В., Шлыкова А. В. Технологические процессы машиностроительного
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
ГЛАВА 4. РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНО- СТРОЕНИЯ 4.1. Критерии ресурсосберегающей технологии Понятие ресурсосбережения непосредственно вытекает из определения технологического процесса получения изделия и метода обработки, а также параметров, их характеризующих. Применительно к машиностроению, тех- нологическим процессом называется определенная последовательность дей- ствий для получения конструкционных материалов, заготовок, деталей, агре- гатов и машин в целом. Кроме этого, технологический процесс делится на отдельные операции, содержание которых полностью определяются метода- ми обработки, которые, в свою очередь, определяются способами формиро- вания параметров качества изделия с производительностью, соответствующей наименьшим затратам в заданных условиях производства. На основании этого, можно сделать важный вывод о том, что основными параметрами, характеризую- щими эффективность технологического процесса, операции и метода обработки являются производительность процессов и себестоимость изготовления изделий. Далее, из общей структуры себестоимости следует, что основными направлениями ресурсосбережения являются уменьшение капитальных вложений в новое произ- водство, снижение материалоемкости изделий и энергоемкости процессов обработ- ки, а также минимизация фонда заработной платы и эксплуатационных расходов на амортизацию оборудования, оснастки и инструмента. Каждое из этих направлений характеризуется одним или несколькими параметрами эффективности. В частно- сти, материалоемкость изделия оценивается коэффициентом использования мате- риала, который равен отношению массы всего изделия к массе материалов, затра- ченных на изготовление деталей, его составляющих. Если речь идет о коэффициен- те использовании материала при конкретном методе обработки, то в этом случае он представляет собой отношение массы детали к массе заготовки. Стремление данных коэффициентов к единице характеризует снижение материалоемкости изделия и является одной из основных задач ресур- сосберегающей технологии. Эту задачу приходится решать комплексно, так как 91 вся технология производства машин делится на несколько технологических переделов: металлургию (производство металлов и сплавов), производство заготовок (литье, обработка металлов давлением, методы порошковой метал- лургии), термическую обработку с тепловым и термохимическим воздейст- вием, механическую обработку (методы резания и поверхностного пластиче- ского деформирования) а также сборочное производство. Многоэтапность технологии объясняется тем, что на каждом техноло- гическом переделе формируются те или иные параметры качества изделия. В металлургическом производстве обеспечиваются химический состав сплавов, структура и физико-механические свойства основного объема ме- талла; заготовительные методы позволяют придать заготовке первоначаль- ную форму с определенной долей приближения к требуемой, которая окон- чательно формируется методами резания и поверхностного пластического деформирования. Методы термической и термохимической обработки позво- ляют изменять структуру, фазовый состав и физико-механические свойства, как основного объема металла детали, так и свойства поверхностного слоя ее отдельных поверхностей. Сборка готового изделия осуществляется из от- дельных деталей механическими методами или сваркой с получением под- вижных и неподвижных соединений. Вышеуказанные технологические пере- делы характеризуются рядом взаимосвязанных параметров. Например, общее количество металла, превращаемого при резании заготовки в стружку, в зна- чительной степени зависит от величины припуска на механическую обработ- ку. Припуск на механическую обработку, в свою очередь, определяется ме- тодом получения заготовки. Например, при применении круглого проката для изготовления ступенчатого вала коэффициент использования материала невысок. В этом случае необходимо применить метод получения заготовки, обеспечивающий минимальную величину припуска и максимальный коэф- фициент использования материала. Таким методом является поперечно- кли- новая