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專題06 模型或原型的制作
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
模型是根據(jù)實(shí)物、設(shè)計(jì)圖樣或構(gòu)思，按比例、生態(tài)或其他特征制成的與實(shí)物相似的一種物體。
它可以是產(chǎn)品本身，如相框；也可以是產(chǎn)品生產(chǎn)之前制作的與產(chǎn)品大小相同、使用功能一致的物體。
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，模型不僅是設(shè)計(jì)思想的具體化，也是發(fā)展構(gòu)思的創(chuàng)造性過(guò)程。
【思維導(dǎo)圖】
【知識(shí)梳理】
知識(shí)點(diǎn)一：.模型或原型的特征與作用
生產(chǎn)生活中的模型和原型
模型的定義
模型是根據(jù)實(shí)物、設(shè)計(jì)圖樣或構(gòu)思，按比例、生態(tài)或其他特征制成的與實(shí)物相似的一種物體。
原型的定義：
原型可以是產(chǎn)品本身，如制作單件的相框，相框本身就是它的原型，也可以是在產(chǎn)品生產(chǎn)之前制作的與產(chǎn)品大小相同、使用功能一致的物體。
模型功能：
使設(shè)計(jì)對(duì)象具體化。
幫助分析設(shè)計(jì)的可能性（如復(fù)雜的產(chǎn)品）
2.不同設(shè)計(jì)階段模型的作用
草模：造型設(shè)計(jì)初期，用立體模型將構(gòu)思簡(jiǎn)單表示出來(lái)。
【技術(shù)體驗(yàn)】制作臺(tái)燈草模
體驗(yàn)?zāi)康模航?jīng)歷臺(tái)燈草模的制作過(guò)程，了解草模在技術(shù)設(shè)計(jì)中的作用。
問(wèn)題分析：草模制作過(guò)程蘊(yùn)含著豐富的思維轉(zhuǎn)換過(guò)程。運(yùn)用草模將設(shè)計(jì)構(gòu)思盡可能準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。此外，還要考慮制作草模的材料、連接方式、加工工藝及其相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)等。
活動(dòng)準(zhǔn)備：
材料：造型材料（泡沫、橡皮泥、土豆、蘿卜等）、支撐材料（牙
簽、吸管等)。
工具：美工刀、剪刀、尖嘴鉗、熱切割刀。
主要過(guò)程：
按照設(shè)計(jì)方案分別制作臺(tái)燈草模的底座、燈罩等部件。
2.使用牙簽、吸管等材料將臺(tái)燈的不同部件連接起來(lái)。
思考：臺(tái)燈草模能否體現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思？在方案呈現(xiàn)效果上，草模與圖紙相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？
直觀性：草模是一個(gè)三維實(shí)體，可以直觀地展示出設(shè)計(jì)的外觀和結(jié)構(gòu)，使人們更容易理解和評(píng)估設(shè)計(jì)方案。而圖紙是二維的，只能通過(guò)平面圖形來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)，無(wú)法完全展示出設(shè)計(jì)的立體感和空間關(guān)系。
交互性：草模可以進(jìn)行實(shí)際操作和觸摸，可以通過(guò)實(shí)際使用來(lái)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的功能和實(shí)用性。而圖紙只能通過(guò)觀察和想象來(lái)理解設(shè)計(jì)，無(wú)法直接進(jìn)行操作和體驗(yàn)。
靈活性：草模可以根據(jù)需要進(jìn)行修改和調(diào)整，可以更方便地進(jìn)行迭代和優(yōu)化設(shè)計(jì)。而圖紙需要重新繪制和打印，修改和調(diào)整的成本較高。
溝通性：草模可以作為一個(gè)共同的交流工具，可以讓設(shè)計(jì)師、工程師、客戶等多方參與討論和反饋，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作和溝通。而圖紙需要通過(guò)文字和圖形來(lái)傳達(dá)信息，可能存在理解和解讀的差異。 綜上所述，臺(tái)燈草模在體現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思和方案呈現(xiàn)效果上相對(duì)于圖紙具有直觀性、交互性、靈活性和溝通性等優(yōu)點(diǎn)。
概念模型：在草模的基礎(chǔ)上，概括表示產(chǎn)品的造型風(fēng)格、布局安排，以及產(chǎn)品與人、與環(huán)境的關(guān)系等，從整體上表現(xiàn)產(chǎn)品造型的概念。
結(jié)構(gòu)模型：研究產(chǎn)品造型與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，清晰表達(dá)產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)尺寸和連接方法，并用于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)等。
功能模型：研究產(chǎn)品性能以及人機(jī)關(guān)系，也用于分析、檢查設(shè)計(jì)對(duì)象各部分組件尺寸與機(jī)體的相互配合關(guān)系。
展示模型：在結(jié)構(gòu)模型和功能模型基礎(chǔ)上，用真實(shí)材料，按準(zhǔn)確尺寸，與實(shí)際產(chǎn)品形態(tài)高度相似。
知識(shí)點(diǎn)二：材料的性能與規(guī)劃
材料的性能與應(yīng)用：木材、金屬、塑料、新材料等
木材：木材質(zhì)輕，有天然的色澤和美麗的花紋，具有易于加工和涂飾、隔熱與絕緣的特點(diǎn)。由天然木材制成的作品，紋理美觀，自然淳樸。
木材廣泛應(yīng)用原因：
具有較好的強(qiáng)度性能及優(yōu)良的加工性能。材料的強(qiáng)度是指材料抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度是評(píng)定材料質(zhì)量的重要力學(xué)性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)中選用材料的主要依據(jù)之一。根據(jù)受力種類的不同，分為抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等。
【技術(shù)體驗(yàn)】不同木制材料抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)
體驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)會(huì)應(yīng)用技術(shù)試驗(yàn)的思想方法分析和比較材料特性。
問(wèn)題分析：要比較不同材料的抗彎強(qiáng)度，首先要選擇并確定測(cè)試的方法，其次要“一視同仁”，保證在對(duì)不同材料的測(cè)試過(guò)程中選材大小、測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試過(guò)程的一致性。
活動(dòng)準(zhǔn)備：材料：10mm×10mm×500mm的松木、杉木、桐木、楊木等方木各一條。工具：刻度尺、砝碼、繩。
試驗(yàn)過(guò)程：
1.如圖6—12所示，將繩子一端固定在材料中間，另一端懸掛砝碼。
2.逐漸添加砝碼，直至木條斷裂，記錄此時(shí)加載的砝碼質(zhì)量。
3.重復(fù)步驟1、2，測(cè)試其余木條。
結(jié)論：試驗(yàn)總結(jié)：以上四種材料中抗彎強(qiáng)度最好的是______________。（答案：杉木）
思考：若選用其中一種材料作為臺(tái)燈的支撐桿，還需要做哪些性能試驗(yàn)？
選擇抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)：支撐桿需要承受一定的壓力，因此需要測(cè)試材料在受壓情況下的性能。
穩(wěn)定性測(cè)試：檢查支撐桿在不同負(fù)載下的穩(wěn)定性，確保使用時(shí)不會(huì)傾倒或斷裂。
耐久性測(cè)試：評(píng)估材料長(zhǎng)時(shí)間使用后的性能保持情況，包括抗腐蝕性和抗老化性。
環(huán)境影響測(cè)試：考慮溫度、濕度等環(huán)境因素對(duì)材料性能的影響。
安全性測(cè)試：確保材料在使用過(guò)程中不會(huì)引起火災(zāi)或其他安全隱患。
木制板材可分為實(shí)木板材和人造板材。實(shí)木板材有指接板、集成板、薄木和單板等。實(shí)木材料具有各向異性的特點(diǎn)，在自然條件下具有吸濕而膨脹、解吸而收縮的特性。木材暴露在空氣中時(shí)，容易受溫度和濕度的影響，發(fā)生尺寸、形狀和強(qiáng)度的變化。導(dǎo)致變形、開裂、扭曲和翹曲等現(xiàn)象。
