50.Производство полуфабрикатов и изделий из неметаллических и композиционных материалов. Основные группы неметаллических материалов.

Резина является продуктом вулканизации смеси, содержащей каучук, наполнители, пластификаторы, активаторы вулканизации, антиоксиданты и другие ингредиенты. Важнейшим свойством резины является ее высокая упругость, т.е. способность к большим обратимым деформациям. К другим ценным специальным свойствам резины, зависящим, главным образом, от типа каучука, относятся тепло-, масло-, бензо-, морозостойкость, стойкость к действию агрессивных сред и радиации, газонепроницаемость, диэлектрические свойства и др. Механические свойства резины зависят от типа и особенностей строения применяемого каучука, типа и дозировки наполнителя и пластификатора, характера вулканизирующей группы и других факторов. Каучук является основой резины. Различают синтетический и натуральный каучук. Натуральный каучук получают из млечного сока каучуконосных растений. Синтетический каучук — вещество, по свойствам близкое к натуральному, получают путем синтеза простых органических веществ, так называемых каучукогенов (бутадиен, стирол, хлоропрен, бутилен и др.), и полимеризацией их в каучукоподобный продукт. Сырьем для получения каучукогенов служат нефтепродукты, природный газ, древесина и др. Резина подразделяется па две группы: общего назначения, применяемая для изготовления автомобильных шин, конвейерных лепт, приводных ремней, рукавов, изделий бытового назначения и т. д., и специального назначения, применяемая для изготовления изделий, которые должны обладать одним или несколькими из упомянутых выше специальных свойств. Процесс производства изделий из резины включает следующие операции: пластификацию каучука, приготовление резиновых смесей, их переработку в полуфабрикат и изделия, вулканизацию. Основные виды переработки резиновой смеси: каландрование (формование резиновой смеси на многовальцовых машинах-каландрах), шприцевание (непрерывное выдавливание), формование (прессование, литье под давлением) и прорезинивание тканей. Вулканизация является завершающей операцией при изготовлении резиновых изделий. Она может быть горячей (процесс проходит при 120.200°С) и холодной (изделие погружают на короткое время в раствор хлористой серы в сероуглероде или четыреххлористом углероде). При холодной вулканизации в состав резиновой смеси сера не входит. Холодный способ вулканизации применяют для тонкостенных изделий. Вулканизация — сложный физико-химический процесс, в результате которого макромолекулы каучука образуют определенную пространственную структуру. В результате вулканизации повышаются прочность, твердость, эластичность, тепло- и морозостойкость каучука, снижается степень его набухания в органических растворителях. Основное вулканизирующее вещество — сера. Композиционный материал – конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы ввиде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала. Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно получать композиционные материалы с требуемымизначениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами. Композиционные материалы с неметаллической матрицей нашли широкое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиамидная. Угольные матрицы коксованные или пироуглеродные получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает композицию, придавая ейформу. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов,нитридов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.

