Свойства металлов и сплавов применяемых в машиностроении

Обновлено: 13.05.2024

С помощью знаний, которые накопили многочисленные ученые, занимавшиеся тщательным изучением различных металлов, сплавов, их свойств и особенностей, появилась возможность создавать такие материалы, которые отличаются поистине уникальными свойствами. Они сейчас широко используются при производстве современных машин и оборудования, летательных аппаратов, исследующих космическое пространство и т.п.

Следует заметить, что в химически чистом виде металлы в машиностроении практически не применяются, а используются преимущественно их сплавы. Все они подразделяются на черные и цветные. К черным принято относить железо, а также различные его сплавы с углеродом (чаще всего – с добавление некоторых других химических элементов, называющихся в том случае легирующими), а к цветным – алюминий, медь, олово, свинец и их сплавы.

Одной из причин широкого применения в машиностроении сплавов является то, что процесс получения чистых металлов весьма дорогой и трудоемкий. Кроме того, в подавляющем большинстве случаев сплавы обладают гораздо лучшими характеристиками, чем натуральные металлы в чистом виде. Например, прочность стали существенно выше, чем прочность железа, бронзы и латуни – выше, чем меди, а дюралюминия – чем чистого алюминия. Одним из важных свойств сплавов является пластичность, то есть их свойство деформироваться под воздействием внешних сил, при этом не разрушаясь.

В природе насчитывается несколько десятков металлов, из которых современной промышленностью выпускаются десятки тысяч самых разнообразных сплавов. Их ассортимент и номенклатура постоянно растут, причем некоторые сплавы становятся все более и более популярными, а некоторые перестают использоваться в технике совсем.

Для того чтобы составить более-менее определенную картину того, какими же сплавы бывают в принципе, необходимо составить их классификацию. На сегодняшний день единого их подразделения по типам и видам не существует, однако есть градация по некоторым важным признакам. Самая простая и наиболее очевидная из них основывается на содержании главного компонента. Согласно ей все выделяют:

Железо и его сплавы с углеродом (чугуны и стали)
Медь и сплавы на ее основе (латуни и бронзы)
Никели и сплавы на его основе
Алюминий и сплавы на его основе (дуралюмины и силумины)
Магний и сплавы на его основе
Титан и сплавы на его основе
Цинк и сплавы на его основе
Свинец и сплавы на его основе
Олово и сплавы на его основе

В принципе, этот список ни в коей мере не может быть исчерпывающим, поскольку в него вполне можно включить и все другие металлы, которые есть в таблице Менделеева. На практике железо и его сплавы с углеродом принято называть черными металлами, а отрасль промышленности, которая занимается их производством – черной металлургией. Кроме того, к категории черных металлов относят также марганец, хром, причем по той простой причине, что они в весьма значительных количествах используются именно в черной металлургии в качестве легирующих, реагирующих и раскисляющих элементов при выплавке различных марок сталей и чугунов.

Все другие металлы и их сплавы принято причислять к цветным, а та отрасль металлургии, которая их выпускает, именуется цветной металлургией.

Если металлы и их сплавы классифицировать по такому признаку, как назначение, то их можно подразделить на конструкционные и инструментальные. Конструкционные металлы и сплавы предназначены для того, чтобы с их помощью изготавливать различные детали машин, приборов и механизмов, такие как, например: валы, станины, шестерни, пружины, рычаги, шатуны, сердечники, храповики, обмотки электрических машин и трансформаторов и т.п. В практической деятельности конструктивные металлы и сплавы нередко именуются машиностроительными.

Инструментальные сплавы используются для изготовления различных инструментов, таких, как фрезы, резцы, сверла, метчики, плашки, штампы, молотки, а также разнообразные мерительные инструменты (например, скобы и калибры).

Существует и довольно широко применяется также классификация металлов и сплавов на основе такого признака, как технология получения заготовок из них. В этом отношении все материалы делятся на простые и пригодные для прокатки и ковки (деформируемые). Основным свойством последних является пластичность, то есть способность принимать различную форму, не меняя свою структуру, под влиянием различных механических воздействий. К деформируемым металлам и сплавам относится сталь, дуралюмины, латуни и некоторые марки бронзы. Все остальные сплавы относятся к категории литейных, и из них изготавливают различного рода отливки. Основными свойствами этих сплавов являются небольшая линейная и объемная усадка, высокая текучесть. К наиболее типичным и широко используемым в машиностроении литейным сплавам относятся оловянная бронза, силумины и чугуны. Есть целая категория сплавов, которые являются одновременно и литейными, и деформируемыми (некоторые бронзы и латуни, а также отдельные вида сталей).

Любой сплав состоит из так называемых нужных и ненужных составных частей. Нужными являются те из них, без которых сплав просто не будет иметь ценных свойств, и они называются компонентами. Что касается ненужных составных частей, то их принято называть примесями. В процессе производства различных сплавов компоненты вводятся в них совершенно намеренно и целенаправленно, а что касается примесей, то они – ни что иное, как неизбежно попадающие в готовые продукты элементы шихты, футеровки, топлива и т.п.

Механические свойства металлов и сплавов

Возможность практического использования металлов и их сплавов в различных конструкциях на практике определяется их механическими свойствами. К таковым относятся:

Деформация
Напряжение
Прочность материала
Предел прочности при растяжении
Предел текучести
Предел прочности при изгибе
Пластичность
Удельная вязкость
Твердость
Износостойкость

Под деформацией подразумевается способность металлов и сплавов изменять свою форму и размеры в результате воздействия на них различных сил. Различают пластические и упругие деформации, причем первые отличаются от вторых тем, что материал сохраняет измененную форму и после того, как на него перестают воздействовать посторонние силы.

