金属材料在现代工业产品设计中的创新应用研究

2019-02-09赵军生

世界有色金属 2019年6期

赵军生

（甘肃武威职业学院，甘肃武威 733000）

随着我国经济增长方式的转变，金属材料加工市场迅速发展，现代工业产品的研发与核心工艺技术的应用成为企业关注的焦点。了解国内外金属材料加工生产技术的应用，对提升产品技术水平具有重要的意义。金属材料是现代工业产品设计中应用广泛的材料，金属材料在加工中不同工序能制作不同的产品，金属材料表面材质美可为设计者提供更多的创造条件，设计者利用金属材料的优势，设计出更具有现代工业特色的产品[1]。

1 金属材料的特性与应用

（1）金属材料的加工特性。金属具有特有的光泽与色彩，金属材料一般为晶格结构，可在熔融状态下与O，H，S，P等非金属形成合金，达到改变金属性能的目的。金属材料可制成金属化合物，易于氧化生锈。铸造性指金属在铸造成型时具有的特性，金属材料的铸造性指其流动性，吸气倾向。影响合金流动性因素有铸型填充条件等。合金化学成分中有含碳量，纯铁含碳量大则流动性差，铸铁中，共晶成分铸铁流动性最佳[2]。锻压性指金属材料承受塑性变形的性能，锻压性与材料的成分及加工条件有关。焊接性指材料在限定施工条件下焊接成满足设计要求的构件，焊接性能好的金属能获得无裂纹等缺陷的焊缝，一般导热性好的金属材料焊接性能也好。金属材料切削加工性指金属切削加工难度，切削加工性能与金属内部结构等因素有关，影响金属材料加工的因素有硬度，金相组织与加工能力等。降低钢的强度与硬度的元素S，Al，组织不同，加工性不同，索氏体，加工性下降。

（2）金属材料的应用发展。随着科技的进步发展，金属材料艺术不断满足大众的审美需求，现代金属材料艺术更加注重形式美感，材料及其设计技法更加多样化，开放性使金属材料与现代工业产品结合达到更好的设计效果[3]。掌握不同金属材料的性能是发挥材料艺术美的重要途径。如现代漆画艺术通常使用金银铜等金属材料，其具有延展性及独特的色彩，金银材质不易腐蚀，金属材料能得到其他材质不具备的材料美感。对金属材料进行表面处理前，应有前处理工序，金属制品表面的前处理方法有很多，主要包括机械处理，电化学处理等。机械化处理是通过切削，喷砂等加工清理制品表面的锈蚀及氧化皮等，化学处理的作用主要是清理制品表面的油污及氧化皮等。电化学处理主要用以强化化学除油与侵蚀的过程。金属材料表面装饰技术是保护与美化产品外观的手段，主要分为着色与肌理工艺。金属表面着色工艺采用化学，物理等方法，使金属表面形成各种色泽的膜层或涂层。主要包括化学着色，电解着色与阳极氧化染色。

2 金属材料在工业设计中的应用

金属材料是工业设计中最主要的结构材料，是现代工业产品设计实现的重要物质条件。金属材料广泛的应用于现代工业产品设计中。如卡车重量的76%为金属材料，金属材料是最主要及应用最广泛的结构材料。因金属及其在合金力学，化学及加工工艺等方面具有系列的特殊的优异性能，使其不仅保证产品功能的实现，且赋予产品一定的美学价值，使产品呈现现代风格的结构美与质地美。材料需保证产品性能的实现，如铸铁材料具有良好的力学性能与低廉的价格，广泛用于制作机械产品的底盘，外壳，台座等复杂的成型结构零件，可根据产品使用要求，制造出所需的任意形状，在铸铁材料获得零件毛坯后，经机械加工等装饰处理后可得到所需的形状及尺寸的零件。如利用铸铁材料弹性小，减震与耐磨等特点，制成机械性要求不高的底座，利用铸铁材料工艺性能好，易于切削加工等性能，制造内部结构复杂，具有流畅外形的外壳，铸铁材料加工表面的银灰色及不加工表面涂覆处理的色彩，相互辉映构成机械产品特有的色彩与肌理效果。很多精密与小型的零件，要求重量轻，可考虑用铝合金制造，如电动工具，仪器及汽车中的工具等，铝合金通过一定的压力进行铸造，可获得壁厚很薄，形状复杂的压铸成型铸件。现代工业产品设计中，采用曲直刚柔结合，追求简洁明快的风格。

因此，钢铝等金属合金型材，在产品设计中的应用日趋扩大。很多以往采用铸造方法成型的零件现常改为焊接结构代替。根据金属的机械，物理等性质，工业设计中需认真选择，在众多产品中充分考虑其经济等因素，使选择的金属满足设计要求，满足产品的共性及其外观等要求。

3 金属材料在现代工业产品中的应用

（1）金属材料与现代工业产品设计的结合。自18世纪英国工业革命以来，人类逐渐采用机械化的生产方式制造产品，以机械生产呈现的规模化特征区别于手工业产品。工业设计是覆盖面广泛的交叉学科，是工程技术，市场学等有机结合的边缘学科，工业设计是工业化过程中，工业产品的工程技术与艺术结合的创新设计，工业设计的本质特点决定工业设计技术与艺术有机结合为完整统一的整体。现代工业产品设计体现人文化，个性化的理念，对材料的应用选择更为讲究，要求体现工业产品设计的现代化，金属材料所具有的特殊性质被现代工业设计青睐，现代工业设计的发展对金属材料的需求大量增加。现代工业产品设计的发展带动了新型金属材料的开发。金属材料在现代工业产品设计中的应用更加体现了工业产品的现代化特色。

（2）金属材料现代工业产品创新设计。现代工业产品设计中，大多材料可以通过表面处理的方式改变产品表面所需的光泽等需要，通过改变产品表面的色彩，质地等方式可以提高产品的审美功能，在产品造型设计中要根据产品的性能，材料性质等条件正确选择表面处理工艺，使材料颜色，肌理与加工工艺特性与产品的形态，工作环境匹配适宜。研磨是可以达到将金属表面加工成平滑效果的工艺，可得到光面的效果。林德伯格公司为其造型简洁独特的眼镜框架设计了新型的眼镜盒，不锈钢材料可以通过研磨与化学处理等工艺达到亚光的效果，研磨工艺的应用使得眼镜盒的设计更加朴素，整体设计理念在材料及功能间达到完美的和谐。表面层改质处理是通过化学法将金属表面转变为金属氧化物的过程，可改变金属表面的颜色及硬度，提高金属表面的耐腐蚀性及着色性。设计师对产品采用铝材料应用阳极氧化工艺处理，具有多孔状结构，对各种染料表现出很强的吸附能力，阳极氧化工艺的应用，增加了产品的附加值。金属材料是现代工业的支柱，金属材料的工艺性能优异，广泛应用于工业产品造型设计中，能按照设计师构思实现产品的多种造型，随着科技的发展，将出现更多的处理工艺，对产品的设计发展做出重要的影响。