工業(yè)產(chǎn)品形態(tài)與成型工藝的適應(yīng)性初探

胡 康 艾險(xiǎn)峰 （武漢科技大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院 湖北武漢 430065）

工業(yè)產(chǎn)品的材料主要有五大類，即金屬、塑料、玻璃、陶瓷和木材，不同的材料有著不同的成型工藝，不同造型的工業(yè)產(chǎn)品的制造過程差別很大，類似造型而材料不同的產(chǎn)品制造過程也可能有很大差別，本文研究的重點(diǎn)在于尋找工業(yè)品造型與成型工藝之間的關(guān)聯(lián)，并初步提出工藝與形態(tài)之間的適應(yīng)性。

一、工業(yè)產(chǎn)品制造中常見成型工藝

由于成型工藝的多樣性，只有對(duì)它們進(jìn)行初步分類才能夠找到它們與造型設(shè)計(jì)中的關(guān)聯(lián)性。首先需要將材料的成型工藝做簡(jiǎn)單的羅列。金屬主要有鑄造、沖壓、沖裁、反向沖擊擠壓、滾壓、旋壓、鍛造、軋制、液壓、無屑切割以及車鉆銑磨焊等多種成型工藝；塑料的工藝則根據(jù)熱塑性塑料和熱固性塑料的特性不同，可分為四類成型工藝，第一類是可以針對(duì)熱塑性塑料和熱固性塑料的成型工藝，包括注塑成型、嵌件成型和擠出成型等。第二類是只能針對(duì)熱塑性塑料的成型工藝，如氣體輔助注塑、壓延成型、薄膜吹塑、注射吹塑、擠出吹塑、熱真空成型、蘸涂成型、澆鑄成型、發(fā)泡成型等，第三類是只針對(duì)熱固性塑料的成型工藝，如反應(yīng)注塑成型、模壓成型等，第四類是針對(duì)塑料復(fù)合材料的工藝，如層壓成型、手糊成型、噴射成型以及纏繞成型等等。玻璃的成型工藝根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)的不同分為平板玻璃成型和其他造型玻璃成型，平板玻璃成型工藝主要是浮法、拉制法、壓延法、窯燒玻璃等，而有一定造型的則是通過熱彎玻璃、重吹法、壓吹法或壓制成型制成。陶瓷的成型工藝相對(duì)較少，只有可塑成型、注漿成型和壓制成型幾種。木材則有原木、木芯板、密度板、膠合板、塑料貼面板等材料的不同，也有著多種工藝，簡(jiǎn)單如鉆、刨、銑、鋸、磨，復(fù)雜的工藝則有蒸煮彎曲、膠合板深度立體成型、擠壓成型等等多種工藝。根據(jù)以上描述，不難看出，看似針對(duì)不同材料的數(shù)十種成型工藝，其中的大多數(shù)工藝其實(shí)都有一定的關(guān)聯(lián)。

二、常見成型工藝的分類與造型能力

我們不妨根據(jù)它們的加工流程、材料的初始材型、有無模具以及是否需要拔模將它們分為以下幾類：

1.受力變形類工藝，是指在一定的模具內(nèi)通過作用力（壓力、重力等）使片狀材料變形的工藝，這就包括金屬的沖壓、反向沖擊擠壓、旋壓、液壓、滾壓工藝，塑料的模壓成型和熱真空成型工藝，玻璃的熱彎玻璃成型以及壓制成型工藝，陶瓷的壓制成型，膠合板的擠壓工藝和深度立體成型工藝以及原木的蒸煮彎曲等。這類工藝主要是生產(chǎn)有一定造型的殼體，但是不能生產(chǎn)薄壁中空的容器殼體（反向沖擊擠壓和旋壓除外）。受力變形類工藝根據(jù)是否需要拔?？煞譃閮煞N，需要拔模的工藝有沖壓、液壓、反向沖擊擠壓、膠合板擠壓和深度立體成型、熱彎玻璃、陶瓷壓制成型、塑料熱真空成型和模壓成型，不需要拔模的有旋壓、滾壓等。需要拔模的工藝在設(shè)計(jì)產(chǎn)品造型的時(shí)候需要注意180度法則，也就是說從合模線開始，一邊曲面上的任意一點(diǎn)的法線的方向都應(yīng)該在合模線所在平面的一邊，否則拔模將不能進(jìn)行，當(dāng)然如果是在后期使用其他工藝修改造型就另當(dāng)別論。不需要拔模的幾種工藝設(shè)計(jì)的自由度又受到了其他因素的影響，比如旋壓，由于制造過程是旋轉(zhuǎn)成型，它只能加工旋轉(zhuǎn)體，滾壓只能將形態(tài)進(jìn)行較為簡(jiǎn)單的彎曲。

