ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ. ВИБІР МАТЕРІАЛУ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИРОБУ

Тема: ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ. ВИБІР МАТЕРІАЛУ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИРОБУ

Мета: ознайомити учнів з механічними та технологічними властивостями деревини, їх застосуванням, вадами деревини; формувати поняття твердість, міцність, пружність, гігроскопічність, вологість та жолоблення під час висихання; розвивати вміння вибирати матеріал відповідно до призначення виробу; виховувати почуття відповідальності щодо навколишнього середовища.

Ключові поняття: міцність, твердість, вологість, пружність.

Об’єкти практичної діяльності учнів: заготовки деревини.

Обладнання: зразки видів пиломатеріалів; плакати, таблиці, учнівські роботи з деревини.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

ОЧІКУВАНІ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

1. Уміння характеризувати властивості деревини.

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

3. Уміння визначати дефекти деревини та враховувати їх під час конструювання виробу.

4. Уміння вибирати відповідні матеріали для виготовлення виробу.

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

ОРІЄНТОВНИЙ ПЛАН ПРОВЕДЕННЯ УРОКУ

I. Організаційний етап.

II. Мотивація навчальної діяльності учнів.

III. Актуалізація опорних знань учнів.

IV. Вивчення нового навчального матеріалу.

1. Основні властивості деревини. Характеристика властивостей.

2. Вади та дефекти деревини. їх вплив на вибір матеріалу.

3. Застосування конструкційного матеріалу залежно від його властивостей.

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

IV. Лабораторно-практична робота Визначення вологості деревини.

Вибір матеріалу для виготовлення виробу.

V. Контроль та самоконтроль засвоєння учнями знань.

VI. Підбиття підсумків, оцінювання результатів роботи.

КОМЕНТАР ДЛЯ ВЧИТЕЛЯ

Ефективність вивчення властивостей деревини значною мірою залежить від забезпечення навчальних майстерень і підготовки вчителем лабораторної роботи. Властивості конструкційних матеріалів краще вивчати дослідним шляхом.

Розпочинаючи вивчення нового матеріалу, потрібно зазначити, що для виготовлення будь-якого виробу з деревини чи іншого матеріалу потрібно знати властивості цього матеріалу. На підприємствах, які займаються виготовленням виробів, існують лабораторії, де досліджують властивості матеріалів. Дослідження виконують працівники лабораторії - лаборанти.

Ознайомлення з властивостями деревних конструкційних матеріалів доцільно розпочати із з’ясування в процесі бесіди, що для виготовлення корисних речей використовують різноманітні конструкційні матеріали: метал, пластмасу, оргскло, шовк, текстильні та інші матеріали. Узагальнюючи повідомлення, потрібно дійти висновку, що великого поширення набуло використання деревини та матеріалів з неї. Усі конструкційні матеріали мають певні властивості, які потрібно враховувати під час виготовлення виробів. Учитель повідомляє, що до них належать уже відомі учням такі властивості, як колір, запах і текстура деревини. Крім цього, потрібно також знати, чи легко обробляється певний вид деревини та матеріали з неї, який інструмент для цього потрібно використати, чи будуть утримуватися в деревині цвяхи, шурупи, інші деталі кріплення, як впливатимуть на неї вологість, зміна температури навколишнього середовища. Потрібно також передбачити, який вид деревини чи матеріалів з неї необхідно використовувати, виготовляючи вироби, що будуть експлуатуватися під впливом зовнішнього середовища, при великих навантаженнях тощо.

Учитель звертається до учнів із запитаннями:

- Які властивості деревини ви знаєте?

- Чи однакові властивості деревини вздовж і впоперек волокон?

Повторюючи будову деревини, слід детальніше зупинитися на її неоднорідності в різних напрямках, продемонструвати вплив цього чинника на її механічні (міцність, твердість, пружність) і технологічні (опір різанню, гнучкість) властивості. Учням можна запропонувати розрізати звичайним ножем або розколоти стамескою дерев’яний брусок м’якої породи вздовж і впоперек волокон. У результаті виконання такої операції семикласники повинні дійти висновку, що деревина легко розщеплюється вздовж волокон за невеликих зусиль, а розрізати деревину впоперек волокон неможливо, навіть приклавши значне зусилля.

Окремим учням можна дати кілька зразків деревини (планка, рейка, брусок тощо) твердої та м’якої порід і запропонувати зігнути, зламати їх. Провівши цей експеримент, діти повинні зробити висновок, що зразки деревини м’яких порід легко ламаються, особливо вздовж волокон, а міцність зразків твердої породи вища та стійкіша до впливу зовнішніх зусиль.

Надалі учням потрібно пояснити, що будь-яке порушення цілісності деревини, правильності її будови, пошкодження, а також зміни її зовнішнього вигляду називають вадами. Учитель повинен не тільки перерахувати їх, але й дати їм коротку характеристику, показати вплив вад на механічні та технологічні властивості, декоративність деревини. Так, наприклад, нахил волокон, підвищуючи міцність деревини при розколюванні, ускладнює її механічну обробку. Жолоблення унеможливлює технологічну обробку струганням тощо.

Закріплення матеріалу вчитель проводить у ході виконання лабораторно-практичної роботи, попередньо провівши інструктаж щодо її змісту та порядку виконання.

ІНФОРМАЦІЯ ДО ВИВЧЕННЯ НОВОГО НАВЧАЛЬНОГО МАТЕРІАЛУ

Деревина з давніх часів була улюбленим і цінним матеріалом. Порода деревини - це біологічний вид дерева. Кожна порода має набір своїх унікальних властивостей.

Учитель повідомляє, що деревина як конструкційний матеріал характеризується низкою властивостей. Надалі слід перейти до ознайомлення з основними властивостями деревини, використовуючи метод демонстрації.

Розрізняють механічні, технологічні та фізичні властивості деревини.

З більшістю понять, що стосуються властивостей, учні поверхово ознайомлені з попередніх класів. Завдання вчителя полягає в їх конкретизації. Вивчення цього матеріалу можна розпочати з бесіди про механічні властивості.

До механічних властивостей належать: міцність, твердість, жорсткість, ударна в’язкість.

Міцність - здатність деревини чинити опір руйнівній дії сили, яка діє на деревину (мал. 5). Учитель може додатково пояснити, що міцність деревини поперек волокон в 30-50 разів менша від міцності вздовж волокон (залежно від породи). Крім того, міцність деревини зменшується зі зростанням вологості.

Мал. 5. Визначення міцності деревини

Що міцніша деревина, то більші навантаження вона витримує.

Твердість - здатність деревини чинити опір проникненню в неї тіла певної форми. Від твердості деревини залежить, важко чи легко можна її обробити різальним інструментом. Що твердіша деревина, то важче її обробляти.

Учитель повідомляє, що найбільш поширеним тестом для визначення твердості деревини є визначення твердості методом Янка (шкала Янка) (мал. 6). Цей метод заснований на вдавлюванні кульки в деревину. Вимірюється сила в кг/см2.

Мал. 6. Визначення твердості за Янком: а - схема (1 - експериментальний зразок; 2 - металева кулька; 3 - шток):

б - загальний вигляд

Твердість - показник терміну служби верхнього шару деревини. Що вища твердість, то повільніше йде знос. Виходячи з умов навчальних майстерень, учитель може продемонструвати цю властивість водночас на зразках твердих та м’яких порід деревини, запропонувавши учням забити цвях або металеву кульку в експериментальні бруски дуба та сосни (мал. 7) або перепиляти поперек волокон кілька підготовлених зразків (ялина, береза, дуб, бук).

Мал. 7. Демонстрація твердості

Ударна в’язкість - здатність деревини поглинати енергію без руйнування. Особливо добре можна відчути ефект поглинання енергії, ударивши молотком з дерев’яною ручкою або, для порівняння, дерев’яним та металевим прутом.

До технологічних властивостей належать: розколюваність, здатність утримувати металеві кріплення, здатність до гнуття.

Розколюваність - це здатність деревини розщеплюватися вздовж волокон. Вона має практичне значення, оскільки деякі вироби та заготовки (клепка, сірники) виготовляють розколюванням.

Здатність деревини утримувати металеві кріплення - важлива її властивість. Під час вбивання в деревину певного тіла волокна частково перерізаються чи розсуваються і, таким чином, спричиняють на бічну поверхню цвяха тиск, який називають тертям, що утримує цвях у деревині. Опір деревини витягуванню шурупів приблизно у 2 рази більший, ніж опір витягуванню цвяхів.

Здатність деревини до гнуття використовується під час виготовлення багатьох виробів (меблів, сувенірів) (мал. 8). Краще процесу вигинання піддаються дуб, ясен, бук, береза. У хвойних порід здатність до гнуття невисока. У вологої деревини ця здатність вища, ніж у сухої. Тому для згинання деревину пропарюють.

Мал. 8. Гнуття деревини: а - шаблон; б - зразки виробів

До фізичних властивостей належать: зовнішній вигляд, запах, вологість і пов’язані з нею зміни (всихання, розбухання, розтріскування, короблення), щільність.

Зовнішній вигляд деревини визначається її кольором, блиском та текстурою. У молодих дерев деревина звичайно світліша, ніж у старих. Стійкий колір мають дуб, груша, біла акація, каштан.

Запаху деревині надають смоли, ефірні олії, дубильні та інші речовини, що є в ній. Характерний запах скипидару є у хвойних порід: сосни та ялини. Дуб має запах дубильних речовин.

Пояснення поняття вологості деревини доцільно розпочати з аналізу властивостей свіжозрубаної деревини. Вона важка й сира, оскільки в ній міститься багато вологи. Ця волога була необхідна для життя і росту дерева, але коли вона залишиться в зрубаній деревині, яку використовують як конструкційний матеріал, ця деревина швидко загниє. Тому її потрібно висушувати.

Учитель пояснює, що якщо взяти шматок вологої деревини, зважити його, а потім помістити в сушильну камеру, то волога випарується. Зваживши суху деревину, можна встановити, що вона легша, а різниця мас вологої і сухої деревини покаже, скільки було вологи. Позначивши масу вологої деревини буквою МВ, а висушеної МС, можна встановити масу води (МВ – МС), що випарувалась. Деревину, яка зовсім не містить вологи, називають абсолютно сухою. Кількість вологи в деревині визначають у відсотках порівняно з масою абсолютно сухої деревини. Отже, вологість деревини К, яку називають абсолютною, визначається за формулою:

Розрізняють такі ступені вологості деревини: мокра - довгий час знаходиться у воді, вологість вища від 100 %; свіжозрубана - вологість 50-100 %; повітряно-суха (довгий час зберігалась на повітрі), вологість 15-20 % (залежно від кліматичних умов і пори року); кімнатно-суха - вологість 8-12 %; абсолютно суха - вологість близька до 0 %.

Для виготовлення виробів краще використовувати деревину з вологістю 8-12 %. Вологість вимірюють спеціальними приладами - вологомірами. Сучасні вологоміри є зручними в користуванні (мал. 9).

Мал. 9. Вимірювання вологості вологоміром

Деревина реагує на зміни вологості в повітрі. Тому вона може всихатися (зменшуватися в розмірах), викривлятися та тріскатися. Як наслідок, можуть випадати вставки та погіршуватися зовнішній вигляд виробу. За підвищеної вологості повітря деревина вбирає вологу і розбухає (збільшується в розмірах).

Дефекти - це вади деревини механічного походження, які виникають у ній у процесі заготовки, транспортування, сортування, штабелювання, а також механічної обробки. До дефектів належать: чужорідні елементи, обвугленість, дефекти обробки різанням, деформації тощо.

Розповідь про вади та дефекти деревини рекомендується розпочати з демонстрації заздалегідь підготовлених зразків. За їх відсутності бажано підготувати презентацію.

Вадами деревини називають особливості і відхилення від норми, які суттєво впливають на якість деревини і обмежують способи її застосування й використання. Серйозність вади деревини оцінюється залежно від її виду, розміру та призначення дерев’яного виробу. Ряд вад може якісно знижувати гідності матеріалу, але іноді, навпаки, значно покращувати їх. Наприклад, неоднорідність будови деревини може бути гідністю з декоративної точки зору, адже вона буде ознакою натуральності деревини, підкреслюючи її природну текстуру.

До вад належать: сучки, тріщини, вади форми стовбура і будови деревини, ураження грибками, червоточини тощо (мал. 10).

Мал. 10. Основні вади деревини

Жолоблення - це зміна форми пиломатеріалу, що виникає під час пиляння, сушіння або зберігання. Вона ускладнює використання пиломатеріалів і заготовок за призначенням. Висихання і зволожування деревини приводить до зміни ступеня жолоблення.

Сучки заважають виконувати обробку заготовок, затуплюють інструменти. Навколо сучків волокна деревини мають невелику завилькуватість, тому часто в цих місцях трапляються сколи деревини. Сучки бувають сухі та живі (здорові). Заготовки із сухими сучками небезпечно обробляти на верстатах.

Завилькуватість - це хвилясте або заплутане розташування волокон деревини, яке утворюється внаслідок заважання природному росту дерева. Така деревина важко обробляється різанням, часто утворюються сколи, зариви. Однак оброблена поверхня має оригінальну текстуру.

Гниль та червоточина зменшують міцність деревини та псують зовнішній вигляд виробів. Деревину з тріщинами дуже небезпечно обробляти на верстатах та ручним електрифікованим інструментом.

Вибираючи вид деревини та її якість для виготовлення виробу, варто враховувати її призначення. А також спосіб її подальшої обробки: чи буде покриватися зверху лаком, фарбою або ж використовуватися як чистова. Учням доцільно пояснити, що в матеріалу є лицьовий (видимий під час експлуатації) і нелицьовий боки. До лицьового боку висуваються великі вимоги з точки зору якості та декоративної цінності. Тому матеріал умовно класифікують.

Сорт «Екстра» (мал. 11, а) є найвищим сортом матеріалу, що виробляється з відбірної дошки. Це рівна поверхня без сучків і дефектів. Вироби цього сорту ідеально підходять для покриття прозорими складами, за яких зберігається видима структура деревини.

Мал. 11. Класифікація матеріалів: а - «Екстра»; б - «Прима»; в - «<А»; г - «<В»

Сорт «Прима» (мал. 11, б) схожий на сорт «Екстра», але з невеликими допущеннями. Основна відмінність у кількості видимих сучків на лицьовому боці матеріалу, що робить більш вираженим натуральний малюнок дерева. Сорт «Прима» також підходить для покриття прозорими складами і дозволяє зберегти видимою структуру деревини.

Сорт «А» (мал. 11, в), на відміну від сорту «Прима», має набагато більше сучків. Так само допускається наявність темних сучків і більша кількість дефектів. Підходить для фарбування, адже дефектів усе одно не буде видно.

Матеріал сорту «В» (мал. 11, г) може мати більшу кількість темних сучків і дефектів, на відміну від сорту «А». Вироби з нього практичні, але недостатньо привабливі. Добре підходять для облаштування підсобних і технічних приміщень.

Крім цього, вибираючи заготовки для виготовлення виробів, потрібно стежити, щоб вони не містили сколів або розтріскування волокон, тріщин у місцях сучків чи нерівних країв, оскільки такі недоліки призводять до збільшення часу на обробку заготовок та отримання значної кількості відходів під час їх виготовлення. Коли ж усе-таки виявлено незначні вади, їх можна усунути технологічно, якщо це не позначиться на якості виробу (мал. 12, 13).

Мал. 12. Усунення тріщин на заготовці: а - деревина з тріщиною; б - вставляння клинів; в - обробка поверхні

Мал. 13. Усунення сучків: а - заготовка із сучками; б - розмітка матеріалу; в - висвердлювання сучка; г, д - вкладання пробки; е - обробка поверхні

Закріплення знань завершується проведенням лабораторно-практичної роботи Визначення вологості деревини (підручник, с. 27).

Лабораторно-практичну роботу можна провести за двома варіантами. У першому варіанті вчитель заздалегідь готує два зразки однакового розміру з одного виду деревини. Один зі

зразків завчасно висушують у сушильній шафі (за наявності в навчальному кабінеті) або у звичайній електричній духовці, про що перед початком виконання лабораторних зважувань повідомляють учням. За результатами розрахунків учні мають зробити висновок про ступінь вологості деревини. Другий варіант полягає в демонстрації обох зразків деревини, один з яких протягом кількох днів був розміщений у зовнішньому середовищі, а другий - у приміщенні навчальної майстерні. На уроці учні зважують обидва зразки, після чого виконують необхідні розрахунки. Дані записують у таблицю Робочого зошита (с. 12).

Доцільно провести також лабораторно-практичну роботу Вибір матеріалу для виготовлення виробу.

Із запропонованого вчителем переліку матеріалу, враховуючи функціональне призначення майбутнього виробу, учні обирають заготовки, здійснюючи при цьому розрахунок витратних матеріалів.

Об’єктом практичної діяльності (мал. 14) для учнів можна запропонувати виготовлення простих саморобних важільних інструментів (щипці для утримання та забивання цвяхів, для розколювання горіхів, кулінарні тощо). У ході виконання завдання буде поєднано роботу з тонколистовим металом, яку вони вивчали в 6-му класі, та з деревиною.

Мал. 14. Орієнтовні об’єкти праці

Усі ці інструменти складаються з двох рукояток-важелів, з’єднаних жерстяною пластиною, яку кріплять до кожної рукоятки двома саморізами. Рукоятки виготовляють з деревини твердолистяних порід (бука, дуба, ясена тощо), жерстяну пластину вирізують з консервної банки.

Здійснивши вибір матеріалу, виготовлення виробу можна продовжити на наступних уроках.

Перевірку рівня навчальних досягнень учнів доцільно проводити з використанням контрольних запитань та тестових завдань, розміщених у Робочому зошиті (с. 9-10). Підбиваючи підсумки, учитель звертає увагу учнів на допущені помилки та методом обговорення з’ясовує особливості їх усунення.