Tavaliste mehaaniliste osade materjali valik ja töötlemismeetodid

 

Mehaanilise projekteerimise ja tootmise valdkonnas on mehaaniliste osade jõudluse, kvaliteedi ja kulutasuvuse tagamiseks ülioluline sobivate materjalide ja sobivate töötlemismeetodite valimine. See artikkel pakub põhjalikku analüüsi tavaliste mehaaniliste osade materjalivaliku põhimõtete, materjalitüüpide ja töötlemismeetodite kohta, eesmärgiga pakkuda mehaanikainseneridele ja nendega seotud spetsialistidele väärtuslikku teavet.

 

 

IMaterjali valiku põhimõtted

 

Mehaaniliste osade materjalide valimine nõuab mitme teguri, sealhulgas jõudlusnõuete, töödeldavuse ja majandusliku efektiivsuse põhjalikku arvessevõtmist. Täpsemalt on materjali valiku peamised põhimõtted järgmised:

 

1. Toimivusnõuded

Materjal peab esmalt vastama konkreetsetele toimivusnõuetele detaili töötingimustes, nagu tugevus, kõvadus, kulumiskindlus, korrosioonikindlus ja väsimuskindlus. See nõuab, et projekteerija tunneks põhjalikult detaili töötingimusi, sealhulgas jõudu, millega see kokku puutub, töökeskkonda (nt temperatuur, niiskus ja kokkupuude teatud ainetega) ja mis tahes erinõudeid (nt soojusjuhtivus). , elektrijuhtivus ja magnetilised omadused).

 

2. Töödeldavus

Materjali töödeldavus mõjutab otseselt valmistamise lihtsust, tootmise efektiivsust ja maksumust. Hea töödeldavus hõlmab selliseid tegureid nagu sepistatavus, keevitatavus ja töödeldavus, mis aitavad vähendada tootmisraskusi ja -kulusid ning parandada tootmise efektiivsust.

 

3. Majanduslik efektiivsus

Toimivuse ja töödeldavuse nõuete täitmisel on toote üldkulude minimeerimiseks oluline valida võimalikult kulutõhusad materjalid. See nõuab, et disainerid arvestaksid põhjalikult materjalihindade, töötlemiskulude ning hilisemate hooldus- ja kasutuskuludega.

 

 

▲ Mehaaniliste osade materjali valimise etapid

 

 

II Levinud materjalide tüübid

 

Mehaaniliste osade jaoks tavaliselt kasutatavad materjalid hõlmavad peamiselt järgmisi kategooriaid:

 

1. Teras

Teras on üks enim kasutatavaid mehaaniliste osade materjale, mida iseloomustab kõrge tugevus, hea plastilisus ja sitkus ning suurepärane töötlemisvõime. Sõltuvalt rakendusest ja toimivusnõuetest võib terase jagada muu hulgas tavaliseks süsinikkonstruktsiooniteraseks, kvaliteetseks süsinikkonstruktsiooniteraseks, legeeritud konstruktsiooniteraseks ja valuteraseks.

 

2. Malm

Malmil on hea valatavus, vibratsioonisummutus ja kulumiskindlus, kuid selle tugevus ja sitkus on suhteliselt madal. Seetõttu kasutatakse malmi sageli staatilist koormust ja hõõrdekulumist kandvate osade (nt tööpinkide voodid ja korpused) valmistamiseks.

 

3. Värvilised metallid

Värvilistel metallidel, nagu vask ja vasesulamid, alumiinium ja alumiiniumisulamid, on väiksem tihedus ning hea elektri- ja soojusjuhtivus, mistõttu neid kasutatakse laialdaselt elektri-, elektroonika- ja kosmosevaldkonnas. Mehaanilistes osades kasutatakse värvilisi metalle sageli kergete konstruktsioonikomponentide, liuglaagrite jms valmistamiseks.

 

4. Tehnilised plastid

Materjaliteaduse arenguga on insenerplastide kasutamine mehaanilistes osades üha laialdasemalt levimas. Tehnoplastid on kerged, korrosioonikindlad ja heade isolatsiooniomadustega, mistõttu need sobivad mittekandvate, korrosioonikindlate või isoleeritud osade valmistamiseks.

 

 

III Töötlemisprotsesside analüüs

 

Mehaaniliste osade töötlemisprotsessid on mitmekesised, hõlmates tavaliselt treimist, freesimist, puurimist, lihvimist, sepistamist ja survevalu. Erinevate materjalide ja detailide kuju jaoks sobivad erinevad töötlemisprotsessid, mida allpool eraldi tutvustame.

