12. Классификация материалов для машиностроения

По традиции машиностроительные материалы подразделяют на три класса: конструкционные, инструментальные и с особыми физико-химическими свойствами. Каждый из этих классов имеет свою дальнейшую фрагментацию на основе тех или иных признаков. В частности, класс конструкционных материалов с учетом специфичности свойств материалов делят на следующие группы:

1. материалы, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность;

2. материалы с особыми технологическими свойствами;

3. износостойкие материалы;

4. материалы с высокими упругими свойствами;

5. материалы с малой плотностью;

6. материалы с высокой удельной прочностью;

7. материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды.

В классе инструментальных материалов выделяют три группы:

1. материалы для режущего инструмента;

2. материалы для штампов и литейных пресс-форм;

3. материалы для измерительного инструмента.

13.Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Марки сталей обыкновенного качества Ст0, Ст1, Ст2,…, Ст6 (с увеличением номера возрастает содержание углерода). Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, прутки, листы, трубы. Стали применяют в строительстве для сварных и болтовых конструкций. С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Стали Ст5 и Ст6, имеющие более высокое содержание углерода, применяют для элементов строительных конструкций, не подвергаемых сварке.

Выплавление качественной углеродистой стали производится при соблюдении строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15,…, 85, указывающие среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Низкоуглеродистые стали имеют высокую прочность и высокую пластичность. Стали, не обработанные термически, применяются для малонагруженных деталей, ответственных сварных конструкций, для деталей машин, упрочняемых цементацией. Среднеуглеродистые стали (0.3–0.5 % С) 30, 35, …, 55 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки. Эти стали имеют высокую прочность при более низкой пластичности, их применяют для изготовления небольших или крупных деталей, не требующих сквозной прокаливаемости. Стали с высоким содержанием углерода обладают высокой прочностью, износостойкостью. Из этих сталей изготавливают пружины и рессоры, замковые шайбы, прокатные валки.

14. Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. Основные свойства для инструмента – износостойкость и теплостойкость. Для износостойкости инструмента необходима высокая поверхностная твердость, а для сохранения формы инструмента сталь должна быть прочной, твердой и вязкой. От теплостойкости стали зависит возможная температура разогрева режущего инструмента. Углеродистые инструментальные стали являются наиболее дешевыми. В основном их применяют для изготовления малоответственного режущего инструмента и для штампово-инструментальной оснастки регламентированного размера.

Производятся (ГОСТ 1435-74) качественные (У7, У8, У9) и высококачественные – (У7А, У8А, У9А) углеродистые стали. Буква У в марке показывает, что сталь углеродистая, а цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. За счет невысокой твердости в состоянии поставки (НВ 187–217) углеродистые стали хорошо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку и другие высокопроизводительные методы изготовления инструмента.

Стали марок У7, У8, У9 подвергают полной закалке и отпуску при 275–350 °C на тростит; так как они более вязкие, то их используют для производства деревообделочного, слесарного, кузнечного и прессового инструмента.

Заэвтектоидные стали марок У10, У11, У12 подвергают неполной закалке. Инструмент этих марок обладает повышенной износостойкостью и высокой твердостью.

Заэвтектоидные стали используют для изготовления мерительного инструмента (калибры), режущего (напильники, сверла) и штампов холодной высадки и вытяжки, работающих при невысоких нагрузках.

15. Пластичностью называется способность металла принимать под действием нагрузки новую форму не разрушаясь.

металлов определяется также при испытании на растяжение. Это свойство обнаруживается в том, что под действием нагрузки образцы разных металлов в различной степени удлиняются, а их поперечное сечение уменьшается. Чем больше способен образец удлиняться, а его пеперечное сечение сужаться, тем пластичнее металл образца.

Твёрдость — это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела — индентора во всем диапазоне нагружения: от момента касания с поверхностью и до вдавливания на максимальную глубину. Существуют методы определения восстановленной и невосстановленной твёрдости.

ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛОВ – [heat resistance] — способность металлов и сплавов длительно сохранять эксплуатационные свойства при повышенных температуpax. Хар-ризует верхнюю границу области температур, в которой они могут воспринимать механические нагрузки без необратимых изменений формы. Потеря теплостойкости обусловлена необратимыми структурными изменениями в сплавах при нагреве (распад твердого раствора, коагуляция частиц фаз-упрочнителей и др.). В зависимости от вида ме-таллический изделий и их назначения используются разные методы определения теплостойкости. Для конструкционных сталей и сплавов показателем теплостойкости обычно служит так называемая деформационная теплостойкость – температура, при которой начинает развиваться недопустимо большая деформация образца, под определенной нагрузкой и нагревом до определенной температуры. Теплостойкость, например, легированных инструментальных сталей для горячего деформирования (штампы) и быстрорежущих сталей оценивают температурой дополнительного 4-часового отпуска (после окончательной термической обработки), после которого твердость образца снижается до определенного уровня (HRC 40-45 для штамповых и HRC 58 для быстрорежущих сталей) (см. также Красностойкость)."

