資源簡介

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5.3 材料與制造工藝
一、材料的分類
天然材料
加工材料
復(fù)合材料
常見材料：
天然材料是指不改變自然界中保持的狀態(tài)，或只施加低度加工的材料，如木材、石材、棉、毛、皮革等。
木材
石材
棉
1、天然材料
加工材料又作人造材料，是人為加工或合成后才能使用的材料，其特質(zhì)與原料不同，如塑料、玻璃、金屬等。
塑料
玻璃
金屬
2、加工材料
3、復(fù)合材料
復(fù)合材料是指運(yùn)用先進(jìn)的材料制備技術(shù)，將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料優(yōu)化組合而成的具有綜合性能的新材料。
膠合板
導(dǎo)電橡膠
二、材料的性能
材料的性能分為
物理性能
化學(xué)性能
加工性能
與設(shè)計(jì)工作關(guān)系十分密切
1、強(qiáng)度：
指材料承受外力而不被破壞（不可恢復(fù)的變形也屬于破壞）的能力。
幾種基本物理性能：
F
F
F
F
效果
（抗拉力示意圖）
F
F
效果
根據(jù)材料外部受力種類的不同，強(qiáng)度可分為以下幾種：
（1）抗拉強(qiáng)度——材料承受拉伸變形的能力。
（抗壓力示意圖）
F
F
F
F
F
F
效果
效果
（2）抗壓強(qiáng)度——材料承受擠壓變形的能力。
（1）
（2）
F
F
最先受破壞斷裂處
（抗彎力示意圖）
效果
效果
F'
F'
（3）抗彎強(qiáng)度——材料對致彎外力的承受能力
（抗剪力示意圖）
F
F
（4）抗剪強(qiáng)度——材料承受剪切變形的能力
效果
F
F
剪切力的兩個(gè)作用力的距離d要很近
d
（5）抗扭強(qiáng)度——材料承受扭轉(zhuǎn)變形的能力。
a、很多材料如塑料、金屬、木材等都具有一定的彈性；
2、彈性
指材料受外力作用時(shí)改變了形狀，當(dāng)外力消失后又能恢復(fù)原來形狀的能力。
b、改變材料形狀結(jié)構(gòu)也可獲得較好的彈性。
3、韌性
指材料抗沖擊振動(dòng)的性能。
玻璃的韌性較差，受到撞擊易碎
橡膠的韌性好，常被用來制造減震零件
4、硬度
指材料抵抗刮削、切割或磨損的能力。
1、用刀子削木棍和鐵絲哪個(gè)容易被刮削？
2、粉筆在黑板上寫出字來，這說明什么？
5、延展性：
金屬的延展性良好，其中金、鉑、銅、銀、鎢、鋁都富于延展性。非金屬材料延展性就不太好。當(dāng)用小刀刻劃具有延展性的礦物時(shí)，礦物表面被刻之處立即留下光亮的溝痕，而不出現(xiàn)粉末或碎粒，據(jù)此可區(qū)別于延展性良好與否。
指材料接受折、鍛、壓等外力，被改變形狀或被延伸，而材料沒有遭受破壞的能力。
小知識(shí)
【試一試】請按要求把生活中的物品填在對應(yīng)的圖表內(nèi)。
材料性能 物品名稱
需要較高的抗壓強(qiáng)度
需要較高的抗拉強(qiáng)度
需要較高的抗彎強(qiáng)度
需要較高的抗剪強(qiáng)度
需要較好的彈性
需要較好的韌性
需要較好的硬度
汽車底盤、房屋立柱、橋墩、
鐵軌、虎鉗 自行車軸承中的滾珠
自行車車條 梁 吊車鋼絲繩 尼龍 鋼材 木材
電線電纜、光纖光纜、安全帶、皮革皮帶
防盜鎖
蹦蹦床 橡皮筋 籃球 皮球
頭盔
切割工具
一、木材及其加工工藝
1、天然木材
杉木
介紹：質(zhì)地較軟，木紋順直、較疏，容易加工且不易開裂，變形小。
用途：廣泛應(yīng)用于建筑和家具制作，如做房屋的門、窗、桌椅的面板等。
缺點(diǎn)：強(qiáng)度相對較差，不宜用來做經(jīng)常受摩擦和強(qiáng)度要求較高的構(gòu)件(如家具的腿)
松木
介紹：質(zhì)地較軟，品種繁多，其中有的性能較好、易加工、變形小，如紅松、白松等
用途：廣泛用于建筑、家具、樂器制造等行業(yè) 。
缺點(diǎn)：木質(zhì)軟，易開裂變形，還易析出油脂。
樟木
介紹：木質(zhì)比杉木硬，強(qiáng)度比杉木高。木紋變化多樣，美觀 。
用途：紋理結(jié)構(gòu)較細(xì)密，韌性好，容易加工;有一股樟腦香氣，能防蛀。
缺點(diǎn)：易變形
梓木
介紹：質(zhì)地軟硬適中，紋順直， 紋理均勻。
用途：變形極小，是上等的中硬度木材，在要求較精致的木制品中常被采用。
缺點(diǎn)：加工成本高。
2、人造板材
人造板材包括膠合板、刨花板、纖維板、飾面板等。
優(yōu)點(diǎn)：
使用面積大、不易彎曲開裂、厚薄均勻、表明光潔平整、價(jià)格便宜、美觀實(shí)用等。
應(yīng)用：
家具制造、房屋裝修、車船制造等行業(yè)。
3、木材加工工藝
（1）鋸割
圓鋸：用來縱切、橫切和挖槽。
帶鋸：用來縱切和橫切。
1.（按用途分）橫鋸、豎鋸、挖據(jù)
橫鋸
豎鋸
挖鋸
2.（鋸齒大小）粗齒鋸、中齒鋸、細(xì)齒鋸
粗齒鋸
中齒鋸
細(xì)齒鋸
3.（按鋸形分）框鋸、板鋸
框鋸
板鋸
作用：對木材表面進(jìn)行刨削，使之平整、光滑
（2）刨削
長刨
短刨
中刨
最常用的是平刨，它是刨平面用的，按刨生長短可分為長刨、中刨、短刨，越長的能將材料刨得越平直，通常用得最多的是中刨。另外還有些刨削各種異形的小刨子。
（3）軸銑
作用：在已刨削過的木材上，對一個(gè)面或一條邊進(jìn)行加工的工藝。
（4）表面處理
打磨后，可以用油、清漆、油漆和蠟拋光等多種方法進(jìn)行表面處理。
（5）打磨
作用：通過打磨使產(chǎn)品表面光滑。
分類：盤式打磨機(jī)、輥筒打磨機(jī)、帶式打磨機(jī)
二、塑料及其加工工藝
1、塑料的種類
塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。
熱塑性塑料的物態(tài)變化是可循環(huán)的。加熱時(shí)，固態(tài)塑料會(huì)軟化、熔解而變?yōu)橐簯B(tài);冷卻時(shí)，又會(huì)形成固態(tài)并恢復(fù)到原來的硬度。
熱塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等
應(yīng)用：瓶類包裝材料、水管等。
熱固性塑料的物態(tài)變化不可循環(huán)，原料加熱后變?yōu)橐后w，可倒人模具成型，冷卻后凝固成一定的形狀，不能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。
熱固性塑料有酚醛塑料(電木)和尿素甲醛等
應(yīng)用：制作機(jī)械零件、座椅、工具手柄、 電器殼體等。
塑料加工一般包括塑料的配料、成型、接合、裝配、機(jī)械加工和表面處理等
2、塑料加工工藝
(1)塑材配料:塑料加工所用的原料，除聚合物外，還要加人各種塑料助劑(如穩(wěn)定利、增塑劑、著色劑、潤滑劑、增強(qiáng)劑和填科等)，以改善制品的使用性能并降低制品成本。
(2)塑料成型:將各種形態(tài)的塑料(粉、粒、溶液或分散體)制成所需形狀的制品或坯件。加工熱塑性塑料常用的方法有擠出或注射成型、吹塑和熱成型等。加工熱固性塑料一般采用模壓、注射成型等。
(3)塑件接合及裝配:用黏合、焊接以及機(jī)械連接等方法，將制成的塑料件組裝成完整制品。把塑料件接合起來的方法有焊接和粘接等。
(4) 機(jī)械加工:用于制造尺寸精確或教量不多的塑料制品。也作為成型的塑料加工輔助工序。
(5)表面處理:進(jìn)行表面處理的常用技術(shù)有溶劑清洗(脫脂）、電暈處理、短波紫外光輻射處理、砂紙?zhí)幚怼娚疤幚怼⒌入x子蝕刻、化學(xué)蝕刻、加熱處理等。
三、金屬及其加工工藝
1、金屬材料
金屬材料
黑色金屬：鐵及其合金
有色金屬：不含鐵元素
有色金屬
輕金屬：鋁、鎂、鋰等
重金屬：銅、鋅、鎳等
貴金屬：金、銀、鉑等
稀有金屬：鎢、鉬、鈦等
黑色
金屬
按用途：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼
按成分：碳素鋼、合金鋼
按質(zhì)量：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼
2、金屬加工工藝
金屬加工
工藝
金屬的表面處理
金屬的成型加工
鑄造
塑性加工
焊接
切削加工
四、設(shè)計(jì)時(shí)如何選擇材料
(1)材料的固有特性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)品的使用功能、使用壽命等要求。
(2)材料的工藝性應(yīng)方便設(shè)計(jì)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)制造結(jié)構(gòu)，有利于優(yōu)化生產(chǎn)加工工藝過程。
(3)材料的質(zhì)感應(yīng)與設(shè)計(jì)產(chǎn)品的造型特點(diǎn)、民族和地域特征、文化藝術(shù)品位等設(shè)計(jì)風(fēng)格相協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)較好的外觀效果。
(4)有安全性等特殊要求的產(chǎn)品或零部件的選材要按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。
(5)在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇資源豐富、價(jià)格低廉、有利于環(huán)保的材料。
(6)注意市場調(diào)研，了解消費(fèi)者對選材的期望，并在合理的前提下盡量滿足消費(fèi)者的需求;同時(shí)，注意發(fā)揮新材料的優(yōu)勢為設(shè)計(jì)服務(wù)。
(7)注重人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展原則，設(shè)計(jì)選材時(shí)應(yīng)研究產(chǎn)品的整個(gè)生命周期對自然環(huán)境的影響，要盡量減少對環(huán)境的污染和破壞，減少對資源的浪費(fèi)，充分考慮材料的回收、再生和重復(fù)利用，以利于節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境。
五、產(chǎn)品的裝配
產(chǎn)品的裝配
永久連接
暫時(shí)連接
活動(dòng)連接
1、永久連接
木材的永久連接包括斜接、齒接、插接、對接等
金屬的永久連接包括釬焊、熔接、鉚接、膠合等
塑料的永久連接主要是膠合
2、暫時(shí)連接
暫時(shí)連接是指在某些時(shí)候不得不分離或不完整的連接。
3、活動(dòng)連接
活動(dòng)連接分為線性活動(dòng)連接和轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)連接。

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