完整版造型材料与工艺实验指导书17版.docx
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完整版造型材料与工艺实验指导书17版
造型材料与工艺
实验指导书
主撰人：
刘宝顺
审核人：
刘恒丽
天津商业大学艺术学院
二〇一八年三月
前言
1.实验总体目标
本实验课程旨在配合《造型材料与工艺》课程理论知识学习，使学生深入理解、掌握现代工业产品涉及的典型常用材料的性质、特点和加工制造工艺方法，在设计中合理有效地选择、使用材料。
通过实验加工制作，切身接触、使用材料，深入了解、体会材料及其加工工艺；通过自主设计、规划实验，提高动手能力，培养创新能力。
⒉适用专业、年级、课程及课程编号：
工业设计，三年级，造型材料与工艺，1742213017
⒊先修课程
工程图学，工程力学，金工实习，机械设计基础
⒋实验课时分配
实验项目
实验要求
实验类型
每组人数
实验
学时
实验一金属的成型工艺
必做
综合
2
4
实验二金属的加工工艺
必做
综合
2
8
实验三塑料特性与成型工艺
必做
综合
2
8
实验四木制品制作
必做
综合
2
12
⒌实验环境
本实验课程需要为每组学生分配不少于1.2平方米的工作台面，且配置公共使用的钳工工作台、砂轮机、台转、小型机床、电锯、电焊机等。
⒍实验总体要求
本实验课程在进行有人身安全危险的作业项目时，要求学生佩戴防护镜、手套、口罩等防护用具、装备。
实验前，指导教师应对学生进行安全须知教育、指导；在操作设备前，应认真学习操作流程和相关安全保护要求。
⒎本实验的重点、难点及教学方法建议
本实验的重点是让学生了解、掌握常用材料的性质及加工制造工艺，难点在于合理、有效地使用相关加工手段和工具，并理解批量工业化生产的工艺要求。
教学方法上建议指导教师结合实验项目进行相关示范操作及成品展示与评价，指导工艺要点，启发学生灵活地使用工艺方法，掌握操作技巧。
实验一金属的成型工艺
………………………………………………
3
实验二金属的加工工艺
………………………………………………
6
实验三塑料特性与成型工艺
………………………………………………
9
实验四木制品制作
………………………………………………
12
实验一金属的成型工艺
一、实验目的
通过实验使学生了解、掌握铸造工艺的一般流程、特点和要求，体会金属特有的质感和铸造成型的特点，了解模具的基本特征、要求与作用，建立工艺与精度的概念，进而理解金属零件生产制造的一般规律和特点。
通过学生自主设计、制作蜡模和铸造成型，培养学生的实践动手能力，训练学生的想象力、综合分析、解决问题能力。
鼓励学生改进工艺方法，训练学生的创新意识和能力。
二、实验内容
采用失蜡法铸造金属锡（合金）零件。
需要学生使用石蜡制作原模，然后翻制成石膏模或树脂砂模，并按照工艺要求铸造零件，经过后续修整、加工，最后完成设计的成品。
其中，涉及石蜡、石膏、树脂砂及金属锡的性质、使用等，需要讲解说明，提示学生预习有关知识。
三、实验要求
本实验采用学生自主训练为主开放模式的教学组织形式进行。
实验前，指导教师应根据实验内容和工作条件集中进行实验内容、方法、流程的讲解和示范，并在学生操作过程中，针对具体问题进行答疑和指导。
四、实验准备
实验前，学生需结合课堂理论讲授的相关金属铸造及机械加工知识进行预习准备，了解、预习所涉及的石蜡、石膏、树脂砂的性质和使用方法，了解锡（包括锡合金）的基本性质，并准备好待制作的产品零件图纸。
