第一篇：民間紋飾在產(chǎn)品設(shè)計中的運用論文

隨著社會經(jīng)濟文化的不斷進步與發(fā)展，人民思想覺悟日益提高，對于我國傳統(tǒng)的優(yōu)秀文化能夠進行有效的繼承和創(chuàng)新。從古至今，我國諸多的裝飾藝術(shù)，無論是紋樣還是裝飾圖形，多以民間性和吉祥化為主題，民間紋飾在現(xiàn)代化社會中能夠廣泛流傳，其絕大原因在于我國各族人民對于民間文化的整合和交融，從勞動中不斷對民間紋飾進行傳承和創(chuàng)新，民間紋飾作為我國民間較為豐富的藝術(shù)形式，在我國傳統(tǒng)文化中占有十分重要的地位。因此本文對民間紋飾在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用研究具有重要意義。

一、民間紋飾在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用的作用

1.對產(chǎn)品設(shè)計起到裝飾的作用

對產(chǎn)品設(shè)計起到裝飾的作用是民間紋飾在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用的主要作用。在信息化時代下生活中的人們，對于家居裝飾和產(chǎn)品裝飾的要求都隨著社會經(jīng)濟文化的不斷進步而逐漸提升，裝飾不僅能夠反映出現(xiàn)代化社會中的人們對藝術(shù)的感知和生活質(zhì)量，同時也是對相應(yīng)藝術(shù)設(shè)計傳達方式的體現(xiàn)。裝飾屬于設(shè)計造型的一種，是對相應(yīng)外在形態(tài)美的著重體現(xiàn)，民間紋飾在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用，便能夠在一定程度上將相應(yīng)產(chǎn)品美的意蘊體現(xiàn)出來。民間紋飾在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用，使裝飾通過意蘊美、工藝美和韻律美等在裝飾對象上獲得了深層的意義，被民間紋飾所裝飾的相應(yīng)產(chǎn)品也因裝飾美而獲得獨特美。

2.對產(chǎn)品設(shè)計起到寓意的作用

對產(chǎn)品設(shè)計起到寓意的作用是民間紋飾在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用的重要作用。民間紋飾在古往今來的傳承和發(fā)展中，其樣式和形式逐漸多樣化，但其最重要的寓意吉祥文化的意蘊和內(nèi)涵始終沒有改變，在不斷的傳承和創(chuàng)新中得以保留。民間紋飾中多為吉祥紋飾，其主要的來源是凝結(jié)了上千年的中華民族的精神氣質(zhì)，不僅象征一種強有力的力量，同時也是對未來美好生活的向往。不同的民間紋飾中不同的符號語言具有不同的象征意義和寓意，例如飾品中帶有魚的民間紋飾象征“年年有余”，飾品中帶有龍和馬的民間紋飾則象征“龍馬精神”，通常情況下此兩種民間紋飾會在逢年過節(jié)時廣泛流傳于民間市場中。

二、民間紋飾在應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中的裝飾形式

1.民間紋飾圓滿畫面和構(gòu)圖完整的裝飾

民間紋飾圓滿畫面和構(gòu)圖完整的裝飾是民間紋飾在應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中的主要裝飾形式。民間紋飾圓滿畫面和構(gòu)圖完整在產(chǎn)品設(shè)計中的裝飾，主要是指民間紋飾所要裝飾的產(chǎn)品，必須要能夠符合相應(yīng)產(chǎn)品的裝飾特點，通常情況下民間紋飾應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中的裝飾特點主要表現(xiàn)在民間紋飾形態(tài)的適合性和完整性、民間紋飾的結(jié)構(gòu)性和嚴謹性以及民間紋飾的轉(zhuǎn)角合適性。民間紋飾在產(chǎn)品設(shè)計中的裝飾主要以花草紋、龍鳳紋以及云紋等表現(xiàn)形式進行裝飾，上述紋飾不僅適用于豐富多彩的圖形裝飾，同時也作為具有吉祥象征意義的紋飾被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代各種產(chǎn)品的設(shè)計中，例如在現(xiàn)代禮品瓷的裝飾上，民間紋飾通過紋樣的可變性有效的完善畫面的局部裝飾，突出禮品瓷的裝飾美感。

2.民間紋飾以吉祥寓意的表現(xiàn)形式的裝飾

民間紋飾以吉祥寓意的表現(xiàn)形式的裝飾是民間紋飾在應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中的重要裝飾形式。民間紋飾中多以吉祥寓意的表現(xiàn)形式居多，由于我國是具有千年優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的國家，因此由于傳統(tǒng)文化和傳統(tǒng)觀念的影響，民間紋飾多以吉祥寓意為主，不過民間紋飾在產(chǎn)品上的裝飾并不因吉祥寓意的紋飾而受到冷落或影響，反而以其具有吉祥寓意和對未來美好生活向往的表現(xiàn)形式，深受廣大人民群眾的喜愛。民間紋飾以吉祥寓意的表現(xiàn)形式在產(chǎn)品設(shè)計中的裝飾主要體現(xiàn)在利用能夠表達寓意象征形式的吉祥紋飾，對相應(yīng)的語意進行表達，例如在產(chǎn)品上設(shè)計鴛鴦戲水紋飾，以示夫妻恩愛。

3.以民族象征為符號的民間紋飾的裝飾

以民族象征為符號的民間紋飾的裝飾是民間紋飾在應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)鍵裝飾形式。以民族象征為符號的民間紋飾主要包括龍鳳紋飾、十二生肖紋飾以及寓意吉祥和富貴的諸多名花等，上述類型的民間紋飾均廣泛流傳于產(chǎn)品設(shè)計裝飾中。以民族象征為符號的民間紋飾在各種產(chǎn)品中的設(shè)計裝飾，不僅使產(chǎn)品具有觀賞的意味和美學(xué)意義，同時也在一定程度上對產(chǎn)品寄予萬事如意的吉祥寓意，使買產(chǎn)品的人會因此對產(chǎn)品產(chǎn)生相應(yīng)的情感，從而使帶有民間紋飾的產(chǎn)品超越了其本身應(yīng)存在的審美價值。

三、結(jié)語

民間紋飾作為我國傳統(tǒng)的優(yōu)秀文化藝術(shù)，不僅具有多式多樣的表現(xiàn)形式，同時以其獨特的藝術(shù)風(fēng)格和多彩的藝術(shù)設(shè)計在我國諸多產(chǎn)品設(shè)計裝飾中具有重要作用。本文主要從對產(chǎn)品設(shè)計起到裝飾的作用和對產(chǎn)品設(shè)計起到寓意的作用對民間紋飾在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用的作用進行闡述，同時從民間紋飾圓滿畫面和構(gòu)圖完整的裝飾、民間紋飾以吉祥寓意的表現(xiàn)形式的裝飾以及以民族象征為符號的民間紋飾的裝飾對民間紋飾在應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中的裝飾形式進行深入研究，并具有實際參考價值。

