展現(xiàn)設(shè)計(jì)成果第一課材料(新)

第四章

展現(xiàn)設(shè)計(jì)成果

我們將方案設(shè)計(jì)出來以后，需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作原型或者模型，來展現(xiàn)設(shè)計(jì)，交流并檢驗(yàn)設(shè)計(jì)思想及過程。借助實(shí)物的三維現(xiàn)實(shí)感，將有利于對設(shè)計(jì)作出評(píng)價(jià)，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

在做原型或模型之前，我們先來了解一下材料、工具、設(shè)備以及工藝方面的常識(shí)。

任何物品都是用一定的材料制作成的。能否合理選用材料，將直接影響到產(chǎn)品的性能、成本、外觀、制作等。因此，我們有必要了解關(guān)于材料的一些常識(shí)。

一、材料的分類材料的分類天然材料合成材料混合材料石材黏土木材塑料玻璃鋼鐵膠合板混紡料紙按材料的來源分⒈天然材料天然材料是指取材于大自然且保持著原本特質(zhì)的材料，如木材、黏土、石材等。粘土陶粒莫來砂硬質(zhì)黏土琉璃制品陶器⒉合成材料

合成材料又作人造材料，是人為地把不同物質(zhì)經(jīng)化學(xué)方法或聚合作用而成的材料，其特質(zhì)與原料不同，如塑料、玻璃、鋼鐵等。無紡布塑料

塑料（英語：Plastic），是指以高分子量的合成樹脂為主要組分，加入適當(dāng)添加劑，如增塑劑、穩(wěn)定劑、阻燃劑、潤滑劑、著色劑等，經(jīng)加工成型的塑性（柔韌性）材料，或固化交聯(lián)形成的剛性材料。塑料是20世紀(jì)的產(chǎn)物，自從它被開發(fā)以來，各方面的用途日益廣泛。玻璃我們使用的玻璃是由石英砂、純堿、長石及石灰石經(jīng)高溫制成的。熔體在冷卻過程中黏度逐漸增大而得的不結(jié)晶的固體材料。性脆而透明。有石英玻璃、硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、氟化物玻璃、高溫玻璃、耐高壓玻璃、防紫外線玻璃、防爆玻璃等。通常指硅酸鹽玻璃，以石英砂、純堿、長石及石灰石等為原料，經(jīng)混和、高溫熔融、勻化后，加工成形，再經(jīng)退火而得。廣泛用于建筑、日用、醫(yī)療、化學(xué)、電子、儀表、核工程等領(lǐng)域。鋼鐵鋼鐵是鐵與C（碳）、Si（硅）、Mn（錳）、P（磷）、S（硫）以及少量的其他元素所組成的合金。其中除Fe（鐵）外,C的含量對鋼鐵的機(jī)械性能起著主要作用，故統(tǒng)稱為鐵碳合金。它是工程技術(shù)中最重要、用量最大的金屬材料。⒊混合材料

混合材料是天然材料與合成材料的綜合，如膠合板、紙、混紡料等?；旌喜牧蠒?huì)保持部分原來的特質(zhì)。二、材料的性能材料的性能可以分為物理性能、化學(xué)性能和加工性能等。在機(jī)械制造、建筑等工程領(lǐng)域和家具、日用品等制造行業(yè)，材料的物理性能與設(shè)計(jì)工作的關(guān)系甚為密切。我們先來了解材料的幾種基本物理性能。⒈強(qiáng)度強(qiáng)度是指材料承受外力而不被破壞（不可恢復(fù)的變形也屬被破壞）的能力。根據(jù)受力種類的下同分為以下幾種：⑴抗壓強(qiáng)度——材料承受壓力的能力

⑵抗拉強(qiáng)度——材料承受拉力的能力⑶抗彎強(qiáng)度——材料對致彎外力的承受能力⑷抗剪強(qiáng)度一一材料承受剪切力的能力⒉彈性

彈性是指材料受外力作用時(shí)改變了形狀，當(dāng)外力消失后又能恢復(fù)原來形狀的能力。典型例子如橡皮筋、彈簧（圖4-8）。實(shí)際上，很多材料如塑料、金屬、木材等都具有一定的彈性。⒊韌性