实验室准备蜡模、成品样件等供教师讲解、学生参考。
五、实验原理、方法和手段
失蜡法金属铸造工艺采用石蜡等易熔化材料制作零件原模，原模表面用石膏或树脂砂等包裹形成铸造模，通过熔去石蜡形成铸造型腔，然后向型腔内浇注熔化的金属，冷却后去除石膏或树脂砂即得到铸件，经修整、后加工，完成零件成品的制作。
本实验的铸造工艺原理属于重力铸造，对于一些具有自由端面特殊类型零件，可采用半敞开式铸模进行铸造。
本实验铸造工艺部分采用手工工艺完成，后续修整、加工，根据具体需要，可采用手工或机加工辅助完成。
六、实验条件
本实验使用的主要材料：
石蜡，泡沫塑料，石膏，树脂砂，锡（合金）
使用的主要工具：
手工雕刻刀，手工修整工具（什锦锉，电磨抛光工具），电炉，热风枪，熔锡锅，煮水锅，和石膏器皿
使用的主要设备：
小型车床、铣床，台钻
七、实验步骤
1.制作石蜡模型：
用石蜡块雕刻或塑胶模翻制石腊模，也可采用泡沫塑料制作原模，学生根据设计需要自主设计、制作。
2.制浇注模：
在原模表面包裹石膏或树脂砂，干燥，制成浇注模。
注意选择合理位置留出浇注口和冒口。
3.去除石蜡：
可采用热水煮或热风枪加热，熔化石蜡并从石膏模中去除，形成铸造型腔。
若使用泡沫塑料制成的原模，也可以不去除，利用铸造金属的热量使之直接熔解、气化。
4.铸造：
将熔化的金属锡从浇口注入，保证连续注入，直到注满型腔并从冒口溢出为止。
冷却后，打开石膏模，取出铸件。
5.修整、后加工：
使用工具去除浇口、冒口等多余部分，修整表面缺陷；根据需要，完成后续必要的加工。
八、思考题
1.冒口有什么作用？
为什么冒口要开设在型腔的最高点？
2.为什么型腔上部比下部容易出现铸造缺陷？
如何避免？
3.你作的铸件上有什么缺陷？
如何改进？
4.如何使铸件表面更平滑？
怎样保证铸件表面浮雕花纹更清晰、完整？
5.铸铁、铜等需高温铸造的材料在铸造工艺上会有那些特殊要求？
九、实验报告
1.实验内容：
实验目的，预习与准备的内容，制作的目标与要求（必要时附草图），自己的实验步骤规划等。
2.实验材料与工具：
实验使用的主要材料、工具、设备及用途。
3.实验流程：
记录、描述实验的主要流程、操作等。
4.结果与分析：
分析制作成品的效果与存在的问题，提出改进方案。
5.体会与感想：
说明通过实验获得的体会，自己的感想等。
一十、注意事项及其它说明
1.浇注金属锡时，要保证石膏模或树脂模干透。
操作时，要带手套、护目镜等防护用具。
2.操作机床、台钻、砂轮机等设备需要预先熟悉操作规程，了解安全事项，穿戴作业安全防护用具、装备，并在教师指导下进行。
3.电炉、熔锡锅、热风枪等高温加热工具、设备需要在指定位置操作台上操作，断电并完全冷却后方可交回。
4.熔蜡锅、和石膏器皿用后注意及时清理。
实验二金属的加工工艺
一、实验目的
本实验主要利用金属板材、线材等制作小器物，学生需结合自己的设计目标，综合使用可行的加工方法和手段完成制作。
通过实际动手实验制作，使学生切身体会、了解、掌握常用金属材料的基本性质和金属加工工艺的一般流程、特点和适用场合，体会工业化生产与手工制作的差异，建立加工精度、成本与效率等概念，为正确、合理地设计结构及选择材料提供帮助。
通过学生自主设计、选择材料和加工工艺、使用工具设备、完成制作，培养、训练学生综合运用所学知识分析、解决问题和自主学习的能力。
二、实验内容