прокатка, применение которого обеспечивает получение ступенчатой заготовки с формой, в наибольшей степени соответствующей форме обрабо- 92 танной детали. Это позволяет получить заготовку с минимальными припус- ками и сократить объем обработки металлов резанием. Однако, продольная и поперечно- клиновая прокатка имеют различную стоимость заготовки и тре- буют различных капитальных вложений за счет особенностей применяемого инструмента и оборудования соответствующей мощности и стоимости. Кро- ме этого, данные методы получения заготовки обеспечивают разную произ- водительность процессов. Применение различного по мощности оборудова- ния обуславливает соответствующий расход энергии для осуществления процессов деформации и формообразования заготовок. Увеличение энерго- емкости процессов формообразования влечет за собой изменение затрат на эксплуатацию и периодический ремонт данного оборудования. При большей энергоемкости процессов увеличиваются и затраты на используемый при об- работке инструмент, так как при повышении величины возникающих сил снижается стойкость инструмента и повышается его расход. Пропорциональ- но увеличиваются затраты на обрабатывающий инструмент и технологиче- скую оснастку, что обуславливает большую себестоимость и цену изделий, отрицательно влияя на их конкурентоспособность. Энергоемкость достаточно часто применяют в качестве основного кри- терия при выборе наиболее выгодного в техническом и экономическом плане метода обработки, особенно для процессов с большими затратами энергии (обработка металлов давлением, некоторые виды сварки, черновые операции обработки резанием и другие). Например, для процессов обработки металлов давлением в качестве параметров энергоемкости применяют работу дефор- мации и необходимые усилия. Кроме этого, для процессов деформации целе- сообразно использовать такой критерий, как мощность, который учитывает не только силовые параметры, но и скорость воздействия. Роль данного кри- терия становится решающей при сравнении методов обработки, происходя- щих с большими скоростями. Согласно классификации, разработанной профессором Подураевым В.Н. все виды обработки можно разделить на три энергетических уровня. К 93 первому энергетическому уровню относятся методы обработки, при осуще- ствлении которых нарушаются связи между небольшой частью молекул и атомов удаляемого слоя металла. Типовыми представителями методов дан- ного энергетического уровня является обработка металлов резанием. Напри- мер, для удаления стружки с поверхности заготовки из стали необходимы за- траты энергии, не превышающие величины энергии для ее плавления – 4 3 äæ 1 10 ñì Второй энергетический уровень составляют методы с затратами энергии от величины энергии плавления до энергии испарения обрабатывае- мого металла - 4 3 äæ (1...6)10 ñì К их числу относятся методы обработки, при осуществлении которых ослабляются связи между всеми молекулами и ато- мами заготовки. К их числу относятся все методы литейного производства. К третьему энергетическому уровню относятся методы обработки с расходом необходимой энергии выше энергии испарения обрабатываемого материала (более 4 3 äæ 6 10 ñì ). При этом полностью разрушаются связи между всеми молекулами и атомами материала заготовки. Такие явления происходят при реализации лазерной, электронно-лучевой, электроимпульсной, электроэро- зионной и электрохимической обработки. Методики сравнительной оценки способов обработки по энергоемкости не являются полными, так как расход энергии все же не является основной составляющей себестоимости. Кроме этого, энергетические показатели (кроме мощности) не учитывают скорость осуществления воздействия и не оценивают производительность рассматри- ваемого процесса. Наиболее полными показателями эффективности методов обработки и технологических процессов и операций являются производительность и се- бестоимость обработки заготовок и деталей заданного качества. Поэтому сравнительный анализ может производиться на основе отношений основного времени, необходимого на обработку, а также стоимостей ее осуществления различными методами. 94 Профессором Этиным А.