产品设计材料与工艺

本书主要内容包括: 设计材料的相关概念、设计材料的性能与特性、设计材料的选择等; 设计材料的感性认识, 包括材料的质感、材料的美学规律研究; 常用设计材料 (金属、塑料、陶瓷、玻璃、木材) 的性能、成型工艺及其在设计中的运用; 最新材料技术的相关介绍。

目 录 第1章 产品设计材料与工艺概述… ……… 001 1.1 材料工艺与设计… ………………… 001 ■■ 1.1.1 材料的定义……………………… 001 ■■ 1.1.2 材料与设计……………………… 002 ■■ 1.1.3 设计中的工艺因素……………… 005 1.2 设计材料的发展… ………………… 008 1.3 设计材料的分类… ………………… 011 ■■ 1.3.1 历史分类法……………………… 012 ■■ 1.3.2 物质结构分类法………………… 012 ■■ 1.3.3 材料加工度分类法……………… 012 ■■ 1.3.4 材料形态分类法………………… 015 1.4 设计材料的性能与特性… ………… 015 ■■ 1.4.1 材料的一般性质………………… 016 ■■ 1.4.2 设计材料的工艺特性…………… 021 1.5 设计材料的选择… ………………… 022 ■■ 1.5.1 材料的性能因素………………… 023 ■■ 1.5.2 材料的市场性因素……………… 023 ■■ 1.5.3 材料的环境性因素……………… 024 1.6 设计材料的质感… ………………… 025 ■■ 1.6.1 质感概述………………………… 025 ■■ 1.6.2 材料的质感分类………………… 026 ■■ 1.6.3 影响材料质感的因素…………… 028 1.7 设计材料的美感… ………………… 030 ■■ 1.7.1 材料的色彩美…………………… 031 ■■ 1.7.2 材料的肌理美…………………… 032 ■■ 1.7.3 材料的光泽美…………………… 034 ■■ 1.7.4 材料的质地美…………………… 035 本章习题………………………………… 036 第2章 金属及其加工工艺… ……………… 037 2.1 金属材料概述… …………………… 037 ■■ 2.1.1 金属材料的定义与发展历史…… 037 ■■ 2.1.2 金属材料的性能………………… 040 2.2 常用金属材料及其应用… ………… 041 ■■ 2.2.1 常用黑色金属…………………… 041 ■■ 2.2.2 常用有色金属及其合金………… 043 2.3 金属材料的成型加工工艺… ……… 048 ■■ 2.3.1 铸造……………………………… 048 ■■ 2.3.2 塑性成型………………………… 051 ■■ 2.3.3 切削加工………………………… 054 ■■ 2.3.4 粉末冶金成型…………………… 057 2.4 金属材料的连接工艺… …………… 058 ■■ 2.4.1 连接工艺的概念与分类………… 058 ■■ 2.4.2 螺栓连接………………………… 058 ■■ 2.4.3 焊接……………………………… 058 ■■ 2.4.4 铆接……………………………… 063 ■■ 2.4.5 粘接……………………………… 063 ■■ 2.4.6 连接新工艺……………………… 063 2.5 金属表面处理与装饰技术… ……… 065 ■■ 2.5.1 材料表面处理的功效…………… 065 ■■ 2.5.2 表面处理与装饰技术的分类…… 065 ■■ 2.5.3 金属材料常用表面处理和装饰 技术…………………………… 066 2.6 “学以致用”――金属产品设计 案例分析………………………… 069 本章习题………………………………… 072 第3章 塑料及其加工工艺… ……………… 073 3.1 塑料概述… ………………………… 073 ■■ 3.1.1 塑料的发展历史………………… 073 ■■ 3.1.2 塑料的组成……………………… 074 ■■ 3.1.3 塑料的分类 … ………………… 076 ■■ 3.1.4 塑料的性能……………………… 078 3.2 常用塑料的特性与应用… ………… 080 ■■ 3.2.1 通用塑料………………………… 080 ■■ 3.2.2 工程塑料………………………… 085 ■■ 3.2.3 特种塑料………………………… 088 ■■ 3.2.4 常用的塑料代号、代码汇总…… 089 3.3 塑料的成型方法… ………………… 091 ■■ 3.3.1 成型方法概述…………………… 091 ■■ 3.3.2 注塑成型 … …………………… 091 ■■ 3.3.3 挤出成型………………………… 093 ■■ 3.3.4 压制成型 … …………………… 094 ■■ 3.3.5 吹塑成型………………………… 095 ■■ 3.3.6 热成型 … ……………………… 096 ■■ 3.3.7 滚塑成型………………………… 097 ■■ 3.3.8 延压成型………………………… 097 ■■ 3.3.9 发泡成型………………………… 098 3.4 塑料的二次加工… ………………… 098 ■■ 3.4.1 塑料的机械加工………………… 099 ■■ 3.4.2 连接……………………………… 099 ■■ 3.4.3 表面装饰处理…………………… 103 3.5 塑料制备技术处理原则… ………… 106 ■■ 3.5.1 壁厚 … ………………………… 107 ■■ 3.5.2 脱模斜度………………………… 107 ■■ 3.5.3 圆角的布置……………………… 108 ■■ 3.5.4 加强筋…………………………… 109 ■■ 3.5.5 支撑面…………………………… 109 ■■ 3.5.6 嵌件……………………………… 110 ■■ 3.5.7 分模线 ………………………… 111 ■■ 3.5.8 侧向凹凸………………………… 111 ■■ 3.5.9 孔的设计………………………… 112 ■■ 3.5.10 模具痕迹… …………………… 112 3.6 塑料材质的鉴别及选用… ………… 113 ■■ 3.6.1 塑料的鉴别方法………………… 113 ■■ 3.6.2 塑料的选用原则………………… 115 3.7 “学以致用”――塑料产品设计 案例分析………………………… 118 ■■ 3.7.1 普通塑料产品拆解分析―― Jonsered 鼓风机造型材料与 结构工艺分析………………… 118 ■■ 3.7.2 新型塑料产品创新设计案例 分析…………………………… 125 本章习题………………………………… 128 第4章 陶瓷及其加工工艺… ……………… 129 4.1 陶瓷概述… ………………………… 129 ■■ 4.1.1 陶瓷的概念……………………… 129 4.1.2 陶瓷的发展历史………………… 131 ■■ 4.1.3 陶瓷分类………………………… 140 4.2 设计常用的陶瓷材料… …………… 140 ■■ 4.2.1 普通陶瓷………………………… 141 ■■ 4.2.2 特种陶瓷………………………… 142 4.3 陶瓷的性质… ……………………… 145 4.4 陶瓷的加工工艺… ………………… 148 ■■ 4.4.1 原料配制………………………… 148 ■■ 4.4.2 坯料成型………………………… 148 ■■ 4.4.3 坯体干燥………………………… 151 ■■ 4.4.4 坯体装饰………………………… 151 ■■ 4.4.5 上釉……………………………… 153 ■■ 4.4.6 窑炉烧结………………………… 155 4.5 “学以致用”――陶瓷产品设计 案例分析………………………… 155 本章习题………………………………… 157 第5章 玻璃及其加工工艺… ……………… 158 5.1 玻璃概述… ………………………… 158 5.2 玻璃的组成… ……………………… 161 ■■ 5.2.1 玻璃的主料……………………… 162 ■■ 5.2.2 玻璃的辅料……………………… 162 5.3 玻璃的基本性能… ………………… 163 5.4 玻璃的分类… ……………………… 167 ■■ 5.4.1 按主要成分分类………………… 167 ■■ 5.4.2 按功能分类……………………… 169 ■■ 5.4.3 按制造方式分类………………… 171 5.5 玻璃的成型工艺… ………………… 171 ■■ 5.5.1 压制法…………………………… 172 ■■ 5.5.2 吹制法…………………………… 173 ■■ 5.5.3 拉制法…………………………… 174 ■■ 5.5.4 延压法…………………………… 174 ■■ 5.5.5 浇铸法…………………………… 175 ■■ 5.5.6 浮法成型法……………………… 175 5.6 玻璃的二次加工… ………………… 176 5.7 玻璃的表面工艺… ………………… 178 5.8 “学以致用”――玻璃产品设计 案例分析………………………… 179 本章习题………………………………… 184 第6章 木材及其加工工艺… ……………… 185 6.1 木材概述… ………………………… 185 ■■ 6.1.1 木材介绍………………………… 185 ■■ 6.1.2 木材的分类……………………… 187 6.2 木材的结构… ……………………… 188 ■■ 6.2.1 木材的基本构造………………… 