产品设计日 实验指导书 工业设计实验室 2008年3月
产品设计 2 实验指导书 工业设计实验室 2008 年 3 月
目录 实验一产品设计方案外观模型制作实验
目录 实验一 产品设计方案外观模型制作实验┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ 1 2
实验一产品设计方案外观模型制作实验 一、实验目的 1.了解系统产品设计的方法 2.了解石音主要的性能（分子结构强度硬度塑性等）及主要加工工艺。 3.可以熟练的用石音表达产品造型设计构思。 二、实验设备及材料 1.锯、砂纸、钢尺、角尺、别针、棕转成型机、铁盆、铁桶、空气压缩机、晴拾 铁剪子、刷子 2石膏粉、水、白水泥、肥皂液、乳白胶、油漆、铁丝、木板、金属板、钉子 三、预备知识 产品设计方案外观模型制作材料主要采用石音，石音材料的特性是： (一)石膏分子结构 是一种天然的含水硫酸钙矿物，纯净的天然石音，是一种无色半透明的结晶体，常呈厚板状 由于杂质的渗入 天然石音里有呈米黄、肉红色、黑色等 它的分子结构式为CaS02·2H20,其理论化学成分分为： Cao 32.56% S03 46.51% 20 20.93% (二)模用石音 用来制作模型的石音，即所谓“半水石音”（又称熟石音），它是将天然石音（生石膏） 进行加工煅烧而成的.即含有半个分子结晶水的硫酸(CaS04·1/220).反应方程式 模用半水石膏，通常采用平底锅在140℃~180℃的温度下炒制而成.当温度升到 123℃时，石音开始急沸腾，此现象即为石音的第一次脱水反应.从沸腾开始终止 石音粉的温度始终不会升高.此时得到的产物称“一次脱水石音”，若持续升高温度 大到163℃则出现短奢的第一次沸腾.此时即第一次脱水反应此时得到的产物称 “二次脱水石” 也就是半水石音，若是再提高温度时，半水石音便开始进行分解 释放出石音中的全部结品而变成无水石音（无水硫酸钙 次脱水石音 二次脱水 石膏比较，前者可塑性高，易于加工，但硬化体的孔隙较大，机械强度低而吸水却较多， 后者的硬化体则比前者更细密，机械强度更大，而孔隙较小，吸水性也较小 (三)石音与水的比配关系 石音模型是由石音粉和适量的水混合后结成的因体物，在石膏粉质量 定的条件下 石音模型的气孔率民力学强度，取决于制造时的润湿水量。石的润湿水量越少 制出的模型密度越大，力学强度愈高，气孔率愈低：若石膏模型密度小，力学强 低，气孔率高，变得比较松软。石膏的凝周时间与水的比例有关，水少凝固的时间 短，反之，疑固时间长：与水的温度有关，水温愈高，凝固愈快，反之，凝固时间 慢与搅拌有关， 愈激烈，凝固愈快， 反之 凝固慢：与添加的材料有 关，加入盐使凝周速度加快，加入胶液能降低它的凝固速度。石与水的质量比 一般为(1.2：1)~(1.35：1)，这样的比例软硬程度适当。根据不同的用途比例又 有所不同
实验一 产品设计方案外观模型制作实验 一 、实验目的 1.了解系统产品设计的方法 2.了解石膏主要的性能（分子结构 强度 硬度 塑性等）及主要加工工艺。 3.可以熟练的用石膏表达产品造型设计构思。 二、实验设备及材料 1.锯、砂纸、钢尺、角尺、划针、旋转成型机、铁盆、铁桶、空气压缩机、喷枪、 铁剪子、刷子 2.石膏粉、水、白水泥、肥皂液、乳白胶、油漆、铁丝、木板、金属板、钉子 三、预备知识 产品设计方案外观模型制作材料主要采用石膏，石膏材料的特性是： (一)石膏分子结构 是一种天然的含水硫酸钙矿物，纯净的天然石膏，是一种无色半透明的结晶体，常呈厚板状， 由于杂质的渗入，天然石膏里有呈米黄、肉红色、黑色等。 它的分子结构式为 CaSO2·2H2O,其理论化学成分分为: CaO 32.56% SO3 46.51% H2O 20.93% (二)模用石膏 用来制作模型的石膏,即所谓“半水石膏”(又称熟石膏),它是将天然石膏(生石膏) 进行加工煅烧而成的.即含有半个分子结晶水的硫酸(CaSO4·1/2H2O).反应方程式 为: CaSO4·2H2O→CaSO4·1/2H2O+3/2 H2O 模用半水石膏,通常采用平底锅在 140℃～ 180℃的温度下炒制而成.当温度升到 123℃时,石膏开始急剧沸腾,此现象即为石膏的第一次脱水反应.从沸腾开始终止, 石膏粉的温度始终不会升高.此时得到的产物称“一次脱水石膏”.若持续升高温度 达到 163℃,则出现短暂的第二次沸腾,此时即第二次脱水反应此时得到的产物称 “二次脱水石膏”.也就是半水石膏,若是再提高温度时,半水石膏便开始进行分解, 释放出石膏中的全部结晶而变成无水石膏(无水硫酸钙).一次脱水石膏与二次脱水 石膏比较,前者可塑性高,易于加工,但硬化体的孔隙较大,机械强度低而吸水却较多, 后者的硬化体则比前者更细密,机械强度更大,而孔隙较小,吸水性也较小. (三)石膏与水的比配关系 石膏模型是由石膏粉和适量的水混合后结成的因体物，在石膏粉质量一定的条件下， 石膏模型的气孔率民力学强度，取决于制造时的润湿水量。石膏的润湿水量越少， 制出的模型密度越大，力学强度愈高，气孔率愈低；若石膏模型密度小，力学强度 低，气孔率高，变得比较松软。石膏的凝固时间与水的比例有关，水少凝固的时间 短，反之，凝固时间长；与水的温度有关，水温愈高，凝固愈快，反之，凝固时间 慢；与搅拌有关，搅拌愈久、愈激烈，凝固愈快，反之，凝固慢；与添加的材料有 关，加入盐使凝固速度加快，加入胶液能降低它的凝固速度。石膏与水的质量比， 一般为（1.2:1）~（1.35：1），这样的比例软硬程度适当。根据不同的用途比例又 有所不同。 3
注浆用模 石音与水的重量比：一般为1.2：1~1.35：1 这样比例软硬程度适当在我们工作中要根据不同的用途比例有所不同 注浆用模：石膏：水=100：70~8.0 压坯用模：石音：水=100：60一70 石音母模：石音：水=100：30~40 特别要强调的是」 ①调制石音浆时，切记不可直接往熟石音粉上注水。在调制石音的过程中，不能 次撤放太多的石音粉，否则会产生结块和部分凝固现象，难于搅拌均匀。 ②石 膏撒放后要静置片刻，等它溢出气泡，③要向同一方向搅拌。④调制的浆液处于 浇注时不能太稀也不能太稠，更不能开始固化。 炒制过的石音粉，极易吸湖，必须贮存在干燥的地方，并记下它的出厂日期，对于新置 的石膏粉或己搁置陈久的石膏粉，在使用前必须先测出其湿量或进行浇注实验，方可 使用 (四)石音凝固时间的几种因素： 1.与水的比例有关.如水少，凝固的时间短，反之增长 2与水的温度有关.水温越高.凝固的时间快反之时间慢 与搅拌有关， 拢拌越多 越总剧，凝固越快，反之凝周慢 与添加材料有关，加入少量盐，使凝固速度加快.如加入胶液则能减慢凝固时间 (五)石膏的优缺点： 1.特点：有一定强度，不易变形走样，成型容易，雕刻方便，易涂装，易少量 修改，比较经济，便于长期保存 2 不足之处是较重，怕碰撞受压易破碎。一般用语制作形态不太大，细部刻划不 太多。形状不太复杂的产品模型。 (六)石音模型的种类 分为三种：阴模，阳模，对合模 四、实验方法指导 (一）石膏模型的成型方法 (1)浇津成型法 是用来制作模型的毛胚模具，或用模具来大批量的翻制模型制品。 (2)雕塑成型法 先利用石青浇注大体基本形体，即“毛胚”而后在毛胚上绘制轮席线，用雕刻的方 法直接在石音上雅刻成型。 (3)模型成型法 用模板挤压已制好的并有相当湿润的石音毛胚初型成型 (4)利型箱成型 将石音浇注成初型后，用刮型箱刮削成型 (5)旋转成型法 石普毛胚固定在转轮上，制作者手持刀具或样板在刀架上进行石音的切削加工。 (二)平板模型的制作
注浆用模 石膏与水的重量比:一般为 1.2:1～1.35:1 这样比例软硬程度适当.在我们工作中要根据不同的用途比例有所不同 注浆用模:石膏:水=100:70～8.0 压坯用模:石膏:水=100:60～7 0 石膏母模:石膏:水=100:30～4 0 特别要强调的是： ①调制石膏浆时，切记不可直接往熟石膏粉上注水。在调制石膏的过程中，不能 一次撒放太多的石膏粉，否则会产生结块和部分凝固现象，难于搅拌均匀。②石 膏撒放后要静置片刻，等它溢出气泡。③要向同一方向搅拌。④调制的浆液处于 浇注时不能太稀也不能太稠，更不能开始固化。 炒制过的石膏粉,极易吸潮,必须贮存在干燥的地方,并记下它的出厂日期,对于新置 的石膏粉或已搁置陈久的石膏粉,在使用前必须先测出其湿量或进行浇注实验,方可 使用. (四)石膏凝固时间的几种因素: 1. 与水的比例有关.如水少,凝固的时间短,反之增长 2. 与水的温度有关.水温越高,凝固的时间快,反之时间慢. 3. 与搅拌有关,搅拌越多,越急剧,凝固越快,反之凝固慢. 4. 与添加材料有关,加入少量盐,使凝固速度加快.如加入胶液则能减慢凝固时间. (五)石膏的优缺点: 1. 特点：有一定强度，不易变形走样，成型容易，雕刻方便，易涂装 ，易少量 修改，比较经济，便于长期保存。 2. 不足之处是较重，怕碰撞受压易破碎。一般用语制作形态不太大，细部刻划不 太多。形状不太复杂的产品模型。 （六）石膏模型的种类 分为三种：阴模，阳模，对合模 四、实验方法指导 （一）石膏模型的成型方法 （1）浇注成型法 是用来制作模型的毛胚模具，或用模具来大批量的翻制模型制品。 （2）雕塑成型法 先利用石膏浇注大体基本形体，即“毛胚”而后在毛胚上绘制轮廓线，用雕刻的方 法直接在石膏上雕刻成型。 （3）模型成型法 用模板挤压已制好的并有相当湿润的石膏毛胚初型成型。 （4）刮型箱成型 将石膏浇注成初型后，用刮型箱刮削成型， （5）旋转成型法 石膏毛胚固定在转轮上，制作者手持刀具或样板在刀架上进行石膏的切削加工。 （二）平板模型的制作 4
依照模板的尺寸，用一稍大于图形的垫板，表面要光滑，如形用四块围板，在用钢 筋夹将围板夹好，底部一半布满和熟了的粘泥，根据设计做出一个大概轮廓。称一 先将水倒入水桶，再将石音粉倒入，在较短的时间2 徐徐搅邦 青除 与它状石音，，而后浇注在模板上， 般约为 30分钟 左右，再进行脱模加工修饰。 (三)具体步骤 (1)调配石膏浆 在翻制模型时，选择强度高的熟石膏粉，先调一点（约一汤勺）放在工作台上，待凝固 后，检 下石音硬度，以防 音粉因存放时 过长， 过期失效影响翻制 般从化工商用 或工厂买来的石音粉，由于质量不同，应先试验一下强度，再使用。 (2)筑模围和浇铸石音 筑模用是根据模型的形态在模型的四周筑上模围，模围的材料可选用薄木板、 玻璃板、塑料板或泥土等材料。模围的高度应根据模型的形态和所需翻制的厚度而 定，同时必须对模围的四周进行加固。筑围工作完成后，就可以进行浇铸石青 (3)浇注石音浆 在往泥模型上浇注第一层石膏浆前，可在石膏内放入少许蓝色水粉颈料，使石 青浆略带蓝色，以便以后脱模时区别内模的白色，避免开模时损伤内模形体。 在浇储时还要注意，模型高点的石音浆要与其他部位差不多厚，正常厚度为1,5C 左右，如果模型的体积较大，应在模型易断裂部位用小木棍或铁丝进行加固，模口 部位也要加厚点 这样就能避免模口太薄) 生意外的断裂 石音粉与水的比例无精确标准，正确的调合方法是：先在容器里倒入一定量的水 然后用手或勺子取石膏粉，均匀地撒放到水里，待石音粉与水持平时，振动容器， 使石膏粉浸透水分，再将表面多余的浮水倒掉，即可搅拌。调合石膏浆时注意不要 先将石音粉放入容器中再加水，这样会产生石音团块而影响制模质量。 (4) 脱模块 在正常情况下，石膏浆浇注后1020min后开始凝周，待其表面有发热感时，就 可以脱模了。先除去模围，将整个模块翻置，就可以挖掉模型泥土。 开始挖泥时可用铁制雕塑刀，一且接近外模内壁时，应用木制雕塑刀小心谨慎地挖 草剩余的泥块，有至泥十全部挖完，然后将块放入水池中用自来水神洗，并用小 号油漆刷浆内壁刷洗干净。 (5) 浇注内模（阳模 先将模块置于工作台上，模口朝上，然后取洗衣服用的肥皂，将肥皂削成薄尸 放入小瓷盆里并加入少许的水，用煮沸的开水隔水烫化，呈浓的米汤状时即可作为 脱模剂使用。用小号漆刷沾满皂液，涂于内模上。另外也可以用凡士林作为脱模剂 涂于内模上。将内模整个涂别 一至两遍后，再用小号的油画笔将内模低凹处存积的 皂液抹去，尤其是内模凹处的皂液一定要仔细地清除干净，以免影响翻制后阳模的 形态 脱模剂涂刷完毕后，将模具底部朝上放稳，就可调和石膏浆，分几次浇注成型。 第一次调和的石膏浆可适当稀一点，便于流动到各个细部凹点之中。当石膏浆灌入 檬具内，用手捧起榄具显动，同时注视模内的石音浆是否均勾地附着在模内壁上 以此法再作第二次和第三次的石音浆浇注，直至达到 一定的厚度即告完成。 (6)打去外模（阴模 石音浆浇注完毕约1520mi,石音就会凝固发热，阴模与阳模间的隔离层会自然 微微分离。此时打去外模最好
依照模板的尺寸，用一稍大于图形的垫板，表面要光滑，如形用四块围板，在用钢 筋夹将围板夹好，底部一半布满和熟了的粘泥，根据设计做出一个大概轮廓。称一 定的石膏粉，准备适量的水，先将水倒入水桶，再将石膏粉倒入，在较短的时间 2～ 5 分，徐徐搅拌，清除块与它状石膏，，而后浇注在模板上，一般约为 15～30 分钟 左右，再进行脱模加工修饰。 （三）具体步骤 （1）调配石膏浆 在翻制模型时，选择强度高的熟石膏粉，先调一点（约一汤勺）放在工作台上，待凝固 后，检查一下石膏硬度，以防石膏粉因存放时间过长，过期失效影响翻制。一般从化工商店 或工厂买来的石膏粉，由于质量不同，应先试验一下强度，再使用。 (2)筑模围和浇铸石膏 筑模围是根据模型的形态在模型的四周筑上模围，模围的材料可选用薄木板、 玻璃板、塑料板或泥土等材料。模围的高度应根据模型的形态和所需翻制的厚度而 定，同时必须对模围的四周进行加固。筑围工作完成后，就可以进行浇铸石膏。 （3）浇注石膏浆 在往泥模型上浇注第一层石膏浆前，可在石膏内放入少许蓝色水粉颜料，使石 膏浆略带蓝色，以便以后脱模时区别内模的白色，避免开模时损伤内模形体。 在浇铸时还要注意，模型高点的石膏浆要与其他部位差不多厚，正常厚度为1.5cm 左右，如果模型的体积较大，应在模型易断裂部位用小木棍或铁丝进行加固，模口 部位也要加厚点，这样就能避免模口太薄产生意外的断裂。 石膏粉与水的比例无精确标准，正确的调合方法是：先在容器里倒入一定量的水， 然后用手或勺子取石膏粉，均匀地撒放到水里，待石膏粉与水持平时，振动容器， 使石膏粉浸透水分，再将表面多余的浮水倒掉，即可搅拌。调合石膏浆时注意不要 先将石膏粉放入容器中再加水，这样会产生石膏团块而影响制模质量。 （4）脱模块 在正常情况下，石膏浆浇注后10~20min后开始凝固，待其表面有发热感时，就 可以脱模了。先除去模围，将整个模块翻置，就可以挖掉模型泥土。 开始挖泥时可用铁制雕塑刀，一旦接近外模内壁时，应用木制雕塑刀小心谨慎地挖 掉剩余的泥块，直至泥土全部挖完，然后将模块放入水池中用自来水冲洗，并用小 号油漆刷浆内壁刷洗干净。 （5）浇注内模（阳模） 先将模块置于工作台上，模口朝上，然后取洗衣服用的肥皂，将肥皂削成薄片 放入小瓷盆里并加入少许的水，用煮沸的开水隔水烫化，呈浓的米汤状时即可作为 脱模剂使用。用小号漆刷沾满皂液，涂于内模上。另外也可以用凡士林作为脱模剂 涂于内模上。将内模整个涂刷一至两遍后，再用小号的油画笔将内模低凹处存积的 皂液抹去，尤其是内模凹处的皂液一定要仔细地清除干净，以免影响翻制后阳模的 形态。 脱模剂涂刷完毕后，将模具底部朝上放稳，就可调和石膏浆，分几次浇注成型。 第一次调和的石膏浆可适当稀一点，便于流动到各个细部凹点之中。当石膏浆灌入 模具内，用手捧起模具晃动，同时注视模内的石膏浆是否均匀地附着在模内壁上。 以此法再作第二次和第三次的石膏浆浇注，直至达到一定的厚度即告完成。 （6）打去外模（阴模） 石膏浆浇注完毕约15~20min，石膏就会凝固发热，阴模与阳模间的隔离层会自然 微微分离。此时打去外模最好。 5
先将模具竖立于工作台面上，再选择木工用的平口扁凿，斜口面朝外呈45°角，置于 外模顶上，右手持短方木棒对者凿柄轻轻敲打外模，由此向周用逐步打去外模，打模一般从 到下，由后 先高点后低 一打去外模 。敲打 时要边打 且出现了白色石 脊层就要很小心地轻轻下刀，以防伤着里面的阳模。打到内模的精细部位可以换小刀具，细 心作业，尽量避免损伤形体，必须时心按顺序地打去外模。 (7)修补石音模型（阳模） 在打制外模的过程中，有时会碰伤石音模型（阳模）或留下刀痕，其至不植将 形体的某些部分打掉，所以要对翻制后的石音模型进行整修。对于石模型上的刀 痕，可以用羊毫 沾水加石音粉进行修补，残缺部位可以用不锈钢餐刀或小雕塑刀 桃石膏浆修补完整。为了使石音模型的表面光滑平整，可以用水砂纸打磨，到此简 易模型翻制过程就可结束了。 (四)注意事项 1。翻注石音横利外框板和原型一定要涂榄剂 注意浇注后脱模及时，时间太久会难以脱下。（约15~30分） 使用过的设备要及时清洗，否则难以洗掉 4.注意实验室工作场地的卫生，不要将粘土粉和石音粉弄的满地都是，工作完后进 行清扫。 五、实验报告要求 画出产品模型设计草图及三视图 2.模型完成后照片 3.模型制作心得 4.填写实验报告 6
先将模具竖立于工作台面上，再选择木工用的平口扁凿，斜口面朝外呈 45°角，置于 外模顶上，右手持短方木棒对着凿柄轻轻敲打外模，由此向周围逐步打去外模，打模一般从 上到下，由后向前，先高点后低点，逐一打去外模。敲打时要边打边看，一旦出现了白色石 膏层就要很小心地轻轻下刀，以防伤着里面的阳模。打到内模的精细部位可以换小刀具，细 心作业，尽量避免损伤形体，必须耐心按顺序地打去外模。 （7）修补石膏模型（阳模） 在打制外模的过程中，有时会碰伤石膏模型（阳模）或留下刀痕，甚至不慎将 形体的某些部分打掉，所以要对翻制后的石膏模型进行整修。对于石膏模型上的刀 痕，可以用羊毫笔沾水加石膏粉进行修补，残缺部位可以用不锈钢餐刀或小雕塑刀 挑石膏浆修补完整。为了使石膏模型的表面光滑平整，可以用水砂纸打磨，到此简 易模型翻制过程就可结束了。 （四）注意事项 1. 翻注石膏模型外框板和原型一定要涂模剂。 2. 注意浇注后脱模及时，时间太久会难以脱下。（约 15～30 分） 3. 使用过的设备要及时清洗，否则难以洗掉。 4. 注意实验室工作场地的卫生，不要将粘土粉和石膏粉弄的满地都是，工作完后进 行清扫。 五、实验报告要求 1. 画出产品模型设计草图及三视图 2. 模型完成后照片 3. 模型制作心得 4. 填写实验报告 6