第二篇：事理學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計中的運用

事理學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計中的運用

隨著經(jīng)濟水平的不斷提升，我們身邊的產(chǎn)品也變的越來越豐富，為了提升產(chǎn)品的品質(zhì)與易用性，各種設(shè)計理論與方法學(xué)也多種多樣。其中，設(shè)計事理學(xué)作為一種成熟的方法論正在越來越多地被運用到具體的產(chǎn)品設(shè)計中。從生活中的“事理”出發(fā)，考慮產(chǎn)品與用戶的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其中的問題，將其轉(zhuǎn)化為用戶的需求和產(chǎn)品。以“事”支撐產(chǎn)品地設(shè)計，使產(chǎn)品合情合理，是設(shè)計事理學(xué)的核心。本文以具體的校園自助式洗衣機為例，闡述如何從設(shè)計“物”到“事”的轉(zhuǎn)化，將設(shè)計事理學(xué)貫穿到具體的產(chǎn)品設(shè)計當中，以實現(xiàn)設(shè)計為人們服務(wù)的目的。

人們經(jīng)濟水平的不斷提高的同時，對生活的品質(zhì)要求也越來越高，關(guān)注點從原先具體的物轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品所涉及到的整個服務(wù)當中，這就要求設(shè)計師們轉(zhuǎn)變設(shè)計思想，從原先就物論物的設(shè)計方式轉(zhuǎn)變到設(shè)計生活方式的層面上來，這就是設(shè)計事理學(xué)所強調(diào)的從設(shè)計“物”到設(shè)計“事”的思想，本文試圖通過校園自助式洗衣機的設(shè)計來簡要闡述下設(shè)計事理學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計中的具體運用。

產(chǎn)品設(shè)計中的“事理”

設(shè)計是事理學(xué)是有清華大學(xué)教授柳冠中教授提出，在運用事理學(xué)之前，需要弄清楚其中事理的含義和概念。西蒙在人為事物中作了事與物的區(qū)別，柳冠中繼續(xù)指出，“物”即生活中具體存在的物品，泛指實實在在的材料、設(shè)備、工具等；而“事”是一個抽象的概念，是上述物與人的中介關(guān)系，它對物做了外部限制，也是評定物好壞的標準。事有宏觀和微觀之分，宏觀上的事指的是事情發(fā)生的的情景與背景，微觀上的事指的是具體的行為事情。

事在本文中指特定時空下，人與人或物之間發(fā)生的行為互動或信息交換，在校園自助式洗衣機產(chǎn)品設(shè)計中的事宏觀上指的是學(xué)生使用自助式洗衣機的情境和背景信息，比如學(xué)生的宿舍生活情境和洗衣房洗衣情境，微觀上的事指學(xué)生在清洗衣物時與洗衣機發(fā)生的各種具體交互，比如放入衣物，選擇清洗方式，放入洗滌劑等等，在此過程中，人的意識有一定“意義”生成，而物發(fā)生了“狀態(tài)”的變化。

經(jīng)過對上述概念及內(nèi)容的理解下，我們再來看設(shè)計事理學(xué)概念。從“物”到“事”，從“情”到“理”，我們將其概括為設(shè)計事理學(xué)。從這簡短的描述中可以看出，任何設(shè)計的源頭都應(yīng)開始于特定人群的生活形態(tài)，生活方式及習(xí)慣的觀察、分析和研究，通過研究事去理解人的需求，進而去創(chuàng)造滿足人們需求的物，再通過對人們使用設(shè)計物的過程進行觀察與分析，找出其中的問題，加以改進。這是事物發(fā)展“螺旋式”上升規(guī)律。

校園自助式洗衣機中的事理研究

校園自助式洗衣機產(chǎn)品，涉及到的場景包括校園公共洗衣房，學(xué)生的宿舍環(huán)境等，學(xué)生在具體的場景中與自助式洗衣機發(fā)生各種互動，包括行為上互動、信息的傳遞，因此在事理研究中需要先對場景和學(xué)生的行為進行調(diào)研活動。調(diào)研的切入點將依據(jù)設(shè)計事理學(xué)的理論，按照事的結(jié)構(gòu)予以展開，主要包括高校學(xué)生使用自助式洗衣機清洗衣物事件發(fā)生的空間環(huán)境，事件的主體學(xué)生，以及衣物清洗事件中人的行為等因素，以了解校園自助式洗衣機設(shè)計的外部因素。

設(shè)計事理學(xué)對于“事”的考察不在于采樣的多少，而在于“質(zhì)”，即調(diào)研的深度和理解程度，強調(diào)更深入到現(xiàn)象之中，通過親身體驗了解研究對象的思維方式。因此調(diào)研的具體方法上，主要采用用戶日記和深入觀察的方法。

用戶圖片日記主要是讓被選取的高校學(xué)生用智能手機來記錄日常生活的衣物存放情況（尤其是已穿過的衣物存放情況）、以及使用自助助式洗衣機進行衣物清洗的情況，還有衣物清洗完的后續(xù)處理晾曬情況。

觀察法是調(diào)查那些在用戶圖片日記中無法獲取的信息，比如高校學(xué)生的動態(tài)行為、情感及性格特征等，發(fā)現(xiàn)具體的細節(jié)信息，探究現(xiàn)象背后的意義，以支撐最后設(shè)計方案的產(chǎn)出。

具體的調(diào)研過程就不在此贅述，上文已給出校園自助式洗衣機“事理”調(diào)研的內(nèi)容和方法，這里給出筆者的一個調(diào)研結(jié)果。高校學(xué)生使用自助式洗衣機的整個過程中問題主要表現(xiàn)幾種在以下三個方面：

1、對衛(wèi)生問題的關(guān)注，比如本能地對公共產(chǎn)品的衛(wèi)生產(chǎn)生心理上的排斥感，自助式洗衣機長期使用后污漬在?韌氨諫系幕?累等；

