Transcript 華興課本100
第二章 製造科技 2-1 材料的特性 材料的性質-機械性質 • 硬度：物體堅硬的程度 材料的性質-機械性質 • 強度：物體抵抗外力變形和破壞的能力 – 抗壓 – 抗拉 – 彎曲 – 抗剪 材料的性質-機械性質 • 韌性：突受外力衝擊，不容易破壞 韌性 脆性 材料的性質-機械性質 • 剛性：受外力後不會扭曲變形，維持原樣 材料的性質-機械性質 • 延展性：物質能被拉長或碾薄而不折斷的 特性 材料的性質-機械性質 • 塑性：物質可以被塑造的能力 – 塑性佳：陶土、鐵絲、紙張 – 特殊塑性：鑄鐵、玻璃 材料的性質-物理性質 • 導電性：物質導電的能力 – 導體：銀、金、銅、鐵等金屬物質 – 半導體：碳、矽、鍺 – 絕緣體： 材料的性質-物理性質 • 導熱性：物質傳導熱能的能力 – 較佳：金屬 – 較差：布質、木材、石棉 材料的性質-物理性質 • 磁性：金屬物質接近磁石時，相互吸引的 特性 – 強磁性體：鐵、鈷、鎳 – 常磁性體：鋁、鉻、錳、鉑 – 反磁性體：金、銀、銅、銻 材料的性質-物理性質 • 熱膨脹：物質隨溫度變化而使體積發生變 化的狀況 – 正熱膨脹係數：溫度上升體積變大 – 負熱膨脹係數：0~4 ℃的水 材料的性質-化學性質 • 耐久性：物質抵抗風化或腐蝕的能力 – 耐久性佳：鋁、鉻、杉木 – 耐久性差：塑膠、鐵、松木 日常生活材料的分類-依性質分類 日常材料 金屬材料 無機非金 屬材料 天然有機 材料 人工聚合 材料 複合材料 半導體材 料 鐵金屬 石材 木屬材料 塑膠 碳纖維 矽 非鐵金屬 陶瓷 玻璃纖維 鍺 合金 玻璃 砷化鎵 鐵金屬 • 被稱為鋼或鐵，為鐵和碳的合金 • 會加入鉻、錳、釩、鉬、鎳、銅等金屬元 素，以及碳、矽、磷、硫等非金屬元素改 變鐵的性質。 – 例如不鏽鋼即是碳鋼中加入約12~22%的鉻，以 及8~16%的鎳。 碳鋼的含碳量及特性與應用 非鐵金屬-金 • • • • 金的密度最高 延展性最佳 有極高的抗氧化性 有極佳的導電性 非鐵金屬-銀 • 化學活性小 • 質地柔軟價格昂貴 • 導電性為金屬中最佳 非鐵金屬-銅 • 富有延展性 • 具紫紅色光澤 • 自然界存量豐富，是人類應用於生產的第 一種金屬 • 導電性、導熱性僅次於銀，但價格較低許 多 非鐵金屬-銅 銅的重要合金 非鐵金屬-錫 • 在空氣中不易氧化，常做為食物容器 • 表面細緻光滑 • 習與鐵的合金，俗稱馬口鐵，即是用來製 做罐頭的容器。 合金-鋁合金 • 鋁的比重只有鋼鐵的三分之一，強度卻不 輸鋼鐵。 • 鋁在自然環境中，表面會形成薄膜的氧化 層，保護內層，因此耐腐蝕性佳。 合金-鎂合金 • 商用上最輕的結構金屬。 • 冶煉時會添加3~10%的鋁增加硬度。 • 適合用於筆記型電腦、手機外殼等。 合金-鈦合金 • 高強度且質地輕、耐腐蝕之材料 • 鈦合金表面會氧化形成一良好的薄膜， 抵抗氯離子等的腐蝕。 • 鈦合金不會被人體排斥，所以廣泛的 用於骨釘、骨板等醫學治療上。 合金 • 合金比較表 木屬材料 • 實木：經由原木鋸切形成原木板或原木條 • 木心板、合板：由大面積的板材及小片的 木條拼接而成。 • 纖維板、密集板：木材打成碎屑或粉狀， 經高溫、高壓膠合而成。 木屬材料 • 板材 – 厚度單位為分，一分的厚度為3mm – 長度單位為尺，一尺為30.3cm，常見的板材為 3x6、3x7及4x8 • 角材 – 常用單位為寸，一寸的厚度為3cm，常見的角材 尺寸為1.2寸x1寸x8尺、1.2寸x2寸x8或1.2寸x1 寸x12尺、1.2寸x2寸x12尺 – 常見的材質為紅柳安角材、黃柳安角材及合板 角材 塑膠 • 由碳、氫、氧及氮所聚合而成的高分子化 合物。 • 由天然的動物骨骸、植物樹脂、松香提煉， 或由化石原料人工提煉而成。 塑膠-熱塑性塑膠 塑膠-熱固性塑膠 陶瓷 • 人類最早利用的材料之一 • 主要成分為氧化鋁、氧化矽、氧化鈣、氧 化鎂、結晶水及成色金屬。 • 陶瓷的特性 玻璃 • 一種透明、強度及硬度頗高的材料。 • 主要成分為氧化矽、灰石及碳酸鈉。 • 加入各種金屬氧化物可改變玻璃的顏色， 例如錳可造成淡紫色，加入鈷則變藍色。 石材 • 花崗石：耐腐蝕、耐磨，具鮮明的色彩， 適用於大樓外牆裝飾。 • 大理石：為變質岩，花色繁多，容易風化 故只適用於室內。 • 人造石：仿天然石材紋理製作而成，利用 破碎天然石材加入石粉、膠及水泥人工合 成。 複合材料-玻璃纖維 • 以高分子樹脂為基體，以玻璃絲為增強體， 複合而成的材料。 • 耐腐蝕、抗老化、絕緣性佳。 • 應用於運動用品、汽車及電子產品外殼、 造船等。 複合材料-碳纖維 • 以Rayon纖維、Poly-acrylonitrile纖維、 瀝青為基材，編織或多層複合，經高溫燒 結而成。 • 質地輕且堅硬 • 應用於腳踏車車身、網球拍，以及飛機駕 駛艙之控制面板、門板，用以減輕重量。 半導體材料 • 導電力介於金屬等導體與玻璃等絕緣體間 的物質。 • 正常狀態下不導電，提高溫度、光罩或給 予一點電能，便可改變電阻質，形成良導 體。 • 元素半導體有矽、鍺，化合半導體有砷化 鎵。 2-2 材料的加工與成形 切銷加工-鋸 手線鋸 折鋸 雙面鋸 線鋸機 圓鋸機 帶鋸機 切銷加工-切 尖嘴鉗 水刀切割 斜口鉗 剝線鉗 鋼筋油壓剪 切銷加工-鉋 • 將材料表面做平整處理 手工鉋刀 平鉋機 手壓鉋機 切銷加工-車削 • 利用車床將材料製成圓柱形狀 • 亦可用來車削螺紋或螺絲 切銷加工-銑 • 利用銑床在材料表面銑出凹槽 切銷加工-鑽孔 手搖鑽 手提電鑽 鑽床 木工鑽頭 金工鑽頭 水泥鑽頭 切銷加工-磨 砂紙 銼刀 手提砂磨機 桌上型砂輪機 模塑加工 射出成形 注漿成型 翻砂鑄造 模塑加工-翻砂鑄造 旋轉成形 • 拉坯 • 旋坯 塑性加工-軋延(Rolling) • 材料放置於兩個滾動的軋輥間，利用軋延 而減低其厚度。 塑性加工-鍛造(Forging) • 材料放置於上下一對的模具中，上方以鍛 槌施以重擊，改變材料的厚度、形狀與表 面紋路。 塑性加工-拉製(Drawing) • 將圓棒、線材或管才通過直徑較小的拉模， 並用力向前方抽拉成更細小的線徑或管徑。 塑性加工-擠製(Extrusion) • 將材料放置於裕成形的擠模中，由後方用 力擠壓，使材料通過擠磨而成形。 塑性加工-壓製(Pressing) • 材料至於壓模上，以壓筒由板上施以適當 速度與壓力，製成中空成品。 粉末冶金 • 將金屬粉末擠壓至具有成品形狀的模子中， 並經高溫燒結，而得成品。 • 優點: – 成品率高，適合大量生產 – 加工至最終成品，省去許多切削加工 – 可製成氣孔分散之材料 – 容易製成高熔點材料、複合材料 調質加工 • 經過熱處理，材料本身性質跟著改變，如 硬度、強度。 – 退火 – 淬火 – 回火 – 燒結 表面處理 • 物件加工完成後，須修飾其表面達到美化 效果。 • 進一步更可以改變物件表面的機械性能或 物理、化學特性，例如:耐磨損、耐高溫、 耐腐蝕。 表面處理-油漆 • 在物件表面上一材保護膜。 • 油漆種類: – 調和漆 – 乳膠漆 – 水泥漆 – 磁漆 – 凡立水 表面處理-油漆 • 物件噴塗有顏色油漆之步驟 • 物件噴塗透明漆之步驟 表面處理-釉藥 • 釉的成分:長石、石英、高嶺土、石灰、草 木灰等物質，依比例調製而成。 • 上釉方式: 浸釉法 淋釉法 刷釉法 噴釉法 表面處理-釉藥 • 彩繪方式 – 釉上彩:再燒結的坯體上彩繪，再以較低溫度燒 成 – 釉下彩:在已燒結或未經素燒之素坯上以色料或 化妝土彩繪，再噴上一層透明釉，高溫燒成。 表面處理-釉藥 • 藝術釉: – 窯變釉:還原燒製陶瓷器時，煙灰飛落和某些坯 體上的釉藥產生化學變化，產生特殊的釉色。 – 結晶釉:鐵在高溫時會融化在釉中，溫度下降後 鐵會局部附集，產生氧化物結晶。 表面處理-電鍍 • 一種電解過程，將特殊金屬均勻塗布在物 件上面。 • 電鍍的表面除美觀外，更具有保護內部物 件的功能。 • 另可提供如高導電性、高反光性等特殊功 能。 表面處理-陽極處理 • 把金屬放在陽極吸引氧離子使金屬產生氧 化，藉由氧化物保護內部金屬。 • 最常見的陽極處理金屬即為鋁。 表面處理-琺瑯 • 以熱融的方式將彩色玻璃物質固定於金屬 質、玻璃質或陶瓷質的物件上。 • 主要是以石英、長石等原料燒結而成的矽 酸鹽類。 • 比例要控制到使釉藥的膨脹係數比物件小， 熔點比物件低，才能使琺瑯完美附著。 表面處理-噴砂 • 利用細小金屬對金屬表面衝擊，使表面產 生顆粒化般的凹陷。 • 目的: – 讓表面具有規則化的紋路，像是霧面處理。 – 讓表面看起來更閃亮。 • 噴砂材質: 材料的接合方式-膠合 • 材料間塗上一材接著劑，待乾燥後即可將 材料黏接。 • 膠合材料 – 紙張:白膠、膠水 – 木材:白膠(樹脂)、強力膠 – 金屬、陶瓷:環氧樹脂 – 塑膠:瞬間膠 – 建築用:矽氧樹脂 材料的接合方式-釘接 • 利用鐵釘、銅釘、鋼釘、螺絲、鉚釘將材 料彼此固定。 • 鐵釘、銅釘常用於木材上，但接合性差， 須搭配膠材使用。 • 螺絲接合性佳，但工序較多。 材料的接合方式-釘接 • 木材使用螺絲接合步驟 材料的接合方式-榫接 • 應用於木材上的接合，將材料一側面鑿孔 做榫眼，另一末端做榫頭，然後彼此倆緊 密接合。 材料的接合方式-焊接 • 應用於金屬連接，材料和焊料融化形成一 熔融區域，冷卻後便形成材料間的連接。 • 焊接的能量多為氫氧焰、電弧、雷射等。 材料的接合方式-溶接 • 材料結合表面塗上一層溶劑，溶劑會融化 接合面，代溶劑揮發，即可完成接合。 • 例如壓克力接合，即是利用氯仿。 電腦輔助設計製造 • • • • • 電腦輔助設計(CAD) 電腦輔助製造(CAM) 精準加工控制(CNC) 雷射切割 水刀切割 2-3 製造科技的發展 製造型態的變遷 工匠生產 少量多樣 小型工廠 中量多樣 大型工廠 大量少樣 現代化工廠 大量多樣 企業化發展 • • • • • • 標準化與大量生產 流水作業 彈性生產線 專業分工與決策 產品行銷 售後服務 製造科技的發展趨勢-ODM • Original Design Manufacturer知名品牌 委託專業製造工廠，從設計到生產產品一 手包辦。 • 共同創造品牌的多樣性與知名度，並且共 享利潤。 製造科技的發展趨勢-ISO認證 • 各國家對各廠商立下品質保證之最低要求。 • ISO 9000:適應政府要求、提升企業形象、 建立客戶信心、強化品質意識、健全管理 制度及增進工作效率。 • ISO 14000:制定標準環境管理，協助企業 在生產、銷售、產品使用及廢棄後的整個 生命週期，降低對環境的衝擊。 製造科技的發展趨勢 • 綠色材料 • 客製化商品 • 個性化商品