Избор материјала и технике обраде уобичајених механичких делова

 

У области машинског пројектовања и производње, одабир одговарајућих материјала и одговарајућих техника обраде је кључан за обезбеђивање перформанси, квалитета и исплативости механичких делова. Овај чланак пружа детаљну анализу принципа избора материјала, типова материјала и техника обраде уобичајених механичких делова, са циљем да понуди вредне увиде за машинске инжењере и сродне професионалце.

 

 

IПринципи избора материјала

 

Избор материјала за механичке делове захтева свеобухватно разматрање више фактора, укључујући захтеве перформанси, обрадивост и економску ефикасност. Конкретно, главни принципи одабира материјала укључују следеће:

 

1. Захтеви за перформансе

Материјал прво мора да испуни специфичне захтеве перформанси у условима рада дела, као што су чврстоћа, тврдоћа, отпорност на хабање, отпорност на корозију и отпорност на замор. Ово захтева од дизајнера да има темељно разумевање радних услова дела, укључујући силе на које ће наићи, радно окружење (као што су температура, влажност и изложеност одређеним супстанцама) и све посебне захтеве (као што је топлотна проводљивост , електрична проводљивост и магнетна својства).

 

2. Обрадивост

Могућност обраде материјала директно утиче на лакоћу производње, ефикасност производње и цену. Добра обрадивост укључује факторе као што су ковање, заварљивост и обрадивост, који помажу у смањењу потешкоћа и трошкова производње и побољшавају ефикасност производње.

 

3. Економска ефикасност

Док испуњава захтеве перформанси и обрадивости, важно је одабрати материјале који су што је могуће исплативији како би се укупни трошкови производа свели на минимум. Ово захтева од дизајнера да свеобухватно размотре цене материјала, трошкове обраде и накнадне трошкове одржавања и коришћења.

 

 

▲ Кораци за избор материјала у механичким деловима

 

 

ИИ Уобичајене врсте материјала

 

Обично коришћени материјали за механичке делове углавном укључују следеће категорије:

 

1. Челик

Челик је један од најчешће коришћених материјала за механичке делове, карактерише га висока чврстоћа, добра пластичност и жилавост, као и одличне перформансе обраде. У зависности од примене и захтева перформанси, челик се може поделити на обичан угљенични конструкциони челик, висококвалитетни угљенични конструкциони челик, легирани конструкциони челик и ливени челик, између осталог.

 

2. Ливено гвожђе

Ливено гвожђе има добру способност ливења, пригушивање вибрација и отпорност на хабање, али су његова снага и жилавост релативно ниске. Због тога се ливено гвожђе често користи за производњу делова који подносе статичка оптерећења и хабање трењем, као што су лежајеви и кућишта алатних машина.

 

3. Обојени метали

Обојени метали, као што су бакар и легуре бакра, алуминијум и легуре алуминијума, имају нижу густину и добру електричну и топлотну проводљивост, што их чини широко примењеним у електричним, електронским и ваздухопловним пољима. У механичким деловима, обојени метали се често користе за производњу лаких структурних компоненти, клизних лежајева итд.

 

4. Инжењерске пластике

Са развојем науке о материјалима, примена инжењерске пластике у механичким деловима постаје све раширенија. Инжењерске пластике су лагане, отпорне на корозију и имају добра изолациона својства, што их чини погодним за производњу неносивих, отпорних на корозију или изолованих делова.

 

 

ИИИ Анализа процеса обраде

 

Процеси обраде механичких делова су разноврсни, обично укључују стругање, глодање, бушење, брушење, ковање и бризгање. Различити процеси обраде су погодни за различите материјале и облике делова, који ће бити представљени посебно у наставку.

 

1. Скретање

Токарење је метода машинске обраде где се радни предмет фиксира у ротирајући уређај за држање, а алати постепено одсецају материјал од радног предмета да би се постигао жељени облик и величина. Токарење је погодно за израду цилиндричних делова, као што су осовине и чауре. Тачност и храпавост површине стругања зависе од избора алата и подешавања параметара резања.

 

2. Глодање

Глодање је метода машинске обраде која сече материјал са површине радног комада помоћу ротационог алата за производњу равних површина, конкавних и конвексних површина, зупчаника и других делова сложеног облика. Глодање се може поделити на типове као што су чеоно глодање, вертикално глодање, крајње глодање, зупчасто глодање и контурно глодање, при чему је сваки тип погодан за различите потребе обраде.

 

3. Бушење

Бушење је метода машинске обраде која сече материјал са радног комада помоћу ротирајуће бургије да би се формирале рупе потребног пречника и дубине. Бушење се обично користи за производњу делова типа рупа, као што су рупе за вијке и рупе за лежајеве. Прецизност и ефикасност бушења зависе од избора бургија, подешавања параметара сечења и спровођења мера хлађења и подмазивања.

