基于CMF的交流角磨機機殼創新設計研究

引言

隨著國內電動工具行業的不斷發展，其發展規模和涵蓋的領域也在不斷擴大，交流角磨機也受到越來越多人的青睞，交流角磨機由于其問世較早，發展至今技術較為成熟，具有功能可靠，安全性高，適用范圍廣泛等特點。而交流角磨機的機殼作為角磨機必不可少的一部分，也隨著交流角磨機的發展不斷進步。

CMF（Color-Material-Finishing，簡稱CMF）設計是工業設計中較為常見的設計方法，也是產品設計中，提升產品整體質量過程中較為重要的一環。在產品設計中，CMF 設計是流行趨勢、工藝技術、創新材料、審美觀念等集中體現，將產品設計與CMF 設計結合，能夠提升產品的整體美感。在工業設計中，CMF 設計可以通過篩選產品合適的使用材料以及先進的表面處理技術，在保證產品質量的同時起到控制成本的效果。

對于交流角磨機而言，由于角磨機的零部件屬于可拆卸結構，因此各個零部件所使用的材料不盡相同，基于安全性和技術成熟度的考慮，一些零部件所使用的材料相對固定，而機殼部分由于不同品牌的角磨機所使用的顏色、材料和加工工藝各有不同，存在較大的設計創新空間，因此選取機殼部分作為CMF 設計的主要對象。相較于國外的知名品牌，雖然國內的交流角磨機機殼隨著時代的不斷更迭也有了較為長足的進步，但無論是顏色和材料的選擇還是加工工藝還有很多缺陷需要向國外品牌學習。面對需求市場的不斷擴大，僅憑現有的技術水平、不斷拓展功能等發展方向并不能保證角磨機能夠長期穩定地占據市場[1]。在確保功能性和安全性的同時，擁有一款良好的外觀也是角磨機設計創新過程中較為可行的參考方向，而CMF 設計致力于提升產品整體質感和用戶使用舒適度[2]。將CMF 設計理念與角磨機相結合也具有一定的實踐意義。本文通過了解CMF 設計特征，將交流角磨機機殼依托于對材料、工藝和顏色的合理選擇[3]，以期能夠為交流角磨機機殼CMF 設計基礎研究提供理論依據和應用路徑。

一、CMF設計

（一）CMF 設計相關概念。CMF 具體指代產品的色彩（Color）、材料（Material）和表面處理（Finishing），是產品設計中的關鍵概念，強調三者在設計過程中的重要性及其相互作用[4]。其首要目標是通過對產品的色彩、材料及表面加工工藝進行設計，使目標用戶被產品吸引[5]。隨著時代的不斷發展及科學技術的不斷進步，CMF 在產品設計中的地位不斷提高，實際應用的領域也越來越廣泛。

CMF 設計方法研究的是在確保產品保持同一造型和相關功能的前提下，探索產品在色彩、材質、表面加工工藝中所呈現的多種可能性。CMF 是一個概念的集合，經過產品設計的不斷發展，逐漸演變成為一個專業術語[6]。其核心便是將合適的材料與表面加工工藝相結合，以及和諧的色彩搭配，確保產品的性能完好。CMF 設計不僅能通過外部設計要素來對產品起到錦上添花的作用，而且還能一定程度上決定產品的最終使用效果[7]。在產品設計中充分運用CMF 設計方法，可以設計出兼具美觀性、獨特性和功能性的產品。

（二）國內外CMF 設計發展現狀。結合國內外的文獻資料，不難發現，CMF 設計在玩具領域、文創領域以及家居、內飾等相關領域有著較為廣泛且深入的涉獵，但是在電動工具領域的深入研究則相對較少，針對交流角磨機機殼的研究甚至仍有大量留白。機殼則代表了角磨機外觀、肌理與質感的結合，這也符合CMF 設計思路中涵蓋的三大特征。通過綜合考慮產品的色彩、材料、表面加工工藝等要素與交流角磨機機殼設計相結合，在保證機殼原有的功能和屬性的前提下，探索機殼外觀設計創新的可能性，賦予交流角磨機機殼新的創新設計方向[8]。通過分析角磨機機殼的色彩、材料和表面加工工藝的特征，總結CMF 三要素在角磨機機殼上的應用規律，從而針對性地得出交流角磨機機殼創新方案。在提高產品競爭力的同時，能夠給予消費者新的產品體驗。具體研究思路見圖1：

