Урок 3

Тема: Властивості конструкційних матеріалів

Мета: ознайомити учнів з механічними та технологічними властивостями фанери та ДВП, їх застосуванням; формувати по­няття твердість, міцність, пружність, пластичність;розвива­ти вміння виконувати розрахунок кількості матеріалу, потрібної для виготовлення виробу; виховувати почуття відповідальності та бережливого ставлення до навколишнього середовища.

Ключові поняття: фанера, деревоволокниста плита (ДВП), міцність, твердість, пружність.

Об’єкти практичної діяльності учнів: заготовки фанери та ДВП, зразки виробів проектно-технологічної діяльності учнів.

Обладнання: зразки фанери та ДВП.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Очікувані навчальні результати

1. Уміння характеризувати будову деревних конструкцій­них матеріалів, їхні властивості.

2. Уміння обґрунтовувати вибір конструкційних матеріалів залежно від їхніх властивостей і призначення виробу.

3. Уміння вибрати відповідні матеріали для виготовлення виробу.

4. Уміння розраховувати кількість матеріалу, потрібну для виготовлення виробу.

Орієнтовний план проведення уроку

1. Організаційний етап.

2. Мотивація навчальної діяльності учнів. Актуалізація опорних знань учнів.

3. Оголошення теми та очікуваних навчальних результа­тів.

4. Вивчення нового навчального матеріалу:

1. Властивості конструкційних матеріалів.

2. Будова фанери та ДВП.

3. Застосування конструкційних матеріалів залежно від їхніх властивостей.

4. Вибір виробу для виготовлення. Добір матеріалів для обраного виробу.

5. Лабораторно-практична робота Вибір матеріалів для ви­готовлення виробу. Виконання наближених розрахунків по­трібної кількості фанери (ДВП).

6. Підбиття підсумків, оцінювання результатів роботи.

Коментар для вчителя

Властивості конструкційних матеріалів краще вивчати до­слідним шляхом. Для демонстрації пружності і пластичнос­ті вчитель розміщує заздалегідь підготовлену смужку дослід­ного зразка із фанери (ДВП) розміром 400×20×4 мм на дві опори (брусочки висотою 25...30 мм). Поверх смужки розміщу­ють важки такої маси, щоб заготовка з фанери прогнулася до дотику із столом. Після цього вчитель знімає вантаж, демон­струючи, що дослідний зразок з фанери повертається в попе­реднє положення. Подібні демонстрації доцільно провести із зразками три- й п’ятишарової фанери та різних видів ДВП. Учитель повідомляє, що це демонстрація пружності, і дає ви­значення поняття, підкреслюючи, що протилежна пружності властивість - пластичність.

Для демонстрації міцності слід провести лабораторно-практичну роботу «Порівняння властивостей фанери, ДВП», опис якої наведено в Робочому зошиті, або ту, що подано нижче.

З цією метою в затискачі столярного верстака затискають зразок ДВП так, щоб 45–50 мм досліджуваного зразка висту­пали над поверхнею затискного пристрою. На верстаку вста­новлюють маятник таким чином, щоб вантаж у стані спокою дотикався до зразка (мал. 3). На маятнику має бути транспор­тир, по якому можна визначити кут відхилення маятника. Сила удару вантажу залежить від ваги вантажу й кута відхи­лення маятника.

Виконання цієї роботи доцільно проводити в такій послі­довності:

1. Закріпити в лещатах зразок ДВП.

2. Встановити маятник.

3. Дослідити зразок ДВП (початкова маса маятника 0,2 кг):

а) відхилити та відпустити маятник у трьох положеннях по черзі, збільшуючи кут відхилення;

б) спостерігати за руйнуванням зразка;

в) результати досліджень занести в таблицю;

г) якщо руйнування не відбулося, повторити досліджен­ня з вантажем масою 0,5 кг;

д) результати досліджень занести в таблицю.

Дослідження проводяться доти, доки зразок не зруйнується,

збільшуючи при цьому масу маятника.

4. За аналогією до гі. З дослідити зразок фанери. Результати досліджень занести в таблицю.

5. Порівняти дані таблиці. Зробити висновок про міцність ДВП та фанери.

На цьому етапі вчителю слід дати визначення терміна міц­ність.

Порівняння твердості фанери та ДВП можна здійснити також за допомогою заздалегідь сконструйованого приладу (мал. 4), який стане в пригоді для демонстрації таких власти­востей у наступні роки. Він складається з напрямної трубки, яка закріплена на штативі. Довжина трубки І приблизно 500 мм. У трубці на фрезерному верстаті виконано поздовжній паз, який у верхній частині переходить у поперечний для фік­сації вантажу в одному положенні.

