成所需形状难易程度的性能指标。比如，钛、镁等金属的板材和带材，没有

13、专门的机器或专用的热成型技术是不能成型的 因而，使用这些金属时，比使用延展性好的低碳钢或铝合金要贵得多。材料 工艺性能的好坏，直接影响到制造零件的工艺方法和质量以及制造成本。所 以选材时必须充分考虑工艺性能。材料的工艺性能主要包括：铸造性铸造性是指浇注铸件时，材料能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的 能力。可锻性可锻性是指材料是否易于进行压力加工的性能。可锻性好坏主要以材料 的塑性和变形抗力来衡量。可焊性可焊性是指材料是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能，一般用 焊接处出现各种缺陷的倾向来衡量。低碳钢具有优良的可焊性，而铸铁和铝 合金的可焊性就很差。某些工程塑料也有良好的可焊性，但与金属的焊接机 制及工艺方法并不相同。切削加工性切削加工性是指材料是否易于切削加工的性能。它与材料种类、成分、硬度、韧性、导热性及内部组织状态等许多因素有关。切削加工性好的材料 切削容易，刀具磨损小，加工表面光洁。金属和塑料相比，切削工艺有不同 的要求。,材料 工艺M