高中通用技术第四章-材料、工具、工艺、模型制作

第四章展现设计成果4.1材料4.2工具与设备4.3工艺常识4.4原型与模型制作普通高中课程标准试验教科书通用技术-必修14.1材料一、材料的分类1.天然材料天然材料是指取材于大自然且保持着原本特质的材料，如木材、黏土、石材等。2.合成材料合成材料又称人造材料，是人为把不同物质经化学方法或聚合作用而成的材料，其特质与原料不同，如塑料、玻璃、钢铁等。4.1材料4.1材料3.混合材料混合材料是天然材料与合成材料的综合，如胶合板、纸、混纺料等。混合材料会保持部分原来的特质。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。在机械制造、建筑等工程领域和家具、日用品等制造行业，材料的物理性能与设计工作的关系甚为密切。我们先来了解材料的几种基本物理性能。1.强度强度是指材料承受外力而不被破坏的能力。根据受力种类的不同分为以下几种：抗压强度——材料承受压力的能力。抗拉强度——材料承受拉力的能力。抗弯强度——材料对致弯外力的承受力。抗剪强度——材料承受剪切离得能力。4.1材料2.弹性弹性是指材料承受外力作用是改变了形状，当外力消失后又能恢复原来形状的能力。典型例子如橡皮筋、弹簧。实际，很多材料如塑料、金属、木材等都具有一定的弹性。3.韧性韧性是指材料抗冲击震动的性能。例如，玻璃的韧性很差，易被敲碎。4.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，其硬度就比较高。4.1材料5.延展性延展性是指材料接受折、锻、压等外力，被改变形状或被延伸，而材料没有遭受破坏的性能。例如，铝的延展性好，可以压制成盘、碗等，而木材则不能。6.其他材料具有的物理性能还有耐久性、传热性、导电性等。各种常见材料的性能，在各行各业的《设计手册》或《材料手册》等工具书中都有详细介绍，需要时可随时去查阅。4.1材料三、几种常用的材料简介（一）木材木材由树木加工而成，是被广泛使用的传统材料。这种天然材料具有质朴的表现力，做成的物品也富有人性味。木材的种类繁多，各种木材的性能差异很大，有的较硬，有的较软，有的软硬适中；有的韧性好，有的则较脆；有的易收缩变形，有的性状稳定性好。4.1材料1.质地较软的木材（1）杉木，又叫沙木。木质较软，木纹顺直，较疏，容易加工。在杉木板上钉钉子，木板不易开裂。杉木还具有变性很小的特点。杉木的这些性能使它成为良好的木工用材，被广泛用于建筑和家具制作中，例如做房屋的门窗、屋架、桌椅的面板等，都很适合。但这类较软的木材其强度也就差一些，故不宜用于做经常受磨损和强度要求较高的构建。另外，杉木的木节硬而脆，选料时应尽量避开大的木节。（2）松木。有许多品种，其中有的性能很好，像杉木一样易加工，变形小。如红松、白松等、是很好的软质木材，被广泛用于建筑、家具、乐器制造行业。4.1材料2.软硬适中的木材（1）樟木。木质比杉木硬一些，强度也比杉木好。其木纹变化多样，比较美观。樟木的纹理结构较细密，韧性好，也容易加工，而且它有一股樟脑香气，能防虫蛀，是制作家具的上等木料之一。用樟木做家具的每个构件都合适，缺点是变形。（2）槠木，又叫株木。木质与樟木相近，但韧性不及樟木，也是常见的家具用材。（3）梓木。木纹顺直，纹理均匀，木材变形极小，是上等的中硬度木材，在要求较精致的木制品中常被采用。4.1材料3.人造板材（1）胶合板，又叫夹板。它是将一根大圆木切成薄板，然后将数块薄板叠加在一起胶合，在经高温高压制成，三层叠起来的较三夹板，五层叠起来的叫五夹板，以此类推。（2）其他人造板。常用的有纤维板、刨花板等。这类板材是将树枝或零头碎料等木质原料经过削片、蒸煮、干燥、筛选、拌胶等一系列处理，在经过高温高压而制成的。（3）饰面板。它是在人造板的一个表面在进行某种涂覆处理而制成的。经过处理的表面色泽光亮，耐磨耐高温，且具有美丽的纹理和色彩，可产生很好的装饰效果。