О. установлено, что вместо отношений основ- ных времен можно использовать для условий обработки деталей резанием отношения произведений скорости резания на среднюю толщину среза, так как данные параметры характеризуют разрешающую способность единицы длины режущей кромки в анализируемых процессах, и, совместно с суммар- ной шириной среза полностью определяют величину основного времени. При этом отношение основных времен осуществления обработки различны- ми методами выражается в виде непрерывной функции параметров обраба- тываемой детали и параметров инструмента. Выявлено также, что отношения штучных времен и величин себестоимости реализации, сравниваемых мето- дов качественно повторяют ту же закономерность. Для конкретизации иско- мых закономерностей необходимо знать скорости резания и среднюю тол- щину среза каждого из рассматриваемых методов, которые могут быть опре- делены на основе соответствующих нормативов. Указанные выше параметры среза могут служить также для определения расчетной величины отклонений детали от заданной формы, так как они также определяются кинематикой формообразования и являются следствием погрешностей заготовки, станка, инструмента и других параметров процесса резания. Разработанная вышеука- занным автором методика, основанная на анализе кинематики резания и по- строении сравнительных графиков производительности и технологической себестоимости в виде непрерывных функций зависимости от параметров об- рабатываемой поверхности, позволяет определить рациональную область применения методов обработки. Комплексным методом обоснованного выбора технологического про- цесса является его оптимизация с применением математического моделиро- вания. Задача технологической оптимизации заключается в нахождении из множества возможных технологических процессов, обеспечивающих задан- ные чертежом параметры качества, процесса, обеспечивающего экстремаль- ное значение одного из выбранных технологических критериев. Как указы- валось выше, критерием эффективности являются себестоимость или произ- 95 водительность технологического процесса. При этом следует помнить, что в основе разработки технологического процесса любого передела лежат два основных принципа: технический и экономический. Из этого следует, что техпроцесс должен полностью обеспечивать требования, заданные рабочим чертежом и техническими условиями на изготовление изделия, заготовки или детали, и, в соответствии с экономическим принципом должен иметь мини- мальные затраты труда и минимальные издержки производства. Соответст- венно, из возможных вариантов технологического процесса, одинаковых с точки зрения технического принципа, выбирают наиболее эффективный по производительности или рентабельности. При равной производительности разработанных техпроцессов выбирают наиболее рентабельный, из двух, равных по рентабельности – наиболее производительный. Однако, если годо- вая программа выпуска изделия (а соответственно и производительность) за- дана техническими условиями на проектирование, то производительность рассматривается как один из параметров системы технологических ограни- чений. В этом случае, рентабельность или себестоимость техпроцесса явля- ется основным критерием его эффективности. Оптимизация технологическо- го процесса является сложной многокритериальной и многовариантной зада- чей, решение которой осуществляют с помощью математических моделей методами исследования операций. Процедура решения технологических за- дач в этом случае состоит из следующих этапов: постановка задачи; построе- ние математической модели; нахождение решения; проверка модели и оцен- ка решения; - реализация решения и контроль его правильности. Постановка задачи, во-первых, требует определения возможных стра- тегий и управляемых переменных, во-вторых, определения условий среды и неуправляемых переменных, а также, определения структуры технологиче- ских целей, их значимости и выделения из множества целей критерия пред- почтительного выбора. Так как технологический процесс характеризуется большим количеством факторов, имеющих сложные взаимосвязи, необходи- мо выбрать наиболее существенные и значимые для конкретных условий об- 96 работки факторы. Правильная постановка задачи определяет, насколько по- лученное в результате моделирования решение