Лекция

Конструкционные материалы

А.М. СИНОТИН

Кафедра технологии и автоматизации производства

Конструкционные материалы

При проектировании деталей, узлов и механизмов любого назначения выбор материала зависит от назначения и условий эксплуатации, определяющих эксплуатационные и технические требования к материалу изделия, выполнение которых должно обеспечивать возможность применения наиболее прогрессивных видов формообразования. Выбор материала возможен только при полном знании его физико-механических и технологических свойств с учетом стоимости и должен удовлетворять ряду требований.

Эксплуатационные требования к материалу изделия зависят от условий их работы в механизме.

Технологические требования к материалу характеризуют возможность изготовления изделия в производственных условиях с минимальной трудоемкостью.

Экономические требования к материалу изделия определяются его себестоимостью и дефицитностью, т.к. в себестоимость изделия входят стоимость материала и все производственные затраты, идущие на его изготовление. Поэтому при замене детали в процессе ремонта необходимо знать современные технологические процессы формообразования и при разработке чертежа детали работать вместе с технологом, выбирая наиболее экономичные из них.

Материалы конструкций

Для изготовления деталей, узлов и механизмов полиграфического оборудования используют различные материалы, выбор которых определяется разработчиком на основании назначения и условий эксплуатации конструкции с учетом требований технологии и ее массы.

Рассмотрим материалы, которые наиболее широко применяются при изготовлении полиграфического оборудования. К ним относятся: черные металлы, сплавы титана, цветные металлы и их сплавы, неметаллические материалы.

Черные металлы

К ним относят, стали: углеродистую обыкновенного качества, качественную конструкционную углеродистую, конструкционную легированную, конструкционную легированную коррозионно-стойкую и др.

Углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) в зависимости от нормируемых показателей подразделяют на группы А, Б и В; ее широко используют при производстве сортового и листового

Рис.2 – Виды стальных фасонных профилей

проката. Сталь изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6, Ст7. Некоторые виды профилей сортового проката из этой стали приведены на рисунке 1, а-г.

Из данной стали изготовляют также стальные фасонные гнутые (ГОСТ 11474-76) и холодногнутые профили (рис. 2). Малоуглеродистые сорта этой стали хорошо (С  0,25%), свариваются. Сортовой и листовой прокат из этой стали используют в несущих конструкциях, в каркасах рам, в крышках.

Качественная углеродистая конструкционная сталь (ГОСТ 1050-88) бывает низко – (С  0,25%), (средне - (С = 0,3-0,45%) и высокоуглеродистые (С > 0,45%).

При содержании углерода до 0,3% стали отличаются высокой пластичностью и вязкостью, хорошо свариваются и куются, однако не подвержены закалке. Увеличение содержания углерода сопровождается повышением прочностных характеристик, однако, пластичность при этом снижается.

Твердость и прочность средне- и высокоуглеродистых сталей можно повысить путем термической обработки.

Конструкционная легированная сталь (ГОСТ 4543-71) содержит примеси легирующих элементов, каждый из которых имеет условное буквенное обозначение: Х- хром, М – молибден, К – кремний, Н – никель, Г – марганец и т.д.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) конструкционные легированные обладают высокой прочностью и износостойкостью; их используют при изготовлении ответственных деталей механизмов полиграфического оборудования.

Материал может поставляться в виде сортового и фасонного проката, листов, лент, труб, полос, что оговаривается соответствующим ГОСТом и ТУ.

Из медных сплавов необходимо отметить бронзу и латунь.

Бронзой называют сплав меди с различными элементами кроме цинка и некоторых сплавов с марганцем и никелем. Бронза, кроме меди как основные компоненты может содержать олово, свинец, алюминий и др.

Латунь – сплав, в котором основными компонентами являются медь и цинк. Латунь обладает достаточно высокими механическими, технологическими свойствами и высокой коррозийной стойкостью Добавка в сплав алюминия повышает его коррозионную стойкость. . Латунь используют для изготовления арматуры, втулок, шайб, винтов, корпусов. Марки некоторых литейных латуней: ЛС59 1, ЛКС 80-3-3, ЛМцС58-2-2; для обработки давлением используют марки Л96, Л63, ЛС60-1 и др.