用饰面板做成的制品表面不需要涂漆。4.1材料（二）金属材料金属材料可以分为黑色金属（含铁金属）和有色金属（不寒铁金属）两大类。黑色金属主要有铸铁、低碳钢、中碳钢、高碳钢、工具钢、高速钢、不锈钢等；有色金属主要有铝、铜、铅、锌等。4.1材料金属材料的品种牌号很多，可以通过添加不同成分冶炼成各种具有特殊性能的合金，还可以通过热处理的方法使一些金属的性能按希望的目标改善，使得金属材料群体具有性能广泛而优良的特点。因而，它在机械制造、航空航天、水陆交通、国防、建筑、家电及其他日用品等各行业、各领域都得到广泛的应用。4.1材料各种金属材料在出厂前大都会做成不同的型材，即其断面呈各种标准形状，以方便各种不同用途的使用。例如圆形、管形、方形、直角形、工字形、槽形、板形、丁字形等。4.1材料（三）塑料塑料是现代广泛使用的人造材料，是一种石油化工产品。有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、溶解而变为液态；冷却时，又会恢复到原来的形态和硬度。此类塑料不易制作高温材料的物品，仅可以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，可倒入模具成型，冷却后凝固成一定的形状，而不能恢复到原来的状态。此类塑料可做成机械零件、座椅、工具手柄、电器壳体等。4.1材料四、设计时如何选材设计材料的选择必须考虑材料自身的特性与设计产品相适应，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）材料的固有特性必须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实现产品的功能，材料的耐久性能保证产品的使用寿命。在此前提下考虑其他问题才有意义。4.1材料（2）材料的公艺性应方便设计产品，实现制造结构，并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适应制造要求，并在可能的前提下优先选择工艺难度小和成本低的材料。（3）材料的质感与设计产品的造型特点、民族和地域特征、文化艺术品味等设计风格相协调，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按照有关标准选用。例如医院的某些电疗设备中与病人接触的部位，其表面应选择绝缘且抗静电的材料。4.1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，以节约资源和保护环境。4.1材料4.2工具与设备一、木工工具及设备在我们周围，到处可以看到木制品。木工是社会广泛需要的一个技术工种。（一）木工手工工具简介锯子:锯子是用来把木料锯断或锯开的工具。锯子有多种，按其主要用途可以分为橫锯、竖锯和挖锯；按锯齿的大小可以分为粗齿锯、中齿锯、和细齿锯（适于比较细致的锯割）；按其形状分则有框锯和板锯。刨子:刨子是用来对木材表面进行刨削，使其光滑、平直的工具。刨子也有多种，最常用的是平刨。平刨是用于刨出木料表面的。平刨按刨身长短可分为长、中、短三种，刨身越长，越能将材料刨得平直。通常使用较多的是中刨。除平刨外，还有用于刨削各种异形的刨子，如刨凹槽的槽刨，刨圆弧的内圆刨和外圆刨，刨阶梯面的止口刨以及用于刨削各种曲面形状的外圆刮刨和内圆刮刨。4.2工具与设备凿子:凿子有平凿和圆凿等，主要用于凿削榫眼或其他局部形状的铲削。凿榫眼的平凿按宽窄不同分为多种规格，一般按凿眼宽度需要来选用合适规格的凿子。4.2工具与设备4.2工具与设备其他工具:斧头用来砍削木料，在需要去掉较多毛料时使用，钻子用来钻孔。常用的钻子有牵钻和弓摇钻两种。弓摇钻适用于钻较大的孔。两种钻子都可以通过更换钻头来改变钻孔的大小。木料钻孔也可以使用手电钻和车床钻。木工使用的量具主要有钢卷尺、直尺、直角尺等。