будет адекватно действитель- ным процессам. Модели являются формализованными описаниями отображаемых ими явлений, с помощью которых можно определить, как влияют изменения в рассматриваемой системе на качество их функционирования. Чаще всего, модели имеют более простой вид, чем отображаемые ими системы, так как для описания их поведение обычно достаточно небольшого числа перемен- ных. Главный вопрос заключается в правильном выборе нужных значимых переменных и нахождении основных соотношений между ними. Различают несколько типов моделей. К изобразительным моделям от- носятся объемные макеты объектов в натуральном и уменьшенном виде, а также фотографии, чертежи и эскизы. Данные модели трудно использовать в экспериментальных целях. К аналоговым моделям относятся карты, графики и т.д., с которыми легче оперировать, чем с изобразительными. Элементы изобразительной и аналоговой модели используются при разработке блок- схем алгоритмов. Наиболее удобными в экспериментальном плане, являются символические модели, которые имеют вид математических выражений, при- чем ограничения неуправляемых и управляемых переменных выражаются в системе уравнений или неравенств. В целях исследования поведения различных технологических систем можно разрабатывать модели с различной степенью соответствия этих моде- лей реальным процессам, используя непосредственный анализ функциониро- вания системы, использование аналога, анализ данных и другие методы. При этом часто менее точная модель, разработанная со значительными допуще- ниями, является более ценной для практических целей исследования систем за счет простоты ее реализации. При разработке сложных иерархических систем осуществляют построение взаимосвязанной совокупности моделей, отображающих каждую из имеющихся подсистем, при этом данные от моде- лирования одной подсистемы используют в качестве исходных данных для 97 другой. Для выбора оптимального варианта системы используют модели по- следовательного принятия решений. Для отыскания решения достаточно часто применяют методы класси- ческой математики, например, дифференциальное исчисление. Если невоз- можно выразить критерий эффективности в виде простой функции от управ- ляемых и неуправляемых переменных используются итеративные методы трех классов. К первым двум классам относятся методы, при реализации ко- торых после определенного числа итераций (шагов) дальнейшее улучшение решения невозможно. Третий класс итеративных методов использует метод проб и ошибок, при этом последовательные пробы позволяют улучшать ре- зультат, но монотонное улучшение решений не может быть гарантировано. К итеративным методам относятся методы линейного, нелинейного и динамического программирования, применяемые в исследовании операций. Методы экспериментальной оптимизации применяются в тех случаях, когда для разработки детерминированной математической модели не хватает ис- ходных данных по рассматриваемому процессу или решение задачи вызыва- ет чисто математические трудности. К этим методам относятся метод слу- чайного поиска, метод многофакторного анализа, одношаговый метод и ме- тод наискорейшего спуска. Для систем, у которых определенное число пара- метров являются случайными величинами, используются методы решения задач стохастического программирования. Применение математических моделей и необходимых методов их ре- шения позволяет на любом технологическом переделе выбрать лучший тех- процесс или метод обработки из множества возможных с учетом минимиза- ции всех показателей ресурсосбережения. Контрольные вопросы 1. Какие параметры наиболее полно характеризуют эффективность тех- нологического процесса? 2. Перечислите основные направления ресурсосбережения. 98 3. Что такое материалоемкость изделия? 4. Почему энергоемкость процесса не является полным показателем эф- фективности методов обработки? 5. Что такое модель явления? 6. Какие типы моделей Вы знаете? 99 ГЛАВА 5. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 5.1. Классификация конструкционных материалов Различают конструкционные материалы: металлические и неметалли- ческие; композиционные и порошковые (рис. 5.1). Рис. 5.1. Основные виды конструкци- онных материалов. В зависимости от вида основного металла различают: металлические черные (основа - железо), цветные (основа – медь, алюминий, цинк, магний, никель, титан, бериллий и т.