Тема: § 29 Конструкционные материалы древесина, металл, композитные материалы, пластмассы

 Урок 1: Конструкционные материалы (§ 29)

 

КОНСПЕКТ УРОКА

Цели урока:

1.     Познакомить учащихся с различными конструкционными материалами: древесиной, металлом, композитными материалами и пластмассами.

2.     Изучить особенности и области применения каждого материала.

3.     Расширить представление об инженерных и строительных решениях.

Шаг 1: Введение (10 минут)

• Обсуждение вопроса: "Что такое конструкционные материалы и какую роль они играют в нашей жизни?"
• Краткое введение в темы урока.

Шаг 2: Изучение основных конструкционных материалов (30 минут)

• Древесина:
• Особенности: естественность, прочность.
• Области применения: строительство, мебель, ремесла.
• Металл:
• Особенности: прочность, устойчивость к воздействию внешних факторов.
• Области применения: строительство, авиация, автомобилестроение.
• Композитные материалы:
• Особенности: сочетание различных компонентов для улучшения свойств.
• Области применения: судостроение, авиация, спортивные товары.
• Пластмассы:
• Особенности: легкость, устойчивость к коррозии.
• Области применения: упаковка, медицинская промышленность, строительство.

Шаг 3: Примеры конструкций (15 минут)

• Представление примеров конструкций, где эти материалы используются в сочетании.
• Обсуждение преимуществ и ограничений каждого материала в контексте различных проектов.
• 
  

Конструкционные материалы.

Подумайте, почему детали машин, аппаратов, установок, которые испытывают большие механические нагрузки, изготавливают из особых материалов. Какими свойствами должны обладать такие материалы?

Детали машин, аппаратов, агрегатов, сооружений, испытывающие большие нагрузки, изготавливают из конструкционных материалов. Конструкционные материалы бывают металлические, неметаллические и композиционные.

Композиционные материалы (композит) являются искусственными и синтезированными, состоящими из двух и более компонентов. Некоторые виды конструкционных материалов: а — древесина; б — пластмасса

К металлическим конструкционным материалам относятся чёрные и цветные металлы. Чёрные металлы — это сплавы на основе железа. Такими сплавами являются чугуны и стали. Железо в чистом виде на производстве практически не используется. Цветные металлы — это сплавы на основе алюминия, магния, титана, меди, свинца, олова, никеля.

Цветные металлы используются для производства изделий как промышленного, так и бытового назначения. Например, из меди и алюминия изготавливают провода, никелем покрывают изделия из стали, чтобы они не ржавели. Неметаллическими конструкционными материалами являются древесина, пластмасса, резина, стекло, керамика, бетон и другие материалы. Древесные материалы, стекло и бетон обязательны при строительстве. В настоящее время на смену металлам часто приходят пластмассы. Это один из видов неметаллических конструкционных материалов.

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ:

1.     Какие материалы называют конструкционными?

2.     Назовите цветные металлы, кроме меди, алюминия и никеля.

3.     Что собой представляет композиционный материал?

4.     Какие конструкционные материалы вы знаете и где они используются?

ПОПРОБУЙТЕ ОБОСНОВАТЬ: можно ли сделать полностью из древесины грабли для рыхления земли? Если да, то древесину какой породы для этого лучше использовать?

Источник: Симоненко 6 Кл

§ 3. Свойства древесины

Древесина, как и любой конструкционный материал, обладает определёнными свойствами, которые нужно учитывать при изготовлении изделия. Различают свойства физические (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):

Если сухая берёзовая дощечка размером 10 х 10 х 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 составляет 0,35...0,7 г/см³ (350...700 кг/м³). Более плотной является древесина берёзы, клёна, ясеня, лиственницы, дуба (ρ = 0,64...0,72 г/см³), менее плотной — древесина липы, тополя, кедра, ели, осины, сосны (ρ = 0,4...0,52 г/см³).

Влажность древесины — это количество содержащейся в ней влаги. Влажность определяется отношением веса этой влаги к весу сухой древесины и выражается в процентах:

где m₁ — 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:

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 %. Применяют следующие виды сушки древесины: естественную на воздухе (которая может длиться до 2 лет) и искусственную в специальных сушильных камерах (от 2 до 25 дней).

Рассмотрим механические свойства. Твёрдость — это 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). Твёрдость древесины зависит от её влажности: чем суше древесина, тем больше её твёрдость.

Прочность древесины — это свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок. Наибольшие нагрузки выдерживает древесина дуба, бука, берёзы, лиственницы. Менее прочной является древесина липы, ели, ольхи, ясеня.