人造板材有密度板、刨花板、膠合板、細(xì)木工板、三聚氰胺板等。人造板材在幅面方向上的尺寸穩(wěn)定性好，較實(shí)木而言適用范圍更廣。
各向異性：亦稱”非均質(zhì)性“，是指物體的全部或部分性能隨方向的不同而各自表現(xiàn)出一定的差異的特性，即在不同的方向所測(cè)得的性能數(shù)值不同。
金屬材料
金屬材料是指由純金屬或合金構(gòu)成的材料，具有金屬光澤，有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，以及優(yōu)良的力學(xué)性能和可加工性能。
金屬材料的力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、剛度、硬度等，一般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬?gòu)?qiáng)度的指標(biāo)。
塑料
特點(diǎn)：性能優(yōu)良（質(zhì)輕，具有絕緣性、耐腐蝕性等），加工成型方便，具有裝飾性，而且價(jià)格比較低廉，
應(yīng)用：儀器、儀表、家用電器、包裝及日常生活用品等各領(lǐng)域。
種類：分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料是指在一定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化至熔融流動(dòng)，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料。熱塑性塑料受熱后可多次成型，廢料可回收再利用。熱固性塑料是指在初次成型后形狀固化下來(lái)，不能再次熱熔或軟化的塑料。在隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環(huán)境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料。
4.新材料
概念：新材料是指新出現(xiàn)的具有異性能或特殊功能的材料，或是傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料，如超導(dǎo)材料、碳纖維、石墨烯、柔性玻璃、形狀記憶合金等。
選擇和規(guī)劃材料
選擇材料時(shí)，要綜合考慮材料的性能、材料的工藝性以及材料的成本等因素。
材料的性能：材料的性能是否滿足產(chǎn)品的使用功能、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)要求等。
例：
設(shè)計(jì)微波餐具要考慮的是微波的穿透性能，優(yōu)先選擇玻璃、陶瓷和部分工程類塑料；
設(shè)計(jì)空調(diào)支架要綜合考慮材料的強(qiáng)度、工藝和成本等，優(yōu)先選用鋼材；
設(shè)計(jì)交通工具要選用強(qiáng)度性能高的鋼材。
選擇材料時(shí)，還需要考慮材料應(yīng)具有良好的加工性能，符合造型設(shè)計(jì)中成型工藝、加工工藝和表面處理的要求，優(yōu)先選擇技術(shù)難度小、工藝簡(jiǎn)單、材料利用率高，并與加工設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)的材料。
材料的成本：材料的價(jià)格和加工成本直接影響著產(chǎn)品的性價(jià)比。應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合材料的成本，優(yōu)先選用資源豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量上好的材料。
材料的規(guī)劃
一要做到料盡其用，優(yōu)材不劣用，大材不小用，長(zhǎng)材不短用；
二要充分考慮材料的顏色、花紋和光澤，外用料要選擇材質(zhì)好、紋理美觀、涂飾性能好的材料；
三要考慮材料的加工余量和損耗等因素，保證各部件的順利裝配和作品的尺寸精度。
木材在規(guī)劃配料時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
1.要預(yù)先在毛料上規(guī)劃畫線，根據(jù)產(chǎn)品所需部件的尺寸，在長(zhǎng)、寬、厚等方面都放寬，留有鋸割、刨削操作的余量。
2.盡可能避開毛料上對(duì)質(zhì)量有影響的結(jié)疤、蟲眼、彎曲、扭紋、變質(zhì)和裂縫等缺陷，做到因材使用。