韌性是指材料抗沖擊震動(dòng)的性能。例如，玻璃的韌性很差，易被敲碎。

⒋硬度

硬度是指材料抵抗刮削、切割或磨損的能力。例如，制作切削工具用的鋼材，其硬度就比較高。

⒌延展性

延展性是指材料接受折、鍛、壓等外力，被改變形狀或被延伸，而材料沒有遭受破壞的性能。例如，鋁的延展性好，可以壓制成盤、碗等，而木材則不能。

⒍其它

材料具備的物理性能還有耐久性、傳熱性、導(dǎo)電性等。各種常用材料的性能，在各行業(yè)的《設(shè)計(jì)手冊》或《材料手冊》等工具書中都有詳細(xì)介紹，需要時(shí)可隨時(shí)去查閱。材料性能強(qiáng)度彈性韌性硬度延展性其他：耐久性、傳熱性、導(dǎo)電性等。l

試一試：

不同物品需要其制作材料具有不同的物理性能，請按要求將你知道的物品填入下表相應(yīng)的欄內(nèi)。材料性能物品名稱需要較高的抗壓強(qiáng)度

需要較高的抗拉強(qiáng)度

需要較高的抗彎強(qiáng)度

需要較高的抗剪強(qiáng)度

需要較好的彈性

需要較高的硬度需要較好的韌性

汽車底盤、房屋立柱、橋墩、鐵軌、虎鉗自行車軸承中的滾珠

自行車車條梁吊車鋼絲繩尼龍鋼材木材電線電纜、光纖光纜、安全帶、皮革皮帶防盜鎖蹦蹦床橡皮筋籃球皮球切割工具頭盔

三、幾種常用材料簡介

㈠木材木材是由樹木加工而成，是被廣泛使用的傳統(tǒng)材料。這種天然材料具有質(zhì)樸的表現(xiàn)力，做成的物品也富有人性味。木材的種類繁多，各種木材的性能差異很大，有的較硬、有的較軟，有的軟硬適中；有的韌性好，有的則較脆；有的易收縮變形，有的形狀穩(wěn)定性好。常用材料木材質(zhì)地較軟軟硬適中硬木：杉木松木樟木櫧木梓木櫸(ju)木、榆木、柞（zuo）木、紫檀、花梨、酸枝、雞翅木⒈質(zhì)地較軟的木材

⑴杉（sha）木，又叫沙木。木質(zhì)輕而軟，木紋順直，較疏，容易加工。在杉木板上釘釘子，木板不易開裂。杉木還具有變形很小的特點(diǎn)。杉木的這些性能使它成為良好的木工用材，被廣泛應(yīng)用于建筑和家俱制作中，例如做房屋的門窗、屋架、桌椅的面板等，都很合適。但這類較軟的人材其強(qiáng)度也就差一些，故不宜用于做經(jīng)常受磨擦和強(qiáng)度要求較高的構(gòu)件〔如家俱的腳〕。另外，杉木的木節(jié)硬而脆，選料時(shí)應(yīng)盡量避開大的木節(jié)。杉木⒈質(zhì)地較軟的木材

⑵松木。有許多品種，其中有的性能很好，像杉木一樣易加工，變形小。如紅松、白松等，是很好的軟質(zhì)木材，被廣泛用于建筑、家俱、樂器制造等行業(yè)。白松實(shí)木床松木⒉軟硬適中的木材

⑴樟木。木質(zhì)比杉木硬一些，強(qiáng)度也比杉木好。其木紋變化多樣，比較美觀。樟木的紋理結(jié)構(gòu)較細(xì)密，韌性好，也容易加工，而且它有一股樟腦香氣，能防蟲蛀，是制作家俱的上等木材之一。用樟木做家俱的每個(gè)構(gòu)件都合適，缺點(diǎn)是易變形。