Упругость — свойство древесины восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия нагрузки. Упругость зависит от влажности, плотности и возраста древесины. Чем древесина суше и плотнее, тем она более упругая. Древесина клёна, ясеня, бука, вяза и берёзы обладает большей упругостью, чем остальные древесные породы.

Лабораторно-практическая работа № 3

Исследование плотности древесины

1.       Получите у учителя образцы сухой древесины, измерьте их длину а, ширину б, толщину в и вычислите их объём V (в см³). Результаты запишите в таблицу.

2.       Взвесьте образцы и запишите их массу m в таблицу.

3.       По формуле определите плотность древесины ρ.

Лабораторно-практическая работа № 4

Исследование влажности древесины

1.       Получите у учителя образцы сухой древесины, взвесьте их и запишите массу m₂ в таблицу.

2.       Проделайте такой опыт: опустите образцы в воду на 5-10 мин, затем извлеките их из воды и протрите насухо тканью; взвесьте образцы и запишите их массу m₁ в таблицу.

3.       Определите разность масс (m₁ - m₂) и влажность древесины (В_л) по формуле, приведённой в § 2. Запишите результаты в таблицу.

4.       Сравните влажность образцов и сделайте вывод, какая древесина впитывает влагу лучше, а какая — хуже.

Новые слова и понятия

Свойства древесины: физические (плотность, влажность), механические (твёрдость, прочность, упругость); сушка древесины.

Проверяем свои знания

1.       Как определяют плотность древесины?

2.       Как вы думаете, почему у свежеспиленного дерева очень высокая влажность древесины?

3.       Каким образом определяют влажность древесины?

4.       С какой целью сушат древесину?

5.       Чем отличается упругость древесины от её прочности?

 

§ 14. Свойства чёрных и цветных металлов. Свойства искусственных материалов

Металл как конструкционный материал играет огромную роль в жизни человека.

В 5 классе вы ознакомились с тонколистовым металлом и проволокой, с технологиями их получения и обработки, изготовили изделия из этих материалов. Однако не все задуманные вами в 6 классе творческие проекты можно выполнить, опираясь лишь на полученные ранее знания и умения.

Чтобы изготовить проектное изделие из металла, вам необходимо продолжить изучение свойств чёрных и цветных металлов, способов и приёмов резания, рубки и опиливания металлических заготовок.

Прежде чем приступить к изготовлению какого-либо изделия, нужно выбрать наиболее подходящий для него материал. 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. Правильно выбрать для изготовления изделия металл или сплав можно лишь зная его свойства.

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. Например, 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 или 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 её поместить небольшой груз, то она немного прогнётся, а после снятия груза примет первоначальное положение. Это доказывает, что материал, из которого сделана линейка, обладает упругостью.

Пластичность — способность изменять форму под действием каких-либо нагрузок не разрушаясь. Это свойство используют при правке, гибке, прокатке, штамповке заготовок.

К технологическим свойствам относят ковкость, жидкотеку-честь, обрабатываемость резанием, свариваемость и др.

Ковкость — свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство основано на использовании механического свойства — пластичности.

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. 58). К чёрным относят железо и сплавы на его основе — сталь и чугун. Все остальные металлы и сплавы — цветные.

Рис. 58. Металлы: а — алюминий; б — медь; сплавы металлов: в — сталь; г — чугун; д — латунь; е — бронза

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 (см. рис. 58, в). Если углерода от 2 до 6,7 %, то это — чугун (см. рис. 58, г).

В зависимости от свойств стали делят на конструкционные и инструментальные. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций. Инструментальные стали имеют в своём составе хром, вольфрам и другие металлы, поэтому они обладают очень высокой твёрдостью. Из них изготовляют режущие инструменты для обработки металлов.

Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для производства изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун отличается хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают сложные и качественные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.

Наиболее распространённые цветные металлы — это алюминий и медь (см. рис. 58, а, б).

Алюминий — лёгкий металл серебристого цвета, широко используемый. Он хорошо сопротивляется коррозии и его легко обрабатывать. Алюминий и его сплавы применяют в авиации, электротехнике, строительстве, быту и т. п.

Медь — металл красного цвета. Это пластичный материал, хорошо проводящий электрический ток. Он легко поддаётся обработке и устойчив к коррозии. Из меди делают электрические провода и другие электротехнические изделия.

Из цветных сплавов широко используются в технике латунь, бронза (см. рис. 58, д, е), дюралюминий и др.

Латунь — сплав меди с цинком, жёлтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твёрдостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности, и в электротехнике.

Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, жёлтокрасного цвета. Имеет высокую прочность, твёрдость, хорошо режется и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колёс, в электротехнике, для отливки художественных изделий (например, скульптур, украшений и других изделий).