Алюминий и его сплавы. Чистый алюминий ввиду его низкой механической прочности применяют редко (провода, шкалы, стрелки). Чаще используют сплавы алюминия, в которых за счёт добавок и термической обработки значительно повышается прочность, что делает их ценным конструкционным материалом. Они обладают высокой коррозийной стойкостью, хорошо обрабатываются резанием, с помощью давления; некоторые из них обладают необходимыми литейными качествами и позволяют применять сварку. При изготовлении сварных конструкций из сплавов алюминия используют различные виды контактной, аргонодуговую, газовую и атомно-водородную. Различают деформируемые и литейные сплавы алюминия.

Деформируемые сплавы имеют химический состав, определённый по ГОСТ 4784-74. Наиболее распространённой группой являются сплавы алюминия с медью, называемые дуралюминами.

Деформируемые сплавы подразделяют на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой. К первым относят алюминий и его сплавы с марганцем и магнием: АД0, АД1, АМц, АМг, ко вторым – АД33, АВ, Д1, Д16. Механические характеристики этих материалов приведены в справочной литературе.

Из деформируемых сплавов соответствующих марок изготовляют фасонные профили, виды которых приведены на рис. 2.3

Р ис. 2.3 Виды прессованных профилей из сплавов алюминия:

а – уголок равнобокий; б – уголок неравнобокий; в – тавр; г – швеллер; д- двутва2.

Литейные сплавы согласно ГОСТ 2685-75 в зависимости от химического состава делят на пять групп. Так одним из основных компонентов является кремний, эти сплавы называют силуминами. Кроме кремния в их состав могут входить магний, марганец, медь, титан, и другие металлы. В РЭА наиболее применимы сплавы второй группы на основе алюминия и кремния: АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ9, обладающие повышенной коррозионной стойкостью, необходимыми литейными свойствами, удовлетворительной свариваемостью. Такие сплавы используют при изготовлении рам несущих конструкций РЭА, корпусов механизмов, стоек, литых лицевых панелей, плоских и объёмных конструкций шасси, и других литейных деталей.

Неметаллические материалы. К неметаллическим материалам, используемым при конструировании несущих конструкций и механизмов РЭА, относятся пластмасса и резина.

Пластмассы обладают хорошими диэлектрическими свойствами, их механические характеристики зависят от марки пластмассы. Пластмассы подразделяют на термореактивные и термопластичные.

Термореактивные пластмассы при повторном нагревании не переходят в пластичное состояние, т.к. в процессе изготовления входящие в состав смолы полимеризуются в вещества с новыми свойствами.

Термореактивные пластмассы в свою очередь можно разделить на:

- монолитные (фторопласт - 4);

- слоистые (текстолит, гетинакс, листовой стеклотекстолит);

- композиционные, в состав которых, кроме смолы, входит наполнитель в виде стекловолокна, хлопчатобумажных волокон и других материалов.

Термопластичные пластмассы при нагревании размягчаются, и получаемый в результате этого материал можно использовать для вторичной переработки. К термопластичным пластмассам относят полиэтилен, полипропилен, винипласт, фторопласт -3, полиметилакрилат и др.

Широко используемый в РЭА текстолит – обладает хорошими диэлектрическими и антифрикционными свойствами. Рабочая температура – 60 + 130 ⁰С. Текстолит используют для крепёжных планок, панелей, щитков, стоек и шестерён.

Стеклотекстолит - в качестве основы имеет стекловолокно и выпускается двух видов – электротехнических марок СТ, СТУ, СТК, СФ-1, СФ-2, широко используемый при изготовлении печатных плат, панелей шасси, и конструкционной марки КАСТ.

Гетинакс отличается от текстолита только основой, в качестве которой используется бумага; его применяют для изготовления плат.

Фторопласт - 4 является хорошим диэлектриком, обладает малым коэффициентом трения, легко обрабатывается резанием; идёт на изготовление несущих деталей типа стоек, втулок, прокладок.

Резина – используют в РЭА в качестве электроизоляционных, герметизирующих и уплотняющих прокладок, амортизаторов. Резины бывают общего и специального назначения.