《工业设计模型制作》-第2章

2.1草模型2.1.1泡沫塑料草模型

(一)适用范围

1.适合用途范围

(1)创意推敲草模型(简称“草模”)、手绘草图、计算机快速推敲造型是产品设计创意阶段的主要思考表现形式和工具。目前广泛使用的泡沫塑料草模和十多年前普遍使用的石膏、油泥、木材、纸张等相比，已被证实使用更方便简单、价格更低廉，是现阶段比较理想的设计辅助工具。下一页返回2.1草模型

(2)细化验证设计细化阶段需要把设计构思从二维转变为三维，相关的因素有验证体量、基本的人机关系、初步确认装配和维修性能等。这个阶段的泡沫塑料模型比创意推敲草模要精细和规范，虽然和仿真模型相比还确实是草模，但创意推敲相比已经是另外意义上的模型了。为了有所区别，可将其称为细化验证草模。细化验证草模很多时候用于和客户的交流，主要是在委托专业的模型工厂用数控机床制作仿真或实物模型前，双方对设计进行总体评价和认可时使用。上一页下一页返回2.1草模型

2.适合表现范围泡沫草模有很大的用途，但受材料本身疏松、柔软等特性的限制，比较适合表现模型的下列形状。

(1)凸起形状外表鼓凸形状适合表现加工有两个原因，一是切削产生的向下分力将使疏松的材料压紧，避免发生材料脱落崩砰现象;二是凸起形状的前方永远畅通，因此便于实现工具的切削运动。

(2)粗厚形状由于材料的低强度和低刚度，为避免断裂失效和失稳变形，需要保证模型受力部分的粗细和厚薄。上一页下一页返回2.1草模型3.不适合表现范围某些形状不适合利用泡沫塑料表现制作，主要有以下几种。(1)内凹形状除了板料冲压和铸造注塑的方法，内凹形状是比较难加工的。工业上采用车、钻、铣、镬、磨等机械切削加工内型，而使用手动工具的钳工贝只能采用凿、刮、墩、打击、研磨等简单方法，除非是耗事巨大的精细加工，否则效果不好。对于泡沫塑料草模，尤其是EPS草模，内凹加工是个难题。

EPS泡沫塑料结构松散，特别不适合加工内凹的形状。这不但是因为没有合适工具削或挖，还因为沿内凹面切削的切削分力很容易把泡沫颗粒瓣下来，造成一个个窟窿和坑点。因此，就凹面表达材料而言，泡沫塑料不如可塑性材料，如油泥、软陶土等有效。上一页下一页返回2.1草模型其实，根据草模的使用性质，在很多情况下并不需要做得非常精细，而只要能够大体上表达设计意图和产品体量即可，因此最好能够和客户沟通，征得同意后将薄壳结构简化成实心的外观模型，保证外观造型设计的视觉表达，或者贴上有一定立体光线感的CoreIDRAW图样即可。

(2)薄壳类型薄壳造型的工件不适合用泡沫塑料材料表达，这有以下两方面的原因。一方面，由于泡沫塑料是一种松脆的材料，因此即使是硬质的泡沫塑料也不适合加工成薄壳的形状，不但锉削时非常容易破裂，而且即使是略厚的薄壳，小心翼翼做成后也不容易保管和使用，稍有不慎就会损坏。上一页下一页返回2.1草模型另一方面，使用切削材料的方法加工壳形的泡沫塑料草模极其困难，需要慎重。相对来说，管状的样式由于两端开放便于工具运动好一些，但封闭的凹面体(尤其是弧形的)基本上无法加工到满意的程度。通常对于采用泡沫塑料表达壳体结构(例如薄壳形抽油烟机集烟腔等需要直接表达的金属板材结构)最好尽力避免，或者争取变通，即在允许的情况下使用卡纸制作平面、柱形和锥形弧面，效果还不错，但球形和大尺寸零件只用卡纸制作也有困难，需要加支撑。上一页下一页返回2.1草模型(3)细线、细棒、薄片、尖锐边缘在可能的情况下，可以尽量用其他材料代替泡沫塑料制作细线和细棒等，这也和材料本身的强度有关。通常细线可以用钢丝、电线、塑料线，细棒可以用木棒，薄片用纸或EPS吹塑纸板等代替。尖锐边缘的制作难度在于材料本身的致密程度，当用细砂纸打磨出尖锐边缘时很容易材料脱落。有时候为了保持模型的整体效果，也采用高密度EPS(如利用结实的包装件、水果保鲜箱等)和硬质PU.PS加工。以此类推，一些精细的小物件如果不用打图粘贴的话也可以用其他材料代替，不过草模型不应该花费太多的精力。用泡沫塑料制作的细棒等模型在搬运运输时要格外小心，以免损坏。上一页下一页返回2.1草模型

(二)材料

1.可发性聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)

可发性聚苯乙烯泡沫塑料(印S)是一种应用广泛的轻质包装保温材料，白色，有可见的颗粒感。

EPS原粒由聚苯乙烯(PS)粒料经预发(活化，即将丁烷气体压入颗粒中)，然后在置入某形状模具的密闭空间中通入蒸汽加热。热量以及蒸汽压入EPS原粒，促使丁烷膨胀而将原粒发泡紧密挤压成型。工厂通常使用大尺寸矩形模具将活化粒料发泡成巨大的块料后，用电热丝平整切割成为厚度不等的板材供应市场，也可以根据用户的专业需要制成指定形状，如管道保温层和各种包装保护零件，常见于家电和计算机等电器产品边角保护的包装箱垫及异型件、高级水果和水产的保鲜包装箱，以及一些普通的保温器皿如一次性饭盒等。上一页下一页返回2.1草模型但由于管理方面的原因，实际上市销售的成品密度可能低于上述标准，有的甚至可低至10kg/m3。

由于投入原料的数量不同，得到的成品的颗粒结合度和强度都不同。}类产品价格便宜，但结构疏松，能较方便地瓣下颗粒发泡料，加工时容易损坏，一般只能制作比较粗糙的零件，如大的箱体机身等。用于电器包装的用料大多相当结实，而做成水产保鲜箱的材料密度最大，可以用来做厚度较薄、比较精细的模型零件。制作工业设计草模的EPS一般从商店购买。商店供应的EPS板料尺寸通常为1.5mx2m，厚度为2-10cm，切割面不是很平，边缘处泡沫粒粗大且疏松容易掉落。上一页下一页返回2.1草模型

2.硬质聚苯乙烯泡沫(PS)

硬质聚苯乙烯泡沫(PS)结构为带无数小气孔的固体，像馒头的剖面，是一种具有高抗压、保温、防潮、轻质、耐腐蚀、长寿命等优异性能的材料，广泛应用于冰箱和热水器的隔热保温，以及墙体、屋顶、低温储藏地面、泊车平台、机场跑道、高速公路等领域的保温防潮。硬质PS块料和板料是用挤出法制造的，是一种物理发泡法。将PS(聚苯乙烯)粒料和丁烷气体都置入PS挤出机的容器中，在高压高温条件下使PS融化、丁烷气体液化，经充分混匀后从挤出口挤出。由于压力瞬间消失，PS被气化膨胀的丁烷气体均匀撑开，像膨化食品那样被哭然爆得又大又均匀，中间充满了微孔。调节PS和丁烷的比例，可以得到发泡程度不同的挤出型聚苯乙烯泡沫(PS)。上一页下一页返回2.1草模型3.硬质聚氨醋泡沫塑料(PU)

聚氨醋泡沫塑料(PU)都由双组分材料(习惯上称为白料和黑料)混合后实时发泡而成，是一种化学发泡法。白料是多种原料(物理发泡剂、催化剂、硅油、水、泡沫稳定剂及硬化剂等)组成的混合体，黑料主要是多亚甲基多苯基多异氰酸醋(PAPI，简称异氰酸醋)。两种材料按1:l混合充分搅拌后浇注填充。硬质PU作为保温材料广泛用于冰箱、冷柜、热水器和墙体保温等，软质PU特性和皮革极为相似，用于制造PU革皮包、箱包、鞋帽、时尚精品、女包、手拎包、手袋等，发泡的软质PU用来做人造海绵等。做工业设计草模选择的是硬质PU，其外观和硬质PS很相似，剖面也是具有无数小气孔的固体，淡黄色，非常像馒头。上一页下一页返回2.1草模型