51.Способы получения изделий из неметаллических материалов: резины, пластмасс. В зависимости от назначения неметаллические материалы подразделяются на конструкционные, футеро-вочные, прокладочные и уплотняющие, лакокрасочные, вяжущие, силикатные эмали, а по химическому составу — на материалы органического и неорганического происхождения. Резиной называют продукты переработки натурального каучука (НК) или искусственного синтетического каучука (СК) с вулканизатором (серой) и с различными добавками Резина характеризуется высокой эластичностью, износостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами и химической стойкостью. Совокупность таких свойств выдвинула резину в число незаменимых материалов в различных отраслях народного хозяйства. Технология производства резины состоит из следующих этапов: приготовления резиновых смесей; переработки смесей в полуфабрикаты и изделия; вулканизации. Разрезанный на куски каучук пропускают через вальцы с целью придания ему пластичности, а затем вносят необходимые добавки и подвергают смешиванию в специальных смесителях. Полученную таким образом смесь (однородную массу) называют сырой резиной. Сырая резина подвергается дальнейшей переработке: выдавливанию на червячных прессах заготовок для труб, стержней и других изделий; прессованию в пресс-формах, в вальцах (каландрах) — для получения гладких и рифленых листов; литью под давлением. Завершающим этапом процесса является вулканизация готовых изделий. Горячая вулканизация осуществляется в специальных котлах (автоклавах) в среде насыщенного водяного пара при температуре 140— 160° С и давлении 0,3—0,4 МПа или на гидравлических прессах в горячих формах. Холодную вулканизацию выполняют путем введения в резину раствора полухлористой серы. Пластические массы в современной технике играют исключительно важную роль. Благодаря ряду ценных свойств они выделились в группу самостоятельных конструкционных материалов. Пластмассами называют неметаллические материалы, получаемые на основе природных и синтетических полимеров и перерабатываемые в изделия методами пластической деформации Источниками сырья для изготовления пластмасс служат природный газ, продукты нефти, уголь. Эти источники доступны, дешевы и практически неисчерпаемы. В зависимости от химических свойств применяемых смол пластмассы, получаемые на их основе, подразделяются на две основные группы: термопластичные и термореактивные массы. Первые не претерпевают химических изменений в процессе переработки их в изделия, при чем этот процесс может быть повторен неоднократно. В группу термопластичных пластмасс входят полиэтилен, полистирол, полиамидные смолы и другие материалы. Термореактивные массы в процессе изготовления изделий при действии повышенных температур (150—175° С) претерпевают ряд внутренних химических изменений и становятся непригодными к перепрессованию. К важнейшим представителям термореактивных пластмасс относятся фенопласты и амино-пласты. Изделия из пластмасс получают прессованием, литьем под давлением, штамповкой листовых пластмасс и другими способами. Прессование — наиболее широко распространенный способ получения изделий из термореактивных пластмасс в пресс-формах, предварительно нагретых до 130— 150° С. В качестве основного оборудования для прессования пластмасс обычно применяют гидравлические или механические прессы.

52.Области применения неметаллических материалов. Стекла. Ситаллы. Применение пластмасс(пластиков) в конструкции автомобилей приобретает все более широкие масштабы. Это объясняется в первую очередь тем, что по ряду показателей – плотности, коррозионной стойкости, антифрикционным и электротехническим, а также технологическим свойствам – пластики значительно превосходят традиционные материалы, используемые при изготовлении автомобиля. За последние 10 лет произошли принципиальные сдвиги в области применения пластмасс в автомобилестроении. Ранее из пластиков изготавливали детали только электротехнического, декоративного назначения. Основные факторами, обусловливающими значительное внедрение пластмасс в конструкцию автомобилей, являются ;1. Во-первых, машина становится легче, а это означает, что снижается расход топлива.2. Во-вторых, открывается возможность для новых конструкционных решений, поскольку термопластичные полимеры легко поддаются переработке и, следовательно, позволяют воплотить любые дизайнерские идеи. Благодаря этому можно получать детали самых хитроумных форм и цветов без дополнительных операций по механической обработке и окраске. 3. В-третьих, применение пластиков помогает не только отказаться от дорогостоящих цветных металлов и нержавеющих сталей, но и сократить энерго- и трудозатраты в процессе производства, а значит, снизить стоимость автомобиля. Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками.Резина как технический материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку — главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000%), которые почти полностью обратимы. При комнатной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии и ее эластические свойства сохраняются в широком диапазоне температур. Ситаллы — стеклокристаллические материалы, полученные объѐмной кристаллизацией стекол и состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределѐнных в стекловидной фазе. Ситаллы обладают малой плотностью (они легче алюминия), высокой механической прочностью, особенно на сжатие, твердостью, жаропрочностью, термической стойкостью, химической устойчивостью и другими ценными свойствами. Ситаллы имеют большинство положительных свойств, которые есть у стекла, в том числе и технологичность. Стекло — вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, — универсальный в практике человека. Физико-химически — неорганическое вещество, твѐрдое тело, структурно — аморфно, изотропно; все виды стѐкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии — от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного — в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых плавлением сырья (шихты) . Температура варки стѐкол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и др.) . Прозрачность (для видимого человеком спектра) не является общим свойством для всех видов существующих как в природе, так и в практике стѐкол.