2、對洗衣效率的關(guān)注，比如人多時有限的洗衣機怎樣清洗更多的衣物，衣物洗干凈后如何提醒學(xué)生及時取走等；

3、對洗衣過程便捷的關(guān)注，比如及時提前知道洗衣房中是否有空余的洗衣機，無需自己去把握放入洗衣液的量等。

通過對自助式洗衣機的事理研究，將結(jié)果進行分析和整合，從中可以發(fā)現(xiàn)很多設(shè)計機遇，而每一個設(shè)計機遇都可以作為特定的設(shè)計主題進行概念展開發(fā)展，比如針對衛(wèi)生這個角度，可以考慮在?韌安牧現(xiàn)刑砑涌咕?添加劑，或在洗衣機中增加除菌設(shè)備，又或者可以考慮采用?韌翱剎鸚斗絞劍?能獨立清洗。由此可見，用設(shè)計事理學(xué)的方法考慮設(shè)計問題始于從“事”中找到特定群體對產(chǎn)品的真實需求，事是問題的來源，是設(shè)計的起點，也是設(shè)計的評價參照。

總結(jié)

作為一名工業(yè)設(shè)計師，可以從不同的角度進行產(chǎn)品設(shè)計，可以是針對現(xiàn)有產(chǎn)品的改良設(shè)計，可以是針對未來需求的概念設(shè)計，無論采用哪種設(shè)計方法，都需要清晰的了解特定群體的需求，針對其需求進行產(chǎn)品設(shè)計。設(shè)計事理學(xué)，作為一種研究用戶使用產(chǎn)品整個過程“事”的設(shè)計方法學(xué)，能沉浸到具體的情境當中去挖掘用戶的需求，使得最終的設(shè)計更加合情合理。因此，設(shè)計事理學(xué)無論是對改良型產(chǎn)品設(shè)計或是概念型產(chǎn)品設(shè)計都能直擊用戶痛點，準確把握用戶的根本需求，無論從理論上還是實踐上對產(chǎn)品設(shè)計都是有很大指導(dǎo)意義。

第三篇：逆向工程在產(chǎn)品設(shè)計實踐中的運用

逆向工程在產(chǎn)品設(shè)計實踐中的運用

陳駿

張強

（沈陽航空工業(yè)學(xué)院工業(yè)設(shè)計系 110034）

wtrues@sina.com.cn

摘要

曲面形態(tài)的產(chǎn)品設(shè)計在當今的工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域是一大潮流。形態(tài)獨特而又具有優(yōu)美曲線的 產(chǎn)品也日益成為廣大消費者的追求。基于此，在眾多的產(chǎn)品設(shè)計之中融入了設(shè)計師無限的想 象和創(chuàng)造力，曲面造型的產(chǎn)品亦更多的以親和、人性化的一面呈現(xiàn)在人們面前。

在具有曲面特征的產(chǎn)品設(shè)計過程之中，前期對產(chǎn)品形態(tài)的創(chuàng)意、構(gòu)思，是設(shè)計師對產(chǎn)品本身造型特征的感性把握；而進入產(chǎn)品設(shè)計的后期，即工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，此時設(shè)計師對產(chǎn)品造型特征曲線、曲面的思考就應(yīng)帶有理性的，定量的分析。逆向工程在設(shè)計流程中的介入無疑成為工業(yè)設(shè)計師進行曲面造型的有力武器。

逆向工程是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中最常用的CAID手段之一，作為進行工業(yè)設(shè)計教育的教學(xué)單位，亦是工業(yè)設(shè)計探索的科研單位，我系始終在教學(xué)領(lǐng)域活動向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中不斷嘗試，均取得了良好效果，先后與營口尹氏商貿(mào)有限公司合作進行了帕薩特、中華、高爾夫轎車用擋泥板設(shè)計，以及沈飛日野新一代豪華大巴的前圍造型設(shè)計，在這兩大項目中，逆向工程的運用使得設(shè)計生產(chǎn)周期大大縮短，有效節(jié)約了人力、物力資源。關(guān)鍵詞

CAID、逆向工程、產(chǎn)品設(shè)計、曲面

1． 向工程使產(chǎn)品設(shè)計流程產(chǎn)生重大變革

在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中，許多具有曲線曲面設(shè)計涉及到運動物體的外形，例如汽車、飛機、船舶的造型設(shè)計，這些交通工具的造型光滑與否直接影響到其運動性能，因此，一種曲線曲面的CAD/CAM造型方法被提出，由此發(fā)端也波及產(chǎn)品設(shè)計的各個領(lǐng)域。逆向工程正是其中一種最為常用的CAID手段之一。

作為一種新式的產(chǎn)品開發(fā)概念，逆向工程技術(shù)是一項綜合了三維測量、快速成型等高新技術(shù)，在沒有設(shè)計圖紙或者設(shè)計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下，按照現(xiàn)有零件的模型（稱為零件原形），利用各種數(shù)字化技術(shù)及CAD技術(shù)重新構(gòu)造原形CAD模型的過程。逆向工程是近年來發(fā)展起來的，并消化和吸收了一系列先進分析方法和應(yīng)用技術(shù)，其主要目的是為了改善產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)水平，提高生產(chǎn)率，增強企業(yè)及其產(chǎn)品的市場競爭力。世界各國在經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)用逆向工程消化吸收先進技術(shù)經(jīng)驗，給人們有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計，各國百分之七十以上的技術(shù)源于國外，逆向工程作為掌握技術(shù)的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上，極大提高了生產(chǎn)率。因此 研究逆向工程技術(shù)，對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，具有重大的意義。

逆向工程技術(shù)對整個工業(yè)設(shè)計的意義是重大的。擁有此技術(shù)，設(shè)計師的設(shè)計意圖將被真實的再現(xiàn)。以轎車的設(shè)計為例，在產(chǎn)品開發(fā)前期，設(shè)計師的意圖形成里草圖效果圖，膠帶圖，直至模型制作完成，設(shè)計師的意圖、理念體現(xiàn)闡述告一段落。如何將這些概念模型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品？接下來的事交給逆向工程技術(shù)。以三坐標測量儀為源頭，對設(shè)計師的模型進行精確的數(shù)字化掃描，得到其三維輪廓數(shù)據(jù)，通常它將使大量的離散點云，結(jié)合專門的逆向工程軟件對其進行曲面重建，生成實體，配合數(shù)字化加工中心，即可加工出模具，投放生產(chǎn)。

相同的設(shè)計流程如果針對一些小型產(chǎn)品，那么還可以通過快速成型機制造出樣品，甚至可以硅膠制模進行小批量生產(chǎn)，快速地將產(chǎn)品投向市場，以驗證市場，既可以為商家搶占商機，也為贏得市場節(jié)省大量寶貴時間，并且有效地減少了風(fēng)險。