3.注意木材的紋理趨向，順紋鋸割便于加工，并能提高木材的利用率。4.將沒(méi)有疵點(diǎn)、紋理美觀的一面作為正面，把有缺陷的部分放到背面。
知識(shí)點(diǎn)三：工藝的類別與選擇
1.工藝
工藝：利用工具和設(shè)備對(duì)原材料、半成品進(jìn)行技術(shù)處理，使之成為產(chǎn)品的方法和過(guò)程。
工藝的種類：加工工藝、裝配工藝、檢測(cè)工藝、表面處理工藝等。
2.木工工藝
量具與畫線：鋼卷尺、直尺、角尺、木工鉛筆、墨斗等
鋸割：手鋸、板鋸、刀具、鋼絲鋸等
刨削：平刨、槽刨等
鉆孔：鑿子、手搖鉆、電鉆等
連接：螺栓式、釘接式、榫接式、合頁(yè)連接、膠連接
表面處理：研磨機(jī)、矬子、砂紙等
3.金工工藝：劃線、鋸割、銼削、鉆孔、螺紋的加工。
劃線：鋼直尺、角尺、劃針、劃規(guī)、樣沖。
鋸割：起鋸：遠(yuǎn)起鋸，小角度，行程短，壓力小。
操作：站位和握鋸姿勢(shì)正確；推鋸加壓，回拉不加壓；
鋸程長(zhǎng)；有節(jié)奏。
銼削：操作警示：不用嘴吹切屑，不用手清除切屑。
鉆孔：臺(tái)鉆+麻花鉆頭。
操作警示：二要（要集中注意力，要戴防護(hù)眼鏡）；二不（不帶手套操作，不能用手直接扶持工件工件。）
連接：不可拆卸連接——鉚接、焊接、黏結(jié)。
可拆卸連接——螺栓螺母連接
螺紋的加工： 攻內(nèi)螺紋——絲錐、絲錐扳手
套外螺紋——板牙、板牙扳手
【題型精講】
例1 1
關(guān)于使用鋼鋸起鋸，以下說(shuō)法正確的是（ ）
起鋸角越大越好 B．起鋸時(shí)用力要大
C．起鋸時(shí)鋸割速 度要快 D． 可用拇指擋住鋸條來(lái)確定起鋸位置
【答案】D
【講解】A選項(xiàng)錯(cuò)誤，因?yàn)槠痄徑遣⒉皇窃酱笤胶谩＿^(guò)大的起鋸角可能會(huì)導(dǎo)致鋸片卡住或損壞材料。
B選項(xiàng)錯(cuò)誤，起鋸時(shí)用力要適中，過(guò)大的力量可能會(huì)使鋸條滑脫或者損壞工件。
C選項(xiàng)錯(cuò)誤，起鋸速度不宜過(guò)快，應(yīng)保持均勻和穩(wěn)定的速度，以確保切割的準(zhǔn)確性和安全性。
D選項(xiàng)正確，使用拇指擋住鋸條是一種常見的方法來(lái)確定起鋸的位置，有助于控制鋸切的起點(diǎn)和方向。
例12
主要用于研究產(chǎn)品的各種性能以及人機(jī)關(guān)系，同時(shí)也用于分析、檢查設(shè)計(jì)對(duì)象各部分組件尺寸與機(jī)體的相互配合關(guān)系，并在一定條件下用于試驗(yàn)的模型是（ ）
A.功能模型 B.概念模型 C.結(jié)構(gòu)模型 D.展示模型
【答案】C
【講解】A選項(xiàng)功能模型主要用于展示產(chǎn)品的工作原理或功能，而不是用于研究性能或人機(jī)關(guān)系。
B選項(xiàng)概念模型通常用于表達(dá)設(shè)計(jì)初期的創(chuàng)意和想法，不涉及具體的尺寸配合或?qū)嶋H試驗(yàn)。
C選項(xiàng)結(jié)構(gòu)模型是用于詳細(xì)研究產(chǎn)品的各種性能、人機(jī)關(guān)系以及組件之間的尺寸配合，適合在一定條件下進(jìn)行試驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。
D選項(xiàng)展示模型主要用于展示和演示，而非深入研究性能或進(jìn)行試驗(yàn)。
因此，正確答案是C.結(jié)構(gòu)模型。
【強(qiáng)化訓(xùn)練】
1.下列物體屬于模型的是（ )
①地球儀 ②水火箭③手機(jī)支架 ④3D打印機(jī)
①② B. ②③ C.③④ D.①④
2.小王同學(xué)要制作一木質(zhì)小書架，他根據(jù)自己畫的草圖，用泡沫XT板做了一個(gè)小書架的模型。該模型（ ）
A.不能反映書架的外形特征 B.不能反映書架實(shí)際的加工工藝
C.無(wú)法使抽象的圖樣具體化 D.無(wú)法發(fā)現(xiàn)外形設(shè)計(jì)的缺陷
3.如圖所示是一款高度可調(diào)節(jié)的電腦桌，立柱可伸縮，用緊固件固定。為了操作方便，下列緊固件中應(yīng)選用（ ）
4.下列關(guān)于模型的說(shuō)法不正確的是（ ）
A.模型也是一種技術(shù)語(yǔ)言
B.模型有制作成本高、不便于修改等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)師一般不通過(guò)模型來(lái)呈現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案