画线工具有木工铅笔、木工圆规、划线规、墨斗等。（二）木工常用的基本设备木工最基本的设备是木工凳或工作台，都是木料制成，有的工作台上装有扳钳装置，可以用来牢固地夹持工件。此外，钻孔机、带锯床、平刨机、木工车床等，也是木工常用的机械设备。4.2工具与设备二、钳工工具及设备钳工是机械制造行业中很重要的一个工种，它主要利用手工工具对金属工件进行加工，其操作很灵活，可以完成各种机械加工所不便完成的一些工作，所以应用十分广泛。（一）钳工手工工具及量具1.常用的画线工具及其用法4.2工具与设备（1）画针。画针用ø4mm～ø6mm的钢丝制成，尖端磨锐淬火。画针的使用方法是将画针倾斜20°～25°，尖端紧靠尺端面，均匀用力，一次画准。（2）画规。画规在画线工作中用途很多，可画圆或圆弧、等分角及量取尺寸等。钳工用的画规有普通画规和弹簧画规，常用的是普通画规。画规用中碳钢或工具钢制成，两脚尖端经过淬火硬化。使用时，作为旋转中心的一脚应加以较大的压力，另一脚以较轻的压力在工件表面上画出圆弧，这样可使中心不滑移。4.2工具与设备（3）样冲。样冲有工具钢制成，并经过淬火硬化。一般画线后要用样冲在线条上冲出小而均匀的冲眼，以便于观察。钻孔或画圆弧时也用样冲冲出圆心，便于钻头或画规尖对准圆心。4.2工具与设备（4）直角尺。直角尺是用中碳钢制成的，两条直边之间具有较准确的90°角。直角尺是常用的测量工具，画线时用作画垂直线或平行线的导向工具，也可以用来找正工件在平台上的垂直位置。2.手锤与錾子及其基本用法4.2工具与设备（1）手锤。手锤又叫榔头，是常用的敲击工具，由锤体和锤把组成。锤体用碳素工具钢制成并淬火处理，锤把用硬而不脆的木料做成。其规格用垂体重量大小来表示，如0.25Kg、0.5Kg、1Kg等。（2）錾子。錾子用碳素工具钢锻成，其切削部分磨成刀刃形状，并经过热处理使其达到较高的硬度。有扁錾、尖錾和油槽錾三种：①扁錾主要用于錾削平面，去除毛刺和分割板料等；②尖錾主要用于錾削沟槽及分割曲线形板料；③油槽錾主要用于錾削平面或曲面上的油槽。4.2工具与设备3.锉刀及其使用（1）锉刀结构有锉身和锉柄两部分组成，各部位名称如下图：（2）锉刀的种类。锉刀按其用途不同，可分为普通钳工锉、整形锉和异形锉三类。4.2工具与设备普通钳工锉按其断面形状不同，分为平锉、方锉、三角锉、半圆锉和圆锉等5种。异形锉是用来锉削工件特殊表面用的，有刀口锉、扁三角锉、椭圆锉、圆肚锉等。整形锉又叫什锦锉或组锉，因分组配备各种断面形状的小锉而得名，主要用于修整工件上的细小部分，通常以5把、6把、8把、10把、12把为一组。（3）锉刀的选择。每种锉刀都有一定的用途，应根据被锉削工件表面形状和大小选用锉刀的断面形状和长度。选择不当，不能充分发挥它的效能，甚至会过早丧失锉削能力。4.2工具与设备4.2工具与设备4.攻丝工具及其使用手工攻丝常用的工具有手用丝锥和攻丝绞手。手用丝锥。手用丝锥是加工内螺纹的工具，用碳素工具钢或合金工具钢制成，有普通丝纹锥、圆柱管螺纹丝锥和圆锥管螺纹丝锥。丝锥表面有开槽的外螺纹，由工作部分和柄部所组成。工作部分又由切削部分和校正部分组成。切削部分呈圆锥形，有锋利的切削刃，切削负荷由多个切削刃分担，校正部分有完整的牙形，主要是用于修光和校正切削部分已切出的螺纹，具有导向作用。柄部为圆柱形，末端为方榫，供夹持并传递扭矩。4.2工具与设备手用丝锥由两支组成一套，分别叫头锥和二锥，两支丝锥的大径、中径和小径相同，只是切削部分的锥角和长度不同。头锥的锥角要小些，切削部分长一些，约有6个不完整的牙型，以便开始攻丝时容易切入。二锥切削角要大些，切削部分也要短些，只有两个不完整的牙型。攻盲孔螺纹时，两支丝锥应交替使用，以确保加攻螺纹的有效长度。攻通孔螺纹时，只用头锥就可一次攻成。4.2工具与设备（2）攻丝绞手。绞手使用来夹持丝锥的工具，常用的有普通绞手和丁字绞手两类。每类绞手又分为固定式和可调式两种。4.2工具与设备（3）攻丝的方法如