Что касается напряжения, то оно представляет собой соотношение нормальной силы к площади поперечного сечения, и выражается в МПа ( кгс / мм 2 ). Под прочностью материала понимается его способность противостоять разрушению и пластическим деформациям, а под пределом прочности на растяжение – та наименьшая величина напряжения, при котором без заметного увеличения нагрузки происходит деформация растягиваемого образца.

Предел текучести составляет обычно около 40%-90% предела прочности на разрыв, а предел прочности при изгибе – это максимальное напряжение, которое определяется во время изгиба образца с помощью пресса.

Под пластичностью подразумевается способность материала деформироваться пластически без его разрушения, а под ударной вязкостью – способность без разрушения выдерживать ударные нагрузки. Твердость – это способность материала сопротивляться вдавливанию в его твердого тела, а износостойкость – противостоять разрушению под воздействием трения.

Свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении

Nbsp; Содержание: ВВЕДЕНИЕ 1. Холодное деформирование 2. Конструкционные материалы 3. Сущность процесса горячей объёмной штамповки, области её применения 4. Оборудование 5. Разработка заготовки (поковки) горячей объемной штамповкой 6. Составление маршрута токарной операции, выбор инструмента и оборудования 7. Выполнение расчета режима резания при сверлении ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

В современных условиях развития общества одним из основных факторов технологического процесса в машиностроении является совершенствование технологии производства. Коренное преобразование производства возможно в результате создания более совершенствованных средств туда, разработки принципиально новых технологий.

Развитие и совершенствование любого производства в настоящее время связано с его автоматизацией, создание робототехнических комплексов, широким использованием вычислительной техники, применением станков с числовым программным управлением. Все это составляет базу, на которой создаются автоматизированные системы управления, становятся возможными оптимизация технологических процессов и режимов обработки, создание гибких автоматизированных комплексов.

Важным направлением научно – технического прогресса является также создание и широкое использование новых конструкционных материалов. В производстве все шире используется сверхчистые, сверхтвердые, жаропрочные, композиционные, порошковые полимерные и другие материалы, позволяющие резко повысить технический уровень и надежность оборудования. Обработка этих материалов связана с решением серьезных технологических вопросов.

Создавая конструкции машин и приборов, обеспечивая на практике их заданные характеристики и надежность работы с учетом экономических показателей.

Описание технологических процессов основано на их физической сущности и предваряет сведения о строении и свойствах конструкционных материалов. Основные методы обработки конструкционных материалов: литье, обработка давлением, сварка и обработка резанием. Эти методы в современной технологии конструкционных материалов характеризуется многообразием традиционных и новых технологических процессов, возникающих на их слиянии и взаимопроникновении.

Холодное деформирование

Обычно под холодной штамповкой понимают штамповку без предварительного нагрева заготовки. Для металлов и сплавов, применяемых при штамповке, такой процесс деформирования соответствует условиям холодной деформации.

Холодную штамповку можно разделить на объемную штамповку (сортового металла) и листовую штамповку (листового металла) Разделение целесообразно из-за различия технологии штампования и отличия самих штампов.

Рассмотрим холодную объемную штамповку.

Холодная объемная штамповка

При холодном выдавливании заготовку помещают в полость, из которой металл выдавливают в отверстия, имеющиеся в рабочем инструменте. Выдавливание обычно производят на кривошипных или гидравлических прессах в штампах, рабочими частями которых является пуансон и матрица.

Холодная штамповка в открытых штампах

Холодная штамповка в открытых штампах заключается в придании заготовке формы детали путем заполнения полости штампа металлом заготовки. Схема холодной штамповки аналогична схеме горячей объемной штамповки.

Холодной объемной штамповкой можно изготовлять пространственные детали сложных форм (сложные и с отверстиями). Холодная объемная штамповка обеспечивает так же получение деталей со сравнительно высокой точностью размеров и качеством поверхности. Это уменьшает объем обработки резанием или даже исключает ее. Так как штампуют обычно за один ход ползуна пресса, то холодная штамповка (даже при использовании нескольких переходов со своими штампами) характеризуется большей производительностью по сравнению с обработкой резанием. Однако, учитывая, что изготовление штампов трудоемко и дороже изготовления инструментов, используемого при обработке резанием, холодную штамповку следует применять при достаточно большой серийности производства.

Конструкционные материалы

Детали машин чрезвычайно разнообразны, и для их изготовления необходимы материалы с самыми различными свойствами. Требования к материалам серьезно возросли в эпоху научно-технического прогресса. В некоторых случаях для изготовления изделий необходимы материалы, обладающие следующими свойствами: повышенной коррозийной стойкостью, теплопроводностью и электропроводностью, особыми магнитными свойствами, тугоплавкостью, сверхпроводимостью и т.п. Для правильного использования имеющихся материалов, так же как и для обработки заготовок из них, важно иметь представление о их структуре, так как это дает возможность учитывать влияния режимов эксплуатации или обработки на характеристики изделия.

Свойства металлов и сплавов, применяемых в машиностроении

Все металлы имеют кристаллическое строение. Атомы в твердом металле расположены упорядоченно и образуют кристаллические решетки. Расстояния между атомами называют параметрами решеток и измеряют в нанометрах. С повышением температуры или давления параметры решеток могут изменяться. Некоторые металлы в твердом состоянии в различных температурных интервалах приобретают различную кристаллическую решетку, что всегда приводит к их изменению физико-химических свойств.