C.在設(shè)計(jì)過(guò)程的不同階段，根據(jù)不同的要求往往需要制作不同的模型
D.模型具有兩個(gè)功能：一是使設(shè)計(jì)對(duì)象具體化，二是幫助分析設(shè)計(jì)的可能性
5.小王同學(xué)在通用技術(shù)實(shí)踐課上，用3 mm厚的鋼板制作如圖所示的連接片，請(qǐng)分析連接片的加工工藝，回答以下問(wèn)題：
（1）該工藝正確的加工環(huán)節(jié)是：①劃線；②_____；③鋸割；④銼削；⑤_____(從“折彎、鉆孔”中選擇，填寫相應(yīng)的文字)。
（2）上述工藝流程中不需要用到的工具是_____、_____(①手鋸；②銼刀；③鉆頭；④螺絲刀；⑤手鉗；⑥絲錐)；
（3）上述工藝流程中需要用到的設(shè)備是_____(①砂輪機(jī)；②車床；③臺(tái)鉆)。
參考答案
1．D
【詳解】
模型通常是指按照實(shí)物的比例縮小或放大制作的復(fù)制品，用于展示、教學(xué)或研究等目的。地球儀是地球的模型，用于展示地理信息；3D打印機(jī)是一種可以制作各種模型的設(shè)備，其本身并不是模型。水火箭和手機(jī)支架雖然也可以被看作是某種形式的模型，但它們更偏向于工具或?qū)嵱梦锲罚皇怯糜谘芯炕蛘故镜哪Ｐ汀Ｒ虼耍_答案是D.①④。
2．B
【詳解】
小王同學(xué)制作的木質(zhì)小書架模型是根據(jù)草圖制作的，這樣的模型能夠反映書架的外形特征（選項(xiàng)A錯(cuò)誤），可以使抽象的圖樣具體化（選項(xiàng)C錯(cuò)誤），并且有助于發(fā)現(xiàn)外形設(shè)計(jì)的缺陷（選項(xiàng)D錯(cuò)誤）。然而，泡沫XT板材料與實(shí)際的木質(zhì)材料在加工工藝上有所不同，因此該模型不能準(zhǔn)確反映書架實(shí)際的加工工藝。
3．B
【詳解】
電腦桌的立柱可伸縮，并且需要用緊固件固定。在選擇緊固件時(shí)，應(yīng)考慮操作的方便性和安全性。蝶形螺母（wing nut）具有易于手動(dòng)旋緊和松開的特點(diǎn)，不需要工具即可操作，適用于需要經(jīng)常調(diào)節(jié)高度的場(chǎng)合。因此，蝶形螺母是適合用于這種電腦桌立柱調(diào)節(jié)的緊固件。其他類型的緊固件，如六角螺母或普通圓螺母，可能需要扳手或其他工具進(jìn)行操作，不如蝶形螺母方便。
4．B
【詳解】
A選項(xiàng)正確，模型確實(shí)可以作為一種技術(shù)語(yǔ)言，幫助設(shè)計(jì)師表達(dá)和溝通設(shè)計(jì)思想。
C選項(xiàng)正確，設(shè)計(jì)過(guò)程中確實(shí)可能需要根據(jù)不同階段和要求制作不同的模型，以便進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。
D選項(xiàng)正確，模型的確具有使設(shè)計(jì)對(duì)象具體化和幫助分析設(shè)計(jì)可能性的功能。
B選項(xiàng)不正確，雖然模型可能存在一定的制作成本和修改難度，但這并不意味著設(shè)計(jì)師通常不使用模型來(lái)呈現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。實(shí)際上，模型在設(shè)計(jì)過(guò)程中是非常有用的工具，可以幫助設(shè)計(jì)師直觀地展示和評(píng)估設(shè)計(jì)方案，尤其是在復(fù)雜或三維設(shè)計(jì)中。因此，B選項(xiàng)是不正確的。
5.
（1）②鉆孔；⑤折彎
（2）上述工藝流程中不需要用到的工具是④螺絲刀、⑥絲錐
（3）上述工藝流程中需要用到的設(shè)備是③臺(tái)鉆
【詳解】
（1）根據(jù)加工工藝的一般順序，劃線后通常需要進(jìn)行鉆孔和折彎等操作，因此正確的加工環(huán)節(jié)應(yīng)該是：①劃線；②鉆孔；③鋸割；④銼削；⑤折彎。
（2）在上述工藝流程中，手鋸用于鋸割，銼刀用于銼削，鉆頭用于鉆孔，這些都是必須使用的工具。而螺絲刀和絲錐在這個(gè)特定的工藝流程中并不需要用到，因?yàn)槁萁z刀用于擰緊或松開螺絲，絲錐用于制作內(nèi)螺紋，這些操作在連接片的加工過(guò)程中并未提及。
（3）在上述工藝流程中，臺(tái)鉆是用來(lái)進(jìn)行鉆孔操作的設(shè)備，而砂輪機(jī)主要用于磨削，車床用于金屬切削加工，這些設(shè)備在此工藝流程中并未涉及。因此，需要用到的設(shè)備是臺(tái)鉆。

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