产品设计――第七章 产品设计的工程实现

第七章产品设计的工程实现通过本章学习，学生进一步树立产品设计中的工程意识，掌握产品设计的工程性原则；并对典型的造型材料效果运用和产品结构有所熟悉，同时一般性了解现代制造技术的主要发展情况。本章侧重以案例分析的形式，由教师和学生在对具体设计的共同分析评价中，拓展学生对于产品设计中工程问题的考虑。结合命题练习，巩固深化课堂知识。第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺产品设计中的加工工艺选择主要取决于具体的材料特征，一般情况下，产品造型材料可以分为：金属、塑料、陶瓷等工程材料和自然材料。在产品设计中要根据产品的性能、使用环境、材料性质等条件正确选择加工工艺与面饰材料，使材料所体现出的颜色、光泽、肌理及加工工艺特性与产品的形态、功能、工作环境匹配适宜，以获得恰当理想的审美效果。第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺一、金属材料与成型工艺金属材料是现代工业的支柱，其工艺性能优异，能够按照设计师的构思实现产品的多种造型和视觉效果，广泛应用于工业产品造型设计中，是设计师实现设计构思的重要选择材料之一。（一）金属性能金属材料选择使用中，主要考虑的机械性能包括：硬度、脆性、韧性、压缩性、弯曲度、抗剪强度、应变、弹性变形、塑性变形、抗拉强度、屈服强度和延伸率。金属材料的物理性能是材料固有的属性，通常不易改变，但机械性能通过加工处理（如热处理）能够发生改变。第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺一、金属材料与成型工艺（二）金属成型金属成型的方法一般依据其所处状态决定，通常情况下有三种方法：1．液体状态成型2．塑性状态成型3．固体状态成型第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺一、金属材料与成型工艺（三）金属材料表面处理工艺金属表面处理工艺种类效果手段表面精加工处理使产品表面具有凸凹纹理，光滑、美观、精致机械加工：内摸成型、切削、研磨、研削化学方法：表面清洗、蚀刻、电化学抛光表面层改质处理改变材料表面色彩、肌理、硬度，提高金属表面的耐蚀性、耐磨性和着色性能等。化学方法：化学处理、表面硬化电化学处理：阳极化氧化表面被覆改变材料表面的物理化学性质，赋予材料表面新的肌理、色彩和硬度等金属被覆：电镀有机物被覆：涂装、塑料衬里陶瓷被覆：搪瓷、景泰蓝第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺一、金属材料与成型工艺（三）金属材料表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺一、金属材料与成型工艺（三）金属材料表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺二、塑料及其成型工艺目前，塑料这一概念已经被广泛认为是一种树脂或者聚合物。在设计一个工件或者产品时，树脂的使用取决于特定的性能需求，为了满足预期的需求而需要树脂具有特定的化学和物理特性。就象使用不同的金属合金以迎合不同的需求一样，树脂也经常被混合起来使用以增强设计性能。（一）塑料分类与特性塑料的种类很多，按照用途可分为通用塑料和工程塑料；按照加热时的性能表现则可分为热固性塑料和热塑性塑料。与其它材料相比，塑料容易成型、强度高、质量轻、性能稳定、有多种交工形式、适合批量生产，因此成为备受设计师青睐的造型材料。第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺二、塑料及其成型工艺（二）塑料成型工艺处于玻璃态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方式进行成型；当塑料处于高弹态时，可以采用热压、弯曲、拉伸、真空成型等加工方法；塑料加热至粘流态，可以采用注射成型、挤出成型、吹塑成型等加工方式。