Перестройка кристаллических решеток при критических температурах называется полиморфными превращениями. Полиморфные превращения обозначают греческими буквами α, β, γ и другими.

Чаще в машиностроении применяются сплавы, а не чистые металлы. Кристаллическое строение сплава более сложное, чем чистого металла, и зависит от взаимодействия его компонентов при кристаллизации. Компоненты в твердом сплаве могут образовывать твердый раствор, химическое соединение и механическую смесь.

К основным свойствам металлов относятся механические, физические, химические, технологические и эксплуатационные.

Механические свойства. Основные из них – прочность пластичность, твердость и ударная вязкость.

Напряжение – это нагрузка (сила), отнесенная к площади поперечного сечения, МПа:

Деформация – это изменение формы и размеров тела под влиянием воздействия внешних сил или в результате физико-механических процессов, возникающих в самом теле. Различают упругую и пластическую деформацию.

Прочность – это способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. Прочность при динамических нагрузках оценивают по ударной вязкости, Дж/м

Пластичность – это способность материала получать остаточное изменение формы и размера без разрушения.

Твердость – это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточных деформаций, тела.

Твердость по Бриннелю (HB, МПа):

Физические свойства. К физическим свойствам металлов относятся температура плавления, плотность, температурный коэффициент, электросопротивление и теплопроводность. Физические свойства сплавов обусловлены их составом и структурой.

Химические свойства. К химическим свойствам относятся способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами.

Технологические свойства. Способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки определяют по его технологическим свойствам. К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся литейные свойства, деформируемость, свариваемость и обрабатываемость режущим инструментом. Эти свойства позволяют производить формоизменяющую обработку и получать заготовки и детали машин.

Литейные свойства определяются жидкотекучестью, усадкой и склонностью к ликвации.

Деформируемость – это способность принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузки.

Свариваемость – это способность металлов и сплавов образовывать неразъемные соединения требуемого качества.

Эксплуатационные, или служебные свойства. В зависимости от условий работы машины или конструкции определяют коррозийную стойкость; хладостойкость; жаропрочность, жаростойкость; антифрикционность материала.

Коррозийная стойкость – сопротивление сплава действию агрессивных кислот и щелочных сред.

Хладостойкость – способность сплава сохранять пластические свойства при температурах ниже 0°С.

Жаропрочность – способность сплава сохранять механические свойства при высоких температурах.

Жаростойкость – способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.

Антифрикционность – это способность сплава прирабатываться к другому сплаву.

Эти свойства определяются в зависимости от условий работы машины или конструкции специальными испытаниями.

Горячая объемная штамповка

Горячая объемная штамповка – это вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента – штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а так же выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единственную замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки.

В качестве заготовок для горячей штамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а так же периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине. Мерные заготовки отрезают от прутка различными способами: на кривошипных пресс-ножницах, механическими пилами, газовой резкой и т.д.

Плюсами горячей объемной штамповки перед ковкой являются: высокая производительность, более высокая точность изготовления детали (допуски на штампованные поковки в 3-4 раза меньше чем на кованную).

Минусами является то, что штамп дорогостоящий инструмент и пригоден для изготовления только одной , конкретной поковки. Кроме того, для объемной горячей штамповки поковок требуются гораздо большие усилия деформирования, чем для ковки таких же поковок. Поковки массой в несколько сот килограммов для штамповки считаются крупными. В основном штампуют поковки массой 20 – 30 кг и только в отдельных случаях – массой до 3 т.

Область применения

Горячей объемной штамповкой изготовляют заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, самолетов, железнодорожных вагонов, станков и т.д.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.016)

Технология конструкционных материалов это комплексная дисциплина, в кот рассматриваются основные сведения о способах производства, м.с материалов и их обработки с целью получения деталей с заданными свойствами и конфигурацией, пригодных для использования в машинах и конструкциях. Конструкционный материалы – это материалы отличающиеся повышенной конструкционной прочностью. Различают 3 вида осн гр к.м.: 1.металические к.м. 2. неметаллические к.м. 3. Композиционные материалы – это сочетание 2х или более материалов химически разнородных и с четкой границей между ними. Композиц материалы должны обладать свойствами, кот не обладает ни один компонент в отдельности. Только при этом условии есть смысл их применения.

Кристалической строение металлов

все Ме в ТВ состоянии имеют кристаллической строение. Атомы кр решетки расположены упорядочено. Расстояние между атомами наз параметрами решетки. Типы кр решетки: ОЦК, ГЦК, ГПУ. С увеличением температуры и давления расстояние между атомами может изменятся. Некоторые Ме в тв состоянии в различных температурных интервалах могут иметь разные кр решетки, что всегда ведет к изменению физико-хим св-в. Существование одного и того же Ме в нескольких кристалич формах наз полиморфизмом. Перестройка кр решетки при критических температурах наз полиморфным превращением.

Кристалич строение сплавов

Сплав – это вещество, полученное сплавлением 2х или более элементов. Элементами сплава м.б. Ме и неметаллы. Эти элементы называются компонентами сплавов. В сплаве кроме основных компонентов могут содержатся примеси. Примеси бывают полезные, улучшающие св-ва сплавов и вредные. Кроме того примеси делят на случайные, попавшие в процессе производства, и специальные, кот вводят для придания сплавам нужных св-в. Кристолич строение сплава более сложное, чем у чистого Ме и зависит от взаимодействия компонентов при кристаллизации. Компоненты в тв сплаве могут образовывать тв р-ры, химические соединения и механич смеси.

Кристолизация сплавов.