利用实验室准备的金属板材、线材、管材等，及学生自己找到的金属材料，结合实验室提供的基本加工设备和工具，自主设计、选材、规划加工工艺，完成一件金属材料为主的小器物制作。
学生需要结合制作目标，合理选择材料，综合使用加工手段，完成制作。
开始制作前，需要指导教师对实验室提供的设备、工具及主要加工手段进行介绍、说明，并提示学生预习有关知识。
三、实验要求
本实验采用学生自主训练为主开放模式的教学组织形式进行。
实验前，指导教师应根据实验内容和工作条件集中进行相关设备、工艺、方法及操作流程的讲解和示范，并在学生制作及操作过程中，针对具体问题进行答疑和指导。
四、实验准备
实验制作前，学生需结合课堂理论讲授的相关金属材料及加工知识进行预习准备，了解、预习所使用的金属材料的性质，了解金属加工主要工艺方法，并准备好待制作的产品零件图纸。
实验室可准备一些金属产品样件等供教师讲解、学生参考。
五、实验原理、方法和手段
工业化生产金属零件及产品已经形成一套庞大、完整的工艺装备、手段和流程的加工制造体系，包括铸、锻、焊、机加工及加工装配生产线等。
本实验以小金属器物制作为目标对象，主要通过钳工工艺完成，需要时，可使用车、铣等简单工艺辅助完成制作。
根据学生的实验设计需要，本实验可能涉及金属的手工锻打和焊接、铆接工艺，以及退火、淬火等热处理工艺。
六、实验条件
本实验使用的主要材料：
金属板材、线材、管材，包括各种常见钢、铜、黄铜、铝等
使用的主要工具：
通用钳工工具（包括锉刀、錾、锯及电磨头等），台虎钳，砂轮机，角磨机，砧铁，电炉
使用的主要设备：
小型车床、铣床，台钻、电焊机
七、实验步骤
本实验由学生自主选题、选择材料和规划工艺路线，完成一件金属小器物的制作。
不同的制作内容可能使用的工艺方法和制作流程会有较大差异，通常涉及到的典型制作工艺罗列如下：
1.金属板料切割、下料。
在金属板上划出零件轮廓线，注意留有足够余量；将金属板料采用合适方式固定，如夹在台虎钳上；使用钢锯、铁剪或角磨机等工具沿划线切割。
2.制作金属丝圆圈。
利用一根与待制作圆圈内径大小相同的管子和圆棒料（可以是任何材质）作为芯轴，将金属丝紧密缠绕在芯轴上；用钢锯沿密绕的金属丝螺旋轴向切开；修整切开的金属环。
3.金属板零件整形。
将按照零件轮廓预切好的料坯夹在台钳上，使用锉刀修整形状；使用砂轮机或砂带机修磨零件，达到设计的形状。
4.机械加工。
在小型车床、铣床上，根据需要完成对零件的车削或铣削加工。
5.金属锻打成型。
钢铁、紫铜、铝合金等材料可采用加热至一定温度后，用锤子在砧铁上锻打成型，容易塑性变形的材料也可在常温下锻打成型。
注意不同材料的加热温度不同，钢铁热锻打后起到退火作用，需通过热处理工艺恢复硬度。
6.金属的焊接。
使用小型电焊机进行金属零件的焊接。
7.铆接。
在需要铆接处预先制好铆钉孔，然后将合适长度的铆钉放入孔中，将待铆零件放在砧铁上，用锤子敲打铆钉头完成铆接
8.制品表面刻花、刻字。
在制品表面绘制图样，使用电磨工具，用合金刻刀头在金属表面手工刻制，或在计算机上绘制图样，输出为适当格式，使用激光雕刻机完成刻制加工。
八、思考题
1.工业化批量生产与手工单件制作在加工制造工艺上有哪些不同？
2.金属板或金属丝需要平整或调直时，如何保护表面？
3.金属锉刀、钢锯条是什么材料制成的？
有哪些特性？
4.用什么加工工艺容易保证刀具的刃口坡面平整、美观？
手工开刃时你用什么方法？