д.) и биметаллические материалы. Среди неметаллических материалов различают: полимеры (пластмас- сы) и резиновые материалы; клеи и герметики; лакокрасочные (пленочные), древесные и прокладочные материалы. В зависимости от вида основы (матрицы) различают: композиционные материалы с металлической и неметаллической матрицей. Порошковые материалы подразделяются на пористые и компактные. 5.2. Черные металлы и сплавы К черным металлам и сплавам относятся железо и сплавы на его основе (сталь и чугун). Вследствие низких эксплуатационных свойств, техническое 100 железо в машиностроении не применяется. Сталь – многокомпонентный сплав содержанием углерода до 2,14%. Чугун – сплав с держанием углерода более 2,14%. Сталь Стали классифицируют по хи- мическому составу, качеству, степе- ни раскисления, структуре, прочно- сти и назначению (рис. 5.2). Рис. 5.2. Классификация сталей. По химическому составу стали делят на углеродистые и легирован- ные. В зависимости от содержания углерода различают низкоуглеродистые (менее 0,3% С), среднеуглеродистые (0,3 … 0,7% С) и высокоуглеродистые (более 0,7% С). Легирование стали в зависимости от введенных основных легирующих элементов могут быть хромистыми, кобальтовыми, марганцовистыми, хро- моникелевыми и другими. В зависимости от суммарного содержания леги- рующих элементов различают низколегированные (менее 5%), среднелегиро- ванные (5 … 10%) и высоколегированные (более 10%) стали. 101 По назначению стали подразделяют на конструкционные (менее 0,7% С) и инструментальные (более 0,7% С). В свою очередь в зависимости от конкретного применения различают конструкционные стали общего и специ- ального назначений, стали с особыми физическими или химическими свой- ствами, инструментальные стали для режущих и измерительных инструмен- тов, жаростойкие и жаропрочные стали и многие другие. В России принята буквенно-числовая система маркировки сталей. Стали обыкновенного качества поставляют горячекатаными в виде проката. Марки сталей, их химический состав и степень раскисления регла- ментирует ГОСТ 380-94. Стали маркируют сочетанием букв «ст» и цифрой (номер стали от 0 до 6). Для всех сталей (кроме ст 0) справедлива следующая формула: Процент содержания углерода = 0,07 х номер стали (например, для ст 3 С % = 0,07 х 3 = 0,21 %). Степень раскисления указывают добавлением к марке букв «сп», «пс» или «кп», что соответствует спокойным, полуспокойным или кипящим ста- лям соответственно. Содержание марганца в сталях возрастает от 0,25 … 0,5 % - ст1 до 0,5 … 0,8 % - ст6. у трех марок стали (ст3Гпс, ст3Гсп, ст5Гпс) содержание крем- ния повышено до 0,8 … 1,1 %. Концентрация кремния зависит от способа раскисления стали: у кипя- щих сталей – не более 0,05 %, у полуспокойных – не более 0,15 %, у спокой- ных – не более 0,3 %. Углеродистые качественные конструкционные стали маркируются словам «сталь» и последующим числом, показывающим содержание углеро- да в сотых долях процента. Например: сталь 10 содержит 0,1% С; сталь 45 – 0,45% С. В таблице 5.1. приведены механические характеристики углеродистых сталей обыкновенного качества, в таблице 5.2 - цвета маркировки стали не- смываемой краской (независимо от группы и степени раскисления). 102 Таблица 5.1 Механические характеристики углеродистых сталей обыкновенного качества Марка стали σ в , МПа σ т , МПа, для толщины, мм δ, %, для толщи- ны, мм до 20 20 – 40 40 - 100 свыше 100 до 20 20 – - 40 свы- ше 40 Ст 0 310 - - - - 23 22 23 ст 1кп 310-400 - - - - 35 34 32 ст 1пс, ст 1 сп 320-420 - - - - 34 33 31 ст 2 кп 330-420 220 210 200 190 33 32 30 ст 2пс, ст 2 сп 340-440 230 220 210 200 32 31 29 ст 3 кп 370-470 240 230 220 200 27 26 24 ст 3пс, ст 3 сп 380-490 250 240 230 210 26 25 23 ст 3 Гпс 380-500 250 240 230 210 26 25 23 ст 4 кп 410-520 260 250 240 230 25 24 22 ст 4пс, ст 4 сп 420-540 270 260 250 240 24 23 21 ст 5пс, ст 5 сп 500-640 290 280 270 260 20 19 17 ст 5 Гпс 460-600 290 280 270 260 20 19 17 ст 6пс, ст 6 сп 600 320 310 300 300 15 14 12 Таблица 5.2. Цвета маркировки углеродистых сталей обыкновенного качества Марка стали Цвет маркировки ст 0 Красный и зеленый ст 1 Белый и черный ст 2 Желтый ст 3 Кранный ст 4 Черный ст 5 Зеленый ст 6 Синий 103 Углеродистые качественные инструментальные стали маркируются словом «сталь», последующей буквой «У» и числом, указывающим содержа- ние углерода в десятых долях процента. Например: сталь У8 содержит 0,8% С; сталь У12 – 1,2% С. Для изготовления инструмента применяют углеродистые качественные стали марок У7 - У13 и высококачественные стали марок У7А - У13А. Высо- кокачественные стали содержат не более 0,02 % серы и фосфора, качествен- ные - не более 0,03 %. По назначению различают углеродистые стали для работы при ударных нагрузках и для статически нагруженного инструмента. Стали марок У7 - У9 применяют для изготовления инструмента при работе с ударными нагрузка- ми, от которого требуется высокая режущая способность (зубила, клейма по металлу, деревообделочный инструмент, в частности пилы, топоры и т. д.). Стали марок У10 - У13 идут на изготовление режущего инструмента, не ис- пытывающего при работе толчков, ударов и обладающего высокой твердо- стью (напильники, шаберы, острый хирургический инструмент и т. п.). Из стали этих марок иногда изготавливают также простые штампы холодного деформирования. Конструкционные легированные стали имеют буквенно-числовую маркировку: сталь α с Л i α i ; где: α с – содержание углерода в сотых долях про- цента; Л i – обозначение легирующего компонента (таблица 5.3); α i – содер- жание легирующего компонента в процентах (если после обозначения леги- рующего компонента число не стоит, то его содержание примерно 1%. В конце маркировки может находиться буквенное обозначение качества стали и обозначение метода повышения качества (А - высококачественная сталь, Ш - электрошлаковый переплав; «ВД» - вакуумно-дуговой переплав; «ВИ» - ва- куумно-индукционная выплавка). Например: сталь 30Х3МФ - качественная сталь, 0,3%С, 3%Cr, 0,2 … 0,3%Мо, 0,06 … 0,12%V. Некоторые стали содержат дополнительную букву после слова «сталь», обозначающую ее группу или тип. Например: Ш – под- 104 шипниковая сталь (в этих сталях указываются десятые доли проценте содер- жания легирующего компонента), А – автоматная сталь, св – сварочная сталь (уменьшенное содержание серы и фосфора). Таблица 5.3 Условные обозначения легирующих элементов в металлах и сплавах Элемент Символ Обозначение элементов в марках метал- лов и сплавов Элемент Символ Обозначение элементов в марках метал- лов и сплавов черные цветные черные цветные Азот N А - Неодим Nd - Нм Алюминий А1 Ю А Никель Ni - Н Барин Ва - Бр Ниобий Nb Б Нп Бериллии Be Л Олово Sn - О Бор В р - Осмий Os - Ос Ванадии V ф Вам Палладий Pd - Пд висмут Bi Ви Ви Платина Pt - Пл Вольфрам W В - Празеодим Pr - Пр Гадолиний Gd - Гн Рений Re - Ре Галлий Ga Ги Ги Родий Rh - Rg Гафнии Hf - Гф Ртуть Hg - Р Германий Ge - Г Рутений Ru - Pv Гольмий Но - ГОМ Самарий Sm - Сам Диспрозий Dv - ДИМ Свинец Pb - С Европий Eu - Ев Селен Se К СТ Железо Fe - Ж Серебро Ag - Ср Золото Au - Зл Скандий Sc - С км Продолжение таблицы 5.3 Элемент Символ Обозначение элементов в марках металлов и сплавов Элемент Символ Обозначение элементов в марках метал- лов и сплавов черные цветные черные цветные 105 Индий In - Ин Сурьма Sb - Cv Иридий Ir - И Таллий Tl - Тл Иттербий Yb - ИТН Тантал Та - ТТ Иттрий Y - ИМ Теллур Те - Т Кадмий Cd Кд Кд Тербий Tb - Том Кобальт Co К К Титан Ti Т ТПД Кремний Si С Кр(К) Т\'лий Tm - ТУМ Лантан La - Ла Углерод С У - Литий Li - Лэ Фосфор P п Ф Лютеций Lu - Люн Хром Cr х Х(Хр) Магний Mg Ш Мг Церий Ce - Се Марганец Mn Г Мц(Мр) Цинк Zn - Ц Медь Cu Д М Цирконий Zr Ц ЦЭВ Молибден Mo М - Эрбий Er - Эрм Качественные углеродистые стали (ГОСТ 1050-88). По содержанию уг- лерода, разделяют на: низкоуглеродистые (менее 0,25% С), среднеуглероди- стые (0,3 … 0,55% С), высокоуглеродистые (0,6 … 0,85 % С). Низкоуглеродистые стали обладают невысокой прочностью, высокой пластичностью. Сталь 05 … сталь 10 применяется для изготовления малона- груженных деталей. Сталь 15 … 25 применяется для ответственных сварных конструкций и для деталей упрочняемых цементацией. Среднеуглеродистые стали, по сравнению с низкоуглеродистыми, имеют более высокую проч- ность, но более низкую пластичность; лучше обрабатываются резанием. Сталь 30 … 55 применяют для изготовления небольших деталей или для де- талей, не требующих сквозной прокаливаемости. Высокоуглеродистые стали (сталь 60 … 65) обладают повышенной прочностью, износостойкостью и уп- ругостью. Из них изготавливают детали, работающие при высоких статиче- ских и динамических нагрузках. Низколегированные конструкционные стали (ГОСТ 19282-73) - широко применяются в авто- тракторостроении. Стали легированные Cr, Cr-Mn, Cr- Si-Mn, Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-V-Va применяют для изготовления коленчатых ва- 106 лов, зубчатых колес, шатунов, гильз цилиндров. Стали легированные Cr, Cr- Va, Cr-Ni, Cr-Mg, Cr-Mg-Ni обладают: высокой твердостью и износоустойчи- востью поверхностного слоя; высокой прочностью и вязкостью. Из этих ста- лей изготавливают кулачковые муфты, кулачки, зубчатые колеса, поршневые пальцы, втулки, коленчатые и распределительные валы. Автоматные стали (сталь А12 … АС14ХГН) применяются при обработке заготовок на металло- режущих станках с автоматическим циклом. Обычно, при точении сталей по- лучатся сливная стружка в виде непрерывной ленты, которую трудно убирать при автоматическом цикле станка. В автоматных сталях присутствуют хруп- кие включения MnS, вызывающие дробление стружки. Эти стали используют для изготовления метизов (болтов, гаек, шпилек, винтов), втулок. Подшипниковые стали (сталь ШХ6 … ШХ15СГ) выпускаются по ГОСТ 801 -78*.и используются для изготовления подшипников качения, хра- повых механизмов, роликов, пальцев машин. Рессорно-пружинные стали (легирование: Si, Si-Mn, Cr-Si, Cr-Mn, Cr- Va, Cr-Mn-Va, W-Si, Ni-Si) имеют высокий предел упругости и предел вы- носливости. Из этих сталей изготавливают: пружины и рессоры. Чугун Вчугуне углерод находится в связанном и в свободном состоянии. Чу- гун обладает высокой твердостью, низким пределом прочности на растяже- ние. Наличие свободного графита обуславливает хорошие демпфирующие свойства чугунов. В машиностроении чаще всего применяются отливки из серого, высокопрочного и (реже) ковкого чугуна. Чугун, содержащий только связанный (в виде Fe 3 C) углерод называется белым (рис. 5.3, а). Белые чугуны обладают большой твердостью и хрупко- стью, что не позволяет применять изделия из них в машиностроении. 107 Рис. 5.3. Разновидности чугунов: а – белый; б – серый; в – высокопрочный; г – ковкий. Серый чугун содержит свободный углерод в виде пластинок (рис. 5.3, б). По ГОСТ 1412-85* серый чугун обозначается буквами СЧ, и числом, по- казывающим уменьшенный в 10 раз предел прочности на растяжение, в МПа, например СЧ21 ( в 210 МПа). Чугуны марок СЧ10 и СЧ15 обладают наи- меньшим пределом прочности на растяжение, применяются для малоответст- венных деталей. Наибольшей прочностью обладает чугуны марок СЧ21 … СЧ35. Они применяются для изделий, работающих при высоких нагрузках или в условия повышенного износа. Высокопрочный чугун содержит свободный углерод в виде шаровид- ных включений (рис. 5.3, в). Шаровидные включения значительно меньше ослабляют металлическую основу, чем пластинки. Поэтому данный чугун обладает большим пределом прочности на растяжение. По ГОСТ 7293-85* марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа в 10 раз меньшего значения его прочности (ВЧ 100, в =1 000 МПа). Например: ВЧ 100 – σ в = 1 000 МПа. ГОСТ 7293-85* позволяет добавлять в маркировке показатель от- носительного удлинения. Например: ВЧ 70-2 – σ в = 700 МПа, δ= 2%. Высо- копрочные чугуны применяют в машиностроении для ответственных изде- лий (корпуса подшипников, коленчатые валы, головки блоков цилиндров). Ковкий чугун содержит свободный хлопьевидный графит (рис.5.3, г). Ковкий чугун получают длительным отжигом тонкостенных (до 50 мм) отли- вок из белого чугуна. Ковкий чугун не куют, но он достаточно пластичен, и занимает промежуточное положение между серым и высокопрочным чугу- 108 нами. По ГОСТ 1215-79 ковкий чугун обозначается двумя цифрами: преде- лом прочности на растяжение (МПа/10) и относительным удлинением (% ), например КЧ 35-10 ( в 350 МПа, 10%). В машиностроении, ковкий чугун применяется как заменитель стали при изготовлении зубчатых колес, звездо- чек, звеньев цепей. |