Основы проектирования и конструирования

      основные  конструкторские документы (чертеж детали - для деталей; спецификация - для сборочных единиц, комплектов и комплексов), являющиеся для указанных  видов изделий обязательными;

      другие  конструкторские документы, в том  числе сборочный чертеж (для сборочных единиц обязателен), теоретический, габаритный и монтажный чертежи, схемы, таблицы, расчеты, ведомости (спецификаций, ссылочных документов, покупных изделий и согласования их применения, держателей подлинников), программа и методика испытаний, технические условия, патентный формуляр.

      Широкое использование ЭВМ на всех стадиях  проектирования необходимо, чтобы избавить конструктора от выполнения трудоемких расчетов, многофакторного анализа  и большого объема графических работ.

 

5.1 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. 

      5.2. Неметаллические материалы 

      Наряду  с металлами во всех отраслях промышленности большое распространение получили неметаллические материалы. К ним  относятся пластические массы, резина, химикаты, формовочные, текстильные, древесные, лакокрасочные и другие материалы. Особо следует отметить пластмассы, с каждым годом все шире внедряемые в промышленность.

      Пластмассы. Пластмассы представляют собой материалы, основой которых служат природные или синтетические соединения, способные при нагревании или под давлением формоваться и устойчиво сохранять приданную им форму. В состав пластмасс входят различные наполнители (древесная мука, ткань, бумага, стеклянное волокно, хлопковые очесы и др.), повышающие прочность, связующие веществ, (естественные и искусственные смолы, фенолоформальдегидные смолы), красители, пластификаторы, повышающие пластичность и эластичность, а также ряд других вспомогательных веществ.

      Большинство изделий из пластмасс изготовляется горячим прессованием в металлических пресс-формах или литьем под давлением. Поэтому они не нуждаются в последующей механической обработке. Из пластмасс (слоистых), выпускаемых в виде прутков и листового материала, изделия изготовляют механической обработкой.

      Изделия из пластмасс имеют малую плотность, достаточную прочность, высокие  антикоррозионные и электроизоляционные  свойства; они значительно дешевле  металлических изделий.

      Пластмассы  применяются в качестве заменителей  дефицитных цветных металлов и сплавов при производстве электроаппаратуры, зубчатых колес, вкладышей, подтипов, вытяжных штампов и даже крупногабаритных изделий (кузова автомобилей и др.).

      Основные  виды пластмасс, имеющие промышленное значение, следующие: текстолит (содержащий ткань), гетинакс (содержащий бумагу), лигнофоль и дельтадревесина (содержащие, древесину), стеклопластики (со стекловолокнистым наполнителем), полиэтилен, полистирол, карболит, волокнит, различные полимеры и др.

      Абразивные  материалы. Абразивные материалы представляют собой большую группу неметаллических материалов высокой твердости, предназначенных для шлифовки, заточки и доводки инструмента, деталей и т. д. Из абразивных материалов изготовляются шлифовальные круги, шлифовальные шкурки, шлифовальные порошки, доводочные пасты и др.

      Абразивные  материалы бывают природные (алмаз, кварц, корунд, гранат) и искусственные (электрокорунд нормальный, электрокорунд  титанистый, монокорунд, карбид кремния зеленый и черный, карбид бора, синтетические алмазы, кубический нитрид бора и др.). Чаще всего на машиностроительных заводах используют искусственные абразивные материалы.

      Режущие свойства абразивных материалов зависят  от их зернистости, твердости, рода связки и структуры.

      Зернистость (размер зерна) абразивного материала по ГОСТ 3647-80 имеет следующие номера: 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16, 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3, М40, М20, М14, М10, М7, М5 в порядке уменьшения размера зерна. Номер зерна соответствует длине стороны ячейки сита в сотых долях миллиметра. В зависимости от размера зерна абразивные материалы разделяются на три группы: шлифзерна (№200 - 16), шлифпорошки (№12 - 3) и микропорошки (№ 40 - М5).

      Абразивные  материалы имеют высокую твердость  и уступают по твердости только алмазу. Под твердостью абразивного круга понимают не твердость зерна, а прочность связки, ее способность удерживать шлифующие зерна при эксплуатации. Согласно ГОСТ 19202—80 различают следующую твердость абразивных кругов: мягкие (М1, М2,), среднемягкие (СМ1, СМ2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТЗ), твердые (Т1, Т2).

      Абразивные  зерна при изготовлении абразивных инструментов соединяются между  собой связками: керамической (К), бакелитовой (Б), вулканитовой (В) и др.

      Структура абразивного инструмента характеризуется  объемным соотношением между зернами, связкой и порами. Абразивный инструмент имеет три структуры: плотную (№ 0 - 3), среднеплотную (№ 4 - 8) и открытую (№9 - 12).

      Абразивная  промышленность выпускает все необходимые  для производства абразивы, причем электрокорунд составляет 75% от всего выпуска абразивов, он содержит 92 - 94% окиси алюминия. Электрокорунд обладает большой твердостью и вязкостью. Он бывает двух разновидностей: электрокорунд нормальный (Э-1А) и электрокорунд белый (ЭБ-2А). Тот и другой применяю для обработки сталей, чугуна, вязкой бронзы и т. д.

      Для обработки твердых сплавов, серого чугуна, меди, алюминия и других металлов и сплавов, обладающих низким сопротивлением разрыву, применяют абразивные инструменты  из карбида кремния двух марок: КЗ-6С (зеленый)| и КЧ-5С (черный).

      Природные и искусственные (синтетические) алмазы Из всех абразивных материалов особое место занимают природные и искусственные (синтетические) алмазы. Твердость алмаза значительно превосходит твердость всех применяемых в промышленности инструментальных и абразивных материалов. Алмаз заслуженно называют «королем твердых тел».

      Алмаз и технический прогресс неотделимы. Однако до недавних пор применение природных алмазов в промышленности ограничивалось их добычей. В настоящее  время, несмотря на успешную разработку богатейших месторождений, добыча алмазов еще не может удовлетворять возрастающую потребность общества.

      Поэтому наряду с природными алмазами все  большее значение для техники  приобретают искусственные (синтетические) алмазы. Синтетические алмазы при изготовлении из них алмазно-абразивного инструмента не только не уступают природным, но имеют перед ними значительные пре имущества - они дешевле и обладают большой работоспособностью. Синтетическому алмазу покоряются самые твердые труднообрабатываемые материалы: оптическое и техническое стекло, хрусталь, кварц, твердые сплавы, фарфор, корунд, мрамор, гранит, германий, кремний, различная керамика, бетон, огнеупоры и др.

      В первую очередь синтетические алмазы получили широкое применение в инструментальном производстве для заточки и доводки твердосплавного металлорежущего инструмента, что повышает его стойкость в 2 - 3 раза, сокращает расход твердых сплавов в 1,5 - 2 раза, повышает класс шероховатости обрабатываемой поверхности.

      Наиболее  перспективными являются синтетические сверхтвердые материалы, созданные на базе поликристаллов алмаза (карбонадо, баллас) и кубического нитрида бора (эльбор-Р, композит, гексанит-Р).

      Поликристаллы кубического нитрида бора превосходят  по теплостойкости алмазы, быстрорежущую сталь, твердый сплав и минералокерамику. Сочетание таких уникальных физико-химических свойств позволяет применять эльбор-Р при обработке закаленных сталей, чугунов и различных труднообрабатываемых материалов. При этом достигается шероховатость поверхности 7 - 10-го классов, точность обработки 6 - 7-го квалитета.