Стойкость к коррозии определяется образованием на поверхности детали нерастворимой оксидной пленки, препятствующей взаимодействию стали с внешней средой. Немаловажное значение имеет при этом качество поверхности, однородность стали, рабочие нагрузки и агрессивность окружающей среды. В высоко агрессивных следах (растворы соляной, серной, фосфорной кислот и т.п.) требуемая коррозионная стойкость достигается благодаря применению дополнительных легирующих элементов (никель, молибден, медь…) Состав и соотношение легирующих элементов (марка нержавеющей стали) выбирается для конкретных условий эксплуатации изделия.

По химическому составу нержавеющая сталь подразделяется на хромистые, хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые стали.

прочность – это комплекс механических свойств, обеспечивающий длительную и надежную работу материала в условиях его эксплуатации. Конструктивная прочность – это прочность материала конструкции с учетом конструкционных, металлургических, технологических и эксплуатационных факторов.

16. Технология машиностроения (ТОМ) — составная часть машиностроительного производства, которая охватывает следующие стадии: превращение заготовки в деталь и последующую сборку машины.

Технология машиностроительного производства — совокупность различных технологических процессов:

• литья;

• ковки и штамповки;

• подготовки порошков, прессования и спекания;

• термической обработки;

• механической обработки;

• сборки;

• сварки;

• нанесения защитных покрытий, покраски.

17. Заготовка (материал) — получивший предварительные формы материал или деталь для последующей обработки, болванка для работы. Заготовкой, согласно ГОСТ 3.1109-82, называется предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. Заготовки характеризуются конфигурацией и размерами, точностью полученных размеров, состоянием поверхности и т.д.

Формы и размеры заготовки в значительной степени определяют технологию как ее изготовления, так и последующей обработки. Точность размеров заготовки является важнейшим фактором, влияющим на стоимость изготовления детали. При этом желательно обеспечить стабильность размеров заготовки во времени и в пределах изготавливаемой партии. Форма и размеры заготовки, а также состояние ее поверхностей (например, отбел чугунных отливок, слой окалины на поковках) могут существенно влиять на последующую обработку резанием. Поэтому для большинства заготовок необходима предварительная подготовка, заключающаяся в том,. что им придается такое состояние или вид, при котором можно производить механическую обработку на металлорежущих станках. Особенно тщательно эта работа выполняется, если дальнейшая обработка осуществляется на автоматических линиях или гибких' автоматизированных комплексах. К операциям предварительной обработки относят зачистку, правку, обдирку, разрезание, центро-вание, а иногда и обработку технологических баз.

18. себестоимости одной заготовки:

Сзаг=й+6/П (3.1)

или производственной партии:

С==аП+Ь,

где а - текущие затраты (стоимость расходуемого материала, заработная плата основных рабочих, расходы на эксплуатацию оборудования и инструмента и т.д.); Ь - единовременные затраты (на оборудование, инструмент, его амортизацию и ремонт); П - размер производственной партии, шт.

19. Заготовки получают в основном двумя методами — литьем или обpаботкой давлением (пластическим дефоpмиpованием). Иногда для кpупногабаpитных деталей допускается использование сваpных заготовок или комбиниpованных (т. е. полученных сваpкой пpедваpительно отштампованных или отлитых отдельных элементов сложной фоpмы).

На пеpвом этапе выбоpа метода получения заготовки исходят из физико-механических свойств матеpиала детали, а именно из пластичности матеpиала и его литейных свойств. Для pяда матеpиалов их низкая пластичность опpеделяет отсутствие альтеpнативы в выбоpе метода получения заготови:  единственно возможным методом является литье. Это относится в пеpвую очеpедь к чугуну, отдельным маpкам стальных высоколегиpованных сплавов и некотоpым сплавам цветных металлов.

В случае, когда свойства матеpиала допускают использование и литья, и методов пластического дефоpмиpования, то выбоp должен основываться в пеpвую очеpедь на особенности фоpмы детали.

Для заготовок пpименяют соpтовой или фасонный пpокат, используют калибpованные пpутки.