(三)工具

EPS泡沫塑料强度不高，结构松软，用普通美工刀、锯条、木锉刀、砂纸等就能加工，还可以利用锉片自制高效锉削的专用工具。锉片(见图2-1)常见于自行车修理摊点，用于补内胎时锉毛漏洞周围的胎面以增加粘结牢度。锉片用薄铁片扎孔制成，原本是纺织厂拉毛机上拉毛织物的工具，以前称为“刺毛布”，在一般五金工具商店可以购买。选平整的矩形木棒将锉片边缘钉在棒的一端后，翻过来将另一边缘钉到棒的反面就可使用。木棒端头也可以做成弧形使锉片呈弧状，以便锉削凹下的弧形。锉片面上不能钉钉子以免划伤模型表面。锉片材料价格不贵，大约10cm卖1元钱。上一页下一页返回2.1草模型

PU较硬，可以表达比较细腻精致的模型外观。除了上述工具外，还可以使用什锦锉刀加工较小的外观细节。但是由于材料硬度较大，质量不佳的美工刀片的使用寿命非常短，需要采用高质量刀片。制作泡沫草模时砂纸的作用不可小视，尤其是水砂纸，能将泡沫材料表面打磨得非常光洁。砂纸可以卷在不同形状的芯棒上，例如卷在圆棒、圆瓶之类物体上做圆弧的成形加工，木砂纸和铁砂布都能使用。

(四)制作过程

1.工艺分析工艺分析的目的是研究如何利用当前可行的工具和步骤，按设计要求完成草模型的正确表达。上一页下一页返回2.1草模型工艺分析的起点是外形特点。经验表明，比较复杂、奇怪的形状必然包含要求对工艺的灵活应用。鉴于泡沫塑料松、脆、散的特点，安排工艺的目的主要如下:①避免零件加工受力部分在没有足够支撑的情况下，承受切削力而崩砰边、角。②争取使需要高度一致的接合部分能在装配后一起配做加工。③考虑通过分解复杂形状为简单形状，利用当前的技术和工具，完成拆分零件和最终组合的可能性。④寻求便于加工，并能为后续过程提供尺寸和位置加工基准的模型表面。⑤合理安排步骤，减少工时和材料的浪费。上一页下一页返回2.1草模型

2.备料备料是将泡沫板料做成毛坯的工艺过程，有下列几个步骤。

(1)划线切割前需要在板料上划线以便准确切割，有以下几个原因。①模型较大时，为节省制作时间和材料大多做成空心，因此需要根据结构具体计算各块材料尺寸。②模型形状比较复杂时，需要根据制作工艺拆分整体，因此各部分需要分别下料。③板料边缘往往疏松缺损，其他地方也可能破损，取料时要避开这些地方。④用双面胶带粘结时，必须保证胶带准确贴在粘合层内部，不得露在模型轮廓外面。以免影响加工。上一页下一页返回2.1草模型因此，划线具有相当的设计色彩。划线工具除了一般所用的直尺、钢卷尺、三角板、量角器、笔等作图工具外，为避免双面胶带加工中露出毛坯轮廓，还需要使用计算机在三维模型上模拟切层分割(适当留出平面修整的减薄余量)，确定截面精确形状和尺寸后打印出1:l的截面轮廓图形，作为取料和贴胶带的极限尺寸;如果手边一时没有计算机，至少要在图纸上模拟分割，尽量准确地估算出截面形状。因为太硬，划线一般不宜使用铅笔。在EPS上可以使用小学生用的国产细芯的彩色墨水笔，具有笔尖较细、用力较轻、不会堵墨等优点;硬质ES和PU可以用圆珠笔或墨水笔。上一页下一页返回2.1草模型(2)切割切割一般用美工刀或细齿鸡尾锯，也可以手持钢锯条锯割。有条件的话可以像很多制作标牌美术字的美工社那样，使用电热丝热融切割。电热丝用手动调压器控制电压以掌握温度，具体根据环境气温、切割厚度等决定。用电热丝切割时不能把电压调得过高，也不能推得太快，否贝都会使电热丝断裂。不论哪种切割方法，都必须注意垂直切割以保证尺寸准确。

(3)修整由于原料一般并不平整，切割下的材料在粘合使用前都需要对粘合面进行形状修整，以便相互严密组合，以最大的规则粘结面保证结合强度。上一页下一页返回2.1草模型修整的关键是判定需要去除的部位，然后准确地将其切削。一般在加工件尺寸不是很大时，采用平板对整块坯板判定凹凸情况。具体方法是将坯板平放在表面涂有显示剂(例如印泥)的平板面上轻轻平移，待哭起部位沾上颜色后就可将其去除，然后重复进行，直至基本平整为止。由于EPS表面没有微孔，当坯料大于平板时可行采用近似的简便的方法操作，即将平整的水泥地面当作标准平板使用，只需将坯板在地上稍加压力平移后，根据沾上尘土的情况就同样能够确认需要打磨去除的部位。为了可靠起见，需要用直尺多位置测量坯板最终需要粘合的平面和侧边。原则上，这些面和边都需要互相垂直，以便在统一的标准、规形状下进行粘结组合。上一页下一页返回2.1草模型

(4)粘合坯料的粘合有物理粘合和化学粘合两种。无论是哪一种，为了防止粘合材料产生和原料不同的物理特性，都要避免粘合物超越粘接层面边缘的情况。①粘合顺序。粘合顺序不同可能产生完全不同的制作效率，以空心箱体草模为例说明。很多产品呈箱体状，例如洗衣机、电冰箱、饮水机等。为了节省工时和材料，往往将草模设计成空心结构。粘合空心箱体状的毛坯时，需要注意形状正确，横平竖直，邻面正交。为了控制形状，粘合时应该使用丁字尺、较大的木工角尺、三角板等，有时候还需要用量角器制作角度样板后控制形状。上一页下一页返回2.1草模型空心壳体毛坯坯板粘合要考虑顺序，原贝上是方便可靠，如图2-2所示为两种不同粘合顺序的工艺效果，效率相差很多。左图的坯板空心壳体只需要制作一端粘合面，另一端不必加工，自由伸在外面等待粘合后去除，工艺简单值得首先考虑。右图虽然上下两块坯板两端都不需加工粘合面，似乎轻松省事，但中间竖的两块坯料的精度要求却很高，即不但高度需要准确，而且上下两个粘合面必须平行且与侧面垂直，这很不容易做到，否则就不可能正常粘合。因此，其工艺性明显不如左图。上一页下一页返回2.1草模型②物理粘合。物理粘合可以采用环氧树脂、泡沫胶、双面胶带等。环氧树脂具有极其强大的乳合力，但干透以后会形成脆硬的胶层，和柔软的EPS组合在一起会给加工带来麻烦。刀片或锉片在越过不同硬度的坯料时很容易将EPS多锉掉一些，致使胶层凸留在模型表面。解决的方法是控制刷环氧树脂的范围，保证在加工过程中不露到外面与刀具接触影响加工。常见的木工白胶通常很容易成为考虑的使用对象，但在这里不适合。白胶需要水分蒸发后才能有效粘合，而EPS不透气，即使过一星期在粘合面的白胶都很难干透，因此无法使用。上一页下一页返回2.1草模型近年一种专供泡沫塑料粘合的泡沫胶在舞台美术布景制作上使用较多，这是一种类似万能胶的乳合剂，不腐蚀泡沫塑料，不会彻底干透形成脆硬的胶层，而是保持着一些柔性但是强大的结合力，可以很牢固地粘合较大面积。双面胶带因为在必要时可以拆开修改而比较方便，但其柔软的带基在遇到锉片锉削时同样不会被有效去除，只会顺着锉削方向倒下并继续留在原来位置形成一条哭起的脊形，需要使用锋利的刀片一一将其割除，非常耗费时间而且最终影响表面光洁。因此，使用双面胶带时也必须预先准确划线留出加工余量。另外，双面胶带很容易因为沾上了坯料的屑末而丧失乳合力，因此粘贴前需要掸净表面。上一页下一页返回2.1草模型③化学粘结。化学粘结可以使用各种溶剂，但基本条件是材料能反复溶解和固化。上述两种材料中，PS可以溶解于芳烃(苯，甲苯，二甲苯等)、氯代烃(三氯甲烷，三氯乙烯)、狡酸醋(乙酸乙醋，乙酸丁醋)、酮(丙酮，丁酮)等大部分有机溶剂中，但用量掌握不好时会使坯板蚀毁。一些工业安装场合，如EPS保温管道对半粘合安装时，可用布蘸上适量乙酸丁醋涂抹到工件表面后迅速相对合拢，粘结效果不错。但这个方法对工业设计仿真模型来说风险较大，操作者会因为缺乏经验而损坏零件，也会因溶合面产生的硬边妨碍后续的修整加工。因此，工业设计的泡沫塑料仿真模型一般不采用化学粘结的方法。上一页下一页返回2.1草模型

3.成型加工成型加工是草模制作的关键工序，有几个关键地方需要注意。

(1)形犬分析泡沫塑料的加工具有内凹形状不易制作的特点，因此要尽量避开这类形状，必要时可考虑拆分加工。图2-3的左图根本不能使用手工整体加工，但拆分后可以轻易地完成中间的凹形。如果模型为内凹而且带有圆角过渡的形状，则更不能用泡沫塑料加工，可以将改零件用其他方法制作，例如ABS塑料拆分加工后粘结压制后最终组合起来。上一页下一页返回2.1草模型

(2)样板制作成型加工的关键是要能够真实表现设计意图，因此需要采取各种技术措施保证制作准确，其中样板对于非平面形状的使用价值应该得到高度重视。从各方面看，样板都是加工模型时最简单、准确、方便的工具。使用得最多的圆弧样板，一般制作仅需5-10分钟左右，却能有效地保证花大量心血制作的模坯得到正确加工。制造企业有专门的车间制作样板供生产线上的工人和检验科人员使用。然而，在学校里屡屡可见懒于使用制作样板而喜欢凭感觉和目视加工的学生，将时间和汗水堆积起来的好好的坯料轻易糟蹋了。上一页下一页返回2.1草模型

(1)一般样板:一般样板用卡纸制作，成本低廉、简单方便，对于圆弧面(圆角边缘、过渡面)的准确制作特别有效。小尺寸的圆弧可以用圆规在卡纸上绘出后用剪刀剪成如图2-4所示形状，注意不要使用超过600包角的圆弧样板，尤其不要用90°包角(1/4圆)的样板，那样无法动态控制加工情况，最后在样板能够卡上工件时已经没有修磨吻合的余量了。当测量时显示图2-5左面情况时，表明工件半径较大，还有加工余量，而显示右面情况时则表明加工过度，实际半径小于样板半径，工件已经报废。上一页下一页返回2.1草模型②大圆弧样板:大圆弧样板可以使用钢卷尺绘制弧线后剪出。把铅笔靠在尺端的弯角处，然后卷尺到需要的数字，如1500,2000等。用手指将数字位置按在桌上固定，拉紧卷尺皮绘制圆弧。注意铅笔要垂直，不要重复画。有人觉得多画几次精确，但这样会出现多条靠得很近的弧线，反而让人糊涂。其实对于大半径值，例如1000，相差1mm才误差千分之一，因此只画一笔就够了。用钢卷尺是因为尺面上不但有尺寸数字能够方便获取准确长度，而且还因为钢皮在拉紧时不会产生变形，能够保证绘制弧线的准确可靠。同样方法如果采用其他线材，例如电线、绳子，就容易拉长失真;使用铁丝、粗铜丝时也往往因为不够挺直，受力后变形部分会产生长度误差，所以同样不能使用。上一页下一页返回2.1草模型③特殊样板:某些形状特殊、要求特别高的复杂形状轮廓，或是半径特别大无法用卷尺绘制的圆弧等，可以用计算机1:l地打印出来复制到卡纸上，例如用针刺到卡纸上后用曲线板光滑连接，剪下做成样板。在可以的情况下，剪制样板最好使用大剪刀，以便减少接刀次数保证曲线圆滑。对于小孔，除了使用小剪刀外，还可以在剪出形状后用砂纸卷适当修磨一下。样板在使用时应该对着光线观察，然后根据漏光的情况决定需要切削的位置。有时候靠弧线本身只能控制形状而不能控制相对位置，因此需要在样板上增加和测量基准面接触的部分，以便把准确形状传递给工件。上一页下一页返回2.1草模型如图2-5所示为一只碗体草模的加工对比示意图。首先需要将泡沫模坯在样板、游标卡尺、角尺的控制下，锉成一个轴线与端面垂直的正确圆柱体，其底部是一个的标准的圆，由此获得直径符合要求的碗口正确形状。碗体的加工比碗口复杂。上图的样板下方有宽宽的一条基准边搁在作为测量基准的模坯底部，因此工件的形状精度和位置精度都得到了保证。相反，下图的样板缺少定位基准，可以在径向自由摆动，工件曲面由于只能得到径向截面的形状控制而缺乏与底面的位置控制，使整体形状出现了明显错误，最终将成为废品。以端面轮廓和平面为基准，使用样板控制侧面形状加工的方法，在其他模型制作中也都相同。上一页下一页返回2.1草模型

(3)加工要点鉴于EPS泡沫塑料的特点，需要注意加工的一些细节要点。

1.EPS相当疏松，而且颗粒较大，加工中容易崩砰脱落。因此，对于边缘部分锉削或打磨时，应该从外向内进行，压紧泡沫塑料而不是相反，以免剥离材料。

2.EPS强度不高，可以大刀阔斧地用刀、锯整块去除余量，这样产生的屑末最少，而且节省时间。但是，也因为材料强度低易于加工，很容易过度切削而造成废品。上一页下一页返回2.1草模型③EPS的屑末很容易带上静电，不注意会粘满工具和衣服。因此最好穿纯棉衣服。打扫身上的屑末时候可以用湿布掸抹和用吸尘机吸除，不能用手掸，因为摩擦生电，屑末会越掸越牢。用嘴吹屑末容易在吸气时将其吸入喉管，引起剧烈咳嗽，也不好。草模的制作目的是辅助创意设计，加工的精细程度根据个人设计能力和需要而定。如果空间想象能力不错，做得粗糙一些也可以，但如果需要和客户见面则必须做得精细一些。上一页下一页返回2.1草模型4.表面修饰泡沫草模仅用于最初的设计探讨过程，主要供设计师之间交流和论证设计思路，不很适合与用户见面，尤其是表达动态变化的复杂结构，或者面对缺乏细化设计想象力的用户时，草模的出现反而会节外生枝，引发用户种种不必要的疑问。受材料特性和模型性质影响，创意泡沫草模的表面通常不做很多修饰，没有特别要求的话，也不刻意改变草模材料本色。泡沫草模表面粗糙，即使是EPS可以用砂纸打光还是不够光洁，因此涂刷了颜料和油漆也不会产生光亮的反光效果。罐装自动喷漆含有苯等溶剂会溶蚀模型材料，因此绝对不能使用。上一页下一页返回2.1草模型细化草模比创意草模的表达层次高，为了更好地展现细节，在一些精细复杂的部位，如开关板、显示器、商标图形、数据铭牌等，可以在不影响客户理解和同意接受的前提下，将带有色彩、立体光泽、材料肌理和阴影的CoreIDRAW二维图形打印后粘贴在相应位置上。产品表面的一些结构特征如模缝线、装配结合线、凹下的嵌线等对模型的结构表达很有价值，可以用浅灰色的计算机割字纸(揭字贴)裁成细线后粘贴在模型的相应位置。为了粘贴牢固，可以在交叉处用一条细线压住另一条，并把线往零件后面延伸并在端部用透明胶带粘贴加固。一些小零件如旋钮、指示灯、水嘴、开关、电源线等，可以把实物装在草模上增加真实感。上一页下一页返回2.1草模型

5.装配组合泡沫塑料草模的零件装配除了用双面胶带粘接外，还可以用细棒，如竹签交错插入后连接。交叉而不是同向，是为了避免被装配组合的零件在轻微力作用下就被拔松和脱落。有的装配组合是为了工艺需要，如接长某个零件，这样的零件应该在制作过程中就组合起来，最后配做修整。例如，制作细而长的模型，需要使用从硬度较高但尺寸较小的泡沫包装件上取料，因此必须将它们接起来。上一页下一页返回2.1草模型(五)制作实例下面以某台式饮水机的泡沫草模(如图2-6所示)为例，介绍EPS泡沫塑料草模的制作过程。

