1. Загальні поняття та матеріали, що застосовуються в машинобудуванні

1.1. Загальні поняття

Сучасна технологія вирощування і збирання сільськогосподарських культур є машинною, тобто виробничі процеси при цьому виконуються сільськогосподарськими машинами і знаряддями.

Машина – це механізм або група механізмів, які здійснюють певний цілеспрямований рух для перетворення енергії чи виконання роботи. Машини, які перетворюють енергію, називаються двигунами, а ті, що виконують роботу називаються робочими машинами.

Сільськогосподарські машини – це робочі машини. Вони поділяються на технологічні і транспортні.

Технологічні сільськогосподарські машини змінюють форму, властивості, стан і положення матеріалу, який вони переробляють.

Транспортні сільськогосподарські машини тільки змінюють положення сільськогосподарського матеріалу.

Сільськогосподарське знаряддя – це пристрій, який за допомогою іншого механізму може виконати механічний рух для зміни форми, властивостей і положення матеріалу.

Сільськогосподарський агрегат – це з’єднання енергетичної машини з робочою сільськогосподарською машиною.

Кожна сільськогосподарська машина складається з робочих і допоміжних органів. Робочими органами машини називаються такі її частини, які безпосередньо діють на перероблюваний матеріал. Усі інші частини машини є допоміжними. До допоміжних органів машини належать рама, деталі кріплення, механізми приведення в рух робочих органів та регулювання їх положення, ходова частина, начіпні і причіпні пристрої.

1.2. Основні матеріали, які застосовуються в машинобудуванні

У машинобудуванні найбільш поширені сплави заліза з вуглецем, які залежно від вмісту вуглецю поділяються на сталі та чавуни.

Чавун це сплав заліза, що містить від 2 до 4,3% вуглецю і незначну кількість інших елементів: кремнію, марганцю, сірки, фосфору. Розрізняють сірі, білі та ковкі чавуни.

Сірий чавун (ливарний) легко обробляється різальним інструментом і піддається зварюванню. Він не кується, не штампується і в на зламі сірого кольору.

Білий чавун характеризується високою твердістю та крихкістю і йде на переробку в ковкий чавун і сталь.

Ковкий чавун отримують шляхом нагрівання і довгої витримки відливки з білого чавуну при температурі 900-1000⁰С і наступного повільного охолодження. Характеризується високою в’язкістю.

Сірий чавун позначають буквами СЧ, а ковкий – КЧ. За буквами є цифри, які характеризують механічні властивості чавунів.

Чавуни, які мають присадки хрому, нікелю, молібдену і титану, називають легованими. Вони характеризуються високими механічними властивостями, жаростійкістю і високою зносостійкістю.

Сталь – це сплав заліза з вуглецем та іншими елементами. Вміст вуглецю в сталі становить 0,1–2,0%. За хімічним складом розрізняють сталі вуглецеві та леговані, за призначенням – конструкційні, інструментальні та спеціальні, за якістю – сталі звичайної якості, якісні та високоякісні.

Вуглецева конструкційна сталь звичайної якості позначається буквами Ст, після чого стоїть порядковий номер сталі (від 0 до 6). Чим вищий номер сталі, тим вона міцніша і твердіша.

Вуглецева конструкційна сталь якісна містить менше шкідливих домішок (сірки, фосфору). Маркірується вона двозначною цифрою, яка характеризує середнє значення вуглецю (в сотих частках відсотку). Наприклад, в сталі марки 20 знаходиться в середньому 0,2% вуглецю.

Вуглецева інструментальна сталь має буквено-цифровий шифр (від У7 до У8). Буква У означає, що сталь вуглецева (углеродистая), а цифра – середній вміст вуглецю в десятих частках відсотку. В маркуванні високоякісної інструментальної сталі після цифри ставлять букву А.

Леговані сталі відрізняються від вуглецевих домішками в різних сполученнях і кількостях таких елементів, як нікель, хром, марганець, кремній, вольфрам, молібден ті інші, які покращують властивості сталі (жаростійкості, зносостійкість, пружність, міцність і ін.). В марці легованої сталі на першому місці стоять дві цифри, які характеризують склад в сталі вуглецю (в сотих частках відсотка). Буквами після цифр зашифровані легуючі елементи: Р – бор; Ю – алюміній; С – кремній; Т – титан; Г – марганець; Ф – ванадій; Х – хром; Н – нікель; В – вольфрам; М – молібден; К – кобальт. Цифра після цих букв вказує на приблизний вміст легуючого елемента (у відсотках). Якщо він менший або рівний 1%, то цифру не ставлять. Буква А справа вказує, що сталь високоякісна. Наприклад, легована сталь 12ХН3А є сталлю високої якості, яка містить 0,12% вуглецю, до 1% хрому та приблизно 3% нікелю.