二、交流角磨機機殼基本概況

（一）交流角磨機機殼的特點。角磨機，也稱研磨機或盤磨機，是一種手持式電動工具。通常用于物料表面的研磨、拋光或對各種材料如金屬、石材等進行切割。通常配備多種可更換且不同材質的砂輪或切割片，角磨機的轉速通常較高，有的可以達到數萬轉每分鐘，根據不同的使用環境衍生出不同轉速的角磨機。

電動工具不僅子品類豐富，而且造型各異[9]。作為電動工具中的一部分，角磨機的種類繁多，根據用電方式可分為交流電角磨機和直流電角磨機，以FLEX 為例，交流角磨機和直流角磨機如圖2（圖片摘自作者自繪）所示。交流角磨機即采用交變電流接線插電的方式工作，其最為典型的特征即為尾殼末端設有連接插頭的交流電線。交流角磨機機殼原理簡單，結構清晰，同時能夠保證功能性完好以及安全性保障，故而采用交流角磨機機殼作為本次論文設計創新的主要對象。

交流角磨機的機殼設計注重實用性和耐用性，具體拆分圖如圖3所示，整體為嵌套式結構，通常由前端的主殼和嵌套在尾部的尾殼組成，其中主殼部分內部包含定轉子容納的空間，主殼尾部的上下兩部分保留了碳刷容置和走線區域。尾殼通常作為主殼的嵌套部分，尾殼后端留有交流電的接線口，通常尾殼部分是防塵罩的主要設計區域，在尾殼兩側較為常見，即為拆卸式防塵罩，即在外殼左右兩側設有插槽，以便于拆卸防塵罩對角磨機內部進行清潔保養，有些則為一體式防塵罩，即防塵罩不作為單獨零件，而是成為尾殼本身的一部分，此類型角磨機相較于拆卸式結構更為簡單，但缺點就是不能像拆卸式防塵罩那樣單獨拆卸碎屑粉塵集中的區域，清理效率不如拆卸式。尾殼與主殼嵌合后通過螺絲固定。拆卸式防塵罩因其結構較為簡單，且擁有較強的實用性，在后期保養方面步驟也極為方便，從而顯著提高了機殼整體的結構強度，增加了角磨機的使用壽命。

（二）交流角磨機機殼的研究意義。隨著工業的現代化和自動化進程的推進，以及人們生活質量的提高，角磨機的應用領域已經不再限制于建筑行業和汽車行業等領域，面臨市場不斷擴大的環境，交流角磨機僅僅靠著現有成熟的技術是遠遠不夠的。在產品設計大放異彩的今天，CMF 設計理念經過時代的發展以及多領域的滲透應用，在當下的設計環境中仍有舉足輕重的地位。而機殼既是角磨機容納內部零件的重要組成部分，也是決定角磨機外觀好壞的重要因素。面對錯綜復雜的適用環境和龐大的用戶群體，以機殼作為設計創新的對象，既能夠一定程度上保留技術的成熟性，引進新的設計理念也順應了產品設計創新的趨勢，符合當下產品設計多樣化、實用化發展的需求。

同時，新產品的問世也可以給予消費者更多的選擇和新的情感體驗，給交流角磨機未來的發展方向提供新思路。

三、CMF在交流角磨機機殼設計中的應用

（一）交流角磨機機殼中的色彩。作為形式美的一個重要因素，色彩是人最先捕捉到的視覺特征，將不同顏色進行組合搭配，能構成不同的色彩調和效果，在產品外觀設計中有著舉足輕重的地位[8][10]。色彩在交流角磨機中的作用并非為了展現產品的華麗，而是為了凸顯品牌特征，增加產品辨識度，對于功能性的零件做出區分。不同品牌商在產品批量化生產之前就已確定好產品主體色。但即便不同品牌的交流角磨機機殼在顏色的使用上會有些許異同，結合國內外不同品牌常見的交流角磨機產品，其機殼在顏色使用上也存在一定規律。結合常用的購物軟件及國內外不同品牌年度產品手冊搜索“交流角磨機”進行樣本收集，為了直觀感受交流角磨機機殼不同的色彩應用，同時考慮到同一品牌會出現使用不同機殼主體色的情況，將收集到的樣本以不同色系區分的方式進行歸納，而品牌則不進行區分。不同色系的交流角磨機機殼主體色彩樣本匯總見表1：

