Тема урока: Материалы, применяемые для изготовления оборудования обувного производства: чугун, сталь, цветные металлы, неметаллические материалы.

Опорный конспект урока

Тема урока: Материалы, применяемые для изготовления оборудования обувного производства: чугун, сталь, цветные металлы, неметаллические материалы.

Машиностроительные материалы.

Материалы, используемые для изготовления деталей и меха­низмов машин, станков и другого оборудования, называют ма­шиностроительными. К ним относятся различные металлы, сплавы и неметаллические материалы.

При выборе материала для изготовления из него детали не­обходимо знать его свойства, которые определяются составом и структурой материала. Машиностроительные материалы харак­теризуются физическими, химическими, механическими и тех­нологическими свойствами, К физическим свойствам относятся цвет, плотность, электро- и теплопроводимость и др,; к хими­ческим свойствам — коррозионно-стойкость, растворимость, жа­ростойкость и др.; к механическим свойствам — прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость, хрупкость и др.; к технологическим свойствам, определяющим их пригодность к обработке тем или иным способом,— литейные, свариваемость, обрабатываемость резанием, способность к термической обра­ботке и др.

ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Чистые металлы в большинстве случаев не имеют всех требуе­мых механических и технологических свойств, поэтому редко применяются для производства изделий. Для изготовления обо­рудования преимущественно используются сплавы — сложные по составу вещества, получаемые сплавлением нескольких ме­таллов и неметаллов. Достоинством сплавов является возмож­ность придания им разнообразных свойств, которыми не об­ладают чистые металлы. Наиболее часто применяют сплавы железа с углеродом, называемые черными металлами. К ним относятся чугун и сталь. Количество выплавляемых черных металлов характеризует технический уровень развития страны.

Чугун. Это сплав железа с углеродом, массовая доля кото­рого составляет от 2 до 4,5%, и другими элементами. В чу­гуне содержится марганец, кремний, сера, фосфор и другие примеси, влияющие на свойства чугуна. Чугун обладает высо­кими литейными свойствами, поэтому его широко используют в качестве конструкционного материала. Большинство марок чу­гуна хорошо обрабатывается резанием.

Чугун выплавляют в доменных печах или вагранках. Основ­ными исходными материалами для получения чугуна являются железные руды, флюсы и топливо.

Чугун с пластинчатым графитом содержит 2,5— 3,5 % углерода, при этом до 0,9 % углерода находится в хими­чески связанном с железом состоянии.

Эти чугуны хорошо обрабатываются резанием, имеют высокие литейные свойства, что определяет их широкое применение для изготовления станин обувных, швейных и других машин, кор­пусов , насосов и электродвигателей, поршней, рычагов, кры­шек и других деталей. Чугуны с пластинчатым графитом имеют в изломе серый цвет, поэтому называются еще и се­рыми.

Чугун с шаровидным графитом получают, обра­батывая серый чугун в жидком состоянии небольшим количест­вом магния и другими элементами, они отличаются повышенной прочностью и пластичностью, поэтому их иначе на­зывают высокопрочными. Высокопрочные чугуны по по­казателям качества успешно конкурируют со стальным литьем и даже кованой сталью.

Из высокопрочных чугунов изготовляют ответственные де­тали машин, работающие на износ при ударных и знакопере­менных нагрузках, — зубчатые колеса, коленчатые валы, ку­лачки и т. п.

Ковкий чугун с компактным (хлопь­евидным) графитом изготовляют из белого чугуна и подвер­гают термической обработке для получения необходимых меха­нических свойств и микроструктуры. Марка чугуна включает буквы КЧ, что обозначает ковкий чугун. Ковкий чугун не куют, но, учитывая его свойства, из него изготовляют детали, к которым предъявляют повышенные тре­бования сопротивляемости удару и коррозионной стойкости.

Из ковкого чугуна изготовляют звенья и ролики цепей конвейеров, муфты, водопроводную арматуру и другие детали.

Свойства чугуна можно улучшить, добавляя в его состав различные химические элементы. Такая операция называется легированием, а вводимые элементы - легирующими. Добавле­нием в определенных количествах никеля, хрома, меди, молиб­дена, кремния и других элементов можно получить жаро- и коррозионно-стойкие, антифрикционные и другие виды чугунов.

Антифрикционный чугун приме­няют для изготовления деталей, работающих в узлах трения со смазкой. В состав этих чугунов добавляют хром, медь, титан и другие элементы, придающие чугуну повышенную износостой­кость.

Основным способом получения деталей из чугунов является литье с последующей механической обработкой.