图2-7为该饮水机的整体设计效果图。为了和企业开发部门沟通，设计师需要制作泡沫草模以评价设计的实际外观感觉、体量、多位置使用便利性、工艺性等。最后做成的草模如图2-6所示。该草模形状比较复杂，不能用简单的方法直接一次加工成形。其结构特点主要有两个。上一页下一页返回2.1草模型①正面面板呈内凹弧形，分别与头部及接水盒成相贯造型，相贯线为弧面90°无圆角相交。②头部是曲线拟合体，圆弧过渡到后背和机身圆角融合，两侧有叠加的曲面装饰物。因此，需要考虑将头部、机身、接水盒、装饰体拆分制作，其中的重点是按图2-3的右图方式分解整机，使正面面板凹形弧面顺畅加工并获得准确的90°相贯。上一页下一页返回2.1草模型1.制作机头按机头外观尺寸备料。如果有足够大小的泡沫块料可以整体制作，但如果使用板料需要叠层粘合后加工的，应该把上下交界的分型面作为粘合的分界面(如图2-8所示)，这样万一加工失误可只换一块材料。由于最后的成品是从分型面向上下两面逐渐变小，因此每一层板料的粘合位置需要仔细计算，避免加工中锉削到双面胶带，或被化学乳合剂(如乙酸丁醋)溶解后凝固形成的硬化物。粘接位置可以按坯料粘叠的情况使用计算机确定。如图2-9所示，将成型后的机头计算机三维模型按泡沫板高度沿Z方向(高度方向)横剖平切开，可获得多个XY剖面轮廓，其原理和地图等高线相似。上一页下一页返回2.1草模型可以看到，每层的边缘就是该层坯料的样板曲线。用打印机打出曲线后复制到纸板上，剪除线内部分，即可获得剖切面的外形样板。样板既是轮廓成型制作的依据，也是粘合材料不露出轮廓的界线。这个道理同样适用于其他需要粘合成型的坯料，例如机身。大块的EPS材料很难买到，因此通常都用厚度适当的板料按图2-2所示围成坯件。使用各高度的对应剖面样板可以准确控制机头X、Y、Z三个方向的形状，制作完毕的头部如图2-10所示。理论上讲，剖面样板提取越多，控制精度也越高。但对草模而言，按板料厚度决定剖面数量已经足够了，因此不必太费功夫。草模的后面暂时保持坯料平面，不要加工，如图2-11所示，这是为了留在机头装配上后整体制作头部与机身后面的圆角。这种“配做”的方法可以获得令人满意的“天衣无缝”整体效果。上一页下一页返回2.1草模型

2.制作机身机身和机头相交部分是该草模的制作关键。头部和机身在正面是清晰的相贯结构，但侧面应表现为一体。这意味着拆分为两个零件后，机身的上端两侧会因此形成渐薄渐尖的边缘。如图2-12所示，机身两侧有尖锐的平面，和机头下侧的弧形体在两侧相切，这里有个难点:因为EPS泡沫材料疏松脆弱，不可能承受应力集中尖锐的加工，发泡材料颗粒必然会被锉片或砂纸的切削力剥落，造成形状不规贝的缺口甚至大片折断。为了克服EPS泡沫塑料在悬空状态下无法精确磨削的困难并保持边缘完整不砰，需要制作一个尺寸精准的临时工艺过渡性支承辅助件，代替头部参加机身的相贯成型加工，以获得机身正确形状。如图2-13所示。

上一页下一页返回2.1草模型该辅助件为用完即弃的临时工艺件，只需制作与机头嵌入机身、与之相贯的曲面部分，前后两端不必加工。注意机身坯块左右两侧留有工艺余量。辅助件制作完毕后用双面胶带粘合到机身和机头相贯的曲面上去。注意不能粘在两侧即将锉薄的位置，以免拆开时损伤尖锐处的完整形状。辅助件填充在机头位置后，可以开始加工机身。首先加工正面的圆弧凹面，用样板在左右划线的中间位置内锉出轮廓，然后用砂纸绑在曲面的衬板上仔细磨光，不要留余量。这是因为机头一旦粘上，上端加工空间被立即封闭，因此必须在此之前完全做好。上一页下一页返回2.1草模型从图2-14上可以清楚地看到，机身两侧留有工艺余量，这是为保证磨削上端与机头吻合的凹形时有足够强度而预留的工艺尺寸。在正面凹形加工完毕后，需要加工正面两侧的圆角，以及和圆角相切的机身左右两侧面。为了保证圆角方便、正确地加工，应该首先将两侧面的工艺余量去除，锉到所需尺寸(此时左右尖锐形状也制作成形)，然后再用图2-14所示样板控制做出圆角。3.制作底部两侧圆角加工完毕后，机身的正面形状已经完成。如果把上端辅助件向上提起一些，会看到一条相当复杂尖锐的三维相贯线。不过辅助件暂时还不能撤除，以保持尖锐部分的安全。上一页下一页返回2.1草模型如图2-15所示，底部坯料是一块和机身粘合的矩形材料，采用板料叠合的实心结构即可。用样板控制做出底部的投影形状，注意边缘保持向下垂直(如图2-16所示)。底部的弧面、机身后面和机头后面的圆角在机头装上机身后整体配做。机头安装时要注意前后位置正确，并保护机身两侧与之相贯的尖锐形状薄弱部分。配做时除了用样板局部测量控制外，还要非常注意整机的形状精度，做到横平竖直、圆角相切流畅(如图2-17所示)。缺乏经验的制作者往往会忽视这一点，结果尽管某些圆角尺寸相当精确，但模型整体上是歪的，非常难看。上一页下一页返回2.1草模型

4.整体修饰最后将饮水机两侧的装饰件和机顶聪明座口的圆圈分别制作完成后粘贴到正确位置，各部分就都制作完成。为使草模和真实产品更接近，可以做些适当的装饰，例如把水嘴实物插到预定位置，将接水盒上的格栅、字符以及机头上的铭牌、指示灯等打印在纸上，剪下后粘贴在相应位置。结合面的缝线、凹槽等可用浅灰色的粘胶纸裁成细条后粘贴表现。如果没有特殊要求，EPS草模通常都保持白色的本色，不必上彩着色。必须着色的话可使用丙烯颜料但不能用罐装喷漆，因为其中所含的苯会蚀坏模型。上一页下一页返回2.1草模型修饰模型的另一种方法是模仿舞台美术做泡沫塑料道具的思路，在模型表面贴上纸或纱布之类，然后在这些表面上色和画画。贴上纸不但可以掩盖一些加工痕迹和缺陷，还能保护泡沫不被碰坏。不过在曲面部位需要用小面积裱贴成型。

图2-18为该EPS泡沫草模的实物，由多层板料叠合用双面胶带粘接后制作。机身空心，前面为制作圆弧凹形叠了两层，其余都是一层。模型形状正确，误差很小，水嘴使用实物，标牌、指示灯和型号等用打印机打印在纸上后剪下贴在相应位置。模缝线处用灰色揭示贴裁切的细条粘贴装饰，有很好的真实效果。上一页下一页返回2.1草模型2.1.2手工捏制草模型

(一)适用范围草模要求适应形状快速变化的要求，因此木材、石膏、纸张都不很适合。木材加工费事，石膏前期准备时间太长而且强度低，纸的表现形式有限，而且精细的纸模型工艺繁琐，因此都不适合制作草模。手工捏制草模具有上述材料所缺乏的优点，捏制方便快速，可以采用多种工具灵活加工，而且表现比较生动。幼儿时期玩的泥巴和橡皮泥、面塑泥塑工艺品表演等都给人以捏制的兴趣，因此容易接受。上一页下一页返回2.1草模型捏制材料也有很多缺陷，最明显的是强度低。为适合手指捏制成形，手工捏制材料都比较柔软，但也限制了它在较大尺寸、较复杂形态的模型上使用，一般只能用作创意灵感大致轮廓的捕捉和推敲，而且在不用骨架的情况下适合制作150mm以内的小尺寸模型。由于可以和笔、计算机配合，因此对于草模的制作和使用来说，在相当程度上也可以了。和泡沫塑料草模可粗可精不同，捏制草模专业性太强，只适用于设计师本人推敲设计方案。捏制草模以手配合酝酿思维和快速捕捉灵感，比草图更具体、更有启发性，表达的都是抽象的思考方向，反映的是设计师自我对白，很难完整详细地向外人，尤其是向缺乏专业训练或没有进入思考氛围的企业人员进行设计表现，容易因为捏制草模的简陋引起委托方对设计的不理解和不信任。上一页下一页返回2.1草模型(二)材料手工捏制材料有手工油泥、软质陶土等。人们熟知的专业油泥具有不易开裂、变形的优点，但硬度较大，主要适用于需要较长时间保存的精细油泥模型，例如汽车模型制作上(因此也常常被称做“汽车油泥”)，但在手工捏制草模使用上不如手工油泥和软质陶土。这里说的手工油泥是专供工作使用的材料，块状，每块重约500g。为了耐脏而颜色较深，常见的有较深的晤红色、褐色、日音绿色、米色等。有些资料介绍采用面粉制作的儿童捏制材料，其实也适合设计师短时间推敲思维。民间工艺品“面人”、“泥人”的制作材料都可以作为设计的草模材料。上一页下一页返回2.1草模型