結合樣本收集表，不難發現市面常見的角磨機機殼主體色大多分布在紅、綠、藍、黃、黑色系為主，樣本最為豐富。使用橙色系外觀的機殼在市場中也有分布，而灰色系的應用最少。而結合表2國外知名品牌的交流角磨機機殼主體色使用分布來看，紅、綠、藍、黃4 種色系均有應用，也和樣本收集表中得到的結果大致相同。而將國內常見品牌的角磨機機殼樣本表3 進行對比，國內交流角磨機的機殼主體色使用則更為豐富，國內較為豐富的顏色分布給消費者提供了多種選擇。但在樣本分布上，國內一些知名度較高的品牌在機殼顏色的使用特征上基本與國外類似，顏色變化都在紅、綠、藍、黃幾個大色系中做出調整。由此不難看出，國內的角磨機在顏色選取的應用思路上與國際品牌的色彩應用方向相接軌。這也是當下交流角磨機色彩應用的發展趨勢。

在顏色分布上，一些品牌是利用顏色區分產品的主殼和尾殼結構，黑色部分代表可拆卸的尾殼，方便使用者在后續的使用中對角磨機內部進行拆卸保養，碳刷更換以及防塵罩的灰塵清理。而有些品牌在主殼和尾殼的顏色使用上并未做出區分。其中質造是以黑色作為產品的主體色，但其結構功能并未做出太大的改變，且國內以黑色系為主的交流角磨機也大多遵循此規律。

整體而言，交流角磨機機殼的整體顏色使用都較為低調，突出穩定感。配色模式也較為統一，機殼通體大多遵循“黑色+ 主體色”的配色規律，主體色根據不同品牌各有不同。通常，黑色應用區域分布在包膠、尾殼和LOGO 區域。不同品牌機殼的顏色分布略有不同。大多圍繞角磨機機殼本身的功能性展開，根據顏色的不同，區分角磨機不同的零件，同時注重顏色的穿插，基本不會出現通體全部使用一種顏色的情況，在單一色塊區域中都會穿插品牌主體色或者黑色用于該塊面的功能區域（如開關）以及標注品牌LOGO 與產品型號，具體顏色使用依據單一色塊區域顏色而定，通常會在“黑色+主體色”的配色模式基礎上使用單一色塊區域顏色相反的顏色。因而，在后續的設計實踐過程中也應遵循交流角磨機機殼的色彩使用特征，在此基礎上進行設計創新，做到顏色和諧的同時突出功能性，而非一味地關注產品顏色的豐富度和多樣性。

（二）交流角磨機機殼中的材料應用。材料是構成產品的基礎，通過正確高效地使用材料，能夠發揮其最大的功能性[11]。選擇適當的材料，可以打造出不同的視覺紋理和表面工藝，賦予產品不同的質感[12]。交流角磨機作為一款電動工具，其內部包含復雜的機械零件和結構，因此材料的使用上必須保證其內部不受破壞，保證其安全性，避免使用者在使用過程中出現不必要的安全風險，或增大后續保養機體所耗費的成本。如今市面上在角磨機的機殼部分考慮到生產成本和材料特性，大多為PA6-GF30 增強尼龍如圖4 所示（圖片來源：淘寶），其中PA6 即為高分子化合物，也稱尼龍6，PA6 熔點低，且可承受較為廣泛的工藝溫度，故而擁有較好的工藝兼容性，與此同時也兼具抗沖擊性和抗溶解性，但因其直接使用會產生有毒物質，故而需要加入各種各樣的改性劑混合使用。GF30 是玻璃纖維復合材料，GF 代表玻璃纖維，GF30 表示該材料含有大約30% 的玻璃纖維成分。其主要由玻璃纖維和基體材料組成。玻璃纖維具有高強度、耐高溫、耐腐蝕等特點，被廣泛用于增強各種基體材料，以提高其機械性能和耐候性。這種復合材料結合了玻璃纖維和基體材料的優點，擁有良好的加工性能和耐化學腐蝕性能。將兩種原材料組合形成的硬質塑料結合了兩者的優點，能夠很好地保護定轉子和其他內部結構的重要部分。由此延伸的加工工藝發展也相對成熟。金屬材料在頭殼零件部分的應用較廣，一些大功率交流角磨機的機殼中也有應用。金屬材質的機殼表面能夠進一步強化機殼整體的抗性和強度，但其生產成本偏高的同時整體重量較大，不適合便利攜帶，因而使用場景也相對單一。整體而言，無論是硬質塑料外殼的角磨機還是金屬材質外殼的角磨機，其機殼都必須遵循保證安全性的前提下，擁有良好的耐用性和質量的可靠性。因此，在設計環節中也應遵循這一原則，在此基礎上進行材料的選擇。