2.液態(tài)成型類工藝，是當(dāng)材料處于高溫融液狀態(tài)時(shí)，將他們置于模具中，待冷卻后固化成型，主要包括金屬的鑄造、塑料制品的注塑成型（包括嵌件成型、氣體輔助注塑成型），一般生產(chǎn)有一定體積的實(shí)體，較少生產(chǎn)殼體（熔模鑄造除外）。液態(tài)成型類工藝根據(jù)是否需要拔模分兩種，一種是沙鑄、大批量產(chǎn)品的熔模鑄造、高壓鑄造、注塑成型、嵌件成型等，另一種是小批量產(chǎn)品的熔模鑄造。第一類工藝都是需要設(shè)計(jì)拔模角度，同樣需要遵循前文所述的180度法則，而使用熔模鑄造生產(chǎn)單件或小批量產(chǎn)品則不需要考慮拔模，因?yàn)榍捌诘南災(zāi)＞卟皇怯射X制模具生產(chǎn)，而后期的石膏模具又可以打破，所以這種情況下，形態(tài)設(shè)計(jì)的自由度可以說是無限的。

3.吹制成型類工藝，吹制成型的原材料只有玻璃和塑料，它們都是在一定溫度下具有相當(dāng)?shù)目伤苄缘?，如玻璃是在膏體的狀態(tài)下進(jìn)行的吹制，這類工藝類似于吹泡泡糖，都是將一塊材料變成薄壁中空的容器狀殼體，這也是吹制成型類工藝的自由度的局限之處，另外吹制模具一般都是兩塊，合模線一般在豎直方向，因此也要遵循前文所述的180度法則，同時(shí)要考慮拔模角。

4.加減材料類工藝，通過加減材料來進(jìn)行造型的工藝，包括金屬和木材的車、鉆、銑、磨、沖裁以及焊接等工藝，陶瓷的拉坯成型與盤車成型工藝。這類工藝加工的造型有明顯的特征，加材料類往往會(huì)有連結(jié)點(diǎn)（如焊點(diǎn)），減材料類則是在整體材型的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一些切口或者洞之類的。

5.浸涂蘸糊類工藝，主要是將模具浸入材料溶液或融液中、或者將材料的溶液或融液涂、蘸、糊在模具的表面，或者將溶液或融液倒入具有吸附性的模具中，待材料附著在模具內(nèi)表面或外表面后，干燥就可以成型。它們包括熱固性增強(qiáng)復(fù)合塑料的手糊成型、噴射成型、纏繞成型，普通塑料的澆鑄成型（流延鑄塑、旋塑成型等）、蘸涂成型，陶瓷的注漿成型（包括壓力輔助注漿成型）。這類工藝可以生產(chǎn)的形態(tài)也很豐富，大到客車、快艇、飛機(jī)的外殼，小到浴缸。這類工藝中有的適合做封閉中空的造型，也有的適合做開放的造型。

不難發(fā)現(xiàn)，以上分類基本上涵括了大多數(shù)的成型工藝。

三、產(chǎn)品外觀部件形態(tài)與常見成型工藝的適應(yīng)性分析

產(chǎn)品造型豐富多樣，這里我們將他們簡(jiǎn)單地分為：

1.具有一定幾何規(guī)律的實(shí)體類。典型產(chǎn)品如家具、鑄鐵制下水道蓋子、刀具、肥皂、紀(jì)念章、泡沫制品、工藝品等，這類規(guī)則的實(shí)體，一般由型材加工而成，經(jīng)歷的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是液態(tài)成型工藝中的沙鑄、熔模鑄造等，加減材料類工藝中的焊接、車削、鏜削、銑削、磨削、鉆削、等離子狐切割、激光切割等。厚度較低的造型有時(shí)候由板材壓制而成。總而言之，這類造型在設(shè)計(jì)的時(shí)候自由度較大，受工藝的局限不多。