(三)工具捏制草模的目的是辅助思考，造型精度不必很高，因此工具也就不很讲究。一些刮削板片以及快速分割和截取材料所用的刀子、剪刀等即可满足。为了让软质材料方便迅速地获取规则平面，还需要平板、角尺等。平板可利用平整光洁的桌面或装饰石材，角尺使用一般木工铝制角尺即可。由于要求不高，具体操作时可根据需要灵活增加。上一页下一页返回2.1草模型(四)制作过程手工捏制的草模完全根据设计者的思路随心所欲地进行，因此过程不严格。把材料和工作空间准备好后即可动手。最初小样的体积宜偏小，以便充分发挥手捏的便利性，帮助设计思考。制作平面可以在平板上拍打或摔掷，切割条状用美工刀，一些比较准确的凹处用刮勺。在设计感觉找到了的时候，需要用笔及时将造型草图画下，如果有条件用数码相机记录就更好。上一页返回2.2仿真模型2.2.1塑料仿真模型(一)适用范围为了准确地向设计客户或产品经销客户表达工业设计成果，需要一种供形象展示设计的介质，最出色的当然应该是样机。多年前工业设计还没有像今天这么普及时，企业就依靠样机来最后确认新产品的开发成果。由于当时以仿造开发居多，外观修改很小，因此样机能很好地将新产品的结构工艺和外观修改一并呈现，并提供质量、精度、寿命、可靠性方面的检验机会。很长的时间里，企业没有仿真模型表现的概念。下一页返回2.2仿真模型改革开放带来的制造业发展的浪潮推动了自主创新的发展，工业设计开始普及应用，大量外观创新的设计成果需要在成品制造前就能够和设计客户直接交流。这个需求推动了以展示外观为目的的仿真模型制作，最早是从玩具和建筑、科普模型中得到启示，委托美术公司和航模俱乐部等单位制作，但随着工业设计理论和各种表现技巧方法迅速引进，形成了属于工业设计专用的模型表达体系，其中包括仿真模型。仿真模型用于向缺乏设计理解力的上级领导、设计客户、产品销售商形象地展示新产品的外观设计，以作为和设计客户外观设计方案确认、制造商与销售商间销售意向确定的有效工具。由于大量生产的机器制品是工业设计的首要服务对象，因此其金属、塑料的外观特征也就成了仿真模型必须全力表达的目标。上一页下一页返回2.2仿真模型教学练习的仿真模型受手工为主的加工制作条件限制，允许与设计或原型存在下列差异。①板料厚度允许存在差异。板料是外购的现成商品，无法精确满足设计要求，因此允许误差。②材料肌理允许存在差异。透明、轧花等材料和练习制作无关，可以放松，不作严格要求。③强度允许存在差异。粘接成型的工件强度远远低于注塑成型的零件，所以不作要求。上一页下一页返回2.2仿真模型④其他工作物理性能允许存在差异，如抗热、防水、电、光、声等性能等可以不作要求。⑤表面凹凸的文字、符号、图形允许存在差异。这些细节很难用简陋条件制作，因此不作要求。⑥大量简单重复的特征允许适当减少数量，由于制作费时太多，对与教学意义不大，可以适当放松。⑦表面涂装允许存在差异。教学练习主要使用罐装自动喷漆，因此只能选择色泽近似的使用。⑧材料使用允许存在误差。一些难以找到的材料，可以用纸、线、塑料、竹木等材料代替。上一页下一页返回2.2仿真模型(二)材料

1.ABS板料

(1)ABS树脂

ABS树脂是在改性聚苯乙烯基础上发展的三元共聚物“丙烯睛(AN)一丁二烯(PB)一苯乙烯(PS)”的英文名称AcrylonitrileButadieneStyrene的简称。由于综合了三种化学单体各自的优良特性(丙烯睛的高强度、热稳定性及化学稳定性，丁二烯的坚韧性、抗冲击特性，苯乙烯的电性能、易染色、易加工、高光洁度及高强度)，因此是一种韧、硬、刚兼具的出色工程塑料。

ABS树脂在市场上有上百种不同品质的品种，提供了各种不同的使用特性，例如从中得到高等的抗冲击性、从低到高的光洁度特性等。目前，ABS树脂是世界上产量最大、应用最广泛的聚合物。上一页下一页返回2.2仿真模型ABS树脂密度为1.02-1.05g/cm3,本色制品呈浅象牙色或瓷白色，一般不透明，无毒无味。熔化温度为245-280℃，高于270℃时发生分解，易燃烧但燃烧缓慢。燃烧后软化、发泡、无熔融滴落现象，火焰呈黄色并冒黑烟、烧焦时会发出特殊的肉桂气味。作为著名的工程塑料，ABS具有良好的机械性能，强度和刚度都很好，耐磨、尺寸稳定，适合机械切削加工(车、钻、铣、刨、锉、锯)及粘接加工(溶于丙酮和氯仿)，化学稳定性好。ABS适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、传动零件、电讯零件等，典型用途有汽车(仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等)、家电(电冰箱、电视机等)、大强度工具(头发烘干机、搅拌器、食品加工机、割草机等)、通信工具(电话机壳体等)、办公用品(计算机键盘等)、娱乐用车辆(高尔夫球手推车)等。上一页下一页返回2.2仿真模型

ABS是热融性树脂，适合注塑加工成型。由于模塑性好、热收缩率较小(0.5%一0.7%)、蠕变性低，可制造尺寸精度要求较高和造型较复杂的产品。此外，良好的着色和表面涂装性能使制品具有令人喜爱的肌理和色彩。根据需要还可以进行丝网印刷、喷绘、电镀等加工。

ABS有通用、高抗冲、高耐热、阻燃、增强、电镀、喷漆、高光泽、透明(MBS)等品级，与372有机玻璃的熔接性良好，可制成双色塑料件(例如嵌有白色数字的黑色按键，永远不会因字迹磨损而影响观察)并可进行表面镀铬和喷漆处理。此外，由于ABS具有一定的吸湿性，因此在加工前和加工中不宜和水接触(例如浸泡在水里打磨)。工厂在吸塑ABS板料前就需要在烘箱中烘料48小时，以避免水汽逸出产生气泡。上一页下一页返回2.2仿真模型

(2)ABS模型材料

ABS模型使用最多的是板料，主要供切割粘结和热压成型方法加工制作。和仿真模型类似的典型热压成型工业产品有冰箱内胆、汽车仪表台、工具箱和旅行箱等。ABS板被加热后在真空吸力下紧贴模具成型，由于机器拥有巨大动力，工业制造的原料板厚可达6一8mm，但工业设计仿真模型受手工制造者的力量限制，一般只能使用板厚2一3.5mm的材料，压制大于4mm的板料就会显得力不从心。由于近年吸塑成型的店名商标符号普及使用，以前颇难寻找的ABS板料变得非常容易买到，例如在装饰材料市场和文化用品市场就有很多规格可选购，也可以向塑料包装材料厂直接购买，这类工厂在网上可以方便地搜寻。上一页下一页返回2.2仿真模型

ABS板料有不同配方，因此也带来了一些性能差异，是否符合模型使用要求需要试验以后才知道。一般用于热压的板料希望热延展性好并柔韧一些，但有的板料却表现坚硬，不容易烘软拉伸和容易碰裂。需要多掌握一些购买信息便于有所选择。

ABS模型使用氯仿作为乳合剂，这是一种能够有效溶解ABS和有机玻璃的化学溶剂。氯仿的化学名称是三氯甲烷，液体，具有强烈刺鼻的挥发性，曾经是外科手术主要的麻醉剂，现在一般在医疗用品商店、化学试剂商店、化工原料商店购买，基本上供应的都是化学纯级(C叫试剂，黑色瓶装避光保存，是目前ABS和有机玻璃最主要的乳合剂。由于氯仿可以作为某些毒品生产过程的工艺溶剂，自2007年起需要经公安禁毒部门审批后才能购买，其中过程可能比较费时，因此宜提早做好准备。上一页下一页返回2.2仿真模型

2.有机玻璃板料(PMMA)