（三）交流角磨機機殼中的表面加工處理應用。確定好合適的材質后，選擇合適的表面加工工藝可以賦予產品美觀度的同時對產品的外觀還起到保護作用，增加產品的使用壽命，能夠完美地表達材料的特性，帶來不一樣的裝飾效果。是賦予交流角磨機良好的外觀質感必不可少的工序。[7][13][14]。

角磨機機殼的外觀大體分為主殼和尾殼兩個部分，所使用的材料包括金屬、硬質塑料，部分存在包膠覆蓋的角磨機機殼所用的包膠材質常見為PVC 和PU 為主。采用的加工工藝一般為二次注塑工藝。其中金屬加工通常通過冷壓、拉伸或鑄造等工藝制成；硬質塑料因其主要由高分子化合物組成，一般分為熱塑性硬質塑料和熱固性硬質塑料兩種，熱塑性硬質塑料是通過加熱軟化，加壓成型后冷卻而得到的材料。熱固性硬質塑料是指通過加熱固化后，不能軟化再塑性的材料。

相較于價格昂貴的奢侈品，角磨機突出的重點更多則是注重性和安全性以及耐用性。而在不同加工工藝下，所加工的角磨機質量也會有所不同，另外，從產品設計到加工投產過程中還可能會出現諸如量產或零部件故障等一系列損耗，因此，對于角磨機而言，表面加工工藝的重要性不言而喻。隨著時代的進步和技術的不斷發展，角磨機機殼的表面加工工藝也越來越成熟，且不同材質的機殼所采用的加工工藝也不同，提供給角磨機表面的加工工藝也有了更多的選擇?？梢試L試保證機殼表面質量的前提下嘗試進行多種加工工藝的組合，給予消費者更新穎的使用體驗。

四、基于CMF的交流角磨機機殼設計創新

（一）確定設計對象?；趯涣鹘悄C機殼的分析，制訂了交流角磨機機殼CMF 設計創新方案。模型通過CREO 軟件進行外觀、零件與結構設計，再通過Shapr3D 軟件進行外觀可視化渲染。選擇的交流角磨機為后置開關型交流角磨機。機體原型為某品牌220V 交流角磨機，具體見圖5。機殼整體設計效果圖和爆炸圖如圖6、7 所示。

從設計上看，后置開關型交流角磨機整體機身較為光滑，色塊分布空間較大且比例較為均勻，可直觀展現顏色選取的整體效果，同時其機身即為使用者的握持區域，能夠直觀展現選取材質的質感及表面加工工藝的效果。

從結構上看，這款角磨機最大的特征是將開關轉移到了尾殼部分，一般采用撥片式開關，相較于推按式開關更為省力，結構上省去了推按式開關的推拉桿整體也更為簡單，零件更少，機殼表面干凈利落，進一步降低了零件加工成本。這使得使用者在使用工具的過程中更專注于控制機體打磨或切割材料的角度或深度，撥片式開關即關即停的設計也尤為方便。

（二）具體設計思路。外觀顏色的設計思路是延續市面主流所使用的“主體色+ 黑色”的組合形式。同時，在主體色的選取上以增強主體色的識別度為主，且盡量避免與市面上出現過的主體色雷同。同時結合機殼CMF 色彩趨勢分析，故而整體采用了偏藍色系的春日青作為主體色，做到了跟主流大廠主體色的區分，同時選擇明度較高的亮色也具有一定的識別性。在顏色分布上，也做到了依據零件和功能性進行了區分，在主殼、尾殼和防塵罩3 個主要零件上都做了顏色穿插，避免了顏色全部統一而導致外觀上零件難以區分的情況。

材質選擇的思路則是體現角磨機使用的安全性及功能的可靠性，由于金屬外殼并不能滿足顏色多樣化的創新，因此放棄了笨重且不易攜帶的金屬外殼，統一選擇國內外統一使用的PA6-GF30 增強尼龍，能夠較為可靠地保護內部定轉子及其他的零件結構，符合當下的角磨機機殼材料使用趨勢，也保障了內部零件的安全性，在此基礎上硬質塑料可以利用不同的表面加工工藝做出不同的表面紋路，由于機殼表面結構相對簡單，所以通體并未采用包膠處理，減少了后續工藝處理的復雜性的同時也控制了成本。