 

1. Pööramine

Treimine on töötlemismeetod, kus töödeldav detail kinnitatakse pöörlevasse hoideseadmesse ja tööriistad lõikavad töödeldavast detailist järk-järgult materjali, et saavutada soovitud kuju ja suurus. Treimine sobib silindriliste osade, näiteks võllide ja varrukate valmistamiseks. Treimise täpsus ja pinnakaredus sõltuvad tööriista valikust ja lõikeparameetrite seadistusest.

 

2. Freesimine

Freesimine on töötlemismeetod, mille käigus lõigatakse töödeldava detaili pinnalt materjali pöörleva tööriista abil tasaste pindade, nõgusate ja kumerate pindade, hammasrataste ja muude keeruka kujuga detailide valmistamiseks. Freesimise saab jagada tüüpideks, nagu tahvfreesimine, vertikaalne freesimine, otsfreesimine, hammasratasfreesimine ja kontuurfreesimine, kusjuures iga tüüp sobib erinevateks töötlemisvajadusteks.

 

3. Puurimine

Puurimine on töötlemismeetod, mille käigus lõigatakse töödeldavast detailist materjali pöörleva puuri abil, et moodustada vajaliku läbimõõdu ja sügavusega augud. Puurimist kasutatakse tavaliselt augu tüüpi osade, näiteks poldiaugude ja laagriaukude valmistamiseks. Puurimise täpsus ja efektiivsus sõltuvad puuriterade valikust, lõikeparameetrite seadmisest ning jahutus- ja määrimismeetmete rakendamisest.

 

4. Lihvimine

Lihvimine on töötlemismeetod, mille käigus lõigatakse või lihvitakse materjali järk-järgult töödeldava detaili pinnalt abrasiivsete tööriistade abil, et saavutada soovitud kuju, suurus ja pinna kvaliteet. Lihvimine sobib kõrgete täpsus- ja pinnakvaliteedinõuetega detailide (nt vormid, täppismehaanilised osad ja tööriistad) töötlemiseks. Lihvimise täpsus ja pinnakvaliteet sõltuvad abrasiivsete tööriistade valikust, lihvimisparameetrite seadistusest ja tooriku kinnitusviisist.

 

5. Sepistamine

Sepistamine on metallitöötlemismeetod, mis vormib kuumtöödeldud metallmaterjalid pressimise teel soovitud vormi. Sepistamine sobib keeruka kuju ja kõrgete mehaaniliste jõudlusnõuetega detailide, näiteks hammasrataste ja võllide valmistamiseks. Sepistamine võib parandada materjalide sisemist organisatsioonilist struktuuri, suurendades osade tugevust ja sitkust.

 

6. Survevalu

Survevalu on protsess, mille käigus sula plastik süstitakse vormi ja tahkutakse vajalike osade saamiseks. Survevalu sobib suurtes kogustes keeruka kujuga plastosade, näiteks mobiiltelefonide korpuste ja autode komponentide valmistamiseks. Survevalu täpsus ja pinnakvaliteet sõltuvad vormi konstruktsioonist, survevalumasina jõudlusest ja plastmaterjalide valikust.

 

 

IV Tüüpiliste vibu- ja nooleprotsesside marsruutide detailne kujundus

 

Võlli osad

 

Tavaliselt kasutatavad võlli osade materjalid on väga erinevad ja need valitakse peamiselt selliste tegurite alusel nagu tugevus, jäikus, kulumiskindlus, valmistatavus ja majanduslikud kaalutlused. Allpool on toodud mõned levinumad võlli osade materjalid ja nende omadused:

 

1. Süsinikteras

• Kvaliteetne süsinikkonstruktsiooniteras:Nagu klassid 35, 45, 50 jne, on neil terastel kõrged üldised mehaanilised omadused ja neid kasutatakse laialdaselt. Nende hulgas on 45 teras oma hea jõudluse tõttu kõige sagedamini kasutatav. Selle mehaaniliste omaduste edasiseks parandamiseks tehakse sageli normaliseerivaid või karastus- ja karastustöötlusi.
• Tavaline süsinikkonstruktsiooniteras:Nagu Q235, Q275 jne, sobivad need terased võllidele, mis kannavad suhteliselt väikest või vähem kriitilist koormust.

