книги из ГПНТБ / Кузнецов В.И. Машиностроительные материалы и технология их обработки

В. И. КУЗНЕЦОВ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИХ ОБРАБОТНИ

ИЗДАТЕЛЬСТВО

.ПРОСВЕЩЕНИЕ* М о с к в а — 1965

' 5 ^ 9 2) ОТ РЕДАКЦИИ

В книге в популярной форме излагаются основные све­ дения о машиностроительных материалах, их испытаниях, классификации, свойствах и применении, способах обработки.

Книга, содержащая политехнический материал, который может быть использован на уроках, предназначена для учи­ телей физики, химии, трудового обучения.

Книга представляет интерес для студентов индустриаль­ но-педагогических факультетов педагогических вузов, высших и средних технических учебных заведений, для преподавате­ лей профессионально-технических училищ, а также для ин­ женерно-технических работников машиностроения.

Со всеми замечаниями и предложениями по книге просим обращаться по адресу: Москва, И-18, 3-й проезд Марьиной рощи, 41, издательство «Просвещение», редакция литературы по трудовому обучению.

Рецензенты: инж. Д. Д. Б о н д а р е в , канд, техи. наук С. К. Г а л и ш н и к о в.

В В Е Д Е Н И Е

Ведущая роль в осуществлении технического про­ гресса в нашей стране принадлежит машинострое­ нию. Неуклонно развивается производство металлурги­ ческого, энергетического, угольного, нефтяного оборудо­ вания, электромашиностроение, химическое машино­ строение, производство автомобилей, тракторов и многих других машин. Успешно осваиваются новые, технически более совершенные виды машин, высокой производитель­ ности: агрегатные станки, станки-автоматы, мощные штамповочные и чеканные прессы и т. д. Растет произ­ водство новейших типов электромашин, трансформато­

вуют свою продукцию, развивают отрасли технической науки, определяющие прогресс современного машино­ строения. Советские ученые работают над разрешением новых проблем прочности металлов в машиностроении, проблем, успешное решение которых позволит достигнуть дальнейшего улучшения конструкции машин.

Технический прогресс в настоящее время невозможен без создания новых высококачественных материалов. Успехи в этом направлении определяются достижениями физики и химии. Широким фронтом ведутся исследова­

3

ния в области создания новых синтетических материалов. Такие синтетические материалы, как капрон, анид, лав­ сан, позволяют получать волокна, превосходящие по ря­ ду свойств природные. Ряд замечательных Свойств и широкую сырьевую базу имеют полиэтилен и полипропи­ лен. Высокой термической стойкостью и рядом других ценных свойств обладает совершенно новый вид поли­ меров— полиарилаты. Новые синтетические каучуки по прочности на разрыв и износостойкости значительно пре­ восходят все известные каучуки общего назначения. При­ менение подобных каучуков, например в шинной про­ мышленности, даст огромную экономию.

Большой экономический эффект дает применение вместо металлов полимерных материалов в ряде конст­ руктивных элементов благодаря их меньшему весу и бо­ лее простой технологии обработки. Например, дешевый полимерный материал— полиформальдегид, обладаю­ щий большой прочностью и легко обрабатываемый прес­ сованием или литьем под давлением, может заменять металл в машиностроении.

Большим достижением явилась разработка методов получения кремнийорганических полимеров специальной структуры. Эти материалы обладают очень высокой теп­ лостойкостью. Они необходимы для развития электро­ техники, радиоэлектроники, электронного машинострое­ ния, приборостроения и т. д. Так, применение этих мате­ риалов в качестве электроизоляции позволило резко снизить вес электровозов при одновременном повышении мощности и надежности работы их двигателей и эконо­ мии значительного количества меди.

Новым перспективным путем получения синтетиче­ ских материалов с заданными свойствами является так называемая «привитая полимеризация». Оказалось, что можно к гигантской молекуле обычного полимера при­

4

вить, т. е. присоединить молекулы другого полимера. В результате такой «прививки» удается сочетать в дан­ ном материале свойства различных веществ, входящих

вего состав.

Внастоящее время на основе стекла разработаны но­ вые материалы — стекла с однородной микрокристалли­ ческой структурой — ситаллы, сырьем для получения

которых может служить, в частности, шлак, не исполь­ зуемый в настоящее время. Создание этих материалов открывает самые широкие перспективы превращения их в массовый конструкционный материал с прочностными характеристиками, приближающимися к характеристи­ кам чугуна, с высокой химической стойкостью и с жаро­ прочностью, превосходящей жаропрочность высоколеги­ рованных сталей. Одна из важнейших задач научных исследований в этой области — придание стеклу и ситаллам эластических свойств.