表面加工工藝的設計思路是確保舒適性和安全性的同時充分利用硬質塑料的加工多樣性，做出兩種粗糙度不同的表面，做到殼體區分的同時保證不同的握持手感，主殼基于硬質塑料材質做了霧面效果，表面密集分布的微粒凸起使得紋路較為細膩，親膚性好，同時增加了表面的粗糙程度，加大了摩擦力，可以有效避免使用者在使用過程中出現脫手的風險，具體效果見圖8；尾殼部分則是做成凹坑紋理的效果，相較于主殼表面更為粗糙，使用者的手部與其接觸形成更大的摩擦力，進一步避免了使用時脫手的可能，與此同時，摩擦力大的表面以及主尾殼紋路不同的設計則為使用者后續的拆卸維護和保養提供了便利，具體效果見圖9。

結構上，主殼部分相對復雜，具體效果如圖10 所示。為了確保角磨機原有的功能正常使用，主殼內部保留了定轉子、碳刷、開關等相關零件容置的空間以確保原有角磨機的功能正常運轉。尾殼部分的效果如圖11 所示，防塵罩則選用了可拆卸式，置于尾殼左右兩邊，能夠更便捷、更高效率地清潔長時間使用角磨機所積累的灰塵，減少保養成本，增加了角磨機的使用壽命，尾殼內部設有卡槽，配合外部的防塵罩插口可以有效固定防塵罩。

為了進一步展現機殼效果，將機殼組裝上零件，整體效果如圖12，為了確保角磨機能夠正常運轉，因此內部結構中所采用的零部件與市面主流角磨機無明顯的變化，內部零部件的組裝位置也基本一致。開關部分采用了撥動式開關，置于角磨機尾部，相較于推拉式開關更為省力，結構更為簡單；碳刷容置的空間更大，方便走線。底部壓板直接連接接線護套。結構中所包含的碳刷、開關等其他零件也根據角磨機實物做了材質渲染處理。整體的內部結構與爆炸圖如圖13 以及圖14：

（三）總結。在本次設計方案中，將交流角磨機機殼與CMF 設計相結合主要體現在機殼表面的顏色選取，材質應用以及表面加工工藝的組合上，整體結構合理，外觀上色彩選用較為和諧，整體色系相較于現有角磨機較亮，主體色藍綠色系在保留穩定性的同時增添了活躍感。組合式的表面加工工藝賦予了角磨機新的握持手感，也給使用者增添了不同的使用體驗，滿足保留交流角磨機原始基礎功能的基礎上，提供了外觀創新的要求。結果表明，CMF 設計在交流角磨機機殼創新應用上獲得了良好的效果。且CMF 設計能為交流角磨機機殼設計發展提供創新思路，對交流角磨機的產品進步具有一定意義。

不僅僅是角磨機，CMF 設計在整個電動工具行業都有應用的實踐價值和創新空間，作為具有復雜性、批量化特性的工業產品，電動工具幾乎包含了所有工業設計的定義內容[15]。因此兩者在結合的過程中嚴格保證原有功能的完整性和電動工具使用安全性，在此基礎上進行外觀和質感上的創新以避免改變內部結構從而出現實際使用上的安全隱患，或許是最安全，最可靠且最有效的思路。

結語

本文通過分析交流角磨機機殼的色彩、材料與表面處理工藝三要素，總結了交流角磨機機殼CMF 設計要點，同時結合角磨機使用安全性和功能可靠性，制訂了交流角磨機機殼CMF 創新設計方案。證明了CMF 設計理念在交流角磨機設計中的應用具有廣闊的前景和巨大的潛力[16]。但交流角磨機機殼CMF 設計仍存在發展的空間如：缺乏較為成熟的角磨機CMF 設計創新體系，機殼表面的加工工藝也未能實現多樣化的突破等。與此同時，結合CMF 設計內涵以及現代審美發展趨勢，角磨機作為一款電動工具一直在專注于功能性、實用性和安全性的保障，對于顏色、材質及表面加工工藝的多樣性探索仍存在一定的研究空間。

作為設計師，需要捕捉到角磨機設計創新方向上的缺口，結合CMF 設計理念，賦予角磨機更好的外觀質感和精神意象，從而進一步提高了角磨機在電動工具市場上的競爭力，滿足了消費者多樣化的需求。