由此可見，可以說現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計流程中，逆向工程已然成為產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)不可缺少的有力手段。

2． 工程在設(shè)計實踐活動中的運用

沈陽是聞名全國的裝備制造業(yè)基地，放眼全國，制造業(yè)的競爭是激烈且殘酷的，南方一些地區(qū)之所以在改革開放之后成為制造業(yè)的又

一生立軍，是因為大量高新技術(shù)、裝備的采用。而對于工業(yè)設(shè)計而言，CAD/CAM技術(shù)的運用無疑是設(shè)計向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的紐帶。

沈陽航空工業(yè)學(xué)院工業(yè)設(shè)計系作為我國東北地區(qū)較早開設(shè)的工業(yè)設(shè)計系之一，借助我學(xué)院以工科為主的優(yōu)勢，除了進行常規(guī)的教學(xué)，在設(shè)計轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的技術(shù)研究上也進行了一些有益的嘗試。

以我系與遼寧省營口尹氏商貿(mào)有限公司合作開發(fā)轎車用擋泥板為例，這是一次典型的以

逆向工程為主要設(shè)計開發(fā)手段的產(chǎn)品設(shè)計流程（見圖）。首先，在設(shè)計輸入階段，客戶先確定希望開發(fā)擋泥板的車型（以帕薩特車型為例），設(shè)計師在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，抓住此款車型的造型風(fēng)格要素：圓潤飽滿的車體輪廓，車身造型中曲線曲面居多，卻又不失剛強。很快設(shè)計草圖、方案得到客戶的認可，接下來就直接在實車上進行等比例的油泥模型造型制作。這中間省略了尺寸線圖的制作步驟，因為擋泥板形態(tài)復(fù)雜，曲面較多，難于用圖紙表達，而且因為工作環(huán)境的局限（車身下方），因此尺寸圖或者膠帶圖顯得毫無意義。依據(jù)效果圖，在實車的條件下，擋泥板的距地高度，寬度得到確定，造型也得到客戶的認可，下一步就進入后期的逆向工程階段。

通過激光測量儀，油泥模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為離散點云形式的三維數(shù)據(jù)的形式，通常它是由數(shù)以萬計的空間點構(gòu)成的，將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入例如I-DEAS, Surfacer, UG等逆向工程軟件之中，進行曲面的重新構(gòu)件。大致步驟是這樣的：①導(dǎo)入點云，移除雜點；②提取特征點云，用來構(gòu)建曲線；③以購建完成的數(shù)條曲線構(gòu)建曲面；④將曲面物體經(jīng)過一定工序構(gòu)建為實體；⑤對此實體進行其他相應(yīng)的操作，例如加筋板，開安裝孔等。當然這只是大概的步驟，曲面重建是一項辛苦的工作，點、線、面構(gòu)建時的質(zhì)量好壞，關(guān)系到實體構(gòu)建的好壞，也直接關(guān)系到快速成型的成敗。在實體CAD模型構(gòu)建完畢之后，即可進行快速成型，制成試驗件，裝配在實車上進行驗證，如不符合設(shè)計要求應(yīng)修改CAD數(shù)字模型直至符合要求，在進行快速成型并驗證，待完善之后便可以進行數(shù)控模具加工。這樣擋泥板的設(shè)計就宣告完成。

同樣的逆向工程流程也用在了我系和沈

飛日野客車公司的新型豪華大巴設(shè)計中。這些造型包括車前臉、前部的大燈燈罩、兩側(cè)車體以及保險杠等，這些構(gòu)件均是玻璃鋼件。在整個的設(shè)計流程之中，筆者參加了1：5和1:1比例的油泥模型的制作，直至后期的逆向工程。在這期間，我深深的感覺到模型對于產(chǎn)品設(shè)計的重要性，可以說設(shè)計師的創(chuàng)意，思想均是由模型完全的體現(xiàn)出來：實體模型造型塊面的起伏、轉(zhuǎn)折給人的感受是全方位的，不僅可以在各個事件進行觀察評價，而且他的形體是實實在在的，可以觸摸的。所以要搞好后期的曲面重建，必須對模型本身的造型有較深層的了解，這樣在能忠實再現(xiàn)設(shè)計師的創(chuàng)意。

在利用ATOS照相掃描系統(tǒng)測取了等比例車體模型點云數(shù)據(jù)之后，同樣對其進行了曲面的重新構(gòu)建，重新構(gòu)面是為了在這之后玻璃鋼車體的加工過程之中有尺寸參照的依據(jù)：客車的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可以在三維曲面車體上截取任意的截面線，用來制作裝配圖紙指導(dǎo)生產(chǎn)。

在曲面重建過程中，我們采用了處理大規(guī)模點云的專用軟件Surfacer，這個軟件的優(yōu)勢在于：可以將一整體點云視為一個物體，運算進程大大加快；針對點云的方便有效的功能大大加快了造型進度。鑒于該點云數(shù)據(jù)量較大，根據(jù)原車造型，我們將其分為若干塊進行構(gòu)建，如燈罩、保險杠、前臉、側(cè)車體等，每個部件之間的裝配關(guān)系，以及相應(yīng)的必要尺寸應(yīng)事先由廠方提供，這些既定尺寸輕易不能更改，在建模中應(yīng)嚴格遵循。逆向建模工作是一項費時的工作，和前面所講述的方法一樣，由點到線，再進行構(gòu)面，每一步都是需要耐心去調(diào)整的，因為是初次涉及這樣的工程，因此不是一蹴而就的，經(jīng)過和廠方結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的多次協(xié)調(diào)尺寸，最終才能通過。

3． 向工程對工業(yè)設(shè)計的深遠影響

作為教育單位，除了教書育人之外，將理論結(jié)合實踐，將設(shè)計付諸于生產(chǎn)是每個搞工業(yè)設(shè)計教育者的心聲。我系在教學(xué)之余（這些項目大都是在假期完成的）曾多次和廠家進行合作開發(fā)新產(chǎn)品，將學(xué)院的科研優(yōu)勢付諸實踐，同時借此提高自身設(shè)計、科研水平，以提高教學(xué)質(zhì)量。

工業(yè)設(shè)計的活動是與商業(yè)化、制造、市場緊密聯(lián)系的，而逆向工程正是順應(yīng)了制造業(yè)發(fā)展的需求而產(chǎn)生的，利用這項技術(shù)，商家可以快速搶占商機，贏得市場，有效規(guī)避投資風(fēng)險。

總而言之，逆向工程對工業(yè)設(shè)計本身而言只是一項先進的工具手段，僅此而已，和設(shè)計師本身的理念、創(chuàng)意并沒有太大的關(guān)系，但掌握了這項先進的設(shè)計手段之后將對設(shè)計師理念的再現(xiàn)，創(chuàng)意的闡述將起到關(guān)鍵的作用。相信這項技術(shù)必將推動工業(yè)設(shè)計達到新的高度。

參考文獻

[1] 劉國玉，沈潔?！懂a(chǎn)品設(shè)計基礎(chǔ)》，中國輕工業(yè)出版社，2001.5.[2] 陸凱，沈潔。《CAS在產(chǎn)品設(shè)計中的綜合運

用》，設(shè)計之角，2002.3.