Сталь. Это сплав железа с углеродом, массовая доля кото­рого не превышает 2 %. В сталях всех марок присутствуют по­стоянные примеси, одни из которых (марганец, кремний) необ­ходимы по технологии выплавки, а другие — вредные примеси (сера, фосфор) — не могут быть полностью удалены. Однако примесей в стали значительно меньше, чем в чугуне.

Сталь можно ковать, прокатывать, отливать, обрабатывать резанием, подвергать химико-термической и термической обра­боткам, сваривать и т. д.

Сталь классифицируют по способу получения, назначению, химическому составу, качеству, методам придания формы и размерам заготовок.

По способу получения сталь делят на конверторную, мартеновскую, электросталь и сталь, изготовляемую другими, менее распространенными способами.

В мартеновской печи выплавляют сталь из твердого или жидкого чугуна, стального или чугунного лома с добавлением флюсов и других материалов. Мартеновские печи имеют ванну в форме чаши и отапливаются обычно газом. В них выплавля­ется основное количество высококачественной стали.

Качество стали определяется наличием в ней вредных приме­сей (серы и фосфора). По этому признаку различают стали общего применения, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По методам придания формы заготовкам различают литую, кованую и катаную сталь.

Литая сталь (стальное литье) имеет несколько худшие ме­ханические свойства по сравнению со свойствами катаной и ко­ваной стали при одинаковом химическом составе. Преимущест­вом литья перед другими способами формообразования является возможность наиболее экономичным путем изготовлять детали сложной формы.

Кованая сталь (поковки, штамповки) после отжига имеет механические свойства, близкие к ее свойствам до обработки.

Катаная сталь (прокат) обладает достаточно стабильным ка­чеством, однако подобная деформация металла приводит к тому, что механические свойства вдоль и поперек направления про­ката значительно различаются (технологическая анизотропия).

Сталь легированную получают добавлением легиру­ющих элементов, изменяющих ее механические, физические или химические свойства. Легирующие элементы в марках сталей обозначают буквами: X — хром, Н — никель, С — кремний, Г — марганец, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, Т — ти­тан, Р — бор и т. д.

Легирование позволяет получить стали со специальными свойствами — магнитную, нержавеющую, жаропрочную и т. п.

Конструкционную сталь повышенной и вы­сокой степени обрабатываемости резанием — автоматную сталь обрабатывают резанием на станках-автоматах и полуавтоматах, а также давлением в горячем состоянии с дальнейшей обработкой резанием.

Инструментальные стали отличаются повышенной износостойкостью. Их применяют для изготовления режущего, мерительного инструмента и штампов. Различают углеродистые, легированные и быстрорежущие (высоколегированные) инстру­ментальные стали.

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ

К цветным машиностроительным металлам относят медь, алю­миний, олово, цинк, свинец и др. Широко применяют также сплавы на основе цветных металлов. Цветные металлы делят на благородные, тяжелые, легкие и редкие.

Медь и ее сплавы. Чистая медь обладает высокой пластич­ностью, электро- и теплопроводностью, коррозионно-стойкостью, поэтому ее применяют при изготовлении электротехниче­ских изделий. Медь хорошо обрабатывается давлением.

Медь большей частью сплавляется с другими металлами. Сплавы на медной основе делят на две большие группы — ла­туни и бронзы.

Латунь — сплав меди с цинком. При отсутствии других компонентов в сплаве латунь называют двойной, а при их вве­дении — сложной, или специальной. Сложные латуни называют в зависимости от входящих в их состав компонентов алюминие­выми, железомарганцевыми и т. д. По сравнению с медью они обладают большой прочностью, коррозионно-стойкостью, упру­гостью и лучше обрабатываются.

Сложные латуни маркируют буквой Л, буквы после которой обозначают легирующий элемент: А — алюминий, Ж — железо, К — кремний, М—-марганец, Н—-никель, С — свинец и т. д.

Латуни применяют для изготовления коррозионно-стойких деталей машин, подшипников, втулок и других антифрикцион­ных деталей.

Бронза — сплав меди с оловом и другими металлами, кроме цинка. Цинк может входить в состав бронзы, но не в ка­честве основного компонента. Бронзы, в состав которых вхо­дит олово, называют оловянными. Если в бронзе олово заме­нено свинцом, алюминием, железом или другим элементом, то такие бронзы относят к безоловянным и называют в соответ­ствии с введенными элементами свинцовыми, алюминиевыми, железными .