Пpостые соpтовые пpофили общего назначения (кpуглые, квадpатные, шестигpанные, полосовые) используют для изготовления гладких и ступенчатых валов с небольшим пеpепадом диаметpа ступеней, стаканов диаметpом до 50 мм, втулок диаметpом до 25 мм, pычагов, клиньев, фланцев.

22. До́пуск — разность между наибольшим и наименьшим предельными значениями параметров (размеров, массовой доли, массы), задаётся на геометрические размеры деталей, механические, физические и химические свойства. Назначается (выбирается) исходя из технологической точности или требований к изделию (продукту). Любое значение параметра, оказывающееся в заданном интервале, является допустимым.

В российских стандартах допуск — абсолютная величина.

Квалитет является мерой точности. С увеличением квалитета точность понижается (допуск увеличивается).

• Допуск по квалитету обозначается буквами IT с указанием номера квалитета, например IT8 — допуск по 8-му квалитету.

  • Квалитеты с 01 до 4-го используются для изготовления калибров и контркалибров.

  • Квалитеты от 5-го до 12-го применяют для изготовления деталей, образующих сопряжения (ГЦС).

  • Квалитеты от 13-го до 18-го используют для параметров деталей, не образующих сопряжений и не оказывающих определяющего влияния.

• Основная закономерность построения допусков размеров (допуск обозначается IT = International tolerance),

  • IT, мкм = K * i,

  • где K — квалитет (число единиц допуска), i — единица допуска, мкм.

• На диаметры от 1 до 500 мм единица допуска функционально связана с номинальным размером  , мкм.

25.Метод полной взаимозаменяемости. Общая характеристика метода. Метод полной взаимозаменяемости — метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у всех объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений. Технологический процесс сборки при этом сводится к присоединению деталей в соответствии с установленным характером сопряжения без выполнения какой-либо пригонки, подбора деталей или регулирования их взаимного положения. Основными достоинствами метода полной взаимозаменяемости являются простота и экономичность сборки, применение поточных организационных форм сборочных процессов, высокий уровень механизации и автоматизации сборочных процессов, возможность широкого кооперирования заводов, развитие специализированных предприятий с высоким уровнем автоматизации, возможность организации легкого, быстрого и дешевого ремонта изделий, упрощение системы изготовления запасных частей и др. Метод полной взаимозаменяемости требует повышенной точности составляющих звеньев размерных цепей. В многозвенных цепях требуемая точность может существенно повышать среднюю экономическую, а иногда и достижимую точность, соответствующую существующим технологическим методам обработки. Поэтому метод полной взаимозаменяемости находит применение для короткозвенных размерных цепей или в случае, когда к замыкающим звеньям многозвенных цепей не предъявляют высоких точностных требований. Расчет параметров замыкающих звеньев при методе полной взаимозаменяемости производят методом максимума-минимума. Решение прямой задачи. Решение прямой задачи с использованием метода полной взаимозаменяемости выполняется в следующей последовательности:  — формулируют задачу расчета и устанавливают замыкающее звено;  — исходя из поставленной задачи на основе специальных теоретических и экспериментальных исследований, опыта проектирования и эксплуатации аналогичных изделий и т. п. устанавливают параметры замыкающего звена;  — выявляют составляющие звенья и строят схему размерной цепи;  — составляют уравнения размерной цепи;  — устанавливают номинальные размеры всех составляющих звеньев;  — рассчитывают и устанавливают точностные параметры всех составляющих звеньев размерной цепи. Метод неполной взаимозаменяемости. Общая характеристика метода. Метод неполной взаимозаменяемости — это метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у заранее обусловленной части объектов включением в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений. Сборка изделия при методе неполной взаимозаменяемости производится так же, как и при методе полной взаимозаменяемости без пригонки, регулировки и подбора, но при этом у некоторых изделий допуски замыкающих звеньев при методе неполной взаимозаменяемости могут выйти за установленные пределы. Для того чтобы достигнуть требуемой точности замыкающих звеньев у этой части звеньев, необходимы дополнительные затраты на замену или пригонку отдельных составных частей. В этом состоят недостатки метода. Достоинства метода практически те же, что и метода полной взаимозаменяемости. Кроме того, к преимуществам метода могут быть отнесены несколько увеличенные по сравнению с методом полной взаимозаменяемости допуски составляющих звеньев. Расчет параметров замыкающего звена при неполной взаимозаменяемости производится вероятностным методом. Решение прямой задачи. Решение прямой задачи с использованием метода неполной взаимозаменяемости выполняется в той же последовательности, что и для метода полной взаимозаменяемости. При этом все этапы расчета полностью совпадают.