《产品设计方案综合模型制作实验》试做报告 年_月 --日 班级 姓名 指导老师 一综合性实验题目 在本实验中，学生需要综合使用模型制作、工程制图、产品设计1、 系统性产品设计课程的内容，将产品设计方案制作为产品模型。 实验内容包括： 1)根据设计方案绘制效果图与三视图。 2)根据绘制的效果图与三视图制作产品模型（如图1所示）。 图1 二、实验的要求 1)要求学生模型制作流程合理恰当。 2)要求学生模型制作操作过程合理恰当。 3)要求学生通过这个实验能够综合学握模型制作、工程制图、产品设计1、 系统性产品设计课程的内容。 三、实验的基本步骤 1.绘制效果图与三视图 2.调配石膏浆 3.筑模围和浇铸石膏 4.浇注石膏浆 5.脱模块
《产品设计方案综合模型制作实验》试做报告 年———— 月———— 日 班级—————————— 姓名—————————— 指导老师—————————— 一 综合性实验题目 在本实验中，学生需要综合使用模型制作、工程制图、产品设计 1、 系统性产品设计课程的内容，将产品设计方案制作为产品模型。 实验内容包括： 1）根据设计方案绘制效果图与三视图。 2）根据绘制的效果图与三视图制作产品模型(如图 1 所示)。 图 1 二、实验的要求 1）要求学生模型制作流程合理恰当。 2）要求学生模型制作操作过程合理恰当。 3）要求学生通过这个实验能够综合掌握模型制作、工程制图、产品设计 1、 系统性产品设计课程的内容。 三、实验的基本步骤 1. 绘制效果图与三视图。 2. 调配石膏浆 3. 筑模围和浇铸石膏 4. 浇注石膏浆 5. 脱模块 7
6.浇注内模（阳模） 7.打去外模（阴模） 8.修补石膏模型（阳模） 四、实验报告 1.绘制效果图与三视图，如图2所示。 图2 2.调配石膏浆，筑模围和浇铸石膏。此实验中模围使用泡沫和粘土制 作，如图3所示。 图3 3.在模围中浇注石膏浆，如图4所示
6. 浇注内模（阳模） 7. 打去外模（阴模） 8. 修补石膏模型（阳模） 四、实验报告 1. 绘制效果图与三视图,如图 2 所示。 图 2 2. 调配石膏浆，筑模围和浇铸石膏。此实验中模围使用泡沫和粘土制 作，如图 3 所示。 图 3 3. 在模围中浇注石膏浆,如图 4 所示。 8
图3 4.脱模块，将泡沫粘土取出，修正模具。如图4所示。 图4 5.浇注内模（阳模）。如图5所示。 图5 6.打去外模（阴模），如图6所示
图 3 4. 脱模块，将泡沫粘土取出，修正模具。如图 4 所示。 图 4 5. 浇注内模（阳模）。如图 5 所示。 图 5 6. 打去外模（阴模），如图 6 所示。 9
图6 7.修补石膏模型，如图7所示 图7 8.完成效果如图8所示。 图8 五、综合性实验小结 1)掌握了用模型表现设计方案的一般流程： 2)掌握模型制作的一般方法
图 6 7. 修补石膏模型，如图 7 所示。 图 7 8. 完成效果如图 8 所示。 图 8 五、综合性实验小结 1）掌握了用模型表现设计方案的一般流程； 2）掌握模型制作的一般方法。 10