 

4. Брушење

Брушење је метода машинске обраде која постепено сече или меље материјал са површине радног предмета помоћу абразивних алата да би се постигао жељени облик, величина и квалитет површине. Брушење је погодно за машинску обраду делова са високим захтевима за прецизност и квалитет површине, као што су калупи, прецизни механички делови и алати. Прецизност и квалитет површине брушења зависе од избора абразивних алата, подешавања параметара брушења и начина стезања радног предмета.

 

5. Ковање

Ковање је метода обраде метала којом се топло обрађени метални материјали обликују у жељене форме пресовањем. Ковање је погодно за производњу делова са сложеним облицима и високим захтевима механичких перформанси, као што су зупчаници и вратила. Ковање може побољшати унутрашњу организациону структуру материјала, повећавајући снагу и жилавост делова.

 

6. Ињекционо прешање

Ињекционо ливење је процес у коме се растопљена пластика убризгава у калуп и очвршћава да би се произвели потребни делови. Ињекционо прешање је погодно за производњу великих количина пластичних делова сложеног облика, као што су кућишта за мобилне телефоне и аутомобилске компоненте. Прецизност и квалитет површине бризгања зависе од дизајна калупа, перформанси машине за бризгање и избора пластичних материјала.

 

 

ИВ Детаљно пројектовање типичних рута процеса лука и стреле

 

Схафт Партс

 

Уобичајени материјали за делове осовине варирају у великој мери, првенствено се бирају на основу фактора као што су чврстоћа, крутост, отпорност на хабање, могућност производње и економских разлога. Испод су неки уобичајени материјали за делове осовине и њихове карактеристике:

 

1. Угљенични челик

• Висококвалитетни угљенични конструкциони челик:Као што су разреди 35, 45, 50, итд., ови челици имају висока укупна механичка својства и широко се користе. Међу њима, челик 45 се најчешће користи због својих добрих перформанси. Да би се додатно побољшала његова механичка својства, често се изводе третмани нормализације или гашења и темперирања.
• Обичан угљенични конструкциони челик:Као што су К235, К275, итд., ови челици су погодни за осовине које носе релативно мала или мање критична оптерећења.

 

2. Легирани челик

Легирани челик има високе механичке особине, али је релативно скуп, обично се користи за осовине са посебним захтевима. На пример, осовине које раде под великом брзином, великим оптерећењем или условима високе температуре често користе легирани челик како би испуниле специфичне захтеве перформанси. Уобичајени легирани челици укључују 20Цр, 20ЦрМнТи, 40ЦрНи, 38ЦрМоАлА, итд., који, након карбуризације, гашења и других топлотних третмана, могу значајно повећати отпорност на хабање, жилавост на удар и чврстоћу осовине на замор.

 

3. Ливено гвожђе

дуктилно гвожђе:Због добрих перформанси ливења, лако се излива у сложене облике и има добро пригушење вибрација и ниску осетљивост на концентрацију напрезања. Често се користи за производњу осовина сложеног облика. Посебно, ретка земља-магнезијум нодуларно гвожђе развијено у Кини има широку примену у производњи важних делова вратила у индустрији аутомобила, трактора и машина алатки због своје одличне ударне жилавости, смањења трења и својстава апсорпције вибрација.

 

4. Ливено гвожђе високе чврстоће

Такође има добра својства ливења и пригушења вибрација, што га чини погодним за производњу осовина сложеног облика.

 

 ▲ Пример 38ЦрМоАИА

 

 

Геар Партс

 

Избор материјала зупчаника је сложен процес који захтева разматрање различитих фактора, укључујући захтеве за оптерећење, брзину, услове околине, захтеве за буку и вибрације и економска разматрања.

 

1. Ковани челик

Ковани челик се прави процесом ковања и има супериорна својства у поређењу са обичним челиком. Зупчаници од кованог челика имају високу чврстоћу, високу отпорност на хабање и добру отпорност на ударце, што их чини једним од најчешће коришћених материјала за производњу зупчаника. Уобичајени материјали од кованог челика укључују челик 45, чија механичка својства могу бити додатно побољшана топлотном обрадом.

 

2. Ливени челик

Ливени челик се обично користи за производњу већих зупчаника јер зупчаници великог пречника нису погодни за ковање. Зупчаници од ливеног челика имају добру чврстоћу и жилавост, али њихова унутрашња структура можда није тако густа као ковани челик и може захтевати топлотну обраду да би побољшала своје перформансе.

