Бөлшектерді және машиналарды жобалауда қолданылатын материалдар

10. Бөлшектерді және машиналарды жобалауда қолданылатын материалдар.

Машина бөлшектерін таңдау жоба жасаудың ең жауапты кезеңі болып табылады. Материалдарды таңдағанда мынандай негізгі жағдайларды ескерген жөн:

1. 
   Материалдың негізгі қасиеті бөлщектің жұмыс істеу қабілетіне сәйкес келуі керек (беріктік, қатаңдық, тозуға төзімділік және т.б.).
   
2. 
   Материалдың қасиеті бөлшектердің және машинаның салмағы мен габарит өлшемдеріне қойылатын талаптарға сәйкес болуы қажет.
   
3. 
   