З вуглецевих сталей виготовляють прокат труб, швелерів, кутників та ін. Леговані сталі використовуються для виготовлення робочих органів машин та інших відповідальних деталей. Механічні властивості сталі можна поліпшувати термічною та термохімічною обробками.

Термічними обробками сталі є: відпал, нормалізація, гартування, відпуск та ін.

До термохімічних обробок сталі відносяться: цементація, азотування, ціанування.

Термічна обробка полягає в нагріванні сталі до температури, при якій відбувається перекристалізація, витримці її при цій температурі й охолодженні (повільному чи швидкому) залежно від виду обробки. Відпал призначений для зняття напруг у виробі й забезпечення однорідності кристалічної будови металу. Полягає у тому, що деталь нагрівають до температури 740–940, витримують при цій температурі й повільно охолоджують у печі.

Нормалізація відрізняється від відпалу тим, що виріб охолоджується на повітрі, а не в печі. Охолодження під час нормалізації відбувається швидше, ніж під час відпалу.

Гартування призначене для надання сталевому виробу високої твердості та підвищення його стійкості проти спрацювання. При цьому, виріб нагрівають до температури 740–940, витримують при цій температурі та швидко охолоджують у воді, маслі чи в іншій рідині. Нагрівати виріб можна в печах, а також струмами високої частоти. В останньому випадку нагрівається лише поверхневий шар, який і гартується.

Відпуск призначений для підвищення в’язкості й пластичності та зменшення твердості загартованої сталі. Для цього виріб нагрівають до температури 150–650, тобто нижче температури перекристалізації, і повільно охолоджують на повітрі.

Цементація – це насичення поверхневого шару сталевого виробу вуглецем, після чого виріб гартують. Цементація надає поверхневому шару металевої деталі міцності, а серцевина залишається в’язкою.

Азотування – це насичення поверхні сталевого виробу азотом шляхом нагрівання виробу в середовищі аміаку. Застосовується для підвищення твердості.

Ціанування – це насичення поверхні сталевого виробу одночасно вуглецем і азотом. Ціановий шар має високу твердість і підвищену стійкість проти спрацювання.

Кольорові метали та їх сплави. До кольорових металів належать мідь, цинк, алюміній, свинець, олово та ін. В машинобудуванні кольорові метали в чистому вигляді застосовуються рідко. В основному вони використовуються у вигляді сплавів.

Алюмінієві сплави. Деталі з них приблизно в три рази легші сталевих, мають високу міцність, електро- і теплопровідність, добре обробляються різанням. Використовуються сплави алюмінію з кремнієм, міддю,магнієм.

Олов’яниста бронза – це сплав міді з оловом. Має добрі ливарні властивості, відрізняється достатньою твердістю, мало окислюється на повітрі, легко обробляється різальним інструментом.

Латунь – сплав міді з цинком. Стійка проти корозії, легко обробляється тиском, різанням, відливається.

Антифрикційні сплави використовуються в підшипниках ковзання для зменшення сил тертя і зношення поверхонь, які труться. Це сплави кольорових металів на основі олова, свинцю або алюмінію, свинцевисті та олов’янисті бабіти.

Пластмаса – це матеріал, який складається зі штучних або природних органічних смол (зв’язуючих речовин), різноманітних наповнювачів, пластифікаторів, барвників, каталізаторів, стабілізаторів, мастильних матеріалів.

Наповнювачі (тканини, папір, азбест, скловолокно, дерев’яне борошно та інші) надають певних фізико-механічних властивостей пластмасам.

Пластифікатори полегшують переробку пластмаси у виріб, а барвники покращують його поверхню та зовнішній вигляд.

Каталізатори служать для скорочення часу затвердіння.

Стабілізатори – для зв’язування побічних продуктів і підвищення термостабільності.

Мастильні матеріали запобігають прилипанню виробів до форм під час їх виготовлення. Найбільш поширені при виготовленні сільськогосподарських машин є текстоліт, поліаміди, волокнит, вініпласт, гетинакс, етрол, азботекстоліт, фібра, склопласт, органічне скло, поліетилен та ін.

Також в сільськогосподарському машинобудуванні застосовуються інші неметалеві матеріали: гума, картон, азбест, тканини, ізоляційний матеріал, фарби і лаки.