第四篇：TRIZ理論在產(chǎn)品概念設(shè)計中的應(yīng)用研究

TRIZ理論在產(chǎn)品概念設(shè)計中的應(yīng)用研究

通過對概念設(shè)計的分析研究，闡述了TRIZ的理論體系及其簡化的“1141”體系，歸納了TRIZ的理論基礎(chǔ)和基本思想，介紹了基于TRIZ的產(chǎn)品概念設(shè)計過程模型，分析了TRIZ中技術(shù)沖突及物理沖突解決流程以及2種沖突解決原理之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系?；赥RIZ概念設(shè)計過程模型，將TRIZ中技術(shù)沖突解決原理及物理沖突解決原理應(yīng)用于新型旋轉(zhuǎn)展車臺的概念設(shè)計中，并通過實驗研究驗證了TRIZ概念設(shè)計過程模型的正確性及可行性。

產(chǎn)品創(chuàng)新是企業(yè)在市場競爭中取勝的關(guān)鍵因素，而概念設(shè)計是產(chǎn)品創(chuàng)新的核心。概念設(shè)計決定產(chǎn)品的形狀、布局和工作原理等，其質(zhì)量直接決定產(chǎn)品的最終質(zhì)量。在產(chǎn)品概念設(shè)計階段快速產(chǎn)生1個有競爭力的產(chǎn)品創(chuàng)新方案，可以幫助企業(yè)快速響應(yīng)市場需求、提高產(chǎn)品的競爭力。發(fā)明問題解決理論TRIZ為概念設(shè)計提供了切實可行的方向，使概念設(shè)計過程變得有序可尋且富有可操作性和可預(yù)見性。將TRIZ理論應(yīng)用于產(chǎn)品的概念設(shè)計階段，可大大提高創(chuàng)新的質(zhì)量和效率。概念設(shè)計

產(chǎn)品設(shè)計過程分為產(chǎn)品需求分析、概念設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和詳細設(shè)計等4個階段。目前的設(shè)計過程模型是我國正在推廣應(yīng)用的并行設(shè)計過程模型，如圖1所示。

圖1 并行設(shè)計模型

概念設(shè)計是構(gòu)思及選擇產(chǎn)品工作原理的階段，對于已有產(chǎn)品的改進設(shè)計，主要是改進部分工作原理；對于新設(shè)計，要構(gòu)思并選擇全新的原理。產(chǎn)品創(chuàng)新方案的形成主要在概念設(shè)計階段，概念設(shè)計過程所產(chǎn)生的新的原理解具有市場競爭力及實際實現(xiàn)的可能性。

概念設(shè)計可總結(jié)概括為：概念設(shè)計是由分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的、可組織的、有目標的設(shè)計活動，它表現(xiàn)為1個由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具體、不斷進化的過程。

概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)鍵階段，其重要性主要體現(xiàn)在2方面：(1)概念設(shè)計階段在很大程度上決定著最終產(chǎn)品的性能、創(chuàng)造性、價格、市場響應(yīng)速度和效率等；(2)在產(chǎn)品概念設(shè)計階段，由于對設(shè)計人員的約束相對較少，具有較大的創(chuàng)新空間。因此重視概念設(shè)計，為產(chǎn)品成功走向市場奠定了基礎(chǔ)，是增加產(chǎn)品競爭力的根本途徑?；赥RIZ的產(chǎn)品概念設(shè)計過程模型

2.1 發(fā)明問題解決理論(TRIZ)

TRIZ是俄語“發(fā)明問題解決理論”的縮寫。該理論是基于知識的、面向人的發(fā)明問題解決系統(tǒng)化方法學(xué)。

(1)TRIZ的理論體系

TRIZ理論體系以辯證法、系統(tǒng)論和認識論為哲學(xué)指導(dǎo)，以自然科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和思維

科學(xué)的分析和研究成果為根基和支柱，以技術(shù)系統(tǒng)進化法則為理論基礎(chǔ)和核心思想，包括了

解決工程矛盾問題和復(fù)雜發(fā)明問題所需的各種分析方法、解題工具和算法流程。圖2為TRIZ的理論體系。

圖2 TRIZ的理論體系

山東建筑大學(xué)TRIZ研究所張明勤教授則將TRIZ理論體系簡化為“1141體系”，即I個

法則(技術(shù)進化法則)，1種思想(最終理想解IFR)，4類問題(技術(shù)沖突與發(fā)明原理、物理沖

突與分離原理、物場分析與標準解、How to模型與知識庫)，1種算法(發(fā)明問題解決算法

ARIZ)。

(2)TRIZ的理論基礎(chǔ)和基本思想

G.S.Altshule:在研究了大量專利后發(fā)現(xiàn):產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)的進化有規(guī)律可循;生產(chǎn)實踐中

遇到的工程沖突往復(fù)出現(xiàn);徹底解決工程沖突的創(chuàng)新原理容易掌握;其他領(lǐng)域的科學(xué)原理可

解決本領(lǐng)域技術(shù)問題。

TRIZ的核心是消除沖突及技術(shù)系統(tǒng)進化原理。G.S.Altshuler技術(shù)系統(tǒng)進化論指出技術(shù)

系統(tǒng)的進化并非隨機的，而是遵循著一定的客觀進化模式，所有系統(tǒng)都向“最終理想化”進化，系統(tǒng)進化的模式可以在過去的專利發(fā)明中發(fā)現(xiàn)，并可應(yīng)用于新系統(tǒng)的開發(fā)，從而避免盲目的嘗試和浪費時間。G.S.Altshuler將工程沖突分為技術(shù)沖突和物理沖突，解決沖突的傳統(tǒng)辦法

