Bài giảng môn học Công nghệ lớp 11 - Bài 15 - Vật liệu cơ khí (Tiết 3)

C hương2.Vật liệu cơ khí và gia công chế tạo phôi Bài15- Vật liệu cơ khí (Bài gồm 1 tiết: Tiết 19) Ngày soạn: 04/01/2009 A/Mục tiêu 1/Kiến thức: Qua bài giảng,HS phải: - Biết được tính chất công dụng của một số loại vật liệu dùng trong ngành cơ khí. 2/Kỹ năng: - Nhận biết được một số loại vật liệu cơ khí thông dụng 3/Thái độ: HS tích cực tìm tòi ,sưu tầm các loại vật liệu trong thực tế B.Chuẩn bị bài dạy 1.Chuẩn bị nội dung: - Nghiên cứu bài 15 - SGK công nghệ 11. - Đoc tài liệu tham khảo liên quan đến bài dạy. - Xem lại bài 18,19 - SGK Công nghệ 8. 2.Chuẩn bị phương tiện dạy học: - Tìm kiếm,sưu tầm các thông tin,tư liệu,tranh ảnh,vật mẫu liên quan đến vật liệu cơ khí. - Chuẩn bị vật mẫu: Nhựa cứng,thép, sắt,đồng... C/Tiến trình tổ chức dạy học 1.ổn định lớp: 2.Dạy bài mới: *Đặt vấn đề vào bài mới : (2phút) ở lớp 8,các em đã được biết về một số vật liệu cơ khí,vật liệu phi kim và các tính chất chung của chúng.Để hiểu rõ hơn về tính chất của các loại vật liệu cơ khí,chúng ta hãy nghiên cứu bài 15: “ Vật liệu cơ khí ” *Nội dung tiết học : Hoạt động 1: (18phút) Tìm hiểu một số tính chất đặc trưng của vật liệu cơ khí Hoạt động của GV và HS Nội dung *GV: Muốn chọn đúng vật liệu theo yêu cầu sử dụng cần phải biết các tính chất đặc trưng của vật liệu đó. ? Hãy cho biết các tính chất đặc trưng của vật liệu (kiến thức đã học lớp 8) (Độ bền, độ dẻo, độ cứng) GV: Giới thiệu các tính chất đặc trưng : Độ bền, độ dẻo, độ cứng. - GV: Hướng dẫn tìm hiểu độ bền ? Theo em thế nào là độ bền? ? Đại lượng đặc trưng cho độ bền? (GV đặt câu hỏi, gợi ý các nhóm phát biểu, xây dựng nội dung dưới sự gợi ý của GV) - GV: Hướng dẫn tìm hiểu độ dẻo ? Em hiểu thế nào là độ dẻo? ? Đại lượng đặc trưng cho độ dẻo? (GV gợi, các nhóm trao đổi phát biểu xây dựng nội dung) - GV: Hướng dẫn tìm hiểu độ cứng ? Em hiểu thế nào là độ cứng? ? Đại lượng đặc trưng cho độ cứng? ? Làm thế nào để biết được độ cứng của vật liệu? *GV: Nêu thêm cách thử độ cứng trong kỹ thuật.(dùng máy thử): Máy thử độ cứng Rocven Máy thử độ cứng Brinen I/Một số tính chất đặc trưng của vật liệu cơ khí. 1.Độ bền a) Định nghĩa Độ bền biểu thị khả năng chống lại sự biến dạng dẻo hay phá huỷ của vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực. b)ý nghĩa Độ bền là chỉ tiêu cơ bản của vật liệu. c) Giới hạn bền Giới hạn bền sb đặc trưng cho độ bền của vật liệu. Vật liệu có giới hạn bền càng lớn thì độ bền càng cao.Giới hạn bền được chia làm 2 loại : + Giới hạn bền kéo sbk đặc trưng cho độ bền kéo của vật liệu. + Giới hạn bền nén sbn đặc trưng cho độ bền nén của vật liệu. 2. Độ dẻo a) Định nghĩa Độ dẻo biểu thị khả năng biến dạng dẻo dưới tác dụng của ngoại lực. b)ý nghĩa Độ giãn dài tương đối đặc trưng cho độ dẻo của vật liệu. Vật liệu có độ giãn dài tương đối càng lớn thì độ dẻo càng cao. 3. Độ cứng a) Định nghĩa Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng dẻo của lớp bề mặt vật liệu dưới tác dụng của ngoại lực thông qua các đầu thử có độ cứng cao được coi là không biến dạng . b)Đơn vị đo độ cứng + Độ cứng Brinen (HB) dùng khi đo độ cứng của các vật liệu có độ cứng thấp. Vật liệu càng cứng thì chỉ số đo HB càng lớn. + Độ cứng Rocven ( HRC) dùng khi đo độ cứng các loại vật liệu có độ cứng trung bình hoặc độ cứng cao như thép đã qua nhiệt luyện. Vật liệu càng cứng thì số đo HRC càng lớn . + Độ cứng Vicker ( HV) dùng khi đo độ cứng của các vật liệu có độ cứng cao. Vật liệu càng cứng thì chỉ số đo HV càng lớn. Hoạt động 2: (20phút) Tìm hiểu một số loại vật liệu thông dụng Hoạt động của GV và HS Nội dung *GV đặt câu hỏi: +Hãy kể tên một số loại vật liệu thường dùng trong ngành chế tạo cơ khí mà em biết? +Kể tên một số chi tiết máy được chế tạo từ vật liệu phi kim? *GV giới thiệu ba nhóm vật liệu phi kim và ứng dụng của chúng( Bảng 15-1-SGK). *GV giải thích về nhựa nhiệt cứng: - Nhựa nhiệt cứng khi gia công,người ta cho nhựa nhiệt cứng dưới dạng bột vào khuôn,gia nhiệt cho chúng chuyển sang trạng thái chảy dẻo, sau đó dùng lực ép để định hình sản phẩm.Sau khi nguội,tháo khuôn,ta thu được sản phẩm. - Đặc tính cơ bản của nhựa nhiệt cứng là sau khi gia công nhiệt lần đầu,thì không thể gia công nhiệt lần hai vì có gia công chúng cũng không chuyển sang trạng thái dẻođNhựa cứng. *GV giải thích về vật liệu Compôzit nền là lim loại (ví dụ côban), cốt là các loại cacbit vônfram(WC), cacbit titan(TaC được liên kết với nhau. - Người ta trộn các loại bột cacbit với bột côban theo tỉ lệ nhấ định, sau đó cho vào khuôn ép sơ bộ để tạo hình rồi cho vào lò thiêu đốt.Côban nóng chảy sẽ liên kết các hạt cacbit với nhau.Tiếp đó ép lần 2 để thu được các mảnh hợp kim cứng. II/ Một số loại vật liệu thông dụng 1.Vật liêu vô cơ a)Thành phần Hợp chất hóa học của các nguyên tố kim loại với các nguyên tố không phải kim loại kết hợp với nhau. Ví dụ: Gốm Coranhđông b)Tính chất Độ cứng,độ bền nhiệt rất cao (làm việc ở nhiệt độ 2000 30000C ). c)ứng dụng Chế tạo đá mài,các chi tiết máy trong thiết bị sản xuất sợi dùng cho công nghiệp dệt. 2.Vật liêu hữu cơ (Pôlime) u Nhựa nhiệt dẻo a)Thành phần: Hợp chất hữu cơ tổng hợp. b)Tính chất - ở nhiệt độ nhất định,chúng chuyển sang trạng thái chảy dẻo. - Không dẫn điện. - Gia công được nhiều lần. - Có độ bền và chống mài mòn tốt. c)ứng dụng Chế tạo các chi tiết chịu mài mòn (Bánh răng trong công nghiệp dệt...). v Nhựa nhiệt cứng a)Thành phần: Hợp chất hữu cơ tổng hợp. Ví dụ: Epôxi; pôlieste không no... b)Tính chất - Sau khi gia công nhiệt lần đầu thì không thể gia công nhiệt lần thứ 2. - Không tan trong dung môi. - Không dẫn điện, có độ cứng, độ bền nhiệt tốt. c)ứng dụng Dùng trong chế tạo các vật liệu kỹ thuật điện 3.Vật liệu Compôzit u Compôzit nền là kim loại a)Thành phần Các loại cacbit liên kết lại với nhau nhờ côban. b)Tính chất Có độ cứng, độ bền, độ bền nhiệt cao, làm