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1、工业设计产品材料与工艺 10工业设计谢文旺 材料的发展历程 石器 陶器 青铜器 钢铁的使用 合成材料的使用 新型材料的使用 陶瓷的概念与分类 1 陶瓷的概念 传统上 陶瓷 是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎 混炼 成形 烧结等过程而制成的各种制品 传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷 电瓷等 日用陶瓷 餐具 建筑陶瓷 地砖 电瓷 陶瓷 传统陶瓷的主要原料 取之于自然界的硅酸盐矿物 如粘土 长石 石英等 所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品 因此 陶瓷工业可与玻璃 水泥 搪瓷 耐火材料等工业同属 硅酸盐工业 的范畴 粘土矿物 高岭石 钾长石 石英 2 陶瓷的分类 1 按陶瓷
2、概念和用途来分类 日用陶瓷 建筑陶瓷 墙砖 地砖 结构陶瓷主要是用于耐磨损 高强度 耐热 耐热冲击 硬质 高刚性 低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料 不同形状的特种结构陶瓷件 功能陶瓷中包括电磁功能 光学功能和生物 化学功能等陶瓷制品和材料 此外还有核能陶瓷和其它功能材料等 电子绝缘件 氧化锆陶瓷光学导管 陶瓷产品在设计中的应用 金属材料的成型工艺 铸造工艺压力加工工艺金属与金属的连接金属的切削加工工艺金属材料的表面装饰技术 金属 4 1铸造工艺 一 铸造发展历程我国的金属铸造生产 历史悠久 成就辉煌 古代劳动人民通过世代相传的长期生产实践 创造了具有我国民族特色的传统铸造工艺 其中以泥范 铁范和
3、熔模铸造最重要 称为古代三大铸造技术 20世纪以来铸造业的重大进展中 灰铸铁的孕育处理和化学硬化砂造型这两项新工艺有着特殊的意义 二 铸造的基本概念及方法金属铸造是将熔融态的的金属浇入铸型后 冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法 一般分为 砂型铸造方法和特种铸造方法 熔模铸造 金属性铸造 压力铸造 低压铸造 离心铸造 陶瓷型铸造 连续铸造等 手工造型机器造型 金属型铸造熔模铸造压力铸造低压铸造陶瓷型铸造离心铸造 液态成型工艺 砂型铸造 特种铸造 铸造成型工艺的特点 优点 适应性强 不受零件大小 形状和结构复杂程度的限制 在大件的生产中 铸造的优越性有为显著 成本低廉 铸造使用的原材材料成本低
4、 单件小批量成产时 设备投资少 缺点 容易出现铸造缺陷 缩孔 疏松 气孔 砂眼等 工序繁多 废品率较高 常用铸造金属材料 铸铁 铸钢 铸铝 铸铜等 砂型铸造 手工造型分型方案选定 特种铸造 特种铸造 金属型铸造 离心铸造 压力铸造 熔模铸造 低压铸造 挤压铸造 陶瓷型铸造 4 5金属表面处理 金属表面处理的分类 表面精加工处理 表面层改质 表层被覆 机械处理 是通过切屑 研磨 喷砂等加工工艺来清理制品表面的锈蚀和氧化皮 使表面光滑或具有纹理 化成处理 通过氧或碱液的作用使金属表面形成氧化物或无机盐覆盖模的过程 铁器发兰处理 阳极氧化处理 使金属制件在阳极的电解作用下 在其表面形成氧化膜而使金属