188 ■■ 6.2.2 木材的三切面…………………… 189 6.3 木材的特性… ……………………… 190 6.4 木材的成型工艺… ………………… 194 ■■ 6.4.1 木材的加工流程………………… 194 ■■ 6.4.2 木材的加工方法………………… 195 ■■ 6.4.3 木材的软化处理与弯曲技术…… 199 6.5 木材的二次加工… ………………… 201 ■■ 6.5.1 木材的连接……………………… 201 ■■ 6.5.2 木材的表面处理………………… 206 6.6 新型木材… ………………………… 209 ■■ 6.6.1 新型木材概述…………………… 209 ■■ 6.6.2 常见木质材料…………………… 215 6.7 “学以致用”――木材在设计 中的应用分析……………………… 218 本章习题………………………………… 221 第7章 增材制造… ………………………… 222 7.1 增材制造概述… …………………… 222 ■■ 7.1.1 增材制造的概念及基本原理…… 222 ■■ 7.1.2 增材制造与传统制造的区别…… 224 ■■ 7.1.3 增材制造的技术优点…………… 224 ■■ 7.1.4 增材制造的工艺分类…………… 226 7.2 增材制造材料… …………………… 227 ■■ 7.2.1 增材制造常用材料状态分类…… 227 ■■ 7.2.2 常见的增材制造材料…………… 228 7.3 增材制造的一般工艺流程… ……… 230 ■■ 7.3.1 三维建模………………………… 231 ■■ 7.3.2 数据处理………………………… 232 ■■ 7.3.3 参数设置………………………… 233 ■■ 7.3.4 加工……………………………… 233 ■■ 7.3.5 后处理…………………………… 233 7.4 增材制造常见工艺介绍… ………… 235 ■■ 7.4.1 熔融沉积成型（FDM）… …… 235 ■■ 7.4.2 三维打印成型（3DP）………… 236 ■■ 7.4.3 分层实体制造（LOM）… …… 237 ■■ 7.4.4 立体光固化成型（SLA）……… 238 ■■ 7.4.5 选择性激光烧结（SLS）… …… 238 ■■ 7.4.6 选择性激光熔融（SLM）……… 239 ■■ 7.4.7 电子束选区熔化（EBSM）…… 240 ■■ 7.4.8 激光立体成型（LSF）… ……… 241 ■■ 7.4.9 电子束熔丝沉积（EBFF）… … 242 ■■ 7.4.10 电弧增材制造（WAAM）…… 242 7.5 “学以致用”――增材制造应用 案例分析………………………… 244 本章习题………………………………… 246 第8章 仿生轻质功能材料概述 … ………… 248 8.1 仿生设计概述 … …………………… 248 8.2 仿生设计艺术形态基础… ………… 250 8.3 仿生结构力学… …………………… 253 ■■ 8.3.1 仿生结构色……………………… 253 ■■ 8.3.2 仿生轻质结构…………………… 256 ■■ 8.3.3 仿生超强韧纤维………………… 258 8.4 仿生表面界面技术… ……………… 260 ■■ 8.4.1 仿生黏附表面与界面…………… 260 ■■ 8.4.2 仿生表面特殊浸润性能………… 263 8.5 “学以致用”――仿生爬壁机器人 案例分析……………………… 265 本章习题………………………………… 269 第9章 新材料… …………………………… 270 9.1 新材料概述… ……………………… 270 ■■ 9.1.1 新材料的概念…………………… 270 ■■ 9.1.2 新材料的研发趋势……………… 271 9.2 新材料与产品设计… ……………… 272 ■■ 9.2.1 新材料对产品设计的影响……… 272 ■■ 9.2.2 新材料的应用…………………… 273 9.3 新材料介绍… ……………………… 273 ■■ 9.3.1 信息材料………………………… 273 ■■ 9.3.2 新能源材料……………………… 278 ■■ 9.3.3 先进复合材料…………………… 282 ■■ 9.3.4 纳米材料………………………… 286 ■■ 9.3.5 生态环境材料…………………… 288 ■■ 9.3.6 生物医用材料…………………… 290 ■■ 9.3.7 智能材料………………………… 292 ■■ 9.3.8 超导材料………………………… 295 9.4 “学以致用”――碳纤维复合 材料在自行车中的运用………… 298 本章习题………………………………… 299 参考文献… ………………………… 301