việc được ở nhiệt độ 80010000C c)ứng dụng Chế tạo dụng cụ cắt trong gia công cắt gọt. v Compôzit nền là vật liệu hữu cơ a)Thành phần - Nền là epôxi, cốt là cát vàng và sỏi. - Nền là epôxi, cốt là ôxit nhômAl2O3 dạng hình cầu có thêm sợi các bon. b)Tính chất Có độ cứng, độ bền nhiệt cao c)ứng dụng Chế tạo thân máy công cụ,nắp máy, cánh tay người máy... 3.Tổng hợp - Đánh giá: (5 phút) - GV hướng dẫn HS trả lời các câu hỏi ở cuối bài học.Từ đó HS tự tổng hợp nội dung bài học. GV yêu cầu HS đọc thông tin bổ sung trang 77-SGK - Đọc trước bài 16-SGK. Bài16- công nghệ chế tạo phôi (Bài gồm 2tiết: Tiết 20-21) Ngày soạn: 09/01/2009 A/Mục tiêu 1/Kiến thức: Qua bài giảng,HS phải: - Biết được bản chất của công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc , hiểu được công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc trong khuôn cát . - Biết được bản chất của công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp gia công áp lực và hàn . 2/Kỹ năng: - Lập được quy trình công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc. 3/Thái độ: - HS tích cực tìm hiểu các thuật ngữ,chăm chú nghe giảng và có ý thức tìm hiểu qua các tài liệu cũng như thực tế để hiểu bài kỹ hơn. B.Chuẩn bị bài dạy 1.Chuẩn bị nội dung: - Nghiên cứu bài 16 - SGK công nghệ 11. - Đọc tài liệu tham khảo liên quan đến bài dạy. - Đọc thông tin bổ sung trong SGK 2.Chuẩn bị phương tiện dạy học: - Tìm kiếm, sưu tầm các thông tin, tư liệu, tranh ảnh, vật mẫu liên quan đến vật liệu cơ khí. - Tranh vẽ 16.2; Bảng 16.1; Hình ảnh về đúc. - Chuẩn bị tranh “ Quy trình công nghệ chế tạo phôi” trong bộ thiết bị giáo dục do bộ giáo dục cung cấp. C/Tiến trình tổ chức dạy học Tiết20 Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc 1.ổn định lớp: 2.Kiểm tra bài cũ: Câu hỏi: 1. Nêu các tính chất đặc trưng của vật liệu ? 2. Kể tên một số vật liệu thông dụng? 3.Dạy bài mới: *Đặt vấn đề vào bài mới : (2phút) Trong cơ khí,để giảm thời gian gia công các chi tiết, nâng cao năng suất lao động thì phải có phôi (phôi là hình dạng ban đầu của chi tiết khi chưa gia công).Vậy phôi được tạo ra do đâu?Người ta dùng nhiều phương pháp gia công cơ khí như rèn, đúc...tạo ra phôi. Chúng ta hãy nghiên cứu các phương pháp gia công đó trong bài học16: “Công nghệ chế tạo phôi”. *Nội dung tiết học : Hoạt động 1: (13phút) Tìm hiểu bản chất và ưu nhược điểm của công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc. Hoạt động của GV và HS Nội dung *GV hướng dẫn HS tìm hiểu bản chất của đúc bằng cách đặt các câu hỏi + Hãy kể tên một số đồ dùng được làm từ phương pháp đúc? + Em hiểu thế nào là đúc? - Kim loại ở trạng thái nào? Vì sao? (Dạng lỏng do được nấu nóng chảy) - Dùng cách nào để định hình dạng cho sản phẩm? ( Đổ kim loại lỏng vào khuôn) - Khuôn được làm bằng vật liệu gì? (Cát, đất sét hay kim loại ) GV:Tóm tắt đưa ra khái niệm đúc, giải thích khái niệm phôi, sản phẩm và chi tiết đúc. *GV hướng dẫn HS