Успехи в получении новых материалов немедленно отражались на развитии конструкции различных машин. Известно, что облегчение веса машин не только приводит к их удешевлению, но и, как правило, снижает эксплуа­ тационные расходы, повышая коэффициент полезного действия, а также уменьшает стоимость машины и т. д.

Этот прогресс в конструкциях машин в очень боль­ шой степени обязан прежде всего тем успехам, которые были осуществлены по созданию новых, более прочных сортов конструкционных сплавов.

Значение машиностроительной промышленности в народном хозяйстве определяется тем, что она создает один из важнейших элементов производительных сил — орудия производства.

Только при высоком уровне машиностроения могут получить широкое развитие все отрасли народного хо­ зяйства, все направления технического прогресса.

5

Большие требования к машиностроению предъявляет комплексная механизация и автоматизация производст­ венных процессов — главные средства, обеспечивающие дальнейшее повышение производительности труда в на­ родном хозяйстве.

Осуществление комплексной механизации и автома­ тизации возможно лишь на основе широкого развития машиностроения, увеличения выпуска многочисленных приборов и средств автоматизации.

Успехи советского машиностроения являются проч­ ным фундаментом для его дальнейшего развития и со­ вершенствования. Научная разработка вопросов прочно­ сти, надежности и долговечности машин и не только машин, а всей промышленной продукции является одной из важнейших задач современности. Наши предприятия нуждаются в научно разработанной методике опре­ деления прочности, надежности и долговечности. Сей­ час необходимо разработать нормативы сроков службы на важнейшие виды изделий различных отраслей про­ мышленности на основе проведения всесторонних испы­ таний, широкого изучения и обобщения опыта производ­ ства и эксплуатации этих изделий с целью определения экономически целесообразного срока их службы.

Известно, что в ближайшие годы намечается построить значительное количество машиностроительных и метал­ лообрабатывающих предприятий. Это позволит увели­ чить общий объем производства продукции машино­ строительной и металлообрабатывающей промышленно­ сти и, в частности выпуск автоматических и полуавто­ матических линий, в несколько раз.

Широкое внедрение новых материалов, сплавов, пла­ стических масс и других синтетических материалов поз­ волит развивать общее и электронное машиностроение, авто-, авиа-, судостроение, приборостроение и т. д.

6

Ценные физико-механические качества различных новых материалов (высокие электроизоляционные и радиотехнические характеристики, теплоизоляционные и теплозащитные свойства, химическая стойкость, про­ зрачность, антифрикционные свойства, эластичность, высокая удельная прочность) делают их незаменимыми для развития новейшей техники.

Для получения эффекта в деле снижения веса машин необходим коренной пересмотр ранее принятых в маши­ ностроении методов расходования конструкционных ма­ териалов.

Существенное значение для уменьшения удельного (на одну машину) расхода стали и чугуна, этих пока еще основных конструкционных материалов, имеет про­ исходящее ныне совершенствование их прочностных характеристик. В результате термической, термохимиче­ ской и термомеханической обработки, а также легирова­ ния резко улучшается их механическая прочность, жаро­ стойкость, износоустойчивость, что позволяет увеличить напряженность материала деталей машин при обеспече­ нии их долговечности и других заданных служебных качеств.

Наряду со снижением веса машин предстоят сущест­ венные сдвиги в технологии машиностроения. Характер­ ным направлением ее развития является уменьшение потерь металла в виде стружки, обрезков, угара и иных отходов, доля которых в настоящее время велика.

В течение двадцатилетия изменится и потребление черных металлов. Прежде всего из года в год увеличи­ вается доля потребляемых машиностроением неметал­ лических конструкционных материалов. По мере совер­ шенствования прочностных, технологических и других эксплуатационных характеристик пластических масс, металлокерамики, каменного литья, железобетона будут

7

Г Л А В А I

СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Для изучения вопросов прочности, жесткости и устойчивости машин, выполненных из различных

материалов, необходимо знать основные виды деформа­ ций, а также физико-механические свойства материалов.

В большинстве случаев при проектировании сооруже­ ний или машин приходится удовлетворять двум основ­ ным требованиям: надежности и наибольшей экономии материала. Изучение надежности элементов конструк­ ций, сооружений и машин производится как аналитиче­ скими методами, так и при помощи экспериментальных исследований.

Теория и эксперимент являются необходимой пред­ посылкой для развития современной техники. Нет и не может быть ни одной детали, ни одной машины, которая была бы построена без расчета на прочность, жесткость

иустойчивость.

§1. ВИДЫ ДЕФОРМАЦИЙ

Внешние силы действуют на детали машин самым различным образом. Поэтому деформации деталей, вы­ званные внешними силами, могут быть очень сложными.

9