有机玻璃是制作透明仿真模型时采用的材料，它的化学名称为聚甲基丙烯酸甲醋。由于它不但以92%的出色透光率超过普通的硅酸盐无机玻璃，而且还具有比普通玻璃高7-18倍的抗拉伸和抗冲击的能力，表现出高分子有机材料令人惊异的强韧性，因此被称为有机玻璃。有机玻璃的英文缩写为PMMA，英文名称译音称为压克力(Acrylic)，也有译作亚力克，香港人习惯称之为亚加力。压克力特指真正使用聚甲基丙烯酸甲醋单体聚合生成的有机玻璃，也称为经过特殊处理的有机玻璃，有别于市场上将其他透明树脂材料混同于有机玻璃的称呼。上一页下一页返回2.2仿真模型压克力有机玻璃的研究开发已有一百多年的历史。从1872年丙烯酸的聚合性始被发现，1880年甲基丙烯酸的聚合性为人知晓，1901年丙烯聚丙酸醋的合成法研究完成，1927年运用前述合成法尝试工业化制造，1937年甲基酸脂工业制造开发成功，由此进入规模性制造。二战期间因压克力具有优异的强韧性及透光性，首先被用于制造飞机的档风玻璃、坦克驾驶室的视野镜等。1948年世界第一只压克力浴缸的诞生，标志着压克力进入了广泛应用的时期。现在压克力有机玻璃不但广泛用于仪器、光学、电器、人工角膜、生活用品的制造，还以商品展具、店面招牌、标记标识等形式出现在商店和大厦。近年迅速发展的压克力吸塑字和压克力吸塑灯箱已经成了商店名称和户外灯箱的流行形象。上一页下一页返回2.2仿真模型有机玻璃的比重为1.l8g/cm3，约为普通玻璃的一半，铝的43，比ABS板硬、脆，锉削时会散发好闻的水果香味。有机玻璃燃点为260℃左右，一般不易点燃，点燃后燃烧缓慢，无烟，离火后继续燃烧，火焰上白下蓝，燃烧时熔融起泡熔胶滴落，有轻微爆裂声，散发出腐烂花果、蔬菜的臭味。作为仿真模型的材料，有机玻璃光洁透明，表面光泽、有良好的热塑性和可机械加工性，色彩丰富，可用锉、锯、车、钻、铣、热弯曲、吸塑、粘结、浇注等方法加工，还可以作为强度较大的零件(如螺纹桩柱)嵌入ABS模型中;但也存在脆、易裂、表面易擦毛划伤，不耐热，热胀系数较大，容易热变形等缺点(对于擦毛的表面可以用抛光材料，例如牙膏擦拭，恢复光亮)。尽管如此，有机玻璃还是受到工业设计师的重视。上一页下一页返回2.2仿真模型模型制作常用的有机玻璃板材厚为1一5mm，长宽尺寸根据供货情况确定，但受浇注成型工艺限制，最大板材尺寸为2000mmx3000mm。透明模型粘接使用由PMMA单体为原料做成的专用胶，也可以用有机玻璃砰料溶于氯仿(三氯甲烷)、丙酮、甲苯等有机溶剂中西己制而成。有机玻璃一般软化温度为160℃左右，热压工作温度范围比较狭窄，加热不够受压时会产生细密的裂纹，加热过度则会发黄起泡，因此需要根据自己的设备反复试验确定。上一页下一页返回2.2仿真模型3.透明聚碳酸醋板料((PC)

聚碳酸醋是另一种用于仿真模型的透明塑料，英文名Polycarbonate，英文缩写PC。

聚碳酸醋无臭、无毒、高度透明或微黄色，具有优良的机械性能，耐冲击性优异(俗称防弹玻璃、不砰玻璃)，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高，尺寸稳定、环境温度影响小，是少数以刚度、硬度和长期性能著称的透明塑料材料。聚碳酸醋是热塑性工程塑料，无明显熔点，在220~230℃呈熔融状态，离火自熄，对光稳定但不耐紫外光，耐油耐酸但不耐强碱、氧化性酸及胺、酮类，溶于氯化烃类和芳香族溶剂，长期在水中易引起水解和开裂。聚碳酸醋的抗疲劳强度差，容易产生应力开裂，抗溶剂性差，耐磨性欠佳，易溶于二氯甲烷、二氯乙烷等氯代烃。上一页下一页返回2.2仿真模型聚碳酸醋应用广泛，平时常见的光盘就是用聚碳酸醋制造的。玻璃装配业、汽车工业、电子电器工业是聚碳酸醋的三大应用领域，其次还用于机械零件、办公室设备、医疗设备等。聚碳酸醋制作模型可以热压，也可以粘接。热压的温度一般在160℃左右，具体操作根据设备情况确定。粘接可以使用以乙烯基聚合物为主体的PC专用胶，具有使用方便，快速定位，粘接强度高，固化物无毒等优点，有快干和慢干型两种。除粘接PC外，还可用于ABS,PMMA等材料的粘接。上一页下一页返回2.2仿真模型4.辅料辅料主要包括填补材料、粘合材料、抛光材料等。填补材料现在普遍使用快速固化原子灰，根据情况也可以用板料砰屑溶化后做成稠厚的填补料，优点是与基底材料性质相同，结合牢固而且物理特性一致，加工中不会出现分界线。粘合材料有多种，通常使用溶剂粘合，如用氯仿(三氯甲烷)、丙酮粘合ABS和有机玻璃、用香蕉水粘合聚氯乙稀等。溶剂能够溶化基底材料，粘结相当牢固，但对不溶解材料例如玻璃、陶瓷、金属、木材、胶木，以及手边没有合适溶剂的塑料等只能用502,万能胶、环氧树脂等。这些乳合剂不能溶化基底，完全依靠胶层结合力，其中环氧树脂一类乳合剂本身强度高，结合力也好，被广泛应用。上一页下一页返回2.2仿真模型

(三)工具

1.测量工具(量具)

制作仿真模型需要使用下列量具:(1)游标卡尺(图2-19)

机械制造有很多种量具，有的极其精密。但从制作仿真模型需要来看，游标卡尺具有量程大、功能多、精度较高、价格较低等优点，因此是制作仿真模型最实用的精密量具。根据量程和售价不同，游标卡尺的分度值有0.05mm,0.02mm等规格。可以测量物体的外尺寸、内尺寸、深度的游标卡尺称为三用游标卡尺，量程200mm以上增加台阶测量功能的称为四用游标卡尺。学生学习制作模型一般选用三用0.02mm分度值的游标卡尺较好，三级计量合格品的市场售价为35元左右。上一页下一页返回2.2仿真模型(2)高度游标尺(如图2-20所示)

高度游标尺也称为高度划线游标尺，是用垂直于量具底座的高度尺上伸出的水平测量头量取工件高度的量具。这种高度量具为了实现精确测量采用了游标读数机构，又在测量头上镶有磨尖呈楔状的硬质合金可供划线，因此习惯上称其为高度划线游标尺。高度游标尺需要在平板上使用才能测量有效。平板给量具和工件提供了一个共同的基准测量面，因此量具上的读数就是工件的高度测量值。上一页下一页返回2.2仿真模型(3)钢直尺钢直尺是一种初级量具，是在平直的不锈钢板上印制并经化学或电蚀刻度和数字后，冲压磨修制成的直尺，也被习惯称为钢皮尺。钢直尺的测量面除纵向两侧面和测量物体长度、平面度以外，端部的横向面可用于垂直度、深度测量。由于使用方便、价格便宜，因此是模型制作必备的量具。钢直尺的分度值为1mm，标度单位为cm，读数时可以准确读到mm位。常用的钢直尺有150mm,300mm,500mm,1000mm等规格。一般随身携带(插在胸口袋里)的用150mm,个人做模型的用300mm，单位使用可再准备一支1000mm的。上一页下一页返回2.2仿真模型

(4)角尺(图2-21)

角尺是测量垂直度的量具，机械制造行业使用的角尺是用钢材制造的高精度宽座角尺(直角规)，用于仿真模型制作时，精度、价格、重量都偏高，选择价廉物美的初级量具即可。制作仿真模型的角尺一般为300mm的铝合金角尺(铝尺座上嵌入钢直尺)和钢皮角尺(250mm，不锈钢板冲压制成)。如果没有上述角尺，但有木工使用的铝角尺，或者制图用的有机玻璃三角尺，也可用于仿真模型制作。上一页下一页返回2.2仿真模型

(5)量角器仿真模型使用学生几何作图这样的初等量具量角器即可。(6)钢卷尺钢卷尺小巧方便，不但可以用来量取尺寸，还可以在绘制大半径圆弧曲线时发挥重要作用。将笔夹在卷尺的端头，拉开卷尺到确定的长度后在桌上按住，以尺为半径画圆即可得到准确的圆弧线条。上一页下一页返回2.2仿真模型