tìm hiểu ưu nhược điểm của phương pháp đúc bằng cách phân tích, vấn đáp +Vì sao các kim loại và HK đều đúc được? + Vì sao dùng phương pháp đúc có thể chế tạo được các chi tiết có kích thước khác nhau và hình dạng phức tạp? + Năng suất của phương pháp đúc? + Theo em chế tạo sản phẩm bằng đúc có thể có những khuyết tật gì? (GV nhấn mạnh kim loại, HK ở trạng thái nóng chảy có thể điền đầy khuôn nên vừa có những ưu điểm và nhược điểm trên) I/Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc 1. Bản chất - Đúc là rót kim loại lỏng vào khuôn, sau khi kim loại lỏng kết tinh và nguội người ta nhận được vật đúc có hình dạng và kích thước của lòng khuôn. - Có nhiều phương pháp đúc khác nhau như đúc trong khuôn cát, đúc trong khuôn kim loại. 2) Ưu nhược điểm a) Ưu điểm : - Đúc được tất cả các kim loại và hợp kim khác nhau . - Có thể đúc được các vật có khối lượng nhỏ hoặc rất lớn. - Đúc được các vật có hình dạng phức tạp mà các phương pháp khác khó thực hiện. - Nhiều phương pháp đúc hiện đại có độ chính xác và năng xuất rất cao, góp phần hạ giá thành sản phẩm. b) Nhược điểm : Có thể có khuyết tật như rỗ khí , rỗ xỉ , không điền đầy hết các lòng khuôn , vật đúc bị nứt... Hoạt động 2: (20phút) Tìm hiểu công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc trong khuôn cát Hoạt động của GV và HS Nội dung *GV: Vẽ, yêu cầu các nhóm tìm hiểu sơ đồ đúc trong khuôn cát (H 16-1 SGK) đồng thời treo tranh và hướng dẫn HS quan sát hình dạng kích thước của mẫu và khuôn. *GV: Phân tích làm rõ các bước - Nêu tác dụng của mẫu, thành phần hỗn hợp làm khuôn. - Làm khuôn bằng cách in mẫu, rút mẫu tạo khoảng trống lòng khuôn. - Vật liệu nấu (KL hoặc HK, than đá và chất trợ dung, KL thường là gang ) - Nấu chảy bằng lò nấu, rót bằng gầu rót, gáo hoặc thùng rót. - Sau khi đúc, tuỳ sản phẩm phải làm sạch có thể dùng ngay hoặc phải gia công cắt gọt tiếp. Rót KL lỏng Vào khuôn Chuẩn bị mẫu và vật liệu làm khuôn Tiến hành làm khuôn Nấu chảy kim loại Chuẩn bị vật liệu nấu Khuôn đúc Sản phẩm đúc 3.Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc trong khuôn cát. Hình 16-1.Sơ đồ quá trình đúc trong khuôn cát *Bước 1: Chuẩn bị mẫu và vật liệu làm khuôn. - Mẫu làm bằng gỗ hoặc nhôm có hình dạng, kích thước giống như chi tiết cần đúc. - Vật liệu làm khuôn cát là hỗn hợp của cát, chất dính kết và nước ( Cát 7080% ; chất dính kết là đất sét 1020% và nước).hỗn hợp được trộn đều. *Bước 2: Tiến hành làm khuôn. - Để làm khuôn phải dùng mẫu và cát với đất sét. - Quy trình làm khuôn: Đặt mẫu vào trong và chèn cát, để khô, tháo khuôn, lấy vật mẫu ra được khuôn giống như mẫu.Như vậy khuôn có hình dạng giống như vật đúc. *Bước 3: Chuẩn bị vật liệu nấu Vật liệu nấu gồm gang, than đá và chất trợ dung(đá vôi) được xác định theo tỉ lệ nhất định. *Bước 4: Nấu chảy và rót kim loại lỏng vào khuôn Quá trình nấu chảy và rót kim loại vào khuôn được thực hiện như sau: Kim loại được nấu chảy đ Rót kim