Свойства конструкционных материалов
Раздел. Материальные технологии.
Вариант А: Технологии обработки конструкционных материалов.
Тема урока. Свойства конструкционных материалов.
Тип урока: комбинированный.
Цели урока: организовать деятельность обучающихся по ознакомлению с технологией заготовки древесины, основными понятиями о свойствах древесины, металлов и искусственных материалов; обучить учащихся распознавать породы древесины, металлы и сплавы по образцам, оценивать их технологические возможности.
Материальные технологии
Технологии обработки конструкционных материалов
§12. Свойства конструкционных материалов
Древесина
Технология заготовки древесины
Технология заготовки древесины начинается с того, что предприятие лесного хозяйства — лесхоз — определяет в лесу участки, где находятся деревья, пригодные для промышленного использования. На таком участке — лесосеке — специальные лесозаготовительные комбайны (харвестеры) (рис. 25), используя современные технологии, спиливают деревья, обрезают вершину и сучья, распиливают ствол на части. C помощью системы управления оператор харвестера автоматически измеряет длину и диаметр спиленного дерева. Это позволяет определить общий объем заготовленной древесины; полученная информация записывается на бортовой компьютер.
Иногда лесозаготовка, то есть валка деревьев, обрезка сучьев и распиловка, производится вальщиками леса с помощью бензиновых или электрических пил.
Специальные транспортирующие машины (форвардеры) (рис. 26) тащат спиленные стволы к погрузочной площадке и складывают их в штабеля для последующей погрузки на лесовоз («форвардер» в переводе с английского — «перевозчик», «экспедитор»), Лесовозы вывозят брёвна для дальнейшей распиловки или на погрузку для отправки по железной дороге.
Свойства древесины
Различают физические свойства древесины (плотность, влажность, цвет, запах) и механические (твёрдость, прочность, упругость).
Рассмотрим физические свойства древесины.
Плотность ρ древесины — это её масса m (г), занимающая единицу объёма V (см3):
ρ = m : V (г/см3).
Если сухая берёзовая дощечка размером 10 × 10 × 1 см3 (то есть объёмом 100 см3) имеет массу 64 г, то плотность её будет равна:
64 : 100 = 0,64 г/см3.
Плотность сухой древесины — 0,35...0,7 г/см3 (350...700 кг/м3). Более плотной является древесина берёзы, клёна, ясеня, лиственницы, дуба, менее плотной — липы, тополя, кедра, ели, осины, сосны. Из плотных пород древесины изготавливают лестницы, перила, паркет, спортивный инвентарь и др.
Влажность древесины — это количество содержащейся в ней влаги. Влажность определяется отношением веса этой влаги к весу сухой древесины и выражается в процентах:
Вл = (m1 - m2) \ m2 ∙ 100%,
где ml — масса образца влажной древесины; m2 — масса этого же образца древесины после высушивания.
Если, например, масса бруска влажной древесины составляла 80 г, а после его высушивания — 50 г, то первоначальная влажность древесины была равна:
Вл = (80 - 50) \ 50 ∙ 100% = 60%.
У свежеспиленного дерева влажность древесины очень высокая — около 80%. Влага ухудшает механические свойства древесины, поэтому древесину сушат до тех пор, пока влажность не будет составлять 9... 15%.
Рассмотрим механические свойства.
Твёрдость — свойство древесины сопротивляться проникновению в неё другого тела, например режущего инструмента во время резания или гвоздя при его забивании. По степени твёрдости породы древесины подразделяют на мягкие (ольха, тополь, липа, осина, ель, сосна), твёрдые (клён, ясень, лиственница, дуб, бук) и очень твёрдые (самшит, граб, акация, груша). Из твёрдых пород древесины изготавливают ударные механизмы фортепиано, бильярдные кии, шахматные фигуры, посуду и др.
Прочность древесины — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок. Наибольшие нагрузки выдерживает древесина дуба, бука, берёзы, лиственницы. Прочная древесина, например лиственницы, используется как строительный материал, берёзы — для получения фанеры.
Упругость — это свойство древесины восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия нагрузки.
Металлы и искусственные материалы
Свойства чёрных и цветных металлов
Металлы в технике применяют, как правило, не в чистом виде, а в виде сплавов. Их получают путём смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определённом соотношении.
Каждый металл и сплав обладает определёнными механическими и технологическими свойствами.
К механическим свойствам относят прочность, твёрдость, упругость, пластичность.
Прочность — способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки, не разрушаясь. Так, если сделанные вами подвески для стенда не разрушаются от его веса при закреплении на стене, значит, они обладают достаточной прочностью.
Твёрдость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого материала. Например, если в стальной и медной пластине сделать лунки с помощью кернера, ударив по нему молотком с одинаковым усилием, то в медной пластине глубина лунки будет больше, чем в стальной. Это свидетельствует о том, что сталь твёрже меди.
Упругость — свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия на него внешних сил. Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре ее поместить небольшой груз, то она немного прогнется, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это доказывает, что материал, из которого сделана линейка, обладает упругостью. Такое свойство, как упругость, используют при изготовлении пружин, рессор для автомобиля.
Пластичность — способность изменять форму под действием каких-либо нагрузок, не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке металлических заготовок.
К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.
Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием ударов.
Жидкотекучесть — свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму, что позволяет получать плотные отливки.