5.结合自己的制作，总结设计图纸的作用。
九、实验报告
1.实验内容：
实验目的，预习与准备的内容，制作的目标与要求（附草图），实验步骤规划等。
2.实验材料与工具：
实验使用的主要材料、工具、设备及用途。
3.实验流程：
记录、描述实验的主要流程、步骤、操作和结果等。
4.结果与分析：
分析制作成品的效果与存在的问题，提出改进方案。
5.体会与感想：
说明通过实验获得的体会，自己的感想等。
十、注意事项及其它说明
1.实验操作时，要带手套、护目镜等防护用具。
2.操作机床、台钻、砂轮机及电焊机等设备需要预先熟悉操作规程，了解安全事项，穿戴作业安全防护用具、装备，并在教师指导下进行。
3.制作过程产生的边角废料、金属屑要及时清理。
4.不允许使用对环境、设备、工具有破坏的方法和手段进行操作，如喷漆、在非工作台面敲打锤砸及非正常实用工具等。
实验三塑料特性与成型工艺
一、实验目的
本实验为常用塑料特性及成型工艺认识、理解的综合性试验。
通过实验使学生了解、掌握常用塑料的基本特点、用途，体会塑料特有的质感，了解塑料成型加工的工艺方法和适用范围，理解工业化生产的方式与特点，了解塑料零件生产制造主要方法。
通过学生自主设计、规划制作工艺流程，培养学生的实践动手能力，训练学生的想象力、综合分析、解决问题能力，培养学生的创新意识和能力。
二、实验内容
收集几种塑料样品，辨识种类，整理各自的特点、用途和相关加工工艺；使用实验室提供的塑料材料或自己收集的废弃塑料，制作一件小产品。
完成实验制作，需要学生使用热塑成型、粘接组装、表面修饰等主要工艺方法和手段，并利用实验室能够提供的工具、设备和材料，在教师指导下，自主进行设计、操作。
三、实验要求
本实验采用学生自主训练为主开放模式的教学组织形式进行。
实验前，指导教师应根据实验内容和工作条件集中进行实验内容、方法、流程的讲解和示范，介绍相关工具、设备的使用方法和要求，并在学生操作过程中，针对具体问题进行答疑和指导。
四、实验准备
实验前，学生需结合课堂讲授的塑料材料性质、成型工艺方法等知识进行预习准备，了解、熟悉实验涉及的材料、工具、设备等的使用方法与要求，准备好待制作的产品零件图纸和自己收集的塑料材料。
实验室准合适的制成品样件等供教师讲解、学生参考。
五、实验原理、方法和手段
利用热塑性塑料加热到软化温度可塑形的特点，自主设计、搭建实验成型平台、辅具及手段，经修整、后加工，完成制作。
利用塑料热合性或使用溶剂、粘合剂，进行拼接、组装。
本实验以手工工具和方法为主，进行加工、修整，根据具体需要，部分可采用机加工和激光雕刻辅助完成。
六、实验条件
本实验使用的主要材料：
塑料板（聚氯乙烯、亚克力），PVC塑料管，废弃饮料瓶、塑料薄膜，粘合剂
使用的主要工具：
勾刀，刮刀，电动手工修整工具，热风枪，手锯、剪刀等
使用的主要设备：
小型铣床，台钻，激光雕刻机，电热折弯机
七、实验步骤
本实验由学生自主设计、规划流程、完成制作，制作过程中，通常涉及到的操作工艺和制作方法有如下几种：
1.切割、下料：
塑料板下料时，首先依据设计图纸在塑料板表面放样、划线，然后用勾刀或手锯沿划线轮廓进行切割，薄板用勾刀便捷，厚板用手锯效率更高；塑料管下料时，也是依据设计图纸在塑料板表面放样、划线，然后用手锯沿划线轮廓进行切割；塑料薄膜划线后用剪刀进行切割；复杂形状、精度要求高的板料下料时，用计算机软件绘制图形，使用激光雕刻机完成切割。
2.热塑成型：
