9 клас. Тема 2. Проєктування, виготовлення та декорування виробу.

 1 семестр

Тема 2

Тема 2. Проєктування, виготовлення та декорування виробу

Заняття 1. Проєктування виробу

Технологічний процес виготовлення виробів часто передбачає  використання не тільки інструментів, а й різноманітних пристосувань, які дають можливість швидко виконати технологічну операцію швидко та якісно. Деякі універсальні пристосування можна придбати. Однак, для виконання специфічних робіт у майстерні вони можуть не підійти, тому їх слід виготовити самостійно. Пристосування можна виготовити з різних конструкційних матеріалів. Найбільш доступною та дешевою є деревина, з якої можна виготовити значну частину пристосувань. Пристосування з деревини різної конструкції використовують переважно у деревообробці для: розмічання, пиляння, стругання, свердління, складання тощо.

Для складання  виробів з деревини за допомогою клею або для фіксації під час  складання з використанням шурупів використовують різного типу струбцини.

Макетування — це процес створення об'ємної моделі (макета) майбутнього виробу, споруди чи механізму з доступних матеріалів для перевірки його форми, пропорцій, ергономіки та функціональності перед початком серійного виробництва.

Макет дозволяє розробникам оцінити зовнішній вигляд виробу, виявити помилки в конструкції та внести зміни ще на етапі проектування, що значно економить час і кошти.

Навіщо потрібне макетування:

- візуалізація: перенесення ідеї з 2D-креслення або 3D-моделі у реальний об'єм;

- перевірка пропорцій: оцінка зручності користування (ергономіки) та естетики;

- тестування: випробування складання деталей та взаємодії рухомих елементів.

У сучасному виробництві макетування є обов'язковим етапом технологічної підготовки, де традиційні ручні прийоми поєднуються із цифровими технологіями.

Макет із картону або фанери струбцини виготовляють щоб перевірити геометрію та максимальний виліт губок струбцини. Перевіряють: Чи достатньо місця для охоплення деталей потрібного розміру, чи зручно тримати інструмент у руці.

Ідеальний об'єкт (або ідеальна система) — це поняття, яке позначає технічну систему, якої фізично не існує, але її функція виконується повністю, якісно та без жодних витрат чи негативних наслідків.

Головне правило розробника при прагненні до ідеального об'єкта: найкраща деталь — це та, якої немає, але її робота робиться.

При проектуванні "ідеальної" струбцини кожна додаткова деталь збільшує її вагу, ціну та ризик поломки. Прагнення до ідеальності демонструє, як позбавитися зайвих вузлів, зберігаючи чи покращуючи функцію затискання.

Наприклад, відмова від гвинта (принцип важеля): проблема класичної струбцини: гвинтовий механізм довго закручувати, він важкий і забруднюється тирсою чи клеєм.

Наближення до ідеалу: швидкозатискна важільна струбцина або ексцентриковий затискач. Функція стискання виконується миттєвим натисканням важеля — різьбовий елемент повністю виключено з системи.

Для досягнення кращих показників виробу формують систему критеріїв.

Струбцина з деревини має відповідати наступним критеріям:

- функціональність

- безпечність

- технологічність

- простота конструкції

- економність

- екологічність

- естетичність

- ергономічність.

У художньому конструюванні майже постійно застосовуються різні форми живої природи. Їх застосування спирається на дослідження такої галузі науки, як біоніка, а робота, що виконується під час художнього конструювання, спираючись на біоніку, називається біодизайном.

В технічних зразках біоформи найчастіше прослідковуються у вигляді плавних та округлих ліній або перенесенні певних ознак біологічної моделі-аналогу на технічний зразок.

Вивчення досконалості природних форм - передумова до доскона­лості промислових зразків та високої організації об'ємно-просторової структури. Беручи від природи зразок майбутньої конструкції, ми в такий спосіб забезпечуємо надійність, економічність, гармонійність краси та естетичний вигляд майбутнього продукту.

Де використовується біоніка:

- архітектура;

- технічні системи (радар, штучний інтелект);

- технічні біоформи (літаки, підводні човни);

- художні біоформи (художнє конструювання декоративних виробів).

Метод функціональних аналогій — це евристичний метод пошуку нових технічних рішень, в основі якого лежить перенесення принципу дії (функції) з одного об'єкта (найчастіше біологічного або з іншої галузі техніки) на об'єкт, який проектується.

На відміну від простого копіювання зовнішнього вигляду (формальної аналогії), цей метод орієнтується саме на запитання: «Який механізм чи процес забезпечує виконання потрібної функції в природі чи суміжній галузі?»

Види аналогій у проектуванні

Пряма (біологічна) аналогія: використання принципів функціонування живих організмів (наприклад, будова суглоба птаха для створення робототехнічного маніпулятора).

Символічна (метафорична) аналогія: використання коротких образних порівнянь для опису суті проблеми (наприклад, «рідка стіна» для розробки гнучких захисних загороджень).

Фантастична аналогія: уявне залучення нереальних істот чи процесів для виконання функції, що допомагає зняти психологічні бар'єри у розробника (наприклад, «якби мікроскопічні гномики стискали деталь з усіх боків»).

____________

Заняття 2. Конструювання виробу

Стандарт - це документ, розроблений на основі домовленості і затверджений визнаним органом, у якому встановлю­ються правила використання, за­гальні принципи або характеристики і котрий спрямований на досягнення оптимального ступеня упорядкування в певній галузі. 

Кресленик — графічний конструкторський документ, виконаний відповідно стандарту, що містить зображення виробу, визначає його конструкцію та містить дані, згідно з якими розробляють, виготовляють, контролюють, монтують, експлуатують та ремонтують виріб.

Ескізом називають виконаний від руки кресленик  без масштабу, але з дотриманням пропорцій для тимчасового користування, що містить зображення деталі та всі дані, потрібні для її виготовлення.

Технічний рисунок - це наочне, тривимірне зображення предмета, яке виконується від руки з метою з'ясування форми та конструкції виробу.

Найчастіше виконують кресленик або ескіз однієї деталі.

Деталь — виріб, що його виготовляють із матеріалу одної марки, не виконуючи складальних операцій.

Іноді через наявність на поверхні предмета заглибин, виступів, пазів та інших конструктивних особливостей виникає необхідність виконувати на кресленні додаткову проєкцію, яка може бути малозрозумілою. Тому предмет умовно розрізають уявною площиною в тому місці, де необхідно виявити його форму - перерізають.

Зображення фігури, утвореної уявним пере­різуванням предмета січною площиною, називають перерізом. 

Перерізи найчастіше застосовують для того, щоб показати поперечну форму предметів та форму отворів, заглибин, вирізів на поверхнях округлих деталей тощо. На перерізі показують тільки те, що є у січній площині. Усе, що міститься перед цією площиною і поза нею, вважається уявно видаленим.

Внутрішню будову складного предмета можна показати за допомогою штрихової лінії. Але в багатьох випадках кількість ліній буде великою і зображення буде важким для розуміння. Для роз’яснення внутрішньої будови, поряд з перерізом, використовують розріз.

Розріз утворюється аналогічно до перерізу. Проте розріз включає в себе переріз та зображення деталі поза січною площиною. В розрізі можна показати не лише фігуру перерізу, а й з’ясувати елементи деталі, що знаходиться за січною площиною. При виконанні розрізів січна площина відносно горизон­тальної площини проекцій може займати вертикальне, гори­зонтальне чи похиле положення. 

Щоб скласти виріб з окремих деталей або уявити його будову, потрібне інший кресленик — його нази­вають складальним. На складальному кресленику виріб зобра­жують у складеному вигляді з усіма деталями, що до нього входять. Відомості про кожну деталь (її назва, кількість у виробі, матеріал деталі) заносять у спеці­альну таблицю, яку називають специфікацією. Щоб скласти специфікацію, кожній деталі призначають порядковий номер, який проставляють на поличках ліній-виносок.

Позиції показують на тих зображеннях, на яких відповідні складові частини проєціюються як видимі, — як правило, на основних виглядах чи розрізах.

Конструювання на комп’ютері (CAD/CAM/CAE) — це процес проектування, моделювання та розробки виробів чи споруд за допомогою спеціального програмного забезпечення. Воно замінює класичне креслення на папері створенням точних цифрових 3D-моделей та автоматизованим оформленням технічної документації.

Переваги перед традиційним конструюванням:

- точність та швидкість: Помилки розмірів виявляються автоматично під час збирання 3D-моделі;

- параметричність: При зміні одного розміру програма автоматично перебудовує суміжні деталі та креслення;

- швидке прототипування: Готову модель можна одразу відправити на 3D-принтер чи лазерний різак для макетування.

___________

Заняття 3. Конструкційні матеріали

Конструкційні матеріали — це матеріали, які призначені для виготовлення деталей конструкцій, споруд, машин та механізмів, що сприймають силові навантаження. 

За походженням та способом отримання їх поділяють на природні, штучні та синтетичні.

1. Природні матеріали

Особливості: екологічні, мають унікальну текстуру та властивості, проте їхні характеристики залежать від умов формування у природі (наприклад, наявність сучків у деревині чи мікротріщин у камені).

Виробництво в Україні: видобуток граніту, базальту та габро становить значний обсяг будівельної сировини. Деревина (сосна, дуб, бук) активно заготовлюється та піддається первинній і вторинній обробці на лісопильних та меблевих підприємствах. 

Деревообробка: Карпати, Полісся. Каменевидобуток: Житомирська (граніти, габро), Вінницька та Запорізька області.

2. Штучні матеріали

Особливості: отримуються в результаті випалювання, сплавлення або хімічних реакцій вихідних компонентів. Мають прогнозовані та однорідні міцнісні характеристики.

Виробництво в Україні: належить до базових галузей промисловості. Україна є потужним виробником чорної металургії (виплавка сталі та чавуну), а також має розгалужену мережу цементних та цегельних заводів, що забезпечують будівельний сектор.

