泡沫切割机是一种用于切割泡沫材料的机械装置。泡沫是一种聚氨酯材料, 通过各种化学药剂在发泡车间经过发泡机产生化学反应而形成。未经裁切的泡沫呈长方体, 需要通过切割车间的泡沫切割机将其切割成规定形状, 以便于运输, 贮存及日后加工。泡沫切割机多为全自动控制, 它装有薄而锋利的环形带状刀片, 飞轮带动刀片作高速环形运动, 由两者组成的刀架由上至下完成切割动作, 使得切出的矩形泡沫体横截面呈正整矩形。泡沫切割机可以分类为立式切割机、水平切割机、连续薄片切割机、工旋转型辊异形材成型机、压缩变形异型材成型机、仿形切割装备、垫肩专用切割机、角槽切割机、异形修边机械等。
按照功能划分模块, 可以将泡沫切割机分为框架模块 (立柱与横梁) 、刀架模块、工作台模块。框架按结构形式分为单立柱框架和双立柱框架, 双立柱框架由立柱和横梁组成, 下面分别以立柱和横梁为研究对象进行分析。
受力状态:弯曲和扭转载荷, 处于悬臂工作状态。
功能:支撑连接其他部件。
造型分析:图1所示切割机立柱由于承受载荷大, 造型以长方体为主, 伸缩式保护罩丰富了其立面的造型, 色彩以灰色为主, 另有绿色、黄色等颜色, 立柱底部各侧大多有加强筋。
常用材料分析:铸铁、型钢等。
工艺方法:铸造、焊接等, 表面喷涂处理。
人机特点:安装部件, 应该与人体尺度相适应。
传统设计存在的问题:整体造型呆板冷漠, 形体转折处生硬, 缺少细节, 表面处理工艺粗糙。
受力状态:它与立柱接触的长度一般不大, 因而可以看做是两点的简支梁, 承受着复杂的空间载荷;既有两个方向的弯矩, 又有扭矩。
功能:支撑连接其他部件。
结构分析:图2横梁内部没有传动装置, 有加强肋板, 增强横梁的刚度, 两端通过焊接或螺栓连接的方式与立柱连接。
造型分析:由于功能特点的制约, 在造型上以长方体为主, 横梁的正立面设有文字, 例如厂标、联系电话、产品型号等。
常用材料:型钢、钢板、铸铁等。
工艺方法:焊接、铸造, 表面涂料装饰。
人机特点:安装部件。
功能:固定工件。
结构分析:按工作方式分有平移式工作台、固定式工作台和回转式工作台, 其中平移式工作台装有传动装置, 通过电动机带动丝杠旋转, 丝杠又通过丝杠螺母带动工作台沿着机座的导轨运动;造型分析:平移式工作台造型以长方体为主, 色彩以灰色为主, 整体感觉笨重。
常用材料:铸铁、钢板。
工艺方法:铸造、冲压, 表面处理为喷涂工艺。
人机分析:没有安全防护装置的设计, 取放工件过程中容易对人造成伤害, 对工作台造成损坏。
造型重点:根据立柱的功能特点和结构要求, 在长方体形态的基础之上, 加强造型的形体变化;整体造型应以细节设计为主, 加强对形体转折处和连接处的设计, 包括棱边的设计、立柱顶部与横梁的连接处的设计、立柱底部与设备固定基础的连接处的设计;工艺方面要加强对金属部分的肌理质感表现, 突出与黑色ABS的质感对比;电动机外罩的设计;立柱形体比例的设计及色彩选择。
造型重点:根据横梁的结构特点及所处位置, 突出其形态正立面的丰富性;加强对厂标的设计、工艺设计及其位置的设计;
造型方案:常用的线型装饰方法有明线装饰、暗线装饰两种。明线装饰采用与主体造型不相同的材料、色质的立体装饰条贴在装饰表面, 起到纯装饰作用;暗线装饰是在造型主体上作出凸线或凹沟, 形成装饰的线型, 而且色彩也完全与主体色一致, 是利用凸凹的光线阴影形成亮线或暗线的装饰效果。可在产品外观材料上直接加工成型, 省时省工省料。使人感到造型简洁、素雅、协调富有立体感, 而且由光影效果形成的色彩变化具有自然、和谐的层次感。这种暗线装饰可以吸收零部件互配的线型精度, 给人以衔接工整的视觉效果。如图1位横梁的造型模块。
工作台是泡沫切割机用来固定与进给工件的构件, 有平移式工作台、回转式工作台和固定式工作台。就平移式工作台和回转式工作台而言, 其形态的重点是工作台形态心理运动倾向信息的表现和传达, 如与运动形式 (旋转、移动) 、运动方向 (水平、环绕) 和运动空间 (静态、动态尺度等) 等, 所以, 根据形态的心理运动倾向规律, 采用不同线形、不同几何形态构成与工作台运动信息相对应的形态, 如用水平波动的曲线形态对应水平方向的位移与传动;用特定形态标识圆心与半径, 以确定旋转机构运动的空间范围, 以平移式工作台为例建立工作台模块, 如图2所示。
泡沫切割机刀架的功能是完成对工件的加工, 其形态的设计重点是刀具外罩的设计, 其语义要表达出运动形式 (旋转、移动) 、运动方向 (水平、环绕) 和运动空间 (静态、动态尺度等) 等, 比如切割泡沫的刀带, 主要是在高速旋转的飞轮带动下作水平方向的高速平移, 因此其外罩的形态一般用直线或近似直线的形态来表达高速平移的功能语义, 图3是泡沫切割机刀架的造型模块。
将框架造型模块、刀架造型模块和工作台造型模块组合成产品, 如图4所示。
为了更便于对泡沫切割机造型进行模块设计, 将不同框架造型模块、刀架造型模块、工作台造型模块设计方案进行筛选与分类, 进而建立一个泡沫切割机造型模块库, 如表1所示, 表格的左边是各个部分模块的名称, 右边给出的是一部分符合泡沫切割机结构功能的可能的模块设计方案。设计者可以根据造型和色彩方案的合理搭配, 将不同的造型模块相互组合成产品, 进而形成不同风格的产品, 如表2所示。
泡沫切割机的造型可以分解成为几个互相关联的模块来进行设计, 将每个模块所包含的机构零件进行受力与结构的分析, 结合各自的功能与工艺, 考虑人机工程的因素, 包括一些转折、连接, 以及表面处理等局部细节, 进而得出造型方案, 最终将每个模块的设计加以整合, 形成一个整体的设计方案。模块设计的优点在于它能将一个复杂的机器按照功能进行理性的解构, 从而科学地简化了设计过程, 并且将每个模块的设计方案规范化、系统化, 并建立一套方案库来进行对比与分析, 以便更好地完善设计与设计方案评估。
摘要：以现有的切割机造型为基础, 以满足现代泡沫切割设备造型设计需求为目标, 考虑美学、功能、人机等因素, 在造型设计上引用了模块这种独特方式将泡沫切割机分解成为几个相互关联且相对独立的部分, 根据各自不同的结构与功能进行造型设计。充分考虑到色彩与人机交互对实际操作的影响, 遵循在保证安全、功能完备与操作人性化的原则基础上, 进行设计创新。根据模块设计的相对独立性与整体性, 在进行各个模块的分别设计之后, 将每个模块的系列方案进行分类与归纳, 进而建立一个造型模块库, 以便于展开方案的对比、评估与完善等工作, 供有关设计人员参考。
关键词：泡沫切割机,造型,模块,设计
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