曲面成型时，首先制作成型胎具，可用木材、石膏等材料制作；将塑料用热风枪加热至塑料软化温度，然后在胎具上定型完成曲面成型。
塑料板折直弯时，首先在折弯处做标记或划线，然后在电热折弯机上将塑料对准划线位置，加热折弯处至软化温度，取下塑料并弯折至预定角度，保持位置直至定型。
3.粘接、组装：
沿零件结合处涂粘合剂，或用电机热熔化结合部位，干固后打磨、修整表面，完成拼接或组装。
若用机械法连接、组装，首先在零件连接处预制孔，然后插入拉铆钉，用拉铆枪铆接。
4.装饰、修整：
使用刮刀、锉刀、砂纸、抛光工具等完成局部修整；用电磨头手工雕刻工具或激光雕刻机进行装饰纹路、图案雕刻。
八、思考题
1.加热塑料时，塑料表面起泡是什么原因？
如何避免？
2.如何在制作时避免塑料表面划痕？
出现划痕如何修补？
3.比较手工曲面成型与吸塑成型的异同，分析吸塑成型的优缺点。
4.对废塑料的处理问题，你有哪些建议？
5.工业化生产使用的工艺方法有哪些特点？
九、实验报告
1.实验内容：
实验目的，预习与准备的内容，制作的目标与要求（附草图），自己的实验步骤规划等。
2.实验材料与工具：
实验使用的主要材料、工具、设备及用途。
3.实验流程：
记录、描述实验的主要流程、操作等。
4.结果与分析：
分析制作成品的效果与存在的问题，提出改进方案。
5.体会与感想：
说明通过实验获得的体会，自己的感想等。
十、注意事项及其它说明
1.某些溶剂粘合剂有不同程度的毒性，使用时注意，预防过敏。
2.操作机床、台钻、砂轮机等设备需要预先熟悉操作规程，了解安全事项，穿戴作业安全防护用具、装备，并在教师指导下进行。
3.电加热折弯机、热风枪等高温加热工具、设备需要在指定位置操作台上操作，断电并完全冷却后方可交回。
实验四木制品制作
一、实验目的
通过实验使学生了解、掌握常见木材的基本性质、特点及木材加工工艺的一般流程、特点和要求，体会木材特有的质感和特征。
了解木制品结构，了解工业化木器生产规范，理解现代木制品生产制造的特点。
通过学生自主设计、选材、加工及组装实际，培养学生的实践动手能力，训练学生的想象力、综合分析、解决问题的能力。
鼓励学生创新材料应用形式、改进工艺方法，训练学生的创新能力。
二、实验内容
采用典型木工工艺，包括锯、刨、凿及雕刻等，借助传统木工工具和现代电动木工工具，自主设计、制造一件木器或木制品模型。
实验需要学生学习、掌握典型木制结构，掌握基本木工工具的使用方法和技术，从设计方案图、下料图到选料、下料、构件加工、组装，完成设计的目标。
三、实验要求
本实验采用学生自主训练为主，开放模式的教学组织形式进行。
实验前，指导教师应根据实验内容和工作条件集中进行实验内容、方法、流程的讲解和示范，并在学生操作过程中，针对具体问题进行答疑和指导。
在学生开始进行制作前，应将准备好的产品设计方案和工艺流程与指导教师交流、讨论、确认，接受指导和帮助建议。
四、实验准备
实验前，学生需结合课堂理论讲授的相关木材知识及加工工艺方法进行预习准备，了解、预习实验使用的木材（包括原木和加工木材）的性质和特点，了解实验室提供的木工工具及其使用方法，并准备好待制作的产品图纸。
实验室准备具有典型结构特点的木制成品样件供教师讲解、学生参考。
五、实验原理、方法和手段
榫卯连接结构是中国传统木工制品的经典工艺范例，在相互连接构件对应部分分别制成形状契合的榫和卯，插接形成稳定的结构，进而组装成形态各异、千变万化、美观使用的各式木制品。