Процесс перехода сплава из ж состояния в тв с образованием кр решетки наз первичной кристаллизацией. Процесс кристаллизации начинает с образование центров кристаллизации. Скорость кристаллизации зависит от скорости зарождения центров и скорости роста кристаллов. Структура сплава зависит от формы, ориентации кр решетки в пространстве и скорости кристаллизации. Кристаллизация сплава обычно начинается от стенок литейной формы. С наиб скоростью кристаллы растут в направлении противоположенном отводу тепла, т.е. перпендикулярно стенки, к оси слитка. Если при кристаллизации рост кристаллов не ограничить, то получатся кристаллы вытянутой древовидной формы – дендриты. А т.к. процесс кристаллизации происходит из многих центров, то верви дендритов во время роста ограничивают др друга и искажаются. Кристаллы неправильной формы наз кристаллитами или зернами. Зерна отличаются различной ориентацией кр решетки. Они повернуты относит др друга на несколько градусов. Кр решетка имеет различные структурные несовершенства: точечные, линейные, пространственные.

Св-ва Ме и сплавов.

Прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость. Внешняя нагрузка в тв теле вызывает напряжения и деформацию. Напряжение - это нагрузка или сила, отнесенная к площади попер сечения. . Напряжение, возникающее в Ме вызывает деформацию. Деформация – это изменение формы и размеров тела под действием внеш сил или в результате физико-химич процессов, протекающих в самом теле. Деформация м.б. упругая, исчезающая после снятия нагрузки и пластическая. При увеличении нагрузки упругая деф переходит в пластич, а при дальнейшем увеличении нагрузки – разрушение тела. Прочность – это способность тв тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статич или динамич нагрузок. Прочность определяется с помощь спец механич испытаний образцов, изготовленных из исследуемого материала. Для определения прочности при статич нагрузках образцы испытывают на растяжение, сжатие, изгиб и кручение. испытание на растяжение обязательно. Прочность при статич нагрузках оценивают временным сопротивлением (пределом прочности и пределом текучести). Передел прочности – это условное напряжение, соотв наиб нагрузке, предшествующей разрушению образца. Предел текучести – это напряжение при котором начинается пластическое течение Ме. Пластичность – это способность материала получать изменения формы и размеров без разрушения. Пластичность характеризуется отсит удлинением . где l-длина образца после испытания. l0-длина образца до испытания. Прочность при динамич нагрузках оценивают по уд вязкости. Под ударной вязкостью понимают работу удара, отнесенную к начальной площади попер сечения образца в месте концентратора КС=А/F0. Твердость - это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела, не получающего остаточных деформаций при местном контактном воздействии с поверхностным слоем. Значение твердости и размерность для одного и того же материала зависит от применяемого метода измерений. Наиб применение получил метод вдавливания. При этом тв определяют: 1.по диаметру отверстия стального раскаленного шарика [НВ] – матод Бренеля. 2.по глубине вдавливания стального закаленного шарика диаметром 1,5875 мм или алмазного конуса с углом у вершины 120 градусов – метод Роквелла. HRB(шарик), HRA и HRC (конус). 3 по диагонали отпечатка алмазной 4хгранной пирамиды – метод Викерса: HV

Произ-во чугуна

Железные руды содержат железо в различных соединениях в виде оксидов, гидроксидов, карбонатов, а так же пустую породу состоящую из Си2О, Ал2О3, СаО, МгО. К железным рудам относят магнитный железняк (Фе3О4 с содержанием железа 55-60%), красный железняк (Фе2О3, с содержание Фе 55-60%), бурый железняк (смесь гидроксидов Фе2О3*Н2О и 2Фе2О3*3Н2О, содержит 30-40% Фе). Флюсом в доменных печах явл известняк (СаСО3) или доломитезированный железняк (смесь СаСО3 и МгСО3). Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, вход в состав руды, оксидом углерода, водородом и тв углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи. Восстановление газами наз косвенным, тв углеродом – прямым. Восстановление углерода происходит в неск стадий от высшего оксида к нисшему. В рез-те процесса восстановления оксидов Фе, часть оксидов марганца, кремния растворением в ж Фе углерода, марганца, кремния фосфора и серы, в доменных печах образуется чугун, а в рез-те сплавления оксидов СаО, МнО, Ал2О3, пустой породы руды, флюсов и золы топлива образуется шлак

Маркировка сталей.

стали об кач.: ст и цифра от 0 до 6. Цифра марки – порядковый номер. Чем больше цифра, тем больше содержание углерода и прочность. Содержание вредных примесей Р и S – 0,04 и 0,05 соотв-но. качеств стали.: конструкционные кач стали маркируются 2мя цифрами, кот показывают содержание С в сотый долях % (0,5 кп =0,05%С). Кач инструм стали: у и цифра, показывающая содержание С в десятых долях процента. ?У7 – 0,7%С). Высококач инстр стали : У7А