Бронзы значительно тверже меди, хорошо заполняют форму при литье, обрабатываются резанием, имеют высокие антифрик­ционные и антикоррозионные свойства. Этими свойствами оп­ределяется широкое использование бронз для изготовления втулок, шестерен, червяков, вкладышей подшипников, арматуры газовых и водопроводных линий, гаек, силовых винтов и пла­стинчатых пружин.

Алюминий и его сплавы. Алюминий обладает низкой плот­ностью (почти в три раза легче железа и меди), высокой элек­трической проводимостью (65 % от электрической проводимо­сти меди), хорошей теплопроводностью. На воздухе алюминий покрывается пленкой оксида, надежно защищающей основной металл от коррозии.

Алюминий хорошо сваривается всеми видами сварки, имеет высокую пластичность, прочие его механические свойства срав­нительно невелики. Применяют алюминий в электромеханике, строительстве, химическом аппаратостроении.

Алюминиевые сплавы в соответствии с основными компонен­тами подразделяют на силумины и дуралюмины.

Силумин-сплав алюминия с 6—13 % кремния.

Детали из силуминов получают литьем в формы. Из них изготавливают обувные колодки, выруб­ные плиты и коррозионно-стойкие детали сложной конфигу­рации.

Дуралюмий-сплав алюминия с медью и магнием, в ко­торый для повышения коррозиоино-стойкости добавляют марга­нец.

Применяют дуралюмины для изготовления деталей и элементов средней и повышенной прочности, строительных кон­струкций, щитов, ограждений.

Антифрикционные подшипниковые сплавы. Для изготовле­ния деталей подшипников скольжения используются материалы, имеющие малый коэффициент трения и высокую износостой­кость. К ним относятся антифрикционные чугуны, некоторые марки латуней и бронз ан­тифрикционные алюминиевые сплавы, баббиты, цинковые антифрикционные сплавы и не­которые другие материалы.

Баббиты — наиболее широко применяемые подшипнико­вые сплавы на основе олова и свинца с более твердыми вклю­чениями (медь, сурьма, никель и др.).

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

К неметаллическим машиностроительным материалам относят пластмассы, резиновые, эбонитовые, графитные, абразивные, лакокрасочные, клеящие, текстильные и бумажные материалы, кожу, асбест, стекло, войлок, дерево.

Пластмассы. Это большая группа искусственных материа­лов, полученных на основе синтетических или природных высо­комолекулярных соединений (смол). Пластмассы делят на про­стые и сложные. Простые пластмассы состоят в основном из чи­стых смол, а сложные —из связующего вещества, наполнителя, пластификаторов, красителей и других специальных добавок. В качестве связующего вещества применяют различные смолы, а также битум, асфальт и цемент. Наполнители улучшают ме­ханические и другие свойства пластмасс. Органическими на­полнителями являются древесная мука, бумага, хлопчатобу­мажная ткань, древесный шпон и др. В качестве неорганических наполнителей используют асбест, стекловолокно, слюду, гра­фит и др. Пластификаторы увеличивают пластичность и теку­честь пластмасс. В качестве пластификаторов чаще всего при­меняют сложные эфиры — хлорированные углеводороды и др. Красители придают пластмассе необходимый цвет.

Основными способами переработки пластмасс являются прес­сование, штамповка, литье под давлением и экструзионное фор­мование (экструзия) — непрерывное выдавливание термопласти­ческого материала в виде листов, труб, пленки или различных профилей.

Полиэтилен — продукт полимеризации этилена, Если по­лимеризация происходит при высоком давлении, то получают по­лиэтилен высокого давления (ПЭВД), но низкой плотности, если полимеризация происходит при низком дав­лении — полиэтилен низкого давления (ПЭНД), но высокой плотности. Полиэтилен — дешевый вид пластмасс, отличный диэлектрик, имеет высокую химическую стойкость, достаточную твердость и эластичность. Он поддается всем видам обработки, доступным для термопластов.ПЭНД обладает хорошей прочностью и высокой жесткостью. Из него изготовляют зубчатые колеса, работающие при неболь­ших нагрузках, краны, трубы, используют как изоляционный и упаковочный материал.

Капрон-твердое вещество белого или светло-желтого цвета, полученное при полимеризации капролактама. Капроновые детали, изготовленные методом литья под давлением, обладают высокой поверхностной твердостью, пре­делом прочности при изгибе и ударе, малым коэффициентом трения скольжения, стойки к действию жиров, масел и щело­чей. Капрон применяют для изготовления износостойких дета­лей и как изоляционный материал.