构件组装方法是木制品生产制作的关键工艺。
现代工业化生产，为提高功效、方便组装、降低成本，多采用金属五金件连接制造家具。
五金件制成标准化、系列化零件，木制构件上简单制作出安装五金件的孔洞，即可便捷地实现安装、拆卸，也使得木构件结构和加工工艺大为简化。
本实验主要采用手工加工工艺制作，工具可采用传统木工工具或电动木工工具。
后续修整、加工，根据具体需要，使用相应的工艺手段实现，如雕刻、打磨、抛光、刷漆等。
六、实验条件
本实验使用的主要材料：
原木板料，木方，胶合板，大芯板，纤维板，木钉，木螺丝，家具五金连接件，白乳胶
使用的主要工具：
手工木工工具（锯、刨、凿），电动木工刨，木工雕刻刀，木锉，直角尺，电动打磨工具，气动射钉枪，组合工具
使用的主要设备：
电锯，木工车床、小型铣床，台钻
七、实验步骤
本实验由学生自主规划设计，根据制作目的及采用工艺的方法，可能各自涉及的实验手段及步骤不一致。
总体上，本实验使用的工艺步骤主要包括以下几种：
1.选料：
根据学生自己规划的目标和加工方法，预先绘制构件图纸，结合实验室具备的材料情况，选择合适的木料种类和尺寸，注意木材纹理方向。
2.下料：
按照构件图纸及选料情况，在木材上画线标识位置，然后使用电锯或木工锯切割至适合尺寸，注意留出加工余量。
3.刨削：
将代加工木料固定在工作台上，使用木工刨或电动木工刨在木材表面顺木材纹理方向进行刨削至设计尺寸。
粗刨使用较大刨刃伸出量，以提高加工效率；精刨用较小刨刃伸出量，保证平整度和表面平滑度。
4.作榫卯：
对应构建连接部位，用铅笔、尺规画出榫卯加工轮廓位置线，然后用木工凿、锯、钻等工具加工榫卯。
榫卯粗加工可用木工锯、电钻完成，精加工用木工凿完成。
工具使用方法和技巧由指导教师示范并指导学习。
5.组装：
榫卯结构制品，需预先进行试装、修整，然后依次安装各榫卯构件，必要时打入楔子加固。
五金件连接产品组装时，先在连接位置安装预埋件，然后，依次对接各组件，并紧固五金件，最后调整整体形状、尺寸，固定后，完成组装。
6.雕刻：
在雕刻部位画好轮廓线，使用木工雕刻刀由浅入深进行雕刻，先刻出轮廓，然后在各局部位置精修，必要时，用锉刀、砂纸打磨。
7.修整、后加工：
根据制作要求，进行表面修饰，如绘画、打蜡、刷漆等。
八、思考题
1.木材质地（如密度、硬度）对榫卯结构有哪些影响？
如何解决？
2.使用五金件连接，对构件质地有什么要求？
3.逆木材纹理方向刨削有什么影响？
4.如何使木制品连构件接处表面更平滑、美观？
5.如何避免木材出现开裂现象？
九、实验报告
1.实验内容：
实验目的，预习与准备的内容，制作的目标与要求（必要时附草图），自己的实验步骤规划等。
2.实验材料与工具：
实验使用的主要材料、工具、设备及用途。
3.实验流程：
结合自己的制作，记录、描述实验的主要流程、操作等。
4.结果与分析：
分析制作成品的效果与存在的问题，提出改进方案。
5.体会与感想：
说明通过实验获得的体会，自己的感想等。
一十、注意事项及其它说明
1.操作电动工具、台钻等设备，需要预先熟悉操作规程，了解安全事项，穿戴作业安全防护用具、装备，并在教师指导下进行。
2.注意保护各种木工工具刃口，使用完工具，放回工具箱。
3.及时清理废料、木屑、锯末等垃圾。
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