loại lỏng vào khuôn. Kim loại kết tinh đ nguội đ dỡ khuôn đthu được vật đúc. ỉVật đúc có thể sử dụng ngay nếu chi tiết không cần độ chính xác cao.Ta gọi vật đúc đó là chi tiết đúc.Ví dụ như quả tạ.... ỉ Vật đúc phải tiếp tục gia công ta gọi đó là phôi đúc.Ví dụ như phôi bánh răng,phôi trục xe đạp... 4.Tổng hợp - Đánh giá: (5 phút) - GV đặt câu hỏi theo đừê mục của tiết học để tổng hợp và đánh giá nhận thức của học sinh. - GV giao nhiệm vụ cho HS: Nghiên cứu trước về công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp gia công áp lực và phương pháp hàn. Một số tư liệu về công nghệ đúc (Chiếu minh hoạ) Làm khuôn trên nền cát Một cơ sở sản xuất đúc - Lò nấu kim loại Khuôn đúc 2 hòm khuôn Rót kim loại lỏng vào khuôn Má phanh tàu hỏa Trống đồng Tiết21 Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp gia công áp lực và phương pháp hàn 1.ổn định lớp: 2.Kiểm tra bài cũ: Câu hỏi: 1. Nêu bản chất, ưu nhược điểm của phương pháp đúc ? 2. Nêu các bước đúc trong khuôn cát? 3.Dạy bài mới: Hoạt động 1: (15phút) Tìm hiểu bản chất và ưu nhược điểm của công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp đúc. Hoạt động của GV và HS Nội dung *GV hướng dẫn HS tìm hiểu bản chất của công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp gia công áp lực thông qua các câu hỏi gợi mở: + Làm thế nào để kim loại biến dạng theo yêu cầu? (Dùng ngoại lực tác dụng theo hướng định trước) + Khi biến dạng khối lượng kim loại có thay đổi không? (Không thay đổi) + Để gia công áp lực, người ta phải dùng dụng cụ gì? + Theo em có những phương pháp gia công nào thuộc nhóm này? GV kết luận đưa ra bản chất của phương pháp, giải thích các phương pháp rèn, dập. Minh hoạ dụng cụ sử dụng khi rèn tự do(Đe-Kìm) + Em hãy so sánh giữa rèn tự do và dập thể tích? (Giống: đều là phương pháp gia công biến dạng. Khác: biến dạng tự do và biến dạng trong khuôn) Máy búa Máy dập *Tìm hiểu về ưu nhược điểm + Theo em gia công áp lực có những ưu nhược gì? GV gợi ý, vấn đáp để HS tìm ra các ưu nhược điểm. II/ Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp gia công áp lực 1. Bản chất - Là dùng ngoại lực tác dụng thông qua các dụng cụ hoặc thiết bị làm cho kim loại biến dạng dẻo theo hướng định trước nhằm tạo được vật thể có hình dạng, kích thước theo yêu cầu. - Khi gia công khối lượng và thành phần vật liệu không thay đổi . - Khi gia công áp lực người ta thường dùng các dụng cụ minh hoạ ở hình 16-2 (đe-kìm). - Các phương pháp gia công áp lực thông dụng : + Rèn tự do Kim loại bị biến dạng ở trạng thái nóng theo hướng định trước bằng búa tay hoặc búa máy để thu được sản phẩm có kích thước và hình dạng theo yêu cầu. + Dập thể tích (Rèn khuôn) Kim loại bị biến dạng trong lòng khuôn dưới tác dụng của máy búa hoặc máy ép. (Khuôn dập thể tích được làm bằng thép có độ bền cao). 