 

3. Легирани челик

Легирани челик се прави додавањем одређене количине легирајућих елемената обичном челику, што резултира већом чврстоћом и тврдоћом. Зупчаници од легираног челика се често користе у апликацијама које носе већа оптерећења и раде при већим брзинама.

 

4. Сиви ливени гвожђе

Сиви ливени гвожђе је релативно ломљив и има слабу отпорност на ударце и отпорност на хабање, али има добре способности против цепања и питтинга. Због тога се зупчаници од сивог ливеног гвожђа обично користе у ситуацијама када је рад гладак, брзине ниске, а снага није велика.

 

5. Нодуларно гвожђе

Нодуларно гвожђе се третира посебним процесом топлотне обраде, чиме се графит у својој унутрашњој структури дистрибуира у сферном облику, што побољшава снагу и жилавост ливеног гвожђа. Зупчаници од нодуларног гвожђа имају добре свеобухватне перформансе и погодни су за апликације са вишим захтевима за перформансе.

 

6. Неметални материјали

Пластика, метали у праху, итд.:У одређеним посебним околностима, као што су мало оптерећење, мала брзина или када је потребно смањење буке и вибрација, неметални материјали се могу користити за производњу зупчаника. Ови материјали су лагани, производе ниску буку и лако се обрађују, али су њихова носивост и отпорност на хабање инфериорнији од металних материјала.

 

На пример, зупчаници који се користе у аутомобилима или тракторима.

 

▲ Пример 20ЦрМнТи

 

Делови алата

 

Избор материјала за алате је кључан за њихов рад и век трајања. Приликом избора материјала за алате, морају се узети у обзир различити фактори, укључујући намену алата, својства материјала који се обрађују, услове резања и економска разматрања. Испод су неки уобичајени материјали алата:

 

1. Брзорезни челик

 

карактеристике:

• Висока чврстоћа и добра жилавост, омогућавају оштре ивице сечења.
• Добра обрадивост, лака за ковање и машинство.
• Подијељен на обичан брзорезни челик и брзорезни челик високих перформанси. Обичан брзорезни челик има мање брзине резања, док се брзорезни челик високих перформанси производи повећањем садржаја угљеника и ванадијума и додавањем елемената као што су кобалт и алуминијум, што резултира већом издржљивошћу.

 

Пријаве:

• Обично се користи за алате сложеног облика, као што су спиралне бургије, славине, развртачи, резачи зупчаника и алати за обликовање, често направљени од брзорезног челика.

 

2. Цементирани карбид

 

карактеристике:

• Изузетно висока тврдоћа, са тврдоћом која достиже 74–82 ХРЦ на собној температури и отпорношћу на топлоту до 900–1000 степени, нудећи одличне перформансе сечења.
• Велике брзине резања, способне да прелазе 100 м/мин приликом сечења угљеничног челика.
• Међутим, има слабу жилавост, слабу отпорност на ударце и вибрације, а ивице се не оштре лако до екстремне оштрине, уз лошију обрадивост.

 

Класификација и примена:

• Цементирани карбид је класификован према ГБ2075-87 на типове П, М и К. П-тип се користи за обраду дугих чипова црних метала; М-тип се користи за обраду црних метала и обојених метала; К-тип је за обраду кратких струготина црних метала, обојених метала и неметалних материјала.

 

3. Нерђајући челик

 

карактеристике:

• Једноставан за одржавање, јака отпорност на корозију, погодан за употребу у влажним или корозивним срединама.
• Међутим, његова тврдоћа и оштрина можда нису тако високе као високоугљенични челик и обично је скупљи.

 

Пријаве:

• Користи се у кућним кухињским ножевима, медицинским хируршким инструментима и другим ситуацијама које захтевају често чишћење и одржавање хигијене.

 

4. Високоугљенични челик

 

карактеристике:

• Висока тврдоћа и добра оштрина, погодна за прецизну машинску обраду и сечење.
• Међутим, склон је рђи и захтева редовно одржавање и негу.

 

Пријаве:

• Користи се у бријачима, ножевима на отвореном и другим апликацијама које захтевају високу тврдоћу и оштрину.

 

 

▲ Плоче за кување

 

 

▲ Опис главног процеса у зупчаницима

 

 

В Закључак

 

Избор материјала и метода обраде уобичајених механичких делова је сложен и систематичан процес који захтева разматрање више фактора. Приликом одабира материјала, избор треба да буде заснован на перформансама, могућностима обраде и економским аспектима делова; при избору метода обраде, одлуке треба доносити према облику, величини, захтевима површине делова и карактеристикама материјала. Рационалним одабиром материјала и техника обраде могу се оптимизовати перформансе, квалитет и исплативост механичких делова.