2.表面復(fù)雜無規(guī)律的實(shí)體類。典型造型如小型生物雕塑、服裝店的人體模特等，這類造型較為復(fù)雜的實(shí)體在制造中受到工藝的制約較前一種更多一些。比如青銅人體雕塑，目前只適合使用液態(tài)成型類工藝中的熔模鑄造成型，服裝店的人體模特只適合用海綿壓力傳輸模切成型技術(shù)制造。如果是塑料制品，那么可以考慮注塑成型，但是需要設(shè)計(jì)好合模線，否則，成本將會(huì)非常高，出次品的可能也很大。

3.開放的殼體造型類。由于現(xiàn)代產(chǎn)品中有很多都是技術(shù)核心部件或機(jī)構(gòu)在內(nèi)部，外觀造型在外，這導(dǎo)致了開放的殼體造型是工業(yè)產(chǎn)品零部件中最為常見的形態(tài)，最典型的造型是汽車的引擎蓋、家電的表面殼體、個(gè)人電腦的機(jī)箱殼體等。可以加工這類造型的工藝非常對(duì)，比如受力變形類工藝中的沖壓、液壓、滾壓、玻璃陶瓷的壓制，塑料的注塑成型，浸涂蘸糊類工藝中的手糊成型、噴射成型等，也包括液態(tài)成型工藝中的高壓鑄造。這類工藝往往受到拔模的限制，需要考慮拔模角度。

4.封閉的中空殼體類。包括管狀造型和容器類殼體造型，它們有的多處開口如自行車扶手部分，有的完全封閉無開口如球類產(chǎn)品，有的腹部小開口大，有的腹部大開口小如倒錐形玻璃化學(xué)反應(yīng)器皿，也有的開口與腹部基本一致如一些玻璃水杯，有的殼體帶手柄，也有的不帶手柄。這類造型的生產(chǎn)工藝有受力變形類工藝中的反向沖擊擠壓和旋壓，吹制工藝中的注塑吹塑、擠出吹塑、壓吹法、重吹法都可以生產(chǎn)這類造型，浸涂蘸糊類工藝中的旋塑成型也能生產(chǎn)這類造型。其中需要注意注射吹塑與擠出吹塑相比，擠出吹塑能生產(chǎn)的造型更復(fù)雜，比如帶手柄的塑料容器。封閉中空殼體類造型都是在模具內(nèi)成型，因此都有外表面可以裝飾，而內(nèi)表面不能裝飾的特征。

筆者根據(jù)工藝的流程、模具有無、是否需要拔模以及材料的材型對(duì)各種工藝進(jìn)行了分類，并論述了產(chǎn)品形態(tài)與制造工藝之間的適應(yīng)關(guān)系，其根本目的在于在便于設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)流程中合理地設(shè)計(jì)造型、科學(xué)地選擇材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣可以避免不著邊際天馬行空的低效率創(chuàng)作。由于材料與加工技術(shù)隨著時(shí)間在不斷的進(jìn)步，今天不能制造的造型，在未來也可能很容易制造出來，比如一些最新工藝（如SLA立體雕刻）可以不受使得設(shè)計(jì)師任何約束進(jìn)行造型。因此，設(shè)計(jì)師除了需要弄清楚產(chǎn)品形態(tài)與材料技術(shù)的適應(yīng)關(guān)系，還要不斷地跟進(jìn)學(xué)習(xí)新的材料的特性和工藝。

[1] (英)克里斯拉夫特里，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝經(jīng)典案例解析[M]，北京：中國(guó)青年出版社，2008.

[2] 周達(dá)飛 唐頌超，高分子材料成型加工[M]，北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2006.

[3] 鄭建啟，設(shè)計(jì)材料工藝學(xué)[M]，北京：高等教育出版社，2007.