53.Принципы получения композиционных материалов. Требования' к матрицам и упрочнителям. Типы упрочнителей. Основные виды композиционных материалов. Переработка композиционных материалов в изделия. Области применения композиционных материалов. Понятие композиционный материал должно удовлетворять след. Критериям: должна представлять собой объемное сочетание хотя двух хим. Разнородных материалов с четкой границей раздела между этими компонентами и иметь хар-ые свойства, кот . не имеет ни один из компонентов отдельности. Композит получают введением в основной материал(матрицу) опред. кол-ва другого с целью получения спец-ых свойств. Размеры компонентов от нескольких сотых долей микрона до нескольких мм.

Композиты подразделяются на: волокнистые, слоистые, дисперсионно упрочненные.

Компонент непрерывный в объеме – матрица, прерывистый – армирующий элемент. В зависимости от геом-ии и взаим-го расположения армир-х элементов свойства композитов могут быть изотропными и анизотропными.

По способу изготовлении: жидкофазными(пропитка полимером или жидким металлом; направленной кристаллизацией) и твердофазными(прессование, прокатка, экструзия, ковка, сварка взрывом, волочением, диф. сварка) методами получения., методами осаждения-напыления(матрица наносится на волокна и раствора солей, парогазовой фазой или плазмой), комбинированными(совмещение нескольких методов) методами.

Армирующие компоненты композиционных материалов в виде волокон, нитей, тканей и др. сами по себе не являются конструкционными материалами. Для того чтобы получить армированный пластик, необходимо соединить волокна друг с другом, обеспечить передачу усилий между ними, зафиксировать форму изделий и взаимное расположение армирующей компоненты, т. е. создать монолитную структуру композита. Для этого используются различные связующие. В качестве связующих применяются полимерные, металлические и керамические материалы. Физико-механические и технологические свойства связующих должны позволять получать конструкции прочные, легкие, малоэнергоемкие, технологичные. При выборе связующего, помимо удовлетворения прочностным, технологическим, адгезионным свойствам, необходимо обратить внимание на следующее: относительное удлинение матрицы при растяжении, сжатии, сдвиге должно быть не меньше относительного удлинения волокон. Иначе при действии внешней нагрузки разрушение в первую очередь начнется в связующем, что существенно снизит несущую способность конструкции. Нужно стремиться к тому, чтобы коэффициенты теплового расширения связующего и волокна были близкими. Как правило, коэффициенты теплового расширения смол значительно больше, чем волокон, что приводит к большим внутренним напряжениям, снижающим несущую способность конструкции. Связующее должно обладать малой вязкостью и хорошей адгезионной способностью к армирующему материалу. Малая вязкость необходима для того, чтобы связующее могло проникнуть и склеить между собой волокна и после отверждения получилась монолитная система.

54.Формообразование поверхностей деталей резанием. Кинематические и геометрические параметры процесса резания. Основные понятия и определения, применяемые для описания процессов обработки резанием. Обработка резанием является универсальным методом размерной обработки. Метод позволяет обрабатывать поверхности деталей различной формы и размеров с высокой точностью из наиболее используемых конструкционных материалов. Он обладает малой энергоемкость и высокой производительностью. Вследствие этого обработка резанием является основным, наиболее используемым в промышленности процессом размерной обработки деталей. Обработка резанием – это процесс получения детали требуемой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей за счет механического срезания с поверхностей заготовки режущим инструментом материала технологического припуска. К основным параметрам режима резания относят скорость главного движения резания, скорость подачи и глубина резания. При точении, сверлении, фрезеровании это скорость вращения это скорость наиболее удаленной от оси вращения точки режущей кромки. Скорость главного движения резания (скорость резания) определяется максимальной линейной скоростью главного движения режущей кромки инструмента. Подача инструмента определяется ее скоростью. При точении, сверлении, фрезеровании используется понятие подачи на один оборот заготовки. При строгании подача определяется на ход резца. Подачей называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движении подачи за один ход заготовки или инструмента. Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей обработанной поверхности с относительно малыми шагами. Глубина резания h определяется расстоянием по нормали от обработанной поверхности заготовки до обрабатываемой. Геометрические параметры режущего инструмента определяются углами, образуемыми пересечением поверхностей лезвия, а также положением поверхностей режущих лезвий относительно обрабатываемой поверхности и направлением главного движения. Главный передний угол – угол между передней поверхностью лезвия и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания; главный задний угол – угол между задней поверхностью лезвия и плоскостью резания; угол заострения – угол между передней и задней поверхностями. Угол наклона режущей кромки – угол в плоскости резания между режущей кромкой и основной плоскостью. Угол в плане – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением движения подачи – оказывает влияние на шероховатость. Вспомогательный гол в плане – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению подачи. При обработке пластичных металлов резанием на передней поверхности лезвия инструмента образуется металл, который называют наростом. Это сильно деформированный металл высокой твердости, структура которого отличается от структур обрабатываемого металла стружки. Под технологической наследственностью понимают сохранение обработанным изделием свойств и погрешностей, присущих обрабатываемой заготовке. Режущий клин – основной режущий элемент любого инструмента.