第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺二、塑料及其成型工艺（三）塑料表面处理工艺塑料表面处理分类种类效果手段表面机械加工处理使表面平滑、光亮、美观磨砂、抛光表面镀覆处理装饰、美化、抗老化、耐腐蚀涂饰、印刷（丝网、转印、移印）、贴模、热烫印表面装饰处理使表面耐磨、抗老化、有金属光泽、美观热喷涂、电镀、离子镀第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺二、塑料及其成型工艺（三）塑料表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺二、塑料及其成型工艺（三）塑料表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺三、木材及其成型工艺（一）木材特性木材有着良好的加工性能，易于造型，同时它又有着美丽的纹理色彩和清新的香气，在人性化设计、情感化设计日益受到人们重视的今天，木材的这些特点得到了充分的发挥，应用范围甚至扩展到高科技产品领域。（二）木材加工工艺依据制造产品的要求和原材料特点等方面不同，可以有较大范围的选择空间。但基本方法无外乎锯割、刨削、凿削和铣削等基本构件形态加工环节。木制产品构件加工完成后，还要按照设计好的结构方式，将其组装到一起，并完成表面处理，形成最终的木制产品。第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺三、木材及其成型工艺（三）木材表面处理工艺木材表面处理分类种类效果手段表面基础加工处理使表面平滑、光亮、美观，易于后续的深入加工处理机械加工：砂磨、抛光化学方法：脱色、染色表面被覆处理改变材料表面的物理化学性质，赋予材料新的表面肌理、色彩金属被覆：化学镀有机物被覆：涂饰、覆贴第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺三、木材及其成型工艺（三）木材表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺三、木材及其成型工艺（三）木材表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺三、木材及其成型工艺（三）木材表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺四、陶瓷及其成型工艺（一）陶瓷特性陶瓷制品一般硬度和强度较高，具有良好的隔热性能和电绝缘性能，比一般的金属和高分子材料具有更好的耐热性和耐腐蚀性，并且成本低廉，在许多产品领域具有独特的优势。但陶瓷产品大多质硬且脆，不易进行机械加工，耐冲击性较差。（二）陶瓷的加工工艺陶瓷制品的生产工艺多种多样，流程也比较复杂，各品种的生产工艺不尽相同，但一般都包括原料配制、坯料成型和窑炉烧结等三个主要工序。第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺四、陶瓷及其成型工艺（三）陶瓷的表面处理工艺种类效果手段陶瓷坯体的装饰和施釉增加坯体的强度，增加陶瓷表面的平滑性，易于清理；具有装饰性，可增加陶瓷的美观，增强抗化学腐蚀性。机械加工：刻花、印花、剔花、镂空、雕塑施釉：拓(涂)釉法吹釉法浸釉法荡釉法陶瓷成品的表面处理改变陶瓷制品的表面物理属性，如光洁度，形成新的造型元素，如浮雕图案。机械加工：切割、抛光化学腐蚀：酸性腐蚀镀膜喷涂：金属镀膜陶瓷表面处理分类第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺四、陶瓷及其成型工艺（三）陶瓷的表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺四、陶瓷及其成型工艺（三）陶瓷的表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺五、玻璃及其成型工艺（一）玻璃特性玻璃是一种被广泛应用的无机非金属材料，硬度较大，耐磨性好，普通的刀、锯等不能切割，玻璃比石英软，可进行研磨加工。和陶瓷类似，常温下玻璃的韧性较差，不耐冲击。玻璃是一种透明性良好的物质、具有一定的光学常数、光谱特性等一系列重要光学性质。此外，玻璃的隔热性能和抗腐蚀性能也较好。（二）玻璃的加工工艺1．配料2．熔制3．成型4．退火第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺五、玻璃及其成型工艺（三）玻璃的表面处理工艺种类效果手段玻璃表面机械加工改变玻璃制品的表面物理性能和结构功能切割、钻孔、研磨、抛光、刻花、砂雕等玻璃表面化学处理改善产品表面的化学性能，使产品具备特殊的表面性质，以实现特定功能，或改变产品表面的视觉效果等脱碱、蒙砂、蚀刻、防霉、化学抛光等玻璃表面被覆处理1赋予产品新的功能，如滤光、反射等2赋予产品新的视觉效果，绘制图形以形成精致的表面效果。