Мал. 3. Схема досліду

Таблиця 1

Назва зразка	Маса маятника	Кут відхилення маятника	Руйнування
		1
	1	2
		3
		1
ДВП	2	2
		3
		1
	3	2
		3

Назва зразка	Маса маятника	Кут відхилення маятника	Руйнування
		1
	1	2
		3
		1
Фанера	2	2
3
		1
	3	2
		3

Мал. 4. Прилад для визначення твердості деревини: 1 - напрямна трубка з поздовжнім прорізом, 2 - вантаж, 3 гвинт, 4 - бойок, 5 - зразок деревини, 6 штатив

У трубці 1 вільно пересувається вантаж 2 із штифтом для підйому і фіксації вантажу в верхньому положенні.

Загострений щуп 3 має форму циліндра, один кінець якого заточений на конус. Щуп встановлюють на дослідний зра­зок 5, під який для жорсткості підставляють чавунну або стальну плиту.

Удар вантажу, що вільно падає, робить вм’ятину на поверх­ні дослідного зразка. Діаметр вм’ятини характеризує ступінь твердості зразка.

Лабораторна робота виконується в такій послідовності:

1. Вставити вантаж у трубку та зафіксувати у вихідному положенні.

2. Завести щуп і підставити плиту.

3. Між плитою і щупом покласти дослідний зразок.

4. Пересунути штифт вантажу до положення падіння.

5. Заміряти діаметр вм’ятини.

6. Дані дослідження занести в таблицю.

Таблиця 2

№ з/п	Назва зразка	Діаметр вм’ятин

Аналогічно досліджується другий зразок.

Співставивши діаметри вм’ятин, порівнюємо твердість зраз­ків.

На цьому етапі вчителю потрібно дати визначення терміна твердість. Розглянувши будову різних зразків фанери та ДВП, учні повинні зробити висновок, чому один зразок міцніший за другий, і записати його в Робочому зошиті.

Примітка: Для більшої наочності дослідження бажано добира­ти зразки з великою різницею величини твердості (граб і осика, дуб і липа тощо).

Порівняти твердість деревини можна також, використавши для цього таке обладнання і матеріали: штатив фізичний, стальна куль­ка діаметром 5-15 мм, копіювальний папір, канцелярські кнопки, по 3-4 досліджуваних зразки з фанери з різних порід деревини та ДВП розміром кожен орієнтовно 30x30 мм, стальний стрижень 0 3- 5 мм і завдовжки 25-30 мм, розмічальна плита, лінійка з мілі­метровими поділками на 300 мм.

Порядок виконання роботи

1. Закріпити за допомогою стального стрижня молоток у фізично м у штативі.

2. Розмістити під бойком молотка досліджуваний зразок.

3. Поверх досліджуваного зразка за допомогою канцеляр­ських кнопок закріпити копіювальний папір.

4. Розмістити по центру бойка молотка сталеву кульку.

5. Відвести у верхнє крайнє положення молоток та вільно відпустити його для удару по кульці.

6. Зняти копіювальний папір.

7. Виміряти діаметр вм’ятини, утвореної внаслідок удару молотка по кульці.

8. Повторити відповідні вимірювання при незмінній висоті молотка для удару по досліджуваних зразках з фанери та ДВП.

9. Порівняти діаметри утворених вм’ятин на зразках з фане­ри та ДВП.

10. Висновки записати в Робочий зошит.

У кінці вивчення нового матеріалу учні під керівництвом учителя здійснюють вибір матеріалів для виготовлення запла­нованого виробу. Перед цим за допомогою аналога або ескізу чи технічного опису слід провести конструктивний аналіз ви­робу, здійснити аналіз габаритних розмірів та кількості кон­структивних елементів. Після цього учні виконують наближе­ні розрахунки необхідної кількості фанери (ДВП), інших ви­тратних матеріалів, а також визначають оснащення, необхід­не для виконання роботи.

Оскільки це підсумковий урок з теми, то на ньому слід про­нести тематичне оцінювання навчальних досягнень учнів. Для оптимального використання часу, який відводиться на вивчення цієї теми, перевірку рівня навчальних досягнень до­цільно здійснювати у формі тестових завдань, які подано в Робочому зошиті.