是最優(yōu)化和折中法，結(jié)果沖突的雙方均未得到百分之百滿足，因此通常得到1個普通解決方

案，而TRIZ主張徹底解決沖突。G.S.Altshuler從各個不同工程領(lǐng)域的發(fā)明專利中尋找并總

結(jié)典型的工程沖突以及解決這些沖突的典型發(fā)明原理。

2.2 TRIZ概念設(shè)計過程模型

TRIZ理論研究的沖突主要包括技術(shù)沖突和物理沖突。技術(shù)沖突是指1個作用同時導(dǎo)致

有用及有害2種結(jié)果，也可指有用作用的引入或有害效應(yīng)的消除導(dǎo)致出現(xiàn)1個及幾個子系統(tǒng)

或系統(tǒng)變壞。，物理沖突是指為了實現(xiàn)某種功能，1個子系統(tǒng)或元件應(yīng)具有1種特性。但同

時又出現(xiàn)了與此特性相反的特性”。創(chuàng)新的核心是發(fā)現(xiàn)沖突及解決沖突。發(fā)現(xiàn)沖突是通過對

已有系統(tǒng)或虛擬系統(tǒng)的分析得到的，沖突的解可通過解決技術(shù)沖突或物理沖突得到。因此，基于TRIZ的概念設(shè)計過程可圍繞問題的分析與解決沖突來進行。TRIZ概念設(shè)計過程模型

見圖3。

圖3 TRIZ概念設(shè)計過程模型

(1)分析

分是TRIZ工具之一，是解決問題的重要階段。它主要包括產(chǎn)品的功能分析、理想解(IFR)的確定、可用資源分析和沖突區(qū)域的確定。

(2)沖突的解決

①技術(shù)沖突解決原理

G.S.Altshuler通過對大量專利文獻研究、分析后，為了更好地解決實際問題，總結(jié)出39

個通用工程參數(shù)和40個發(fā)明原理。39個工程參數(shù)專門用于描述技術(shù)系統(tǒng)所發(fā)生問題的參數(shù)

屬性，有利于實現(xiàn)具體問題的一般化表達；40個發(fā)明原理是TRIZ中最重要、具有普遍用途的工具，它開啟了l道解決發(fā)明問題的天窗，使原來認為不可能解決的問題獲得突破性的進

展，40個發(fā)明原理現(xiàn)已從傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域擴展到微電子、醫(yī)學(xué)、管理、文化教育等當今社

會的各個領(lǐng)域。39個通用工程參數(shù)和40個發(fā)明原理共同組成了沖突解決矩陣。

②物理沖突解決原理

TRIZ中解決物理矛盾有11種分離方法歸結(jié)為4大分離原理，即空間分離、時間分離、基于條件的分離以及系統(tǒng)級別分離。

TRIZ通過中間工具建立了問題模型和解決方案模型之間的聯(lián)系，是1種程式化的創(chuàng)新

設(shè)計方法。TRIZ具有良好的學(xué)習(xí)性、繼承性和操作性。圖4為TRIZ程式化解決沖突的流

程。

圖4 TRIZ程式化解決沖突流程TRIZ理論在新型旋轉(zhuǎn)展車臺概念設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 問題分析

近年來4s汽車專賣店在我國迅速發(fā)展，每個品牌的4S店基本上都超過100家，但是我國轎車銷售4S店除少數(shù)幾個中高檔品牌外，其余品牌的4S店現(xiàn)狀已不容樂觀。究其原因，除了國家宏觀調(diào)控及轎車市場回歸理性發(fā)展等因素外，成本太高也是不得不考慮的因素。據(jù)

調(diào)查，其場租每天在8～20元/㎡甚至更高，在目前汽車銷售利潤很薄的情況下，大部分經(jīng)

銷商很難承受如此昂貴的場租。因此，實現(xiàn)在有限場地展示更多的汽車成為問題解決的唯一

出路。

現(xiàn)有展車模式大部分是靜態(tài)展車，靜態(tài)展車模式致使在有限的汽車展示場地展示汽車數(shù)

量少，導(dǎo)致展示汽車品種少，滿足不了用戶多層次的需求。故可將此問題中的沖突定義為：

沖突l——展車數(shù)量一展車臺尺寸；沖突2——展車面積希望大，這樣展車數(shù)量就比較多；

展車面積希望小，這樣汽車展示比較集中，便于顧客選擇。

3.2 系統(tǒng)中的沖突解決

(1)利用技術(shù)沖突解決沖突l(見表1)。

表1技術(shù)沖突解決表

縱觀40個發(fā)明原理，可選擇15動態(tài)化原理來解決問題。動態(tài)化原理的具體描述為：使

物體或其環(huán)境自動調(diào)節(jié)，以使其在每個動作階段的性能達到最佳；把物體分成幾個部分，各

部分之間可相對改變位置；將不動的物體改變?yōu)榭蓜拥?，或具有自適應(yīng)性。

(2)將物理沖突轉(zhuǎn)化為技術(shù)沖突解決沖突2沖突2為典型的物理矛盾，物理矛盾比技術(shù)

矛盾更尖銳，可選擇4大分離原理來解決問題。英國Bath大學(xué)的Mann通過研究提出，解

決物理矛盾的分離原理與解決技術(shù)矛盾的發(fā)明原理之間存在關(guān)系。表2為分離原理與發(fā)明原

理關(guān)系表。

表2分離原理與發(fā)明原理的關(guān)系

對于沖突2，可選擇分離原理中的空間分離原理來解決。將其轉(zhuǎn)化成技術(shù)矛盾，則可利

用表2中相應(yīng)的原理，即：1.分割原理；2.抽取原理；3.局部質(zhì)量原理；4.非對稱原理；7.嵌套原理；13.反向作用原理；17.空間維數(shù)變化原理；24.借助中介物原理；26.復(fù)制原理；30.柔性殼體或薄膜原理。并通過比較分析以上原理，選定17.空間維數(shù)變化原理來解決該物理

矛盾。

空間維數(shù)變化原理的具體描述為：將物體從一維變到二維或三維空間；單層排列的物體，變?yōu)槎鄬优帕?；將物體傾斜或側(cè)向放置；利用照射到臨近表面或物體背面的光線。

3.3 最終理想解(IFR)

沖突1基于動態(tài)化原理，打破傳統(tǒng)的靜態(tài)展車模式，大膽采用動態(tài)化展車，將原來靜態(tài)的展車臺變?yōu)榭蛇\動的展車臺。沖突2基于空間維數(shù)變化原理，采用摩天輪式垂直旋轉(zhuǎn)方案，展車臺單體向空間發(fā)展，實現(xiàn)由二維到三維的轉(zhuǎn)變。

