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5.3 材料与制造工艺
一、材料的分类
天然材料
加工材料
复合材料
常见材料：
天然材料是指不改变自然界中保持的状态，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，是人为加工或合成后才能使用的材料，其特质与原料不同，如塑料、玻璃、金属等。
塑料
玻璃
金属
2、加工材料
3、复合材料
复合材料是指运用先进的材料制备技术，将两种或两种以上不同性质的材料优化组合而成的具有综合性能的新材料。
胶合板
导电橡胶
二、材料的性能
材料的性能分为
物理性能
化学性能
加工性能
与设计工作关系十分密切
1、强度：
指材料承受外力而不被破坏（不可恢复的变形也属于破坏）的能力。
几种基本物理性能：
F
F
F
F
效果
（抗拉力示意图）
F
F
效果
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。
（抗压力示意图）
F
F
F
F
F
F
效果
效果
（2）抗压强度——材料承受挤压变形的能力。
（1）
（2）
F
F
最先受破坏断裂处
（抗弯力示意图）
效果
效果
F'
F'
（3）抗弯强度——材料对致弯外力的承受能力
（抗剪力示意图）
F
F
（4）抗剪强度——材料承受剪切变形的能力
效果
F
F
剪切力的两个作用力的距离d要很近
d
（5）抗扭强度——材料承受扭转变形的能力。
a、很多材料如塑料、金属、木材等都具有一定的弹性；
2、弹性
指材料受外力作用时改变了形状，当外力消失后又能恢复原来形状的能力。
b、改变材料形状结构也可获得较好的弹性。
3、韧性
指材料抗冲击振动的性能。
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
4、硬度
指材料抵抗刮削、切割或磨损的能力。
1、用刀子削木棍和铁丝哪个容易被刮削？
2、粉笔在黑板上写出字来，这说明什么？
5、延展性：
金属的延展性良好，其中金、铂、铜、银、钨、铝都富于延展性。非金属材料延展性就不太好。当用小刀刻划具有延展性的矿物时，矿物表面被刻之处立即留下光亮的沟痕，而不出现粉末或碎粒，据此可区别于延展性良好与否。
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能力。
小知识
【试一试】请按要求把生活中的物品填在对应的图表内。
材料性能 物品名称
需要较高的抗压强度
需要较高的抗拉强度
需要较高的抗弯强度
需要较高的抗剪强度
需要较好的弹性
需要较好的韧性
需要较好的硬度
汽车底盘、房屋立柱、桥墩、
铁轨、虎钳 自行车轴承中的滚珠
自行车车条 梁 吊车钢丝绳 尼龙 钢材 木材
电线电缆、光纤光缆、安全带、皮革皮带
防盗锁
蹦蹦床 橡皮筋 篮球 皮球
头盔
切割工具
一、木材及其加工工艺
1、天然木材
杉木
介绍：质地较软，木纹顺直、较疏，容易加工且不易开裂，变形小。
用途：广泛应用于建筑和家具制作，如做房屋的门、窗、桌椅的面板等。
缺点：强度相对较差，不宜用来做经常受摩擦和强度要求较高的构件(如家具的腿)
松木
介绍：质地较软，品种繁多，其中有的性能较好、易加工、变形小，如红松、白松等
用途：广泛用于建筑、家具、乐器制造等行业 。
缺点：木质软，易开裂变形，还易析出油脂。
樟木
介绍：木质比杉木硬，强度比杉木高。木纹变化多样，美观 。
用途：纹理结构较细密，韧性好，容易加工;有一股樟脑香气，能防蛀。
缺点：易变形
梓木
介绍：质地软硬适中，纹顺直， 纹理均匀。
用途：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。
缺点：加工成本高。
2、人造板材
人造板材包括胶合板、刨花板、纤维板、饰面板等。
优点：
使用面积大、不易弯曲开裂、厚薄均匀、表明光洁平整、价格便宜、美观实用等。
应用：
家具制造、房屋装修、车船制造等行业。
3、木材加工工艺
（1）锯割
圆锯：用来纵切、横切和挖槽。
带锯：用来纵切和横切。
1.（按用途分）横锯、竖锯、挖据
横锯
竖锯
挖锯
2.（锯齿大小）粗齿锯、中齿锯、细齿锯
粗齿锯
中齿锯
细齿锯
3.（按锯形分）框锯、板锯
框锯
板锯
作用：对木材表面进行刨削，使之平整、光滑
（2）刨削
长刨
短刨
中刨
最常用的是平刨，它是刨平面用的，按刨生长短可分为长刨、中刨、短刨，越长的能将材料刨得越平直，通常用得最多的是中刨。另外还有些刨削各种异形的小刨子。
（3）轴铣
作用：在已刨削过的木材上，对一个面或一条边进行加工的工艺。
（4）表面处理
打磨后，可以用油、清漆、油漆和蜡抛光等多种方法进行表面处理。
（5）打磨
作用：通过打磨使产品表面光滑。
分类：盘式打磨机、辊筒打磨机、带式打磨机
二、塑料及其加工工艺
1、塑料的种类
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。
热塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等
应用：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。
热固性塑料有酚醛塑料(电木)和尿素甲醛等
应用：制作机械零件、座椅、工具手柄、 电器壳体等。
塑料加工一般包括塑料的配料、成型、接合、装配、机械加工和表面处理等
2、塑料加工工艺
(1)塑材配料:塑料加工所用的原料，除聚合物外，还要加人各种塑料助剂(如稳定利、增塑剂、着色剂、润滑剂、增强剂和填科等)，以改善制品的使用性能并降低制品成本。
(2)塑料成型: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。
(3)塑件接合及装配: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。把塑料件接合起来的方法有焊接和粘接等。
(4) 机械加工:用于制造尺寸精确或教量不多的塑料制品。也作为成型的塑料加工辅助工序。
(5)表面处理: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
黑色金属：铁及其合金
有色金属：不含铁元素
有色金属
轻金属：铝、镁、锂等
重金属：铜、锌、镍等
贵金属：金、银、铂等
稀有金属：钨、钼、钛等
黑色
金属
按用途：结构钢、工具钢、特殊性能钢
按成分：碳素钢、合金钢
按质量：普通钢、优质钢
2、金属加工工艺
金属加工
工艺
金属的表面处理
金属的成型加工
铸造
塑性加工
焊接
切削加工
四、设计时如何选择材料
(1)材料的固有特性应满足设计产品的使用功能、使用寿命等要求。
(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。
(3)材料的质感应与设计产品的造型特点、民族和地域特征、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按照有关标准选用。
(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。
五、产品的装配
产品的装配
永久连接
暂时连接
活动连接
1、永久连接
木材的永久连接包括斜接、齿接、插接、对接等
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是胶合
2、暂时连接
暂时连接是指在某些时候不得不分离或不完整的连接。
3、活动连接
活动连接分为线性活动连接和转动活动连接。

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