Дюралюминий — сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо поддаётся обработке, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются лёгкие и прочные конструкции.

В 5 классе вы кратко ознакомились с искусственными материалами — пластмассами, состоящими из сложных веществ — полимеров, получаемых на предприятиях химической промышленности. Эти материалы при изготовлении (формовании) изделий нагревают, в результате чего они становятся пластичными, а при охлаждении — стеклообразными.

Кроме полимера, 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 обрабатываются, поэтому из них изготовляют разнообразные изделия: посуду, бытовые приборы, мебель, трубы, спортивный инвентарь, предметы интерьера и многое другое.

Лабораторно-практическая работа № 14

Ознакомление со свойствами металлов и сплавов, искусственных материалов

1.       Рассмотрите образцы металлов и сплавов, определите их цвет.

2.       Положите справа от себя образцы из чёрных металлов и сплавов, а слева — из цветных. Определите вид металлов, из которых сделаны образцы.

3.       Проделайте опыт: растяните и отпустите пружины из стальной (закалённой) и медной проволоки. Сделайте вывод об упругости стали и меди.

4.       Положите на плиту для рубки металла образцы из стальной и алюминиевой проволоки и попытайтесь расплющить их молотком. Сделайте вывод о ковкости стали и алюминия.

5.       Закрепите в тисках стальной и латунный образцы и проведите по ним напильником. Сделайте вывод об обрабатываемости стали и латуни.

Найдите в Интернете, какие искусственные материалы человек применяет в науке, технике, повседневной жизни.

Новые слова и понятия

Свойства металлов: механические (прочность, твёрдость, упругость, пластичность), технологические (ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием, свариваемость, коррозионная стойкость); чёрные металлы (сталь, чугун); цветные металлы (алюминий, медь, латунь, бронза, дюралюминий); полимеры.

Проверяем свои знания

1.       Что такое сплав?

2.       Назовите механические свойства металлов и сплавов.

3.       Назовите технологические свойства металлов и сплавов.

4.       Для чего нужно знать свойства металлов и сплавов?

5.       Какие сплавы относятся к чёрным?

6.       Почему металлы нужно экономно расходовать?

7.       Какими свойствами обладают пластмассы?

 

Урок 2: Индивидуальный творческий проект (§ 30)

Цели урока:

1.     Вдохновить учащихся на создание индивидуального проекта с использованием конструкционных и поделочных материалов.

2.     Развивать творческое мышление и навыки проектирования.

3.     Содействовать учащимся в освоении новых техник работы с материалами.

Шаг 1: Задание проекта (10 минут)

• Объявление задания: "Создайте индивидуальный проект, используя конструкционные и поделочные материалы. Проект может быть предметом интерьера, игрушкой, или даже макетом какой-то конструкции."

Шаг 2: Планирование проекта (20 минут)

• Учащиеся начинают планирование своего проекта:
• Определение целей проекта.
• Создание эскизов или чертежей.
• Выбор материалов и инструментов.

Шаг 3: Работа над проектом (40 минут)

• Учащиеся начинают воплощение своих идей в жизнь, используя полученные материалы и инструменты.
• Преподаватель оказывает помощь и консультации в ходе работы.

Шаг 4: Презентация проектов (20 минут)

• Каждый учащийся представляет свой проект перед классом, объясняя выбор материалов, идею проекта и технические решения.

Шаг 5: Обсуждение и оценка (10 минут)

• Обсуждение проектов, выявление сильных сторон и возможных улучшений.
• Подведение итогов урока и поздравление учащихся с завершением своих индивидуальных проектов.

Этот двухдневный урок ставит целью не только предоставить информацию о конструкционных материалах, но и развить ученическую креативность и навыки проектирования через практическое применение знаний.

 

Источник: Симоненко 5 кл

Что такое творческий проект

Творческий проект — это самостоятельная творческая итоговая работа, которую ты должен выполнить к концу учебного года. Если твои знания в изучении технологий прочные, если на занятиях ты приобрёл хорошие умения и навыки, значит, качество творческого проекта также будет высоким.

Школьники изучают технологии обработки конструкционных материалов (древесины, тонколистового металла и проволоки, искусственных материалов), поэтому объектами для творческих проектов являются изделия из этих материалов. Кроме того, можно изготовить комбинированные изделия, содержащие детали из древесины, металла, искусственных материалов.

К выбору темы своего творческого проекта нужно отнестись ответственно: заранее провести поиск информации в книгах, журналах и сети Интернет, можно посоветоваться с учителем, родителями, товарищами. Не следует выбирать очень сложное изделие, так как тебе может не хватить времени на его изготовление.