 

2. Legeerteras

Legeerterasel on kõrged mehaanilised omadused, kuid see on suhteliselt kallis ja seda kasutatakse tavaliselt erinõuetega võllide jaoks. Näiteks suurel kiirusel, suurel koormusel või kõrgel temperatuuril töötavates võllides kasutatakse spetsiifiliste jõudlusnõuete täitmiseks sageli legeeritud terast. Levinud legeerteraste hulka kuuluvad 20Cr, 20CrMnTi, 40CrNi, 38CrMoAlA jne, mis pärast karburiseerimist, karastamine ja muud kuumtöötlust võivad märkimisväärselt suurendada võllide kulumiskindlust, löögitugevust ja väsimustugevust.

 

3. Malm

Kõrgtugev raud:Tänu heale valamistulemusele on seda lihtne keerukatesse vormidesse valada ning sellel on hea vibratsioonisummutus ja madal pingekontsentratsiooni tundlikkus. Seda kasutatakse sageli keeruka kujuga võllide valmistamiseks. Eriti Hiinas välja töötatud haruldaste muldmetallide magneesiumist kõrgtugevat malmi on laialdaselt kasutatud oluliste võlliosade valmistamisel auto-, traktori- ja tööpinkide tööstuses tänu selle suurepärasele löögikindlusele, hõõrdumise vähendamisele ja vibratsiooni neeldumisomadustele.

 

4. Kõrge tugevusega malm

Samuti on sellel head valu- ja vibratsioonisummutavad omadused, mistõttu sobib see keeruka kujuga võllide valmistamiseks.

 

 ▲ 38CrMoAIA näide

 

 

Käigukasti osad

 

Hammasrataste materjalide valik on keeruline protsess, mis nõuab erinevate tegurite, sealhulgas koormusnõuete, kiiruse, keskkonnatingimuste, müra- ja vibratsiooninõuete ning majanduslike kaalutluste arvestamist.

 

1. Sepistatud teras

Sepistatud teras on valmistatud sepistamise teel ja sellel on tavalise terasega võrreldes paremad omadused. Sepistatud terasest hammasratastel on kõrge tugevus, kõrge kulumiskindlus ja hea löögikindlus, mis teeb neist hammasrataste valmistamisel üheks kõige sagedamini kasutatavaks materjaliks. Levinud sepistatud terasmaterjalide hulka kuulub 45 teras, mille mehaanilised omadused võivad kuumtöötlemise abil veelgi paraneda.

 

2. Valatud teras

Valatud terast kasutatakse tavaliselt suuremate hammasrataste valmistamiseks, kuna suure läbimõõduga hammasrattad ei sobi sepistamiseks. Terasest valatud hammasrattad on hea tugevuse ja sitkusega, kuid nende sisemine struktuur ei pruugi olla nii tihe kui sepistatud teras ja võib vajada nende jõudluse parandamiseks kuumtöötlust.

 

3. Legeerteras

Legeerterase valmistamiseks lisatakse tavalisele terasele teatud kogus legeerelemente, mille tulemuseks on suurem tugevus ja kõvadus. Legeerterasest hammasrattaid kasutatakse sageli rakendustes, mis kannavad suuremat koormust ja töötavad suurematel kiirustel.

 

4. Hall malm

Hallmalm on suhteliselt habras ning sellel on halb löögi- ja kulumiskindlus, kuid sellel on hea rämpsu- ja täkkevastane võime. Seetõttu kasutatakse hallmalmist hammasrattaid tavaliselt olukordades, kus töö sujub, kiirused on väikesed ja võimsus ei ole suur.

 

5. Kõrgtugev malm

Kõrgtugevat malmi töödeldakse spetsiaalse kuumtöötlemisprotsessiga, mille tulemusena jaotub grafiit oma sisestruktuuris sfäärilisel kujul, mis parandab malmi tugevust ja sitkust. Kõrgtugevast malmist hammasratastel on hea terviklik jõudlus ja need sobivad kõrgemate jõudlusnõuetega rakendusteks.

 

6. Mittemetallist materjalid

Plastid, pulbermetallid jne:Teatud eriolukordades, näiteks väikese koormuse, väikese kiiruse või müra ja vibratsiooni vähendamise vajaduse korral, võib hammasrataste valmistamiseks kasutada mittemetallilisi materjale. Need materjalid on kerged, tekitavad madalat müra ja neid on lihtne töödelda, kuid nende kandevõime ja kulumiskindlus on madalamad kui metallmaterjalidel.

