Основы проектирования и конструирования (стр. 9 из 20)
Особенностью аппаратов этого типа является широкое применение вспомогательного покупного оборудования (насосов, фильтров, приборов контроля и управления, средств автоматизации).
Из стандартных деталей, унифицированных узлов и покупного оборудования можно компоновать аппараты:
с одинаковым рабочим процессом, но с различными размерами и производительностью;
одинакового назначения, но с различными параметрами рабочего процесса (давление, вакуум, температура);различного назначения и с разным рабочим процессом.
Унифицированные ряды. В некоторых случаях возможно образование ряда произвольных машин различной мощности или производительности путем изменения числа главных рабочих органов и их применения в различных сочетаниях. Такие ряды называют семейством, гаммой или серией машин. Этот способ применим к машинам, мощность или производительность которых зависит от числа рабочих органов.
Метод обеспечивает следующие технологические и эксплуатационные преимущества:
упрощение, ускорение и удешевление процессов проектирования и изготовления машин;
возможность применения высокопроизводительных методов обработки унифицированных деталей;
уменьшение сроков доводки и освоения опытных образцов (благодаря отработанности главных рабочих органов);
облегчение эксплуатации;
сокращение сроков подготовки обслуживающего технического персонала и сроков ремонта машин, а также упрощение снабжения запасными деталями.
Классическим примером образования унифицированных машин является создание рядов четырехтактных двигателей внутреннего сгорания на основе унифицированной цилиндровой группы и частично унифицированной шатунно-поршневой группы. Сочетание цилиндров ограничивается условием уравновешенности сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс и условием равномерного чередования вспышек. Так как мощность двигателя пропорциональна числу цилиндров, то представленный ряд двигателей позволяет теоретически получить семейство двигателей с очень широким диапазоном мощностей.
ЛЕКЦИЯ 7
План лекции
7.1. Машиностроительные материалы. Свойства металлов.
7.2. Черные металлы.
7.3. Цветные металлы и сплавы.
7.4. Термическая и химико-термическая обработка стали.
7.5. Коррозия металлов и защитные покрытия
7.6. Неметаллические материалы.
7.1 Машиностроительные материалы. Свойства металлов
Расчет и проектирование деталей начинаются с выбора материала и назначения режимов обработки его, которые определяются конструктивными (обеспечение надежности), технологическими (вид производства – единичное, серийное, массовое) и экономическими соображениями. Для изготовления деталей в машиностроении широко используют стали и чугуны, алюминиевые, магниевые, титановые и медные сплавы, а также различные неметалллические материалы.
Металлы и их сплавы являются важнейшими материалами, применяемыми для изготовления различных машин, станков, приборов, инструментов и сооружений.
Характерными признаками металлов является металлический блеск, высокая электропроводность и теплопроводность, а также пластичность, т.е. способность изменять свою форму при обработке давлением.
Технически чистые металлы имеют ограниченное применение в промышленности. Большинство наиболее распространенных металлов в технике применяется в виде металлических сплавов, которые обладают более ценными механическими, технологическими и другими свойствами, чем чистые металлы.
Свойства металлов подразделяются на физические, химические, механические и технологические.
Физические свойства металлов. К физическим свойствам относятся плотность, плавление (температура плавления), теплопроводность, тепловое расширение и др.
Плотность – количество вещества, содержащееся в единице объема.
Плавление – способность металла переходить из кристаллического (твердого) состояния в жидкое с поглощением теплоты.
Теплопроводность – способность металла с той или иной скоростью проводить тепло.
Электропроводность – способность металла проводить электрический ток.
Тепловое расширение – способность металла увеличивать свой объем при нагревании.
Химические свойства металлов. Химические свойства металлов характеризуют отношение их к химическим воздействиям различных активных сред. Основными химическими свойствами металлов являются окисляемость и коррозионная стойкость.
Окисляемость – способность металла вступать в реакцию с кислородом под воздействием окислителей.
Коррозионная стойкость – способность металла сопротивляться коррозии.
Механические свойства металлов. К механическим свойствам металлов относят твердость, прочность, вязкость, упругость и пластичность.
Твердость – способность металла сопротивляться проникновению в него более твердого тела.
Прочность – способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил.
Вязкость - способность металла сопротивляться быстро возрастающим ударным нагрузкам.
Упругость - способность металла восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия действующей нагрузки.
Пластичность - способность металла, не разрушаясь, изменить свою форму под действием нагрузки и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.
Технологические свойства металлов. Технологические свойства металлов определяют их способность подвергаться различным видам обработки. Основными технологическими свойствами металлов являются ковкость, свариваемость, жидкотекучесть, прокаливаемость, обработка резанием.
Ковкость – способность металла изменять свою форму в нагретом или холодном состоянии под действием внешних сил.
Свариваемость – способность двух частей металла при нагревании прочно соединяться друг с другом.
Жидкотекучесть – способность расплавленного металла легко растекаться и хорошо заполнять форму.
Прокаливаемость – способность металла закаливаться на ту или иную глубину.
Обрабатываемость резанием – способность металла подвергаться механической обработке режущим инструментом с определенной скоростью и усилием резания.
Металлы и сплавы делятся на черные и цветные. К черным относят железо и славы на его основе (сталь, чугун и т.д.), к цветным – все остальные металлы и сплавы.
Правильный выбор конструктором материалов для изготовления машины и отдельных ее частей определяет качество будущей разработки и оптимальные технико-экономические показатели.
7.2. Черные металлы
К черным металлам относятся чугуны и стали, представляющие собой сплавы железа с углеродом, в состав которых входят еще и кремний, фосфор, марганец, сера и другие элементы.
Чугун – нековкий, железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода превышает 2%. В состав его также входят кремний, марганец, фосфор, сера.
Он обладает высокими литейными свойствами, определившими область его использования в качестве конструкционного материала. Хорошо обрабатывается резанием, образуя высококачественную поверхность для узлов трения и неподвижных соединений.
В чугуне углерод содержится в свободном состоянии в виде графита или в связанном состоянии в виде карбида или цементита. Чугуны в которых углерод находится в виде графита, имеют в изломе серый цвет и крупнозернистое строение. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, имеют высокие литейные качества, относительно невысокую температуру плавления (1100 – 12000С), небольшую усадку (1%) и применяются для изготовления многих деталей машин и механизмов. Эти чугуны называются серыми или литейными.
Чугуны, в которых углерод содержится только в виде химического соединения с железом, имеют в изломе белый цвет. Они плохо обрабатываются резанием и обычно используются для получения стали. Эти чугуны называются белыми или передельными.
Кроме белого и серого чугунов для отливки деталей в тракторной, автомобильной и других отраслях промышленности употребляется еще и так называемый ковкий чугун, который получается из белого чугуна специальным отжигом (томлением) его в особых нагревательных печах при температуре 950 – 10000С. При этом чрезмерная хрупкость и твердость, характерные для белого чугуна, намного снижаются. Ковкий чугун, как и серый, не куется, а название «ковкий» указывает лишь на значительную его пластичность.
Для повышения прочности чугуны легируют, т.е. вводят в их состав никель, хром, молибден, медь и другие элементы (легированный чугун), а также модифицируют, т.е. добавляют к ним магний, алюминий, кальций, кремний (модифицированный чугун).
Наибольшее применение получили чугуны следующих марок:
- отливки из серого чугуна: СЧ-10, СЧ-15, СЧ-18, СЧ-20 и др. (ГОСТ 1412-79);
- отливки из ковкого чугуна: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КС37-12 и др. (ГОСТ 1215-79).
Буквы и цифры марок чугуна обозначают: СЧ – серый чугун, КЧ - ковкий чугун. Цифры после у серого чугуна указывают на предел прочности при растяжении.
Сталь – сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий углерода не более 2%. По сравнению с чугуном сталь обладает значительно более высокими физико-механическими свойствами.