Если проект сложный, над ним можно работать коллективно, в группе одноклассников, разделив его на несколько частей между членами группы. При этом следует помнить, что все детали изделия должны быть изготовлены к определённому сроку, чтобы успеть соединить их в единое целое и завершить проект вовремя. Сложную деталь можно использовать в готовом виде, купив в магазине и встроив её в общее изделие.

Изготовлять своё проектное изделие ты будешь во время практических работ в течение всего учебного года по мере изучения учебного материала, освоения технологических приёмов. По окончании работы над проектом необходимо провести-испытание созданного изделия и только затем представить его на всеобщее обозрение и оценку.

Новые слова и понятия

Творческий проект.

Проверяем свои знания

1.     Что называют творческим проектом?

2.     Какое изделие ты планируешь выбрать в качестве творческого проекта?

3.     Какими достоинствами будет обладать твоё проектное изделие?

4.     К каким источникам информации ты обратишься при выборе темы проекта?

 

Этапы выполнения проекта

Работа над творческим проектом состоит из трёх основных этапов: поискового (подготовительного), технологического и заключительного (рис. 1).

Рис. 1. Этапы выполнения творческого проекта

Поисковый (подготовительный) этап начинается с выбора темы проекта. Для этого надо определить, какое изделие необходимо тебе или твоим близким, т. е. потребность. Побеседуй с учителем, расспроси родителей, сверстников. Необходимую информацию относительно выбранного тобой объекта для творческого проекта ты можешь найти в печатных изданиях, Интернете и постепенно сформировать базу данных по выбранной теме. Затем следует оценить, достаточно ли у тебя знаний и умений, чтобы изготовить данное изделие. Если да, то следующий шаг — проверить наличие необходимых материалов для его изготовления и оценить их стоимость. Если изделие сложное, то можно изготовлять его коллективно, сформировав рабочую групп)' из одноклассников.

После этого нужно изложить в письменном виде обоснован ние выбора темы проекта на основе личных или общественных потребностей в изделии.

Следующим шагом является формулирование требований к изделию по следующим критериям: простота изготовления, экономичность, эстетичность, удобство в эксплуатации, экологичность и др.

Затем разработать возможные варианты изделий в виде рисунков, эскизов, чертежей, опираясь на различные источники информации: материалы журналов, книг, сайтов Интернета, а также на готовые промышленные образцы. Значительную помощь в проектировании изделия (в разработке рисунков, эскизов) может оказать персональный компьютер (ПК). Сравнивая достоинства и недостатки разработанных вариантов изделия по указанным выше критериям, нужно выбрать лучший.

Технологический этап начинается с разработки технической документации (чертежей деталей и изделия в целом) и технологической документации (технологических процессов изготовления и сборки деталей) по проекту.

Следующий шаг — организация рабочего места, подготовка необходимых инструментов, материалов и оборудования. После этого переходят к непосредственному изготовлению изделия с обязательным соблюдением правил безопасной работы.

Заключительный этап включает контроль и испытания готового изделия, окончательный подсчёт затрат на его изготовление. Определять затраты ты будешь пока в упрощённом виде, учитывая в основном стоимость материалов, из которых изготовлено изделие. Конечно, цена такого же изделия в магазине будет значительно выше, чем получившаяся в твоих расчётах, потому что она включает не только затраты на изготовление, но и затраты на электроэнергию, заработную плату рабочим, доставку товара в магазин и др.

После этого, если необходимо, проводят испытания изготовленного изделия и разрабатывают варианты его рекламы.

На заключительном этапе выполняют анализ того, что получилось, а что нет. Заключительный этап завершается защитой (презентацией) проекта. К защите нужно подготовить доклад об основных достоинствах проекта, пояснительную записку к проекту, а также представить готовое изделие.

Подготовку документации и презентации проекта также целесообразно выполнять с помощью компьютера: набирать текст, вставлять рисунки и таблицы, выполнять расчёты затрат и др.

Примеры выполнения пятиклассником творческих проектов из древесины и металла приведены в учебнике по завершении соответствующих тем, а банк объектов (изделий) — в конце учебника, в Приложении.

Новые слова и понятия

Этапы выполнения проекта (поисковый, технологический, заключительный), защита (презентация) проекта.

Проверяем свои знания

1.     Из каких этапов состоит работа над творческим проектом?

2.     Для чего выполняют оценку стоимости материалов для изделия?

3.     Как ты думаешь, что должно содержаться в обосновании темы проекта?

4.     Каким образом оценивают достоинства и недостатки различных вариантов проектного изделия?

5.     Что нужно подготовить к защите проекта?

6.     Как компьютер может помочь тебе при подготовке к презентации проекта?