5、钝化的过程 氧化膜具有多孔性 产品名称 带塞子的抛光不锈钢容器设计师 斯蒂芬 纽拜设计讲解 这些视觉效果柔和的枕头造型与其坚硬的钢质地形成了强烈的对比 抛光研磨工艺的应用使得这些枕头看起来并不如我们想象的那样坚硬 外观柔和而灵活 简直就像我们平常见到的普通枕头 产品名称 麦克诺 曼的房子设计师 山姆 布克斯顿设计讲解 酸蚀工艺的应用 使得在不锈钢片上加工制作图形不再需要将整片金属全部剪开 该工艺相对于激光切割而言具有相同的加工复杂图形的能力 但成本却低廉的多 产品名称 功能瓶设计师 SIGG瑞士AG设计讲解 SIGG在德语国家中享有70 知名度 其解释耐用的铝质饮料瓶产品已经成为不着设计痕迹的
6、典范作品 针对铝这种有延展性的金属 设计师采用了冲压这个冷加工工艺 瓶的内壁喷涂一层搪瓷 既保证饮料存储的安全 又防止了饮料中的酸对瓶身的腐蚀 最后 对瓶身进行了独具个性的磨砂效果涂层 使得这个功能瓶更加精制和高档次 产品名称 水壶设计师 设计讲解 设计师对产品采用的铝材料应用了阳极氧化工艺处理 使得水壶得到新鲜氧化膜 具有多孔状结构 使膜层具有极好的吸附性 对各种染料表现出极强的吸附能力 因而再进过一定的工艺处理 就可染上鲜艳的色彩 阳极氧化工艺的应用 使得水壶本身不仅得到了保护 还得到了装饰 增加了产品的附加值 产品名称 餐具设计设计师 设计讲解 产品采用了表面蚀刻的工艺 使得餐具的表面具
7、有斑驳 沧桑的肌理效果 丰富了设计的细节 使得勺子在满足人们使用的同时 也满足了大家的日益挑剔的视觉要求 加工过程 首先在金属表面涂上一层沥青 接着将设计好的纹饰在沥青上刻画 将需要腐蚀的部分露出来 下面就可以进行腐蚀了 小型作品一般选择浸入化学酸溶液中进行腐蚀 由于化学酸具有极强的腐蚀性 在操作中一定要注意安全 塑料 塑料简介塑料为合成的高分子化合物 聚合物 polymer 又可称为高分子或巨分子 macromolecules 也是一般所俗称的塑料 plastics 或树脂 resin 可以自由改变形体样式 是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料 由合成树脂及填料 增塑剂 稳定剂 润滑
8、剂 色料等添加剂组成的 塑料分类 常用塑料种类有PE 聚乙烯 PP 聚丙烯 PVC 聚氯乙烯 PET 聚酯 EPS 发泡聚苯乙烯 ABS 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 PA 尼龙 等 其中PE有塑料大棚料 工业包装薄膜 乳酸饮料瓶 洗洁精瓶类等 PP有编织袋 打包带 捆扎绳 部分汽车保险杠等 PVC有塑料门窗型材 管材等 PET有可乐 雪碧等茶饮料瓶 EPS俗称泡沫塑料 快餐盒和电视机包装的泡 塑料餐桌 主要材质是PE 塑料杯塑料瓶 塑料瓶主要是由聚乙烯或聚丙烯等材料并添加了多种有机溶剂后制成的 饮料瓶多数是塑料制品 聚乙烯 聚丙烯这两种材料无毒无味 用来灌装饮料等对人体很安全 但聚乙烯一旦受
9、高温或是酸性腐蚀就会慢慢溶解 并释放出有机溶剂 就会对人体造成危害 塑料桶 PE可用很宽的不同加工法制造 以乙烯为主要原料 丙烯 1 丁烯 己烯为共聚体 在催化剂的作用下 采用淤浆聚合或气相聚合工艺 所得到的聚合物经闪蒸 分离 干燥 造粒等工序 获得颗粒均匀的成品 包括诸如片材挤塑 薄膜挤出 管材或型材挤塑 吹塑 注塑和滚塑 木材 木材是最早使用的一种造型工具 在石器时代之前应该存在木器时代 木材是从原始人到现代人一直沿用的材料 广泛应用在各个行业 中国森林资源排名世界第五 仅次于俄罗斯 巴西 加拿大 美国 木材的种类 松木 花梨木 杉木 椎木 樟树 黄花梨木 松树 竹子等 木材成型加工工艺将木材原材料通过木工手工工具或木工机械设备加工成构件 并将其组装成制品 再经过表面处理 涂饰 最后形成完整木制品的技术过程 称为木材成型加工工艺 曲美家具 曲美圈椅 曲美躺椅