樟木⒉軟硬適中的木材

⑵櫧（zhu）木，又叫株木。木質(zhì)與樟木相近，但韌性不及樟木，也是常見的家具用材。櫧木⒉軟硬適中的木材

⑶梓（zi）木。木紋順直，紋理均勻，木材變形極小，是上等的中硬度木材，在要求較精致的木制品中常被采用。梓木沉香木小葉紫檀綠檀木招財(cái)彌樂佛筆筒

⒊人造板材⑴膠合板，又叫夾板。它是將一根根大圓木旋切成薄板，然后將數(shù)塊薄板疊在一起膠合，再經(jīng)高溫高壓制成。三層疊起來膠合的叫三夾板，五層疊起來膠合的叫五夾板，以此類推。（2）其他人造板。常用的有纖維板、刨花板等。這類板材是將樹枝或零頭碎料等木質(zhì)原料經(jīng)過削片、蒸煮、干燥、篩選、拌膠等一系列處理，再經(jīng)高溫高壓而制成的。⑶飾面板。它是在人造板的一個(gè)表面（或兩面）再進(jìn)行某種涂復(fù)處理而制成的。經(jīng)過處理的表面色澤光亮，耐磨耐高溫，且具有美麗的紋理和色彩，可產(chǎn)生很好的裝飾效果。用飾面板做成的制品表面不需要涂漆。人造板材面積大，無拼縫，厚薄均勻，表面光潔平整，加工和使用都很方便，美觀實(shí)用，因此被廣泛應(yīng)用于家具制造、房屋裝修、車船制造等各個(gè)行業(yè)。在現(xiàn)代的各種木制品中，凡需要用板材的地方，幾乎都可以見到人造板。人造板材膠合板飾面板纖維板、刨花板耐火纖維板膠合板刨花板飾面板㈡金屬材料金屬材料可分為黑色金屬（含鐵金屬）和有色金屬（不含鐵金屬）兩大類。黑色金屬主要有鑄鐵、低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、工具鋼、高速鋼、不銹鋼等；有色金屬主要有鋁、銅、鉛、鋅等。各種金屬材料的性能、用途，詳見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》或其他材料手冊。金屬材料的品種牌號(hào)很多，可以通過添加不同成分冶煉成各種具有特殊性能的合金，還可以通過熱處理的方法使一些金屬的性能按照人們希望的目標(biāo)改善，使得金屬材料群體具有性能廣泛而優(yōu)良的特點(diǎn)。因而，它在機(jī)械制造、航空航天、水陸交通、國防、建筑、家電及其他日用品等各行業(yè)、各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。各種金屬材料在出廠時(shí)大都會(huì)做成不同的型材，即其斷面呈各種固定的標(biāo)準(zhǔn)形狀，以方便各種不同的用途。例如圓形、管形、方形、直角形、工字形、槽形、板形、丁字形等。㈢塑料塑料是現(xiàn)代廣泛使用的人造材料，是一種石油化工產(chǎn)品。有熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料的物態(tài)變化是可循環(huán)的。加熱時(shí)．固態(tài)塑料會(huì)軟化、熔解而變?yōu)橐簯B(tài)；冷卻時(shí)，又會(huì)回復(fù)到原來的形態(tài)和硬度。此類塑料不宜制作承受高溫的物品，僅可做一般日用品和建筑用品，如瓶類包裝材料、水管等。熱固性塑料的物態(tài)變化不可循環(huán)，原料加熱后變?yōu)橐后w，可倒入模具成型，冷卻后凝固成一定的形狀，而不能回復(fù)到原來的狀態(tài)。此類塑料可做機(jī)械零件、座椅、工具手柄、電器殼體等。兩類塑料都可方便地制成各種形狀（圖4-13）。金屬塑料黑色金屬有色金屬熱塑性塑料熱固性塑料四、設(shè)計(jì)時(shí)如何選擇材料

⑴材料的固有特性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用功能、使用壽命等要求。⑵材料的工藝性應(yīng)方便設(shè)計(jì)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)制造結(jié)構(gòu)，并有利于優(yōu)化生產(chǎn)加工工藝過程。⑶材料的質(zhì)感應(yīng)與設(shè)計(jì)產(chǎn)品的造型特點(diǎn)、民族和地域特征、文化藝術(shù)品味等設(shè)計(jì)風(fēng)格相協(xié)調(diào)．以實(shí)現(xiàn)較好的外觀效果。⑷有安全性等特殊要求的產(chǎn)品或零部件的選材要按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。例如醫(yī)院的某些電療設(shè)備中與病人接觸的部位，其表面應(yīng)選擇絕緣且抗靜電的材料。⑸在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇資源豐富、價(jià)格低廉、有利于環(huán)保的材料。⑹注意市場調(diào)研，了解消費(fèi)者對選材的期望，并在合理的前提下盡量滿足消費(fèi)者的需求。同時(shí)注意發(fā)揮新材料的優(yōu)勢為設(shè)計(jì)服務(wù)。