8.2.2 Матеріали у машинобудуванні

Основними матеріалами машинобудування є метали та сплави металів а також неметалеві матеріали.

Всі метали і сплави поділяють на чорні – чавун та сталь (основна сировина галузі) та кольорові, основними з яких є мідні (латунь, бронза) та алюмінієві –ливарні (сілумін) та для обробки тиском).

Чавун виплавляють із залізної руди у доменних печах. Шихта (маса, яку завантажують у доменну піч) – це переважно залізна руда, кокс, флюси (вапняк). Відновлене з окислів розплавлене залізо розчиняє до 6% вуглецю, тому основними складовими чавуну є залізо та 2,5…5 % вуглецю. Чавун має високі ливарні властивості, тому з нього здебільшого виготовляють заготовки деталей литтям у піщані форми. При повільному охолодженні відливок у піщаній формі вуглець виділяється, при тому створює та заповнює мікротріщинки по об`єму відливка, що надає чавуну крихкість.

На металургійному комбінаті більша частина чавуну йде на переділ у сталь, частина – на виливку відливок великих деталей (станин верстатів, пресів, ковальських молотів, блоки циліндрів корабельних двигунів, корпуси турбін електростанцій), частина – на виготовлення чавунних чушок, які поставляють у ливарні цехи машинобудівних заводів, де з них, розплавляючи чавун у вагранках (шахтна піч, схожа на доменну, але менша), відливають корпусні деталі (корпуси коробок швидкостей, редукторів, картери компресорів, блоки циліндрів автомобілів, шківи, ступиці коліс, корпуси вентилів, кранів, радіатори опалення, каналізаційні труби тощо.

Маркірування: СЧ18-сірий чавун, межа міцності 18 кГс/мм².

Сталь.

Конструкційна звичайної якості – найдешевша і найпоширеніша сталь – виплавляють її з розплавленого чавуну в конверторах (бочка, яка продувається киснем – за 20 хвилин вигоряє майже весь вуглець), далі в установці безперервного розливання формують вертикальний сталевий стрижень, який ріжуть на шматки – блюми і прокочують з них листовий та круглий прокат, профілі – кутник, швелер, смуга, двотавр, рейки, труби, періодичний прокат – вагонні колеса, вісі, вали.

Прокат поставляють на машинобудівні заводи, де з нього виготовляють зварні каркасні конструкції (рами автомобілів, зварні станини обладнання, вишки, колони, ферми мостів, каркаси кранів), зварні корпусні конструкції (бочки, баки, обшивання й огородження обладнання). Маркування: Ст3 – зазначений номер відповідно до механічних властивостей

Якісна конструкційна й інструментальна сталь – виплавляють у мартенівських або у електродугових печах – варять повільно при температурі 1600 градусів і вище – у плавильну ванну печі завантажують скрап (металобрухт), заливають чавун, феросплави, легуючі добавки, флюси (проти окислювання) та інші компоненти, що належать по складу шихти. Таким чином одержують сплав заліза з точно заданим (від 0,05 до 1,3%) вмістом вуглецю – вуглецева якісна сталь.

З конструкційної якісної сталі С=0,2...0,7% (наприклад, сталь 40 - вміст вуглецю – 0,4 відсотка) виготовляють вали, вісі, шестерні, важелі, пружини – такі деталі, щодо яких після виготовлення здійснюють загартування з відпуском, що підвищує в 2 –.4 рази міцність, твердість, пружність. З інструментальної вуглецевої сталі, наприклад, У8 (вміст вуглецю С=0,8 %) виготовляють напилки, ножі, ножівкові полотна (також після виготовлення здійснюють загартування з відпуском).

Сталь, яка містить добавки кольорових металів, має назву легована. Наприклад, конструкційна нержавіюча сталь – 0Х18Н10Т , склад: 0% вуглецю, 18% хрому, 10% нікелю, 1% титану. Інші широковживані леговані сталі – швидкорізальна Р18 (інструментальна) – 18% карбіду вольфраму (свердла, фрези, розвертки, мітчики).; шарикопідшипникова ШХ15 – 1.5% хрому; 9ХС – 0,9% вуглецю, по 1% хрому та силіцію).

Сплави кольорових металів та високолеговані сталі значно дорожчі за чорні, їх застосування вельми обмежене.

Зі сплавів міді найбільш поширеними є бронза та латунь.

Бронза – сплав міді з оловом – має відмінні ливарні властивості (виготовляють художні відливки, корпусні деталі складної форми – корпуси вентилів та кранів, фасонні вироби), але вельми крихкий матеріал. Також за умови змащування має малий коефіцієнт тертя по сталі, тому бронзу використовують для виготовлення вкладишів підшипників кочення.

Маркування: БрОЦС-5-5-5 – бронза олов’яно-цинково-свинцева, має по 5% вказаних компонентів).

Латунь – сплав міді з цинком – має пластичні властивості, але міцніший за мідь. З латуні виготовляють трубки теплообмінних апаратів, тонкі листи, гільзи, прутки для зварювання твердим припоєм) Маркування: Л70 – латунь, 30% цинку.

Неметалеві матеріали – пластмаси, гума, скло, деревина та інші.

Пластмаси поділяють на термопластичні (поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, капрон) та термореактивні (фенолформальдегідні та мочевиноформальдегідні).

Термореактивні пластмаси допускають багаторазове розплавлення, тому їх переробляють методами лиття під тиском або екструзії. Виготовляють з них вироби, що допускають деформацію

Термореактивні пластмаси не допускають деформацій та при повторному нагріванні розкладаються без розплавлення, тому формують їх в основному методом пресування. Вготовляють з них деталі електротехнічного призначення – розетки, перемикачі, корпуси котушок магнітних пускачів та інші.

8.2.3 Виготовлення деталей.

Як сказано вище, технологiя виготовлення машини (та й iнших складаних виробiв) складається з двох основних етапів: виготовлення деталей та складання.

Виготовлення деталей у машинобудуванні здебільшого здійснюється у три етапи:

1 – виготовлення заготовки;

2 – механічна обробка;

3 – зміцнююча і оздоблювальна обробка.

Основними способами виготовлення заготовок є лиття, обробка тиском та зварювання.

Механічна обробка заготовок здійснюється на на металорізальних верстатах зняттям стружки.

Основними видами зміцнюючої обробки є термічна обробка сталевих заготовок та поверхнева обробка: