Вопросы для самопроверки

1. Перечислите основные функциональные части машины.

2. Объясните понятие служебное назначение машины.

3. Что понимается под качеством машины?

4. Что такое жизненный цикл изделия? Каковы стадии жизненного цикла?

5. Что представляет собой производственный процесс и каковы его этапы?

6. Каким коэффициентом характеризуют тип производства?

7. Что называют поточным производством?

8. Что называется технологическим процессом?

9. Назовите составные части технологического процесса.

10. Что такое рабочее место?

Раздел 2. Конструкционные материалы

В этом разделе изучаются следующие темы: «Черные и цветные сплавы», «Неметаллические и композиционные материалы», «Производство конструкционных материалов».

2.1. Черные и цветные сплавы

Вопросы, изучаемые в этой теме: свойства металлов и сплавов; чугуны, стали, классификация, маркировка чугунов и сталейцветныесплавы, их классификация, маркировка.

Сплавы – это твердые вещества, образованные сплавлением двух и более компонентов. Сплавы на основе железа называются черными, на основе других металлов – цветными. К основным свойствам металлов и сплавов относятся механические, физи­ческие, техно­логические и экс­плуатационные.

К механиче­ским свойствам материала отно­сятся прочность, пла­стичность, твердость, ударная вязкость.

Чугуны – сплав железа с углеродом (2,14…4,5%) и некоторым количеством кремния, марганца и др.

Различают серый, высокопрочный, ковкий и легированные чугуны. Маркируют чугуны буквами и группой цифр, характеризующими величину временного сопротивления, уменьшенную в 10 раз (предел прочности при растяжении) в МПа. Например, серый чугун (ГОСТ 1412-85): «С» – серый, «Ч» – чугун, марка СЧ15 показывает, что чугун имеет =150 МПа. Для изготовления деталей чаще применяют серый чугун марок СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ30 твердостью в пределах НВ 163…255 и реже СЧ 35. Твердость серых чугунов изменяется в пределах НВ 190…275. Легированные чугуны получают введением легирующих элементов (хрома, кремния, алюминия, марганца и др.). Маркируют буквами и цифрами, например ЧХ1, ЧХ9Н5, ЧС5Ш, где буква Ч обозначает чугун, Х, Н, С – легирующие элементы, а цифры – их содержание в %; буква Ш указывает на шаровидную форму графита.

Чугуны широко применяются для изготовления отливок корпусных деталей. Отливки из высокопрочного чугуна используют для изготовления коленчатых валов, деталей прокатных станов, корпусов насосов, зубчатых колес. Ковкий чугун отличается высокой вязкостью, применяют для деталей машиностроения, получаемых отливкой, на которые во время работы могут действовать ударные нагрузки, для изготовления тонкостенных деталей, редукторов, фланцев, муфт.

Стали являются основным конструкционным материалом машиностроения. По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особо качественные. По химическому составу стали различают как углеродистые и легированные.

Конструкционные углеродистые стали. В эту группу сталей включаются стали обыкновенного качества и качественные стали. Они имеют удовлетворительные механические свойства в сочетании с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением.

Стали легированные конструкционные. Стали этой группы различаются по прочности: нормальной и повышен­ной прочности, высокопрочные (ГОСТ 4543-71). Легированные конструкционные стали различают по содержанию легирующих элементов – хромистые, хромоникелевые и другие; по качеству – качественная и высококачественная. Кроме того, легиро­ванные стали делятся на низколегированную, среднелегированную и высоколегированную. В качестве легирующих элементов, придающих стали повышенную прочность и специальные свойства, используют хром, никель, молибден, ванадий и др. Легированные стали обозна­чают цифрами и буквами, например марки 20Х, 40ХС, 30ХГН, 20ХН3А. Первые циф­ры показывают среднее содержа­ние угле­рода в сотых долях процента, а буквы – наличие легирующих эле­ментов. Цифрами после букв отмечено процентное содержа­ние легирующих элементов. Предел прочности сталей возрастает от = 700МПа (сталь 15Х) до =1300 МПа (сталь 20Х2Н4А). Повышение содержания некоторых леги­рую­щих элементов, таких, как хром (X), молибден (М), ванадий (Ф), вольфрам (В), никель (Н), увеличивает прочность сталей и снижает теплопроводность, что ведет к ухудшению их обрабатываемости. Кремний (С) ухудшает обраба­тываемость стали из-за образования в ней силикатных абразивных включе­ний. Заготовки из крупнозернистой стали обрабатываются лучше, чем из мелкозернистой.

К сплавам цветных металлов относятся легкие спла­вы на основе алюминия и магния и сплавы меди с добавками (бронзы и латуни). Алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, считаются сплавами с нор­мальной прочностью, к сплавам же повышенной и высо­кой прочности относятся термически упроч­няемые сплавы. Сплавами с нормальной прочностью являются сплавы (ГОСТ 4784-97), легированные в ос­новном марганцем (АМц) и магнием (типа АМг). Они отличаются высокой пластичностью, хорошей сва­риваемостью; используются в отожженном и нагартованном состояниях для из­готовления де­талей (изделий), формируемых глубокой вытяжкой и сваркой. К сплавам повышенной прочности относятся сплавы типа дю­ралюминий (ГОСТ 4784-97), легированные в основном медью, магнием и марганцем (типа Д и АК); они упрочняются термиче­ской обработкой на старение. Сплавы типа Д широко применяют­ся в авиации. Ковочные сплавы типа АК используют при из­готовлении деталей сложной формы. К высокопрочным относятся сплавы алюминия с цинком, ме­дью и маг­нием (типа В). Они упрочняются термической обработ­кой на старение; по ха­рактеристикам прочности превосходят спла­вы типа дюралюминий, однако об­ладают пониженной пластично­стью и вязкостью разрушения. Высокопрочные сплавы применяют для высоконагруженных элементов конструкций, работаю­щих в основном на сжатие; из них изготавливают корпуса и детали обшив­ки.

Сплавы медные деформируемые. Отличительная особенность большинства медных сплавов – высо­кая пластичность (по этому признаку они могут относиться к сплавам высокой технологичности). В машиностроении приме­няются в основном латуни и бронзы. Латунь – сплав меди с цинком; обозначают буквой Л и двузначным числом, показывающим среднее содержание меди (остальное – цинк). На­пример, ла­тунь Л62 содержит 62% меди и 38 % цинка. Для улучшения обра­батываемости в латунь вводят 1…2% свинца (С), а для повышения прочности – алюминий (А), никель (Н) и другие элементы. Например, латунь ЛЖМц59-1-1 содержит 59% меди, 1% железа (Ж), 1% марганца (М), остальное – цинк. Бронзой называют сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и други­ми элементами, кроме цинка или никеля (ГОСТ 5017-79). Бронзы обозначают буква­ми Бр, начальными буквами основных эле­ментов, вошедших в сплав (А – алю­миний, Н – никель, О – олово, Ц – цинк, Ф – фосфор), и цифрами, указывающими среднее содержание этих элементов в процентах. Для лучшей обраба­тываемости бронз и улучшения их анти­фрикцион­ных свойств в состав бронз вво­дят свинец. Например, сплав БрОЗЦ12С5 со­держит в среднем 3% олова (О), 12% цинка (Ц), 5% свинца (С) и остальное – медь.