Сущность ОМД

ОМД основана на способности Ме в определенных условиях пластически деформироваться. В рез-те воздействия на деформированное тело полностью восстанавливать исх форму и размеры после снятия внешних сил. При пластич деформациях изменение форм и размеров, вызванное действием внешних сих, сохраняется и после прекращения их действия. Упругая деф хар-ся смещением атомов относит др друга на расстояние меньше межатомного и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исх место. При пластич деф-ях атомы смещаются относит др друга на расстояние больше межатомных. И после снятия внешних сил не возвращаются в исх положение, а занимают новые положения равновесия. Напряжения, вызывающие смещение атомов в новые положения равновесия могут уравновешиваться только силами межатомных взаимодействий. Поэтому под нагрузкой при пластич деформировании, деф состоит из упругой и пластич составляющих. Причем упругая составляющая исчезает при разгрузке, а пластич приводит к остаточному изменению формы и размеров тела. В новые положения равновесия атомы могут переходить в рез-те смещения в определенных параллельных плоскостях без существенного изменения расстояний м/д этими плоскостями. При этом атомы не выходят из зоны силового взаимодействия, и деф происходит без разрушения сплошности Ме, плотность кот не меняется. Скольжение одной части кр решетки относит др происходит по плоскостям наиб плотного размещения атомов – по плоскостям скольжения. В реальным Ме кр реш имеет лин дефекты – дислокации, перемещение кот облегчает скольжение. Вел-на пластич деф небезгранична и при определенных ее значения начинается разрушение Ме. На вел-ну пластич деф, кот можно достич без разрушения оказывают влияние факторы, основные из кот.: 1. механич св-ва Ме и сплавов. 2.Температурно-скоростные условия деформирования. 3.схема напряженного состояния. Посл фактор оказывает наиб влияние на значение предельной деформации. Наиб предельная деф достигается при отсутствии растягивающих напряжений и наличии сжимающих. В таких условиях даже хрупкие мА-лы могут получать пластич деф-ю.

Виды ОМД

процесс обработки Ме давлением по назначению делят на 2 вида: 1. для получения заготовок пост попер сеч-я по длине. Основными разновидностями таких процессов явл прокатка, прессование и волочение. 2.Для получения деталей или заготовок имеющих приближенную форму и размеры готовых деталей. Основными разновидностями таких процессов явл ковка и штамповка. Прокатка – закл в обжатии заготовки м/д вращающимися валками. Силами трения заготовки втягивается в зазор м/д валками, а силами нормальными к пов-ти валков уменьшается поперечные размеры заготовки. Прессование – закл в продавливании заготовки, находящейся в закрытой камере через отверстие матрицы. Волочение – закл в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы. площадь попер сеч заготовки уменьшается и получает форму попер сеч матрицы. Ковка – изменяет форму и размеры заготовки путем последовательного воздействия универсальным инструментом на отдельные участки заготовки. Штамповка – изменяет форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента – штампа. Для каждой детали изготавливается свой штамп. Различают объемную и листовую штамповку. При объемной штамповке на заготовку, являющегося обычно отрезком прутка, воздействуют специализированным инструментом – штампом. Ме заполняет полость штампа, приобретает ее форму и размеры. Листовой штамповкой получают плоские и пространственно полые детали, у кот толщина значит меньше их размеров. Заготовка деформируется с помощью пуансона и матрицы.

Прокатное производстсво

При прокатки Ме пластически деформируется вращающийся валиками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков м.б. разными. Выделяют 3 осн вида прокатки: продольная, поперечная, поперечно-винтовая. При продольной прокатке заготовка деформируется м/д 2мя волками, вращающимися в разные стороны и переме-ся перпендик осям валков. При попер прокатки валки вращ-ся в одном направлении, предают вращение заготовки и деформируют ее. При попер-винтовой прокатки валки расположены под углом и сообщают заготовки вращ и поступ движения. В процессе прокатки Ме непрерывно втягивается в зазор м/д валками, под действием сил трения м/д заготовкой и валками. В процессе прокатки уменьшается толщина заготовки, увеличивается длина и ширина. Деформацию заготовки можно определить относит обжатием. Площадь попер сеч заготовки всегда уменьшается. Поэтому для определения деформации используют показатель, наз-ый вытяжкой. Вытяжка обычно составляет обычно 1,1-1,6 за проход. Форму попер сеч прокатной полосы наз профиль. Совокуп форм и размеров профилей, получаемых прокаткой наз-ют сортоментом. Сортомент прокатываемых профилей делят на 4 гр: 1. сортовой прокат (профили простой геометр формы круг, квадрат,прямоуг). 2.листовой прокат. 3.трубы. 4.спец виды проката (колеса,кольца)

Ковка

это вид гор обр-ки давлением, при кот Ме деформируется с помощью универсального инструмента. Нагретую заготовку укладывают на нижний боек, а верхним бойком последов-но деформируют отдельные ее участки. Ме свободно течет в стороны неограниченные рабочими пов-ми и инструмента. В кач-ве кот применяют плоские и фигурные бойки, а так же различный подкладной инструмент. Ковкой получают заготовки для посл мех обработки. Эти заготовки наз-ют коваными поковками или поковками. Процесс ковки состоит из чередования в опред последовательности основных и вспомогательных операций. К основным операциям относятся осадка, протяжка, прошивка, отрубка и гибка. Осадка – операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади попер сечения. Протяжка – операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади попер сечения. Прошивка – операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения Ме. Отрубка – операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента – топора. Гибка – операция придания заготовки изогнутой формы по заданному контуру.

Гор объемная штамповка

т.к. характер течения Ме процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно считать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах. штамповка в открытых штампах – характеризуется переменным зазором м/д подвижной и неподвижной частью штампа. В этот зазор вытекает часть Ме – облой, кот закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной Ме полностью заполнить обл штампа. В конечный момент деформирования в облой выжимают излишки Ме, находящийся в полости, что позволяет не предъявлять высоких требований к точности заготовки по массе. Облой затем обрезают в спец штампах. Штамповка в закрытых штампах хар-ся тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор м/ж подвижной и неподвижной частями штампа при этом небольшой и постоянный, так что образование облоя в нем не предусмотрено. В закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке Ме не заполняются угля полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Существенно преимущество закр штампов – уменьшение расхода Ме, поскольку нет отхода в облой.