Обрабатываемость резанием — свойство металла или сплава поддаваться обработке резанием разными инструментами.
Свариваемость — свойство металлов соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.
Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии (ржавчине).
Все металлы и сплавы подразделяют на чёрные и цветные (рис. 27). К чёрным относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы — цветные.
Часто сплавы обладают лучшими свойствами, чем их составные части. Например, чистое железо имеет очень низкую прочность, а сплавы железа с углеродом — более высокую. Если углерода в сплаве меньше 2%, то такой сплав называется сталью. Если углерода от 2 до 6,7%, то это чугун (рис. 27, г).
В зависимости от свойств стали делят на конструкционные и инструментальные. Из конструкционной стали изготавливают детали машин и конструкций. Инструментальные стали обладают очень высокой твёрдостью, поэтому из них изготовляют режущие инструменты для обработки металлов.
Чугун — хрупкий сплав, поэтому его используют для производства изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун отличается хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают сложные и качественные отливки, например радиаторы для отопления квартир и др.
Наиболее распространённые цветные металлы — алюминий и медь (рис. 27, а, б).
Алюминий — легкий металл серебристого цвета, хорошо сопротивляется коррозии и легко обрабатывается. Алюминий и его сплавы применяют в авиации, электротехнике, строительстве, быту и т. п.
Медь — металл красного цвета, пластичный, хорошо проводит электрический ток. Из меди делают электрические провода и другие электротехнические изделия.
Из цветных сплавов широко используются в технике латунь, бронза (рис. 27, д, е), дюралюминий и др.
Латунь — сплав меди с цинком, жёлтого цвета. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности, и в электротехнике.
Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, жёлто-красного цвета. ∏p и меняется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колёс, в электротехнике, для отливки художественных изделий (например, скульптур, украшений и других изделий).
Сортовой прокат. Для изготовления изделий, кроме тонколистового металла и проволоки, используют производимый промышленностью сортовой прокат.
На рисунке 28 показаны основные профили (формы поперечного сечения) проката. Из шестигранного прутка делают болты и гайки, из круглого на токарных станках — различные детали. Уголковый профиль применяют при изготовлении стеллажей, рам, каркасов и т. д.
Свойства искусственных материалов
В 5 классе вы кратко ознакомились с искусственными материалами — пластмассами, которые состоят из сложных веществ — полимеров, получаемых на предприятиях химической промышленности.
Кроме полимеров, пластмассы содержат добавки: наполнители, пластификаторы, красители и др. Наполнители необходимы для придания пластмассе таких свойств, как прочность и устойчивость к высоким температурам. Пластификаторы повышают пластичность материала, а красители позволяют окрасить пластмассу в разные цвета.
Пластмассы хорошо поддаются обработке, поэтому из них изготавливают разнообразные изделия: посуду, бытовые приборы, мебель, трубы, спортивный инвентарь, предметы интерьера и др.
Знакомимся с профессиями
Оператор лесозаготовительного комбайна (харвестера) — специалист высокой квалификации, который умеет мастерски управлять этой машиной, имеющей достаточно сложную конструкцию. Он профессионально владеет бортовым компьютером, умеет настраивать с помощью него харвестер на нужный режим работы: валку дерева, обрезку сучьев и т. д.
Вальщик леса — специалист, занимающийся заготовкой древесины. Лесозаготовку, то есть валку, обрезку сучьев и распиливание ствола на части, он выполняет бензопилой. После получения инструкций вальщик самостоятельно определяет подлежащие валке деревья.
Практическая работа № 11
Исследование плотности древесины
1. Получите у учителя образцы сухой древесины, измерьте их длину а, ширину б, толщину в и вычислите их объём V (см3). Результаты запишите в таблицу в рабочей тетради.
2. Взвесьте образцы и запишите их массу m в таблицу.
3. По формуле определите плотность древесины ρ.
| № образца | Порода древесины | Размеры образца, см | Объем образца, V = а х б х в, см3 | Масса образца m, г | Плотность древесины, ρ, гр/см3 | ||
| Длина а | Ширина б | Толщина в | |||||
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
Практическая работа № 12
Ознакомление со свойствами металлов и сплавов.
Ознакомление с видами сортового проката.
1. Рассмотрите образцы металлов и сплавов, определите их цвет. Положите справа от себя образцы из чёрных металлов и сплавов, а слева — цветных. Определите вид металлов, из которых сделаны образцы.
2. Положите на плиту для рубки металла образцы из стальной и алюминиевой проволоки и попытайтесь расплющить их молотком. Сделайте вывод о ковкости стали и алюминия.
3. Рассмотрите образцы из сортового проката. Определите профиль проката. Выполните в рабочей тетради схематический рисунок профиля каждого образца.
Запоминаем опорные понятия
Лесозаготовка, свойства древесины: физические, механические; свойства металлов: механические, технологические; чёрные металлы, цветные металлы; сортовой прокат; полимеры.
Домашнее задание
1. Какие машины помогают человеку в лесозаготовках?
2. Как вы думаете, почему у свежеспиленного дерева очень высокая влажность древесины?
3. Что такое сортовой прокат?
На дополнительную отметку
Узнайте, выполнив поиск в Интернете и других источниках информации, какие искусственные материалы применяются человеком в науке, технике, повседневной жизни. Сохраните информацию в форме описания, схем, фотографий и др.
Комментариев нет:
Отправить комментарий