2. ưu, nhược điểm a) Ưu điểm - Phôi gia công áp lực có cơ tính cao. - Dập thể tích dễ cơ khí hoá và tự động hoá, tạo được phôi có độ chính xác cao về hình dạng và kích thước.Do đó tiết kiệm được kim loại và giảm chi phí cho gia công cắt gọt. b) Nhược điểm - Không chế tạo được vật thể có hình dạng kết cấu phức tạp hoặc quá lớn. - Không chế tạo được với các vật liệu có tính dẻo kém. - Rèn tự do có độ chính xác và năng xuất thấp, điều kiện làm việc nặng nhọc. Hoạt động 2: (18phút) Tìm hiểu công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp hàn Hoạt động của GV và HS Nội dung *GV hướng dẫn HS tìm hiểu bản chất của công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp hàn bằng cách đặt các câu hỏi gợi mở + Muốn nối hai đầu kim loại với nhau có thể dùng những cách nào *GV: Nêu các cách, (phạm vi bài chỉ xét pp hàn.) + Khi hàn người ta tiến hành như thế nào? *HS trao đổi nhóm, GV dẫn dắt đưa ra bản chất phương pháp hàn. ỉ Tìm hiểu về ưu nhược điểm *Tìm hiểu ưu điểm GV vấn đáp xây dựng nội dung : + Mức độ tiết kiệm so với pp khác? + Có thể hàn các kim loại khác nhau được không? Vì sao? + Mức độ phức tạp của sản phẩm (lấy vd xen hoa sắt) + Độ bền và độ kín? *Tìm hiểu nhược điểm + Do nhiệt chủ yếu cung cấp ở đầu mối hàn nên biến dạng nhiệt có đều không? Xảy ra nhược điểm gì khi hàn? ỉ Tìm hiểu các phương pháp hàn + Em hãy kể tên các phương pháp hàn mà em biết? + Hàn hơi và hàn hồ quang tay khác nhau ở những điểm nào? GV: Phân tích và làm rõ bản chất và ứng dụng của các phương pháp hàn hơi và hàn hồ quang tay GV: Dùng hình ảnh minh hoạ hàn hơi, hàn hồ quang Minh hoạ hàn hồ quang tay III/Công nghệ chế tạo phôi bằng phương pháp hàn 1. Bản chất Hàn là phương pháp nối các chi tiết kim loại với nhau bằng cách nung nóng chỗ nối đến trạng thái chảy, sau khi kim loại kết tinh sẽ tạo thành mối hàn. 2. ưu, nhược điểm a) Ưu điểm - Tiết kiệm được kim loại so với nối ghép bằng bu lông đai ốc hoặc đinh tán. - Có thể nối được kim loại có các tính chất khác nhau. - Tạo ra được các chi tiết có hình dạng kết cấu phức tạp mà các loại phương pháp khác khó hoặc không thực hiện được. - Mối hàn có độ bền cao và kín. b) Nhược điểm - Do biến dạng nhiệt không đều nên chi tiết hàn dễ bị cong , vênh, nứt . 3. Một số phương pháp hàn thông dụng a)Hàn hồ quang tay - Bản chất: Dùng nhiệt của ngọn lửa hồ quang làm nóng chảy KL chỗ hàn và KL que hàn tạo thành mối hàn. - Dụng cụ.vật liệu: Kìm hàn, que hàn, vật hàn. -ứng dụng: Dùng trong ngành chế tạo máy,ôtô, xây dựng cầu... b)Hàn hơi - Bản chất: Dùng nhiệt phản ứng cháy của khí axêtinen(C2H2) với ô xi làm nóng chảy KL chỗ hàn và que hàn tạo thành mối hàn. - Dụng cụ.vật liệu: Que hàn, mỏ hàn, óng dẫn khí (C2H2 và O2) vật hàn. -ứng dụng: Hàn các chi tiết có chiều dày nhỏ (các tấm mỏng). (Một số phương pháp hàn thông dụng được trình bày trong bảng 16.1) 4.Tổng hợp - Đánh giá: - GV yêu cầu HS trả lời các câu hỏi trong SGK để củng cố bài học. - GV nhận xét về ý thức,tinh thần, thái độ học tập của HS. - Giao nhiệm vu; cho HS: Đọc trước bài 17 - SGK