Холодная штамповка

обычно под холодной штамповкой понимают штамповку без предварительного нагрева заготовки. Отсутствие окисленного слоя на заготовках при холл штамповке обеспечивает хорошее кач-во пов-ти детали и достаточно высокую точность размеров. Осн разновидности холл объемной штамповки - хол выдавливание, хол высадка, холл штамповка в открытом штампе. При холл выдавливании заготовку помещают в полость, из кот Ме выдавливают в отверстие, имеющиеся в раб инструменте. Выдавливание обычно выполняют на кривошипных или гидравлических прессах в штампах, раб частями которых явл пуансон и матрица. Хол высадку выполняют на спец холодновысадочных автоматах. Штампуют от прутка или проволоки. Пруток подается до упора, поперечным движением ножа отрезается заготовка требуемой длины и с помощью спец мех-ма последовательно переносится в позиции штампа, на кот из заготовки получается деталь. Хол штамповка в открытых штампах закл в придании заготовки формы детали путем заполнения полости штампа Ме заготовки.

ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА

Листовая штамповка – один из видов холодной обработки давлением, при котором листовой материал деформируется в холодном или подогретом состоянии. Толщина заготовки при листовой штамповке обычно не более 10 мм, но иногда может превышать 20 мм, в этом случае штамповка осуществляется с предварительным подогревом до ковочных температур. Холодная листовая штамповка заключается в выполнении в определенной последовательности разделительных и формоизменяющих операций, посредством которых исходным заготовкам придают форму и размеры детали. Все операции выполняются при помощи специальных инструментов – штампов, которые имеют различные конструкции в зависимости от назначения. Штампы состоят из рабочих элементов – матрицы и пуансона, и вспомогательных частей – прижимов, направляющих, ограничителей и т.д. Пуансон вдавливается в деформируемый металл или охватывается им, а матрица охватывает изменяющую форму заготовку и пуансон.

Дуговая сварка

источником теплоты при дуговой сварки служит эл дуга, кот горит м/д электродом и заготовкой. В зависимости от мат-ла и числа электродов, а так же от способа включения электродов и заготовки в цепь эл тока различают сл виды дуговой сварки: 1.сварка плавящимся электродом дугой прямого действия, при кот соединение осущ путем расплавления только основного Ме либо с применением присадочного Ме. 2. сварка плавящимся электродом дугой прямтого действия с одновременным расплавление одного Ме и электрода, кот пополняет сварочную ванну ж Ме. 3.сварка косвенной дугой, горящей м/д 2мя, как правило, неплавящимися электродами. 4. сварка 3хфазной дугой при кот дуга горит м/д электродами, а так же м/д каждым электродом и основным МЕ.

Источники сварочного тока

Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь спец внешнюю характеристику. Внешней хар-кой источника наз зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока в эл цепи. Для питания сварочной дуги применяют источники перемен тока (сварочные трансформаторы) и источники пост тока (сварочные выпрямители и генераторы). Сварочные трансформаторы преобразуют сетевой напр (220 или 380В) в пониженное (меньше 14В),необходимое для сварки. Особенность конструкции сварочного трансф закл в том, что они имеют повыш рассеяние магн потока. Это обуславливает их высокое индуктивное сопротивление, что обеспечивает крутопадающую внешнюю хар-ку тока в сварочной сети. В состав серийных выпрямителей входят понижающий трансформатор с регулируемым магн рассеянием и выпрямительный блок, собранный по мостовой схеме с использованием кремниевых силовых вентилей. Эти выпрямители так же как и трансформаторы предназначены для ручной дуговой сварки электродами и механизированной сваркой под флюсом.

Газовая сварка

При газовой сварке заготовки и присадочный материал в в иед прутка или проволоки расплавляют высокотемпературным пламенем газовой горелки. Газовое пламя получают при сгорании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода. в качестве горючих газов используют ацетилен, природный газ, водород, пары бензина и керосина, нефтяные газы и др. Сварочные горелки используют для образования сварочного пламени. Сварочное пламя образуется в рез=те сгорания горючего в-ва, смещивающегося в опр пропорциях с кислородом в сварочных горелках.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Материалы в машиностроении

В машиностроении любое изделие, оборудование, деталь из которых они состоят, изготавливают из материалов, которые удовлетворяют техническим, экологическим, экономическим, эксплуатационным и другим требованиям, обеспечивая при этом выполнение их назначения. Такие материалы называются конструкционными.

Такие детали несомненно должны выдерживать как внешнее, так и внутреннее физическое воздействие (шумоизоляция, теплоизоляция, герметизация и т.п.).

Данные способности материалов проверяются при анализе их свойств.

Существует довольно широкий спектр конструкционных материалов, выбором наиболее подходящего для того или иного изделия материала, удовлетворяющего все требования и себестоимость, занимаются конструкторы.

Металлы и сплавы

В машиностроении под металлами может пониматься как химический элемент, так и его примеси, или сплавы, которые различаются рядом свойств:

Металлический блеск
Высокая тепло- и электропроводность
Непрозрачность
Способность подвергаться обработке в холодном и горячем состоянии

Металлы хорошо образуют химические соединения с неметаллами (оксиды, нитриды, бориды и т.п.), а также с другими металлами (интерметаллиды). Машиностроительные предприятия активно используют более 60 видов металлов, на их основе более 5000 сплавов.

Сплав – это твердый материал, образованный путем смешивание двух и более компонентов

Сплавы могут создаваться как при чистом физическом процессе (плавка, растворение, перемешивание), так и химическими воздействиями между элементами.