Металургія: Кривий Ріг, Запоріжжя, Кам'янське. Цемент/Цегла: Кам'янець-Подільський, Миколаїв (Львівщина), Здолбунів.

3. Синтетичні матеріали

Особливості: створюються на основі високомолекулярних сполук (полімерів). Вони легкі, стійкі до корозії, мають високу питому міцність та легко піддаються формуванню.

Виробництво в Україні: включає виготовлення полімерних труб, пакувальних та будівельних матеріалів (профілі для вікон, ізоляція). Також розвивається виробництво сучасних композитних матеріалів (склопластику та вуглепластику) для суднобудування, машинобудування та оборонного сектору.

Хімічна промисловість: Рівне, Кременчук, Дніпро. Композити: Київ, Харків, Дніпро.

Композиційними матеріалами або композитами називаються багатокомпонентні матеріали, що утворюються об’ємним поєднанням основи (матриці) з наповнювачами (армуючими матеріалами).

Матриця може бути металевою, полімерною, керамічною. Армуючими компонентами є різноманітні волокна, стружка, прутки тощо. У результаті суміщення армуючих компонентів і матриці композити набувають таких властивостей, які не притаманні їхнім компонентам.

 Композиційні матеріали на основі деревини

ДВП – композиційний конструкційний матеріал з матрицею на основі полімерних смол та волокон деревини як армуючого компонента. Використовується в меблевому виробництві.

ДСП – композиційний конструкційний матеріал на основі полімерних смол та дерев’яної стружки різного розміру як армуючих компонентів. Використовується в меблевому виробництві та в будівництві.

MDF – композиційний конструкційний матеріал на основі природної речовини лігніну та армуючих волокон деревини.  Використовується в меблевому виробництві переважно для фасадних деталей.

OSB – композиційний конструкційний матеріал на основі полімерних смол та певним чином розташованої довгомірної стружки. Використовується в будівництві.

___________

Заняття 4. Базові  технології  обробки конструкційних матеріалів

1. Організаційно-підготовчий етап

1.1 Обґрунтування проєкту

Технологічний процес виготовлення виробів часто передбачає  використання не тільки інструментів, а й різноманітних пристосувань, які дають можливість швидко виконати технологічну операцію швидко та якісно. Деякі універсальні пристосування можна придбати. Однак, для виконання специфічних робіт у майстерні вони можуть не підійти, тому їх слід виготовити самостійно. Пристосування можна виготовити з різних конструкційних матеріалів. Найбільш доступною та дешевою є деревина, з якої можна виготовити значну частину пристосувань. Пристосування з деревини різної конструкції використовують переважно у деревообробці для: розмічання, пиляння, стругання, свердління, складання тощо.

Для складання  виробів з деревини за допомогою клею або для фіксації під час  складання з використанням шурупів використовують різного типу струбцини.

1.2 Вимоги до виробу

Струбцина з деревини має відповідати наступним вимогам:

- функціональність

- безпечність

- технологічність

- простота конструкції

- економність

- екологічність

- естетичність

- ергономічність.

1.3 Банк ідей

2. Конструкторський етап

Розміри кожного виробу будуть залежати від розмірів заготовок, які у кожного будуть відрізнятися. Окремі частина деталей будуть незмінні.

Особливістю біодизайну є округлі форми, то бажано надати перевагу округленості форм в тих місцях, які не пов’язані з функціональністю виробу. Крім того округлі форми є більш ергономічними та безпечними.

Спочатку зміни олівцем можна виконати безпосередньо на креслениках, потім виконати ескізи у зошиті.

Оберіть деталі відповідно до свого виробу, який отримали від учителя

9-Г

Кресленики деталей виробу. Варіант 1

Складальний кресленик

Кресленики деталей виробу. Варіант 4

Складальний кресленик

_____________

9-В

Кресленик  виробу стяжки ексцентрикової

_______

Заняття 5. Технологічний процес виготовлення виробу

3. Технологічний етап

Технологічний процес — це послідовність операцій, які виконують для перетворення матеріалів на готовий виріб.

У проєктній діяльності технологічний процес виконують у технологічному етапі, а підготовка відбувається в підготовчому та конструкторському етапах. Для технологічного процесу використовують технологічні картки.

Технологічна карта виробу — це основний документ, який детально описує процес створення продукції: які матеріали, інструменти та обладнання потрібні, а також чітку покрокову послідовність операцій

Технологічна карта — це не просто перелік дій, вона містить конкретні технічні дані:

- операція — що саме виконує працівник.

- обладнання — на якому верстаті або пристрої працює.

- інструмент і пристосування — чим виконує операцію.

- ескізи деталі — якими вони мають бути після обробки.

- контроль якості — як перевіряють результат.

З навчальною метою для учнів технологічні картки спрощують або використовують послідовність виготовлення виробу.

Зразок технологічної картки для учнів

Послідовність виконання роботи