化学腐蚀：酸性腐蚀镀膜喷涂：金属镀膜、施釉玻璃表面处理分类第七章产品设计的工程实现第一节产品材料与加工工艺五、玻璃及其成型工艺（三）玻璃的表面处理工艺第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题构成产品的各个功能部件需要以各种方式连接固定在一起，才能完成产品的整体功能。结构设计是解决这一问题的必备环节。从产品设计角度对典型产品结构进行研究，加深对于产品设计的工程因素的理解和认识。一、产品设计中的结构因素（一）产品结构作用与特性结构是产品功能得以实现的物质承担者，丰富着产品的形态。产品的结构具有层次性、有序性、稳定性的特点。第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题构成产品的各个功能部件需要以各种方式连接固定在一起，才能完成产品的整体功能。结构设计是解决这一问题的必备环节。从产品设计角度对典型产品结构进行研究，加深对于产品设计的工程因素的理解和认识。一、产品设计中的结构因素（二）产品典型结构分类1．外观结构2．核心结构3．系统结构第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题一、产品设计中的结构因素（二）产品典型结构分类第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题一、产品设计中的结构因素（三）结构设计中的注意事项1．结构强度与材料形态的关系2．结构强度与结构稳定的关系3．结构强度与受力方向的关系第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题二、产品设计中的连接结构（一）产品连接结构的形成与影响因素1．产品形态与连接结构2．产品功能与连接结构3．产品材料与连接结构4．加工工艺与连接结构5．使用者的倾向性选择6．操作的安全可靠性第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题二、产品设计中的连接结构（二）连接结构的分类不同原理的连接种类和具体形式连接种类具体形式机械连接铆接、螺栓连接、键销连接、弹性卡扣连接等焊接利用电能的焊接（电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、激光焊）利用化学能的焊接（气焊、原子氢能焊和铸焊等）利用机械能的焊接（烟焊、冷压焊、爆炸焊、摩擦焊等）粘接黏合剂粘接、溶剂粘接不同功能的连接种类和具体形式连接种类具体形式静连接不可拆固定连接：焊接、铆接、粘接可拆固定连接：螺纹连接、销连接、弹性变形连接、锁扣连接、插接等。动连接柔性连接：弹簧连接、软轴连接移动连接：滑动连接、滚动连接转动连接第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题二、产品设计中的连接结构（二）连接结构的分类第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题三、产品设计中的动连接结构和静连接结构（一）动连接在产品设计中的应用1．移动连接结构2．铰接3．风箱形柔性连接第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题三、产品设计中的动连接结构和静连接结构（一）动连接在产品设计中的应用第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题三、产品设计中的动连接结构和静连接结构（二）静连接在产品设计中的应用1．可拆固定连接2．“手风琴”式伸缩连接结构3．“夹”连接结构4．锁扣连接结构5．插接连接结构6．榫接连接结构第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题三、产品设计中的动连接结构和静连接结构（二）静连接在产品设计中的应用第七章产品设计的工程实现第二节产品设计中的结构问题三、产品设计中的动连接结构和静连接结构（二）静连接在产品设计中的应用第七章产品设计的工程实现第三节现代制造技术在产品设计中的应用缩短新产品开发的周期、提高新产品技术水平、降低开发成本，并保证上市后产品的生命周期，是当前新产品开发着重要解决的问题。在此市场背景下，计算机技术与相应制造技术的快速发展，形成了以虚拟设计和快速加工技术为支撑的现代新型产品设计开发模式。一、虚拟设计在新产品开发中的应用（一）虚拟设计（二）虚拟模型（三）虚拟检验第七章产品设计的工程实现第三节现代制造技术在产品设计中的应用二、快速成型技术与产品设计1．产品的设计评估与审核2．产品功能检验3．新型的设计交流手段4．实现快速模具制造5．快速成型应用前景