Інформація до вивчення нового навчального матеріалу

Ознайомлення з технологічними властивостями деревних та інших конструкційних матеріалів доцільно розпочати із з’ясування в процесі бесіди, що для виготовлення корисних речей використовують різноманітні конструкційні матеріали: метал, пластмасу, оргскло, шовк, текстильні матеріали тощо. Узагальнюючи повідомлення, необхідно дійти висновку, що великого поширення набуло використання деревини та матеріа­лів з неї. Учитель повідомляє, що всі конструкційні матеріали мають певні властивості, які необхідно враховувати при виго­товленні виробів. До них належать уже відомі учням такі фі­зичні властивості, як колір, запах і текстура деревини, Крім цього, конструкційним матеріалам притаманні такі механічні властивості, як твердість, міцність, пружність, крихкість, в’яз­кість. При проектуванні виробів необхідно також знати, як легко обробляється певний вид деревини та матеріали з неї, який інструмент для цього потрібно використати, чи будуть утримуватися в деревині цвяхи, шурупи та інші деталі крі­плення, як впливатимуть на неї вологість, зміна температури навколишнього середовища та інші чинники. Необхідно також передбачити, який вид деревини чи матеріалів з неї потрібно використати, щоб конструкція, наприклад міст або багатопо­верхова будівля, не зруйнувалась, якщо виріб буде використо­вуватися за великих навантажень тощо. Здатність утримувати металічні кріплення, здатність до гнуття, опір до розколюван­ня та ряд інших властивостей належать до технологічних.

Підсумовуючи власні висновки та повідомлення учнів, учи­тель інформує, що відповіді на ці запитання можна дати за умови знання вищезазначених властивостей.

Міцність – властивість, яка характеризує стійкість дереви­ни проти зовнішніх механічних зусиль, тобто здатність витри­мувати великі навантаження і не руйнуватися. Тому з міцної деревини варто виготовляти конструкційні елементи дахів, ві­кон, меблів, тобто ті, які підлягають значним навантаженням.

У нашій країні найміцнішою породою є дуб, далі йдуть ясен, граб, клен, береза, сосна, ялина, вільха, осика, липа.

Твердість – здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого твердого тіла, наприклад знарядь обробки (ножів, пилок, стамесок, свердел, іншого різального інструменту). Зна­ння твердості деревини має велике значення. Різальні інстру­менти для обробки деревини заточують з урахуванням саме цієї властивості, адже що твердіша деревина, то важче її обро­бляти, то більший кут загострення повинен мати інструмент.

За твердістю деревину можна розташувати в такій послі­довності: граб, дуб, ясен, клен, береза, сосна, вільха, ялина, липа. Тобто найбільшу твердість має граб. Отже, його важко обробляти різальним інструментом. Легше за всі деревні мате­ріали обробляється липа. Тому її здебільшого використовують для виготовлення фанери, сувенірів, речей домашнього вжит­ку тощо.

Пружність – властивість матеріалу змінювати свою форму (і не руйнуватися) під дією навантаження та відновлювати її після припинення його дії. Деревина згинається (деформуєть­ся) під дією сили і знову випростовується, або пружинить, після зняття навантаження. Високу пружність має деревина ясена, дуба, модрини, сосни та інших порід.

Учитель повідомляє, що в шкільних майстернях учні бу­дуть виготовляти вироби з деревних матеріалів. Для цього необхідно вміти дібрати заготовки, які мали б певні техноло­гічні і механічні властивості, а виготовлені з них вироби були надійними, мали привабливий зовнішній вигляд.

При цьому акцентується увага на тому, що фанеру виготов­ляють з непарної кількості листів шпону, з перпендикулярним розміщенням напрямку волокон у шарах. Завдяки цьому вона має високу міцність і пружність. Разом з цим фанера і ДВП мають недоліки: за надмірної вологості шари фанери розклею­ються, а ДВП набухає і розтріскується; за високої температу­ри фанера жолобиться. Разом з цим ДВП може витримувати високі температури.

Тому при виготовленні виробів потрібно враховувати, у яких умовах вони будуть використовуватись, та передбачити способи їх захисту від впливу зовнішнього середовища.

Для надання вузьким і довгим деталям високої міцності їх виготовляють уздовж напрямків розміщення волокон шпону або фанери. Крім цього, при виборі заготовки для виготовлен­ня виробу необхідно також врахувати, щоб вона не мала ско­лів, або розтріскування волокон, або тріщин у місцях сучків, або нерівних країв, оскільки ці вади призводять до збільшен­ня часу на обробку заготовки та значної кількості відходів під час її виготовлення.

Для закріплення матеріалу можна запропонувати учням здійснити розрахунок витратних матеріалів на виготовлення виробу, передбаченого Таблицею 1 (підручник, с. 9), або за власним задумом чи згідно .з такими завданнями:

1. Розробити ескіз виробу.

2. Вибрати матеріал для виготовлення виробу.

3. Визначити товщину фанери залежно від призначення ви­робу.

4. Здійснити розрахунок матеріалу з урахуванням розмірів виробу.