 

Näiteks autodes või traktorites kasutatavad käigud.

 

▲ 20CrMnTi näide

 

Tööriista osad

 

Tööriistade materjalide valik on nende jõudluse ja eluea seisukohalt ülioluline. Tööriistamaterjalide valikul tuleb arvesse võtta erinevaid tegureid, sealhulgas tööriista otstarvet, töödeldavate materjalide omadusi, lõiketingimusi ja majanduslikke kaalutlusi. Allpool on mõned levinumad tööriistamaterjalid:

 

1. Kiirteras

 

Omadused:

• Suur tugevus ja hea sitkus, mis võimaldab teravaid lõikeservi.
• Hea töödeldavus, lihtne sepistada ja töödelda.
• Jaotatud tavaliseks kiirteraseks ja suure jõudlusega kiirteraseks. Tavalisel kiirterasel on väiksemad lõikekiirused, samas kui suure jõudlusega kiirterast toodetakse süsiniku ja vanaadiumi sisalduse suurendamise ning selliste elementide nagu koobalti ja alumiiniumi lisamisega, mille tulemuseks on suurem vastupidavus.

 

Rakendused:

• Tavaliselt kasutatakse keeruka kujuga tööriistade jaoks, nagu keerdpuurid, kraanid, hõõritsad, hammasrataste lõikurid ja vormitööriistad, mis on sageli valmistatud kiirterasest.

 

2. Tsementeeritud karbiid

 

Omadused:

• Äärmiselt kõrge kõvadus, kõvadus ulatub toatemperatuuril 74–82 HRC-ni ja kuumakindlus kuni 900–1000 kraadi, pakkudes suurepärast lõikejõudlust.
• Suured lõikekiirused, mis võivad süsinikterase lõikamisel ületada 100 m/min.
• Sellel on aga nõrk sitkus, nõrk löögi- ja vibratsioonikindlus ning servi ei ole lihtne äärmuslikuks teravuseks teritada, kehvema töödeldavuse korral.

 

Klassifikatsioon ja rakendused:

• Tsementkarbiid liigitatakse GB{0}} järgi P-, M- ja K-tüüpi. P-tüüpi kasutatakse mustade metallide pikkade laastude töötlemiseks; M-tüüpi kasutatakse mustade metallide ja värviliste metallide töötlemiseks; K-tüüp on mõeldud mustade metallide, värviliste metallide ja mittemetalliliste materjalide lühikeste laastude töötlemiseks.

 

3. Roostevaba teras

 

Omadused:

• Lihtne hooldada, tugev korrosioonikindlus, sobib kasutamiseks niiskes või söövitavas keskkonnas.
• Selle kõvadus ja teravus ei pruugi aga olla nii kõrged kui kõrge süsinikusisaldusega teras ning tavaliselt on see kallim.

 

Rakendused:

• Kasutatakse kodumajapidamises kasutatavates kööginugades, meditsiinilistes kirurgiainstrumentides ja muudes olukordades, mis nõuavad sagedast puhastamist ja hügieenihooldust.

 

4. Suure süsinikusisaldusega teras

 

Omadused:

• Kõrge kõvadus ja hea teravus, sobib täppistöötluseks ja lõikamiseks.
• Siiski on see roostevaba ning vajab regulaarset hooldust ja hooldust.

 

Rakendused:

• Kasutatakse habemenuga, välinugades ja muudes rakendustes, mis nõuavad suurt kõvadust ja teravust.

 

 

▲ Gear Pliidiplaadid

 

 

▲ Gear Hobs põhiprotsessi kirjeldus

 

 

V Järeldus

 

Tavaliste mehaaniliste osade materjalide ja töötlemismeetodite valimine on keeruline ja süstemaatiline protsess, mis nõuab mitme teguri arvessevõtmist. Materjalide valimisel peaksid valikud põhinema osade jõudlusel, töötlemisvõimalustel ja majanduslikel aspektidel; Töötlemismeetodite valimisel tuleks otsuseid langetada vastavalt detailide kujule, suurusele, pinnanõuetele ja materjalide omadustele. Materjalide ja töötlemistehnikate ratsionaalse valiku abil saab optimeerida mehaaniliste osade jõudlust, kvaliteeti ja kulutasuvust.