Органическое стекло (плексиглас)-продукт поли­меризации метилметакрилата. Различают техническое оргстекло и конструкционное. Органическое стекло-прозрачный изоляции онный материал, хорошо противостоящий ударам, в два раза легче обычного си­ликатного стекла. Оргстекло обладает достаточной твердостью и прочностью, антикоррозионной стойкостью и высокими ди­электрическими свойствами. Недостатком оргстекла является низкая теплостойкость. Применяется для остекления машин и приборов и изготовления прозрачных деталей.

Фторопласт-4 -материал имеет исключительно высокие диэлектрические свойства, термическую и химическую стойкость (по стойкости к действию агрессивных сред превосходит золото и платину), низкий коэффициент тре­ния. Фторопласт применяют для изготовления подшипников скольжения и деталей, устойчивых к действию химических сред. Фторопласт-4 на холоде приобретает текучесть, поэтому его ис­пользуют для изготовления деталей методом холодного прес­сования с последующим спеканием.

Винипласт — продукт, полученный из поливинилхлорид­ной смолы. Его вырабатывают в виде листов и труб. Материал обладает высокой жесткостью и химической стойкостью, хороший диэлектрик. Винипласт хорошо склеива­ется и сваривается. Его используют для футеровки электролиз­ных ванн, наполненных агрессивными веществами, и для изго­товления деталей, подвергающихся действию кислот, щелочей, растворов солей и т. д.

Порошковые пластмассы-продукты, получаемые из порошковых наполнителей и связующих веществ, эти пластмассы перерабатывают в изделия методом прессования. Порошковые аминопласты применяют для изготовления рукояток, ручек, кнопок, клавишей, крышек лю­бого цвета.

Волокнистые пластмассы — продукт прессования волокнистых наполнителей со связующим веществом, в основ­ном фенолоформальдегидной смолой.

Волокниты применяют для изготовления деталей машин, работающих на удар, а асбоволокниты— для деталей, ус­тойчивых к действию высокой температуры (200—250 °С) и с хо­рошими фрикционными свойствами (например, тормозные ко­лодки, фрикционные муфты, диски сцепления и т. д.). Из стекловолокнита изготовляют детали, работающие как диэлектрики, коррозионно-стойкие и высокопрочные трубы, маслоотсеки, кузова автомобилей, корпуса лодок.

Слоистые пластмассы — это материалы, изготовлен­ные прессованием термореактивной смолы с листовым напол­нителем. В зависимости от наполнителя различают текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит, гетинакс и древесно-слоистые пластики.

Текстолит (наполнитель — хлопчатобумажная ткань) обла­дает высокой прочностью, износостойкостью, диэлектрическими свойствами, является хорошим антифрикционным материалом, устойчив к действию кислот низкой и средней концентрации. Текстолит применяют для изготовления зубчатых и червяч­ных колес, вкладышей подшипников, электротехнических де­талей и т. п.

Стеклотекстолит (наполнитель — стеклоткань) отличается высокой прочностью, упругостью, теплостойкостью и диэлектри­ческими свойствами. Его широко применяют для изготовления конструкционных и электроизоляционных деталей, требующих высокой механической прочности и теплостойкости.

Гетинакс наполнителем в котором слу­жат листы бумаги, по механическим свойствам уступает текстолиту, но более дешев.

Его применяют главным образом как электроизоляционный материал.

Асботекстолит (наполнитель — асбестовая ткань) обладает высокой теплостойкостью, хорошей механической прочностью и фрикционными свойствами. Его используют для изготовления деталей тормозов, сцеплений муфт и деталей машин, работаю­щих при повышенных температурах.

Резина. Обладает многими ценными свойствами — высокой упругостью и способностью поглощать вибрацию, хорошо сопро­тивляется многократному растяжению и изгибу. Резина газо- и гидронепроницаема, устойчива к действию многих агрессив­ных сред, хороший диэлектрик. Резину получают из натураль­ного или синтетического каучука и применяют для изготовления прокладок, амортизаторов, упругих элементов муфт, ремней, электроизоляционных деталей и т. п.

Кожа техническая Применяют в уплот­нительных и тормозных системах. Из нее также изготовляют приводные ремни.

Асбест. Применяют для изготовления тормозов в виде лент ,накладок сцепления ,картона , в качестве огнезащитного и элек­троизоляционного материала, в виде ткани- для изоляции.

Картон. Используют для изготовления прокладок, водонепроницаемых прокладок , тары и как термо- и шумо-изоляционный ма­териал.

Лакокрасочные материалы. Предназначены для предохране­ния металлических деталей машин и механизмов от преждевре­менной порчи и коррозии, а деревянных — от гниения, а также для придания деталям машин красивого внешнего вида, для тепло- и электроизоляционных целей.

Домашнее задание: Прочитать и изучить текст, составить конспект.