(7)平板平板是用于提供基准平面的工具。平板和高度游标尺配合可在工件上方便准确地划出等高线，对于模型的开孔、割边、加筋等加工过程的定位非常有效。此外，平板还可以校验产品的规则平整。机械制造使用的平板是用铸铁铸造后经自然时效或人工时效处理后，经刨、精刨、刮研等多道工序制成，价格很贵。工业设计仿真模型制造过程中使用的平板精度可以简单很多，光洁无伤痕的碳钢板、平整的玻璃板、磨过的大理石、精刨过的铸铁板等都可以满足模型划线的需要。上一页下一页返回2.2仿真模型(8)半径规半径规也称为尺规，是模型制作过程中测量检验圆角加工精度的专用量具，本质是标准圆弧样板。正规的尺规(图2-22)由多片端部制有标称半径圆弧的薄钢片叠合制成，一端为凸尺，一端为凹尺，可以像多开小刀那样各自旋出使用。由于机械制造的尺寸数系十分完整，尺值也分得很细，因此尺规的片数很多，而且都是小尺寸的，这和工业设计仿真模型的制作要求相差颇大，太精细了也不很适用。仿真模型的尺规除了可以借用机械制造使用的正规尺规外，还可以用薄塑料片、卡纸或薄金属片自己制造，尤其是经常会用到的一些大半径的尺样板，就更需要自己制作。自制的R规要写上半径值，使用后应保管好以便今后多次使用。上一页下一页返回2.2仿真模型

(9)样板尺规是一种特定的样板，用直尺检验工件平面时，直尺其实也是一个通用的平面样板。用模型手工制造表达产品外观造型时，必须使用一整套样板在各个位置控制形状，以便正确无误地传达设计意图。机械制造行业的样板由工具车间加工制造，而工业设计仿真模型的样板通常都是自己做的。一般制作样板的材料可以选择有刚性的塑料薄板、金属薄板、纸板，以及其他合适的材料。样板制造一是要形状准确，具有必要的精度，因此在线条形状复杂时可以用绘图机或打印机将所要加工的样板曲线打印出来，以便精确制作;二是保证使用准确，因此需要考虑测量基准的合理选择。只有当各个样板都能方便地以同一基准工作而没有相对误差时，才能保证发挥应有的效果。上一页下一页返回2.2仿真模型

2.成型工具(热压木模)

塑料制造仿真模型最出色的工艺，就是使用热压木模将塑料板材(主要是ABS板材)手工模压拉伸成为各种曲面形状。在这里，热压木模是关键工具，有很多细节值得关注。所有拉伸成型，包括金属板料冲压拉伸，关键都是控制被拉伸材料的有序流动。从一片板料到成为一只具有高度(深度)的产品，材料在拉伸中将厚度兑换成了高度:厚度减小、高度增加，没有厚度的牺牲就没有高度的获得。参加拉伸的材料包括两个部分，一是底部的材料向下拉伸流动，二是模具以外的平面状材料被向上拉进模具，变成产品的侧壁高度。上一页下一页返回2.2仿真模型基于相同的原理，塑料热压拉伸也是依靠塑料板厚减小换取成品高度增加，这个换取过程的成功取决于塑料能流动多少和怎么流动。流动多少涉及塑料的可流动性，忽略材料本身的物理特性区别，从工艺角度看贝主要与板料的加热有关;怎么流动是热压模的问题。热压模由凸模和凹模组成(如图2-23所示)。出于加工便利的原因，仿真模型的热压模通常都选用木材制造。学校教学中使用的大多数木模都采用中密度纤维板制造，这种人造板表面平整，没有木材纤维，因此也没有方向特性，加工较省力。用木工白胶薄薄涂刷各层坯板，叠合后适当加压一天后即牢固可加工，因此得到了较普遍的应用。但是，如果需要使用木工车床车削加工，就需要采用整体实木。上一页下一页返回2.2仿真模型(1)凸模毫无疑问，凸模的形状需要制作准确并光洁。凸模的形状和尺寸等于拉伸所得的模型内腔，并通过板料厚度表现为模型的外观。因此，作为热压成型的凸模仅形状准确还不够，还必须考虑板材厚度，以及拉伸成型时，材料形状可能产生影响最终使用的变化。制作凸模的第一步是设计凸模。设计的依据是最后成品件的数据，该数据可以来自设计图，也可以来自测绘图。但需要特别注意的是，由于凸模的形状、尺寸和成品不同，因此不能把成品数据直接用来制作模型，原因主要有以下几项。上一页下一页返回2.2仿真模型①匀板料厚度。理论上可以认为，当板料厚度等于实物壁厚时，实物内腔形状和凸模外形相同。也就是说，此时把实物套在凸模上应该基本上没有间隙。由此延伸理解为，当板料厚度小于实物壁厚时，凸模尺寸相应大于实物内腔，当板料厚度大于实物壁厚时相反。在这里为简化问题，以名义尺寸讨论而忽略拉伸造成的模型实际壁厚变化。从上述讨论知，凸模形状与实物内腔只能在特定的条件下相同。在板厚等于壁厚时，可以将实物锯开直接提取内腔形状，例如在锯切端面抹上记号材料，如红色的印泥(也可利用工件本身沾上的黑色油污)在纸上拓下端面形状。以拓印痕迹为依据，可以用绘图工具测量并圆整获得形状数据，然后凭直接制作加工样板。样板是将实物形状复制到模型的传递工具。上一页下一页返回2.2仿真模型很明显，两个厚度不同时，尺寸需要经过换算。例如，拓取同样的端面形状，当板材厚于实物壁厚时，需要将凸模的半径或半标注尺寸减小厚度差，即凸模放入实物内有松动感;当板材薄于实物壁厚时，需要将凸模的半径或半标注尺寸增加厚度差，即凸模大于实物不能放入。②凸模高度。即使成型轮廓数据相同，凸模与实物的高度也不同。木模比实物要高出一截，外观区别明显。木模高出一截是必要的。塑料板在加热模压时，位于成型孔以外的板料通常是自由的，这种自由使板料边缘在拉伸成型时会皱成类似“荷叶边”的形状，而且这种形状或多或少地会延伸到被拉伸形状的根部(如图2-24所示)。可以做一个简单的实验:把一张纸摊开后用手指做凸模，对纸张中间进行手指形状拉伸时，会很明显地看到这个皱边现象。上一页下一页返回2.2仿真模型皱褶，加上可能在模型下端产生的材料折叠，是必须切除的余料。为了在切除无用形状后能获得需要的正确形状，必须考虑凸模的高度，需要相应加高。热压拉伸的坯料高度要大于最终模型的实际高度，以便让多余的高度吸纳这些错误形状后被切除。如果不增加高度，那么模型本身就会受到影响，需要锉掉皱起的多余和填补陷下的缺损部分，而且影响外观质量。凸模增加的高度在18--20mm左右，大致等于一层中密度纤维板的厚度。上一页下一页返回2.2仿真模型(2)凹模从冲压模和注塑压塑模的角度来看，ABS板料的热压拉伸模的凹模应该称为压边板，因为它没有成型凹模所特有的型腔，只是用于压住板料边缘防止皱褶并传递板料成型的动力;但从习惯出发，将与凸模配套的那个组件约定俗成地称为凹模也未尝不可。可以直观理解的是凹模成型孔的投影形状。简化的理解是，为了保证塑料板能切实可靠地贴住凸模拉伸，成型孔的形状应该是一条和凸模保持塑料板厚度距离的等距线(简化了材料拉伸变薄带来的尺寸修正因素)，也就是说，如果将凸模置于成型孔内时，把塑料砰条墨进两者间隙中应该松紧正好。上一页下一页返回2.2仿真模型①参加拉伸变形区域的不同需要考虑。和塑料板材热压成型不同的是，金属冲压拉伸虽然也依靠板料的流动形成成品的侧壁高度，但这个过程是在常温下进行的，而且参加板料流动的部分包括了整个凹模型腔的投影面积，以及受强力压边保持平整、暂时未进入模具的周边部分。两个方面的材料最终都不同程度地参加流动，因此成型条件较好。相反，热压成型的塑料板在加热后放到模心上时，所接触的部分就开始迅速冷却硬化(在冬天尤其如此)，从而使这部分板料迅速退出提供流动塑料的区域，客观上将补充流动材料的任务完全交给了成型孔以外的部分。然而，一旦处于无约束自由状态的这部分材料大量进入，就会立刻产生皱褶造成废品，因此应该限制这种无序的进入。上一页下一页返回2.2仿真模型这个问题在凸模采用金属制造时，可以采用金属凸模和塑料板材一起加热的办法解决。例如，平常进行杯状物体热压拉伸时，实际上主要依靠的仅仅是上下底之间的环状区域，就是这个区域后来成为了杯子的侧壁高度。然而把凸模加热后，由于有效地避免了板料迅速冷却固化，使杯子底部也能向实际拉伸行为提供流动材料，从而改善了拉伸状态，这和实际工业化生产中的做法完全一致，但对常用的木质模心加热会因一系列具体困难而难以实施。上一页下一页返回2.2仿真模型②周边材料进入量不同，需要边缘圆角控制。限制无约束自由状态材料无序进入的关键，是凹模成型孔接触边缘的圆角情况。热压凹模之所以能压住板料并牵引其向下运动，靠的就是成型孔的这个边缘。边缘卡住板料产生的摩擦力使板料随凹模一起向下运动，从而完成热压成型。但该边缘同时也是补充拉伸的塑料进入模具必须经过的途径。这就产生了一个矛盾，塑料流入过多会起皱和打褶，但流入过少会因缺料而可能拉破。因此，利用边缘的圆角控制周边材料十分重要:不需要材料向模具内流动补充的，边缘应该尖锐;有意需要材料进入的，边缘应该作出适当的圆角。上一页下一页返回2.2仿真模型(3)间隙间隙是热压木模的一个重要的决定因素。通常为简化问题，都把压制小型盒状物体，如肥皂盒、小型IT产品的机盒等作为说明木模间隙的典型产品，并提倡凹模成型孔的形状应该是一条和凸模保持塑料板厚度距离的等距线。但是，由于间隙是指凹凸模在最终极限位置，也就是凹模运动到底之后的两者之间的实际间隙，因此在实际中还有大量的造型不在这个范围之内，例如锥形物体、球形物体等。锥形物体的热拉伸是一个难度较大的问题。以圆锥台为例，凸模的上端直径明显小于下端，在凹模开始向下牵引塑料板材时，两模之间存在很大间隙，为周边材料不受限制地进入模型并造成皱褶提供了可能。此外，由于隔着塑料板无法正确判定凸模的准确位置，往往造成模型拉伸中心不正(成型孔不一定能居中套住凸模)，致使模型壁厚不均匀。上一页下一页返回2.2仿真模型降低造成皱褶的对策是降低周边材料“钻”进成型孔的机会，成型孔边缘尖锐阻碍材料流入是最重要的措施。此外还可以利用外力，例如请助手拉住周边材料，不让或者减缓其进入模型。这实际类似工业生产中的规范措施:用带齿的压边板四周压住板料，既固定了板料的工作位置也限制了边缘皱褶。减轻定位不准的影响可以用画中心线的方法。在放置凸模的工作台和凹模模板上都以凸模为中心画十字中心线，在热压开始时垂直向下观察以借助中心线找正，实践证明这个方法比较有效。上一页下一页返回2.2仿真模型锥形物体的拉伸困难启发人们思考，同样在凹凸模之间存在间隙，为什么球形物体，例如反光碗的热压会那么容易，事实上，半球形物体从来就是最容易拉伸的造型，几乎从来不会失败:既不会在模型上产生皱褶，也很少在余料上发现“荷叶边”。这个特殊现象的发生与球状物的拉伸均匀有关。尽管半球形的凹凸模的间隙甚至远远大于锥台(在顶点时全部面积都是间隙)，但它的成形范围是整个物体，而与凸模的渐次接触又使板料冷却逐步发生，因此在最后真正拉伸成形时，模型可以得到全面积的、比较充分的材料流动支持，不需要克服成形孔的限制从周边输入材料，这就干干净净地保证了模型的成形质量。上一页下一页返回2.2仿真模型(4)材料塑料热压成型后会紧密地包住凸模，而冷却后将包得更紧，以至于脱模(拔出凸模)时需要捏住周边的余料拍打以震出凸模，可见凸模需要相当的强度，那么使用其他材料能否制作凸模，我们一直讲木模，其实石膏也是一种做凸模的材料。但石膏强度太差，因此尽管由于结构松软省时省力，但在拍打震动时很可能开裂破砰而给需要压模返工重做带来大麻烦，因此一般避免使用。石膏凸模最好用在有把握顺利脱模的那些工件上，例如半球形模型。上一页下一页返回2.2仿真模型

3.加热工具加热工具主要有烘箱和电炉，在工件不大的时候，电吹风、烫开水也能用来加热。

(1)烘箱(图2-25)

烘箱是制作仿真模型塑料板材的最重要的加热设备。一般院校采用的是实验室用的烘箱，有温度数字预设，实时数字温显、热风循环、上下两层网状隔板、底部和两侧面加温、控温精度为正负10C，顶部有可调式通风孔。利用温控装置，在加工不同的模型时可以将塑料板烘到不同的温度。上一页下一页返回2.2仿真模型例如，拉伸变形不大的时候，加热时间少一些即可;拉伸深度较大时需要将材料烘透(甩起来像一块布一样柔软)，以便获得足够的材料流动;拉伸量很大时希望将板料加热到极限温度，但此时很容易发生烘烤过热，出现发黄、起泡、边缘收缩、完全丧失板料刚度并陷入隔板网格、呈现烤烂等现象，可能需要试验几次才能掌握需要的经验和技巧，还得加上一些运气才能成功。预设加热温度高时注意关闭顶部的旋转通风孔。烘箱的使用习惯各不相同。借用别人烘箱时会发现，加热同一零件时各人温度设定可能差异明显。烘箱的加热特性曲线前段接近线性，因此材料升温迅速，后段趋于平缓，加热速度变慢，接近预设温度时呈现饱和。这个特性在烘箱的空间大小、加热负荷、升温能力、环境温度、热风循环效率等因素的影响下会被放大，最终影响人们的使用方式。上一页下一页返回2.2仿真模型

(2)电炉(图2-26)

通常使用的电炉是普通的不封闭敞式电炉，电炉丝露在外面、没有温控设备、完全依靠使用者经验掌握使用，其特点是温度高，加热迅速。电炉的最大好处是机动方便。加热一个小零件时启动烘箱费时费电，用电炉可以马上完成;加工特大零件时烘箱嫌小，可以用多个电炉组成阵列加热。但是，电炉加热均匀性不高、容易加热过度烘坏材料，特别会出现的是表面过热灼伤起泡。调节电炉的加热温度，除了可以手动调变压器以外，更多的还是通过调节加热工件和电炉盘的距离来获得。

上一页下一页返回2.2仿真模型电炉是敞开的，因此热量散发很快，在温度较低的环境中不容易积累温度。为此，可以用金属薄板做一个或几个侧面及顶部的档风板，可在很大程度上改善加热情况。加热塑料板的其他工具还有燃气灶、电吹风等。燃气灶比电炉增加了火焰调节功能，使用也很方便，加热前用手掌试探一下火焰温度后将其调整到合适状态即可，它的弊端同样也是加热不均匀和表面温度过高烫起泡。电吹风在加热小零件时具有简便灵活的优点，但使用时注意不能让吹风机出风口与工件靠得太近，以免堵住出风口使吹风机自身温度升高，导致机内的热敏保护器件损坏。一些小零件也能浸在开水里加热后弯制成型。上一页下一页返回2.2仿真模型4.切割修整工具切割修整工具主要包括台虎钳、锉刀、锯子、钻孔工具、打磨工具等。

(1)台虎钳(图2-27)

台虎钳是夹持固定工件的工具，按钳口宽度制定规格，常用的有100mm(4时)、125mm(5时)和150mm(6时)等几种。台虎钳的主体用铸铁制造，靠转动螺杆夹住工件，有的带可以转动的底盘供调整合适的工作位置，有的还在后部带有可以锤击工件的小铁砧。台虎钳在夹持部位装有带防滑花纹的钢制钳口，为了避免塑料零件被钳口夹伤，制作仿真模型时需要在钢钳口上盖上平滑铜板或铝板做的护口，有时用厚纸板也能勉强代替护口。上一页下一页返回2.2仿真模型使用台虎钳夹持多层木料粘叠的工件时，注意使粘叠方向与夹持力方向一致，否贝会使粘叠处开裂。有一种钳口很窄、拿在手上使用的手虎钳(图2-28)也很有用，其功能和基本结构与台虎钳大致相似，加工小型零件时方便灵活，特别合适。

(2)锉刀锉刀主要包括木锉刀、钢锉刀、什锦锉刀三类。①木锉刀(图2-29)。木锉刀具有粗大锋利的锉齿，可以高效大量地锉削木材，是加工制造热压木模的主要工具。木锉刀有粗细两种，按长度又有150mm,200mm,250mm等不同规格;一般常用的是尖头木锉，也有方头和半圆等产品供应。上一页下一页返回2.2仿真模型②钢锉刀