綜合沖突1、2的解決方案，可得到最終的設(shè)計方案——新型垂直旋轉(zhuǎn)展車臺，采用整體結(jié)構(gòu)垂直旋轉(zhuǎn)，展車臺單體均布于空間同一圓上。新型旋轉(zhuǎn)展車臺結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5 新型旋轉(zhuǎn)展車臺不意圖

1．展車臺 2．展車臺底座 3．毛肢 4.回轉(zhuǎn)機構(gòu) 5．中間支撐 6．底座實驗研究

基于該方案，對新型旋轉(zhuǎn)展車臺進行了實驗研究與實物設(shè)計制造。通過模型制作與運行調(diào)試，較為滿意地達到了預(yù)期的效果，充分證明該結(jié)構(gòu)形式的可行性、可制造性、可裝配性、可組裝性、可控性等。2008年6月山東建筑大學(xué)TRIZ研究所與青島東軫泊車公司聯(lián)合研制了3車位新型旋轉(zhuǎn)展車臺實物，該實物運行平穩(wěn)，定位準確，證明了原理的正確性和可行性。結(jié)論

TRIZ理論可以讓設(shè)計者快速準確的找到問題的解決方案，將其引入產(chǎn)品概念設(shè)計中，基于TRIZ的概念設(shè)計流程圖可使問題的解決實現(xiàn)程式化，有規(guī)律可循。

第五篇：金屬材料在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用研究報告

金屬材料在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用研究報告

——鈦合金

一、相關(guān)定義

鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發(fā)，并得到了實際應(yīng)用。20世紀50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動機用的高溫鈦合金和機體用的結(jié)構(gòu)鈦合金，70年代開發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發(fā)展。鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。α鈦合金

它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強度和抗蠕變性能，但不能進行熱處理強化，室溫強度不高。β鈦合金

它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強度，淬火、時效后合金得到進一步強化，室溫強度可達1372～1666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。α+β鈦合金

它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工，能進行淬火、時效使合金強化。熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強度高，可在400℃～500℃的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。

三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差。α鈦合金代號為TA，β鈦合金代號為TB，α+β鈦合金代號為TC。

鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。典型合金的成分和性能見表。

熱處理鈦合金通過調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認為細小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強度；針狀組織具有較高的持久強度、蠕變強度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

鈦合金具有強度高而密度又小，機械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達4萬余噸,鈦合金牌號近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦（TA1、TA2和TA3）。

鈦合金主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。

中國于1956年開始鈦和鈦合金研究；60年代中期開始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。

鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料，比重、強度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比強度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機上用作后機身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機尾罩等非承力構(gòu)件。60年代開始鈦合金的使用部位從后機身移向中機身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。鈦合金在軍用飛機中的用量迅速增加，達到飛機結(jié)構(gòu)重量的20%～25%。70年代起，民用機開始大量使用鈦合金，如波音747客機用鈦量達3640公斤以上。馬赫數(shù)小于 2.5的飛機用鈦主要是為了代替鋼，以減輕結(jié)構(gòu)重量。又如，美國SR-71 高空高速偵察機(飛行馬赫數(shù)為3，飛行高度26212米)，鈦占飛機結(jié)構(gòu)重量的93%，號稱“全鈦”飛機。當航空發(fā)動機的推重比從4～6提高到8～10，壓氣機出口溫度相應(yīng)地從200～300°C增加到500～600°C時，原來用鋁制造的低壓壓氣機盤和葉片就必須改用鈦合金，或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機盤和葉片，以減輕結(jié)構(gòu)重量。70年代，鈦合金在航空發(fā)動機中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%～30%，主要用于制造壓氣機部件，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機盤和葉片、鑄鈦壓氣機機匣、中介機匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強度，耐腐蝕和耐低溫性能來制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。人造地球衛(wèi)星、登月艙、載人飛船和航天飛機也都使用鈦合金板材焊接件。高溫鈦合金

世界上第一個研制成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V，使用溫度為300-350℃。隨后相繼研制出使用溫度達400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地應(yīng)用在軍用和民用飛機發(fā)動機中的新型高溫鈦合金有.英國的IMI829、IMI834合金；美國的Ti-1100合金；俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。表7為部分國家新型高溫鈦合金的最高使用溫度[26]。

近幾年國外把采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)、纖維或顆粒增強復(fù)合材料研制鈦合金作為高溫鈦合金的發(fā)展方向，使鈦合金的使用溫度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美國麥道公司采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)戚功地研制出一種高純度、高致密性鈦合金，在760℃下其強度相當于目前室溫下使用的鈦合金強度[26]。

鈦鋁化合物為基的鈦合金

與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金屬間化合物的最大優(yōu)點是高溫性能好（最高使用溫度分別為816和982℃）、抗氧化能力強、抗蠕變性能好和重量輕（密度僅為鎳基高溫合金的1/2），這些優(yōu)點使其成為未來航空發(fā)動機及飛機結(jié)構(gòu)件最具競爭力的材料[26]。

目前，已有兩個Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美國開始批量生產(chǎn)。其他近年來發(fā)展的Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）為基的鈦合金受關(guān)注的成分范圍為Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.%），此處M為v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一種元素。最近，TiAl3為基的鈦合金開始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。

高強高韌β型鈦合金

β型鈦合金最早是20世紀50年代中期由美國Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型鈦合金具有良好的冷熱加工性能，易鍛造，可軋制、焊接，可通過固溶-時效處理獲得較高的機械性能、良好的環(huán)境抗力及強度與斷裂韌性的很好配合。新型高強高韌β型鈦合金最具代表性的有以下幾種[26,30]：

Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），該合金與飛機結(jié)構(gòu)件中常用的30CrMnSiA高強度結(jié)構(gòu)鋼性能相當，具有優(yōu)異的鍛造性能；

Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），該合金冷加工性能比工業(yè)純鈦還好，時效后的室溫抗拉強度可達1000MPa以上；

β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），該合金是由美國鈦金屬公司Timet分部研制的一種新型抗氧化、超高強鈦合金，具有良好的抗氧化性能，冷熱加工性能優(yōu)良，可制成厚度為0.064mm的箔材；

日本鋼管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）鈦合金，該合金強度高，超塑性延伸率高達2000%，且超塑成形溫度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-擴散連接（SPF/DB）技術(shù)制造各種航空航天構(gòu)件；

俄羅斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉強度可達1105MPA以上。

阻燃鈦合金

常規(guī)鈦合金在特定的條件下有燃烷的傾向，這在很大程度上限制了其應(yīng)用。針對這種情況，各國都展開了對阻燃鈦合金的研究并取得一定突破。羌國研制出的Alloy c（也稱為Ti-1720），名義成分為50Ti-35v-15Cr（質(zhì)量分數(shù)），是一種對持續(xù)燃燒不敏感的阻燃鈦合金，己用于F119發(fā)動機。BTT-1和BTT-3為俄羅斯研制的阻燃鈦合金，均為Ti-Cu-Al系合金，具有相當好的熱變形工藝性能，可用其制成復(fù)雜的零件[26]。

醫(yī)用鈦合金

鈦無毒、質(zhì)輕、強度高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料，可用作植入人體的植入物等。目前，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者會析出極微量的釩和鋁離子，降低了其細胞適應(yīng)性且有可能對人體造成危害，這一問題早已引起醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。美國早在20世紀80年代中期便開始研制無鋁、無釩、具有生物相容性的鈦合金，將其用于矯形術(shù)。日本、英國等也在該方面做了大量的研究工作，并取得一些新的進展。例如，日本已開發(fā)出一系列具有優(yōu)良生物相容性的α+β鈦合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，這些合金的腐蝕強度、疲勞強度和抗腐蝕性能均優(yōu)于Ti-6Al-4v ELI。與α+β鈦合金相比，β鈦合金具有更高的強度水乎，以及更好的切口性能和韌性，更適于作為植入物植入人體。在美國，已有5種β鈦合金被推薦至醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估計在不久的將來，此類具有高強度、低彈性模量以及優(yōu)異成形性和抗腐蝕性能的廬鈦合金很有可能取代目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。

三、加工工藝

1、熱處理

常用的熱處理方法有退火、固溶和時效處理。退火是為了消除內(nèi)應(yīng)力、提高塑性和組織穩(wěn)定性，以獲得較好的綜合性能。通常α合金和（α+β）合金退火溫度選在（α+β）─→β相轉(zhuǎn)變點以下120～200℃；固溶和時效處理是從高溫區(qū)快冷,以得到馬氏體α′相和亞穩(wěn)定的β相,然后在中溫區(qū)保溫使這些亞穩(wěn)定相分解，得到α相或化合物等細小彌散的第二相質(zhì)點，達到使合金強化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相轉(zhuǎn)變點以下40～100℃進行，亞穩(wěn)定β合金淬火在(α+β)─→β相轉(zhuǎn)變點以上40～80℃進行。時效處理溫度一般為450～550℃。

總結(jié)，鈦合金的熱處理工藝可以歸納為：

（1）消除應(yīng)力退火：目的是為消除或減少加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。防止在一些腐蝕環(huán)境中的化學(xué)侵蝕和減少變形。

（2）完全退火：目的是為了獲得好的韌性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和組織的穩(wěn)定性。

（3）固溶處理和時效：目的是為了提高其強度，α鈦合金和穩(wěn)定的β鈦合金不能進行強化熱處理，在生產(chǎn)中只進行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩(wěn)β鈦合金可以通過固溶處理和時效使合金進一步強化。

此外，為了滿足工件的特殊要求，工業(yè)上還采用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。

2、切削 切削特點

鈦合金的硬度大于HB350時切削加工特別困難，小于HB300時則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個方面，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理、力學(xué)性能間的綜合對其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點：

(1)變形系數(shù)?。哼@是鈦合金切削加工的顯著特點，變形系數(shù)小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。

(2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小(只相當于45號鋼的1/5～1/7)，切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，切削溫度很高。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上。

(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時約小20%，由于切屑與前刀面的接觸長度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時，由于鈦合金的彈性模量小，加工時在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動，加大刀具磨損并影響零件的精度。因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。

(4)冷硬現(xiàn)象嚴重：由于鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會降低零件的疲勞強度，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時的一個很重要特點。

(5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現(xiàn)象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外，由于鈦合金對刀具材料的化學(xué)親和性強，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。車削鈦合金時，有時前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴重；進給量f<0.1 mm/r時，磨損主要發(fā)生在后刀面上；當f>0.2 mm/r時，前刀面將出現(xiàn)磨損；用硬質(zhì)合金刀具精車和半精車時，后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。

在銑削加工中，由于鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，而且切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削變形區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，加工時切削刃刃口處會產(chǎn)生極高的切削溫度，將大大縮短刀具壽命。對于鈦合金Ti6Al4V來說，在刀具強度和機床功率允許的條件下，切削溫度的高低是影響刀具壽命的關(guān)鍵因素，而并非切削力的大小。

刀具材料

切削加工鈦合金應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā)，選用紅硬性好、抗彎強度高、導(dǎo)熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料，YG類硬質(zhì)合金比較合適。由于高速鋼的耐熱性差，因此應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金制作的刀具。常用的硬質(zhì)合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。

涂層刀片和YT類硬質(zhì)合金會與鈦合金產(chǎn)生劇烈的親和作用，加劇刀具的粘結(jié)磨損，不宜用來切削鈦合金；對于復(fù)雜、多刃刀具，可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。

采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金，可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下，切削速度可達200 m/min；若不用切削液，在同等磨損量時，允許的切削速度僅為100m/min。

注意事項

在切削鈦合金的過程中，應(yīng)注意的事項有：

(1)由于鈦合金的彈性模量小，工件在加工中的夾緊變形和受力變形大，會降低工件的加工精度；工件安裝時夾緊力不宜過大，必要時可增加輔助支承。

(2)如果使用含氫的切削液，切削過程中在高溫下將分解釋放出氫氣，被鈦吸收引起氫脆；也可能引起鈦合金高溫應(yīng)力腐蝕開裂。

(3)切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發(fā)有毒氣體，使用時宜采取安全防護措施，否則不應(yīng)使用；切削后應(yīng)及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件，清除含氯殘留物。

(4)禁止使用鉛或鋅基合金制作的工、夾具與鈦合金接觸，銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。

(5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈；經(jīng)清洗過的鈦合金零件，要防止油脂或指印污染，否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應(yīng)力腐蝕。

(6)一般情況下切削加工鈦合金時，沒有發(fā)火危險，只有在微量切削時，切下的細小切屑才有發(fā)火燃燒現(xiàn)象。為了避免火災(zāi)，除大量澆注切削液之外，還應(yīng)防止切屑在機床上堆積，刀具用鈍后立即進行更換，或降低切削速度，加大進給量以加大切屑厚度。若一旦著火，應(yīng)采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進行撲滅，嚴禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器，也不能澆水，因為水能加速燃燒，甚至導(dǎo)致氫爆炸。

建筑與藝術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計1101班

尹曦墨