55.Элементы режима резания, геометрические параметры срезаемого слоя. Геометрические параметры резца. Физико-химические основы резания. К основным параметрам режима резания относят скорость главного движения резания, скорость подачи и глубина резания. При точении, сверлении, фрезеровании это скорость вращения это скорость наиболее удаленной от оси вращения точки режущей кромки. Скорость главного движения резания (скорость резания) определяется максимальной линейной скоростью главного движения режущей кромки инструмента. Подача инструмента определяется ее скоростью. При точении, сверлении, фрезеровании используется понятие подачи на один оборот заготовки. При строгании подача определяется на ход резца. Подачей называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движении подачи за один ход заготовки или инструмента. Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей обработанной поверхности с относительно малыми шагами. Глубина резания h определяется расстоянием по нормали от обработанной поверхности заготовки до обрабатываемой. Геометрические параметры режущего инструмента определяются углами, образуемыми пересечением поверхностей лезвия, а также положением поверхностей режущих лезвий относительно обрабатываемой поверхности и направлением главного движения. Главный передний угол – угол между передней поверхностью лезвия и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания; главный задний угол – угол между задней поверхностью лезвия и плоскостью резания; угол заострения – угол между передней и задней поверхностями. Угол наклона режущей кромки – угол в плоскости резания между режущей кромкой и основной плоскостью. Угол в плане – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением движения подачи – оказывает влияние на шероховатость. Вспомогательный гол в плане – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению подачи. Среди физико-химических процессов определяющих процесс резания, основное значение имеет процесс пластической деформации при образовании стружки. От этого зависит качество и точность обрабатываемой поверхности. Процессу стружкообразования, как взаимосвязанному процессу пластического деформирования и разрушения, присущ ряд специфических особенностей: высокие значения действующих напряжений и их неоднородное распределение в деформируемой зоне; высокая скорость деформации; упрочнение металла и его разупрочнение в результате интенсивного тепловыделения в зоне обработки. Контактное взаимодействие обрабатываемого металла с инструментом при обработке резанием возникают сразу после разрушения металла у вершины режущего лезвия в процессе обтекания металлом передней и задней поверхностей режущего клина. При обработке пластичных металлов резанием на передней поверхности лезвия инструмента образуется металл, который называют наростом. Это сильно деформированный металл высокой твердости, структура которого отличается от структур обрабатываемого металла стружки. Явления, происходящие при формировании поверхностного слоя детали слоя детали ниже плоскости резания. В результате трения и вторичной деформации возрастает наклеп металла до 15%. А нагрев до 0,2-0,3 темп.плавл. приводит к возврату, а до 0,4т.пл рекристаллизацию с разупрочнением. Кроме того, в результате резания на поверхности формируется микрорельеф, а также микротрещины. В результате физического контакт с инструментом, силового и теплового воздействия в поверхностном слое возможно формирование следующих свойств: высокой степени наклепа; наличия значительных остаточных напряжений растяжения, значение которых может достигать 0,8 от предела прочности; структуры, отличной от структуры обрабатываемого металла; содержания в металле поверхностного слоя химических элементов материала инструмента и охлаждающей среды.