Сплавы на основе металлов называются черными, на основе других элементов – цветными.

Легкие цветные металлы сделаны на основе алюминия, магния, титана и имеют малую плотность, тяжелые же, с высокой плотностью изготовлены на основе олова, свинца, меди.

Готовые работы на аналогичную тему

Чугун

Один из наиболее распространенных металлов в машиностроении. Чугун подразделяется на белый, серый, ковкий, высокопрочный.

Белый чугун используется в основном для переделки в сталь, он получается при быстром охлаждении при заливки металла в форму. Имеет уменьшенное количество кремния или повышенное содержание магния.

При долгом отжиге белого чугуна получают ковкий чугун, он довольно хрупкий и применяется при производстве зубчатых колес, звеньев цепей, хомуты, муфты и т.п., так как не предусматривает механического воздействия.

Серый чугун имеет повышенное содержание кремния, и является основным материалом для изготовления отливок. Со временем путем воздействия на графит в момент нахождения в жидком состоянии, удалось вывести модифицированный чугун, который имеет повышенную прочность.

Сталь

Сталь наиболее распространенный материал в машиностроении. Он обладает ковкостью, высокой прочностью, вязкостью, хорошо обрабатывается.

Стали разделяются на углеродистые и легированные.

Из стали изготавливаются такие изделия как: прокат, штамповые болты, штыри, свариваемые детали, сверла, зубила, валу, зубчатые колеса и т.п.

Твердые сплавы

Свое место твердые сплавы нашли в горнодобывающей, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности. Режущие инструменты, изготовленные из твердых сплавов могут работать в несколько раз более производительнее, чем простые режущие сплавы.

Одним из самых прочных, но довольно молодых сплавов считается титан. К тому же такие сплавы вдвое легче. Такие сплавы применяются в изготовлении сверхзвуковых самолетов, так как титан способен выдерживать температуры превышающие 500 градусов.

К тому же титан обладает коррозийной стойкостью, не окисляясь в агрессивной среде.

Алюминий и алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы широко применяются при производстве автомобилей, самолетов, приборостроении, тракторной промышленности, многие отрасли промышленности используют алюминий на производстве.

Алюминий наиболее распространенный химический элемент после кислорода. Отлично поддается штамповки, ковке, и отливу. К тому же он гораздо легче чугуна и стали. Обладает хорошей электропроводностью.

Другие металлы

Медь широко применяется в производстве токопроводящих деталей. Медь тяжелее стали и чугуна. Обладает хорошей пластичностью.

Свинец плохой проводник тепла и тока. В промышленности применяется при производстве аккумуляторов, кабеля и т.п. Он очень мягкий и пластичный. Часто используется в соединении с другими металлами.

Цинк, своего рода тяжелый металл с сильным металлическим блеском. Большое количество цинка используется для шинкования деталей. В основном цинк применяется в сплавах. Так же цинк применяют при производстве белил.

Олово, довольно мягкий металл, широко применяемы в быту и промышленности, за счет устойчивости к воздуху, воды, слабым кислотам. Так же олово входит в состав припоев, антифрикционных сплавов и бронз.

Баббиты – это сплав на основе меди, цинка и олова, алюминия. В основном применяются для заливки подшипников в двигателях, турбин, насосов и т.п.

Бронза, разделяется на оловянную бронзу и без оловянную. Оловянные бронзы обладают высокой антикоррозийностью, а также высокими литейными свойствами. Но широкого применения они не нашли, так как олово достаточно дорогой и дефицитный металл. Зато без оловянные бронзы нашли широкое применение в промышленности.

Неметаллические материалы, используемые в машиностроении

Основой машиностроения служат металлы, но также свое применение находят и ряд неметаллических материалов. Практически все они плохо передают тепло, прочные, легкие, а также на порядок дешевле металлов.

Какие материалы используются в машиностроении?

Не все материалы пригодны ля изготовления машиностроительных изделий. Например, гранит характеризуется высокой твёрдостью, но чрезвычайно сложен в обработке, а керамика обладает повышенной хрупкостью. Материалы в машиностроении – это вещества искусственного или естественного происхождения, которые способны обрабатываться любыми способами без нарушения своей целостности.

Металлы и сплавы, используемые в машиностроении

Материалы, которые находят применение в качестве сырья для любого вида строительства или производства организованным способом инженерного применения, известны как инженерные материалы. Например, компьютер, соковыжималка, станок или ручка, которые мы используем, производятся с помощью контролируемых инженерных процессов. При этом используются такие материалы, как разнообразные пластмассы, медь, алюминий, олово и т. д.

Всё, что мы используем в повседневной жизни, может быть адаптировано для использования в конкретных случаях. Это можно сделать эффективно, если нам заранее известны свойства каждого материала. Таким образом, любое вещество тщательно тестируется на предмет характерных ему свойств, после чего может быть отнесено к одной из следующих групп:

металлы;
неметаллы;
полимеры;
нановещества;
композиты.

По совокупным свойствам представителей этих групп можно узнать о сферах их целесообразной применимости. Преобладающее положение в этой структуре занимают металлы – чёрные и цветные, а также их сплавы.

Металлы обычно характеризуются чётко выраженной кристаллической структурой и связаны между собой характерными связями, устойчивость которых поддерживается электронным облаком. Оно, в частности, определяет высокую электро- и теплопроводность, блеск, твёрдость и, в большинстве случаев – высокую пластичность.

Чугун - это сплав железа с углеродом, при содержании последнего в металлической матрице свыше 2,14 %. Кроме углерода, в чугуне содержится также 1…3% кремния и ряд второстепенных элементов. Чугун также можно модифицировать путём легирования небольшими количествами марганца, молибдена, церия, никеля, меди, ванадия и титана, которые добавляются в исходное сырьё перед литьём.

В зависимости от содержания кремния в чугуне он подразделяется на белый или серый чугун, а также ковкий чугун, который отличается повышенной механической обрабатываемостью.

Широкое применение чугуна обусловлено его отличными литейными характеристиками и дешевизной. Кроме того, свойства чугуна можно легко изменить, регулируя состав и скорость охлаждения без значительных изменений в технологии производства.

Чугун имеет ряд преимуществ перед обычной сталью, среди которых:

простота обработки;
виброустойчивость;
стойкость против коррозии;
прочность на сжатие.

Для увеличения коррозионной стойкости чугун легируют кремнием, никелем, хромом, молибденом и медью.

Машиностроительные материалы на основе серого чугуна используются при изготовлении блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания, массивных маховиков, картеров коробок передач, трубопроводов, роторов дисковых тормозов, кухонной посуды.

Из белого чугуна производят шламовые насосы, шаровые мельницы, подъемные штанги, экструзионные форсунки, миксеры для цемента, фитинги, фланцы, дробилки и пр. Благодаря хорошему пределу прочности на разрыв, вязкости и пластичности ковкий чугун используется для изготовления электрической арматуры и оборудования, ручных инструментов, шайб, кронштейнов, сельскохозяйственного оборудования, оборудования для горнодобывающей промышленности и т.п.

Сталь

Сталь - общий термин для большого семейства железоуглеродистых сплавов, которые являются пластичными в определённом температурном диапазоне сразу после затвердевания из расплавленного состояния.

Основное сырье, используемое в сталеплавильном производстве, - это железная руда, уголь и известняк. Эти материалы в доменной печи превращаются в продукт, называемый «чушковым чугуном». Он содержит значительные количества углерода, марганца, серы, фосфора и кремния, а потому, хотя и твёрд, но также и весьма хрупок, что делает его непригодным для прямой переработки готовую продукцию.

Сталеплавильное производство - это процесс рафинирования передельного чугуна, а также чугунного лома путём удаления нежелательных элементов из расплава.

Первичной реакцией в большинстве сталеплавильных производств является соединение углерода с кислородом с образованием газа. Если растворённый кислород не удалить из расплава, то газообразные продукты продолжат выделяться во время затвердевания. Чтобы избежать этого, сталь раскисляют добавляя необходимые раскисляющие элементы. Тогда газ не выделяется, и такую сталь называют спокойной. Соответственно при неполном раскислении стали называют полуспокойными. Степень раскисления влияет на некоторые свойства стали.

Помимо кислорода жидкая сталь содержит соизмеримые количества растворённого водорода и азота. Для некоторых марок сталей могут использоваться специальные методы раскисления, а также вакуумная обработка, уменьшающие количество и состав растворённых газов.

Стали также содержат различные количества других элементов, в основном марганец (который действует как раскислитель и облегчает обработку), кремний, фосфор и серу. Последние два химических элемента считаются примесями, и их количество при выплавке ограничивают.

Все марки сталей отличаются отличными литейными характеристиками и деформируемостью. Поэтому технология машиностроения, материалы в которой изучаются наиболее тщательно, считает сталь наиболее универсальным продуктом.

Твердые сплавы

Твёрдые сплавы - это металлические композиции на основе Fe, Ni или Co, которые содержат до 50 % твёрдой фазы. Это делает их идеальными для изготовления изделий, которые подвергаются значительным эксплуатационным нагрузкам, например, рабочих деталей металлорежущего и штампового инструмента.

Твёрдые сплавы получают методами порошковой металлургии, что позволяет в широких пределах изменять гранулометрический состав и фракционирование конечного продукта.

Алюминий и алюминиевые сплавы

Уникальное сочетание свойств делает алюминий и его сплавы одним из самых универсальных инженерных и строительных материалов. Простое перечисление эксплуатационных характеристик впечатляют: лёгкость, прочность, коррозионная стойкость, нетоксичность.

Алюминий и его сплавы обладают хорошей электро- и теплопроводностью, а также высокой отражательной способностью для тепла и света. Данные металлы пластичны и легко принимают широкий спектр отделки поверхности.

Прочность чистого алюминия относительно невысока, поэтому для отвественных применений используют сплавы алюминия с марганцем, цинком, медью и кремнием, а также упрочняют полуфабрикат в процессе его пластической деформации или термообработки.

Другие металлы

Из остальных металлов применение в машиностроении находят:

Медь и её сплавы (электротехническое и электронное машиностроение).
Свинец (атомная энергетика).
Олово (точное приборостроение).
Хром, никель, молибден (производство нержавеющих сталей, энергетическое машиностроение).
Титан (аэрокосмическая промышленность).
Вольфрам (оборонная промышленность).

В качестве легирующих добавок используют также ванадий, ниобий, кобальт и ряд других металлов.

Неметаллические материалы в машиностроении

В основном, используются искусственно созданные композиции, например, полимеры. Они аморфны по природе, поэтому не имеют кристаллической структуры, отличаются низкой теплопроводностью, являются диэлектриками.

Полимеры термостойки и эластичны, при высокой молекулярной массе имеют низкую плотность. Находят применение в электротехнике, машиностроительных узлах, действующих в условиях повышенного трения, при производстве приборов.

Из материалов естественного происхождения необходимо выделить слюду, которая широко используется в радиоприборостроении.

Важно: все материалы, применяемые в машиностроении, должны отвечать экологическим нормам.

Читайте также: