5.3材料与制造工艺 ppt课件-2024新地质版（2019）《高中通用技术》必修第一册.pptx

1、第三节 材料与制造工艺教材教材p83-p94在完成产品深化设计之后，设计人员还需要了解材料的具体特性及其制造工艺，这是确定设计方案的一个重要环节。技术探究当你为你的设计选择材料时，首先会考虑什么材料适合做这个产品。例如，雨伞伞面的布料需要有良好的防水性、延展性和弹性;灯罩的面料需要有较好的光线穿透性，防触电并起到保护眼睛的作用。除此之外，还要考虑美学特征。以下是我们生活中常用的物品(图5-21)，你能将制造它们所用的材料一一列出来吗?设计方案中的零部件需要由特定材料加工而成，每一种材料都有其功能及工艺特性，我们需要了解材料特性，并正确选择材料和加工工艺。材料和加工工艺将直接影响产品的性能、成本

2、和外观等。一、材料的分类讨论交流生活中，我们经常会接触到木材、金属、塑料等材料，你知道材料是怎样分类的吗?材料一般可分为天然材料、加工材料和复合材料。(一）天然材料天然材料是指不改变其在自然界中保持的状态，或只施加低度加工的材料，如木材、竹材、棉、毛、皮革、石材等（图5-22)。(二）加工材料加工材料是指自然界存在的、不能直接使用的,或者自然界不存在的，需要经过人为加工或合成后才能使用的材料。如金属、玻璃、尼龙、塑料、橡胶等(图5-23）。(三)复合材料复合材料是揣运用先讲的材料制备技术，将两种或两种以上不同性质的材料组分优化组合而成的具有综合性能的新材料（图5-24)。复合材料主要可分为结构

3、复合材料(如玻璃纤维或碳纤维与树脂复合而成的材料)和功能复合材料（如导电橡胶等)。开眼界智能材料智能材料是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。属于智能材料的形状记忆合金已广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域（图5-25)。技术探究材料除了可以按其来源进行分类外，还可以按照材料的物质结构、形态进行分类。请查阅相关资料，对材料进行分类，并将分类的结果与同学进行交流。二、材料的性能材料的性能可以分为物理性能、化学性能和加工性能等。材料的物理性能主要包括与外力有关的性能、与温度有关的性能和与电有关的性能，其中，与外力有关的性能通常

4、又称为材料的机械性能或力学性能。材料的化学性能是指材料对外界接触物的耐受性，也就是化学稳定性。在一般的工程领域，材料的机械性能与设计工作的关系甚为密切，最基本的有以下几种。(一）强度强度是指材料承受外力而不被破坏（不可恢复的变形也属被破坏）的能力。根据材料外部受力种类的不同，强度可分为以下几种:(1)抗拉强度材料承受“拉伸”变形的能力(图5-26)。(2)抗压强度材料承受“挤压”变形的能力(图5-27)。(3)抗弯强度材料对致弯外力的承受能力(图528)。(4)抗剪强度材料承受剪切变形的能力（图5-29)。(5)抗扭强度材料承受扭转变形的能力(图5-30)。(二）弹性弹性是指材料受外力作用改变

5、形状后，当外力消失时恢复原来形状的能力。(三）韧性韧性是指材料抗冲击震动的性能。例如。玻璃的韧性较差,受到撞击易碎。橡胶的韧性好，常被用来制造减震零件。(四）硬度硬度是指材料抵抗刮削、切割或磨损的能力。例如，制作切削工具用的钢材具有较高的硬度，而木材、橡胶的硬度要低一些。(五）延展性延展性是指材料接受折、锻、压等外力，被改变形状、被延伸时没有断裂或破裂的性能。例如，铝的延展性好,可以压制成盘、碗等,而木材则不能。材料的加工性能是指材料被加工时所体现出来的特性，又称工艺性能。例如，塑料和一些金属材料可以熔铸成型，有的金属适宜锻造成型，有的金属适宜弯折成型，而木材则更适宜切削加工。各种材料材质不一

6、样，加工时的难易程度也不同。技术实践对下表中所列材料的不同性能进行对比分析，用星级教示。创客坊不同物品需要其制作材料具有不同的性能，请按要求将你知道的物品填入下表相应的栏内三、常用材料及其加工工艺材料的种类繁多，接下来将介绍三种运用最为广泛的材料及其加工工艺。(一)木材及其加工工艺1.天然木材调查研究调查校园或公园里种植了哪些种类的树木，其材质（如硬度等)各有什么特点。木材由树木加工而成，是一种被广泛使用的天然材料。木材的种类繁多，性能差异较大。如木材的密度不同导致其强度不同，木材的含水率不同导致其加工工序、用途、耐久性不同。木材主要由木纤维构成，沿着纤维方向和垂直纤维方向的力学性能是不同的，

7、“横木压百斤，立木顶千斤”说的就是木材沿着纤维方向的抗压能力强。表5-2列出的是几种常用的木材。2.人造板材人造板材包括胶合板、创花板、纤维板、饰面板等(图5-31)。人造板材具有可供使用的面积大、不易弯曲开裂、厚薄均匀、表面光洁平整、加工和使用都很方便、价格便宜、美观实用等优点。因此，人造板材被广泛应用于家具制造、房屋装修、车船制造等各个行业。在现代的各种木制品中，凡需要用板材的地方，几乎都可以见到人造板材(图5-32)。3.木材加工工艺人造板材座椅面的加工流程如图5-33所示:第一步，将预先切割好并上过胶的单板，两两以木纹成90的方式依次堆叠成所需厚度的合板;第二步，将堆叠好、尚未压合的合

8、板放置在公模和母模中间;第三步，经过压合、定形之后制咸座椅面;第四步，将座椅面边缘多余的板材切除。在批量生产中，大多数的手工操作被专门的机器生产所替代。正常状态下的木材及其制品，都会含有一定量的水分。新鲜木材在加工前多会进行烘干处理并测量含水率，确保木材含水率处于当地平衡状态，避免木制品开裂和变形。木材的主要加工工艺见表53。(二）塑料及其加工工艺1.塑料的种类塑料是现代广泛使用的人造材料，是一种石油化工产品。塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。热塑性塑料的物态变化是可循环的。加热时，固态塑料会软化、熔解而变为液态;冷却时，又会形成固态并恢复到原来的硬度。常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯和

9、聚苯乙烯等，此类塑料不宜制作承受高温的物品，仅可做一般日用品和建筑用品，如瓶类包装材料、水管等。热固性塑料的物态变化不可循环，原料加热后变为液体，可倒人模具成型，冷却后凝固成一定的形状,不能恢复到原来的状态。常见的热固性塑料有酚醛塑料（电木）和尿素甲醛等，此类塑料可用于制作机械零件、座椅、工具手柄、电器壳体等。两类塑料都可方便地制成各种形状的物品(图5-34)。2.塑料加工工艺塑料瓶加工工艺流程如图535所示:第一步，将预制管材置入模具之内;第二步，将高压空气注入预制管材内，使之和模具密合，以完咸我们想要的形状;最后将成品脱模。塑料加工一般包括塑料的配料、咸型、接合、装配、机械加工和表面处理等

10、，后四个工序是在塑料已成型为成品或半成品后进行的，又称为塑料二次加工。塑料的具体加工工艺如下:(1)塑材配料:塑料加工所用的原料，除聚合物外，还要加入各种塑料助剂（如稳定剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、增强剂和填料等），以改善制品的使用性能并降低制品成本。(2）塑料成型:将各种形态的塑料(粉、粒、溶液或分散体）制成所需形状的制品或坯件。加工热塑性塑料常用的方法有挤出或注射成型、吹塑和热成型等。加工热固性塑料一般采用模压、注射成型等。上述塑料加工的方法，均可用于橡胶加工。(3）塑件接合及装配:把塑料件接合起来的方法有焊接和粘接等。用黏合、焊接以及机械连接等方法，将制成的塑料件组装成完整制品。(4）机

11、械加工:用于制造尺寸精确或数量不多的塑料制品，也作为成型的塑料加工辅助工序。对塑料进行机械加工时，所用刀具及其切削速度等都要适应塑料热导性差、热膨胀系数低的特点。常用机械加工方法有锯、剪、冲、刨、钻、磨、抛光、螺纹加工等。(5）表面处理:由于大部分塑料的表面附着能力低，装饰、印剧、喷涂等处理方法都不能直接使用，进行表面处理的常用技术有溶剂清洗（脱脂)、电晕处理、短波紫外光辐射处理、砂纸处理、喷砂处理、等离子蚀刻、化学蚀刻、加热处理等。(三）金属及其加工工艺1.金属材料金属材料(图5-36）一般可分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要是指铁及其合金;有色金属为不含铁金属，包括轻金属(铝、镁、

12、锂等)、重金属(锏、锌、锦等)、贵金属(金、银、铂等）和稀有金属(钨、钼、钮、钛等）等。黑色金属钢铁）在金属材料中所占的比重最大，使用范围也最广。黑色金属种类繁多,人们采用不同的方法对其进行分类。例如:按用途将钢材分为结构钢、工具钢、特殊性能钢;按成分将钢材分为碳素钢（又细分为低碳钢、中碳钢、高碳钢）和合金钢（又细分为低合金钢、中合金钢、高合金钢)按质量将钢材分为普通钢和优质钢;还有按冶炼方法来分类,按加工工艺特点来分类;等等。2.金属加工工艺金属加工工艺主要包括金属的成型加工和金属的表面处理。金属的主要成型方法有铸造、塑性加工、焊接和切削加工等。(1）铸造:是指将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝

13、固成为具有一定形状铸件的工艺方法，相对其他成型方法有适应性强和成本低廉的特点。(2）塑性加工:是指在外力作用下，使金属坯料产生预期的塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的毛坯或零件的加工方法，能够使产品的功能性与美观性达到协调统一，以其生产效率高、质量好及成本低等优点在产品生产中占有重要地位。金属的塑性加工方法主要有轧制、挤压、拉拔、自由锻造、模型锻造、板料冲压等。(3)焊接:将分离的金属用局部加热或加压等手段，借助于金属内部原子的结合与扩散作用牢固地连接起来，形成永久性接头的过程称为焊接。金属焊接按其过程特点可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。(4）切削加工:是利用切削刀具在切削机床上(

14、或用手工）将金属工件的多余加工量切去，从而获得符合要求的几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。金属切削加工可分为钳工和机械加工两部分。钳工的基本加工方法有划线、基切、锯割、锉削、钻孔、攻丝、套扣和刮研等。机械加工包括车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削等。调查研究查阅相关资料，了解金属表面处理技术的作用及其包括哪些主要加工工艺和加工方法。四、设计时如何选择材料在设计时，如何正确、合理地选用材料是一个实际而又重要的问题。它是设计的起点，并影响到设计产品内在和外观的质量。选择材料不仅要考虑材料自身的特性应与设计产品相适应，还要考虑材料与人、环境的有机联系。选择材料时,考虑的要点如下:(1）材料的

15、固有特性应满足设计产品的使用功能、使用寿命等要求。产品的使用功能和寿命是最基本的，也是主要的设计要求。所以，首先必须考虑材料的固有特性能否实现产品的功能，材料的耐久性能否保证产品的使用寿命。在此前提下考虑其他问题才有意义。(2）材料的工艺性应方便设计产品，实现制造结构，有利于优化生产加工工艺过程。产品的制造结构对应着制造工艺，如模铸、冲压、弯折或切削等。要考虑材料的工艺性是否适应制造要求，并在可能的前提下优先选择工艺难度小和生产成本低的材料。(3）材料的质感应与设计产品的造型特点、民族和她域特征、文化艺术品位等设计风格相协调，以实现较好的外观效果。(4)有安全性等特殊要求的产品或零部件的选材要

16、按照有关标准选用。例如，医院的某些电疗设备与病人接触的部位，其表面应选择绝缘且抗静电的材料。(5）在满足设计要求的基础上，优先选择资源丰富、价格低廉、有利于环保的材料。(6）注意市场调研，了解消费者对选材的期望，并在合理的前提下尽量满足消费者的需求;同时，注意发挥新材料的优势为设计服务。(7)注重人类社会可持续发展原则，设计选材时应研究产品的整个生命周期对自然环境的影响，要尽量减少对环境的污染和破坏，减少对资源的浪费，充分考虑材料的回收、再生和重复利用，以利于节约资源和保护环境。调查研究学习材料的相关知识之后，调查市场上销售的垃圾桶使用的材料并进行总结，结合功能与产品定位,分析选择该材料的原因

17、。技术实践请为教师办公室用生态垃圾桶（或其他产品）的设计方案选择合适的材料和加工工艺。五、产品的装配装配是将材料和零部件“组合”咸结构或产品的过程,有三种不同类型的连接方法，分别是永久连接、暂时连接和活动连接。(一）永久连接木材的永久连接包括斜接、齿接、半叠接、插接、对接、搭接、榫接(图5-37)，以及黏合剂胶合等;金属的永久连接包括钎焊、熔接、铆接、胶合等;塑料的永久连接主要为胶合。(二）暂时连接暂时连接指在某些时候不得不分离或“不完整”的连接(图5-38)。(三）活动连接许多设备依靠活动连接进行操作。活动连接又分为线性活动（沿一条直线）连接和转动活动（旋转）连接（图5-39)。技术实践试着为你设计的教师办公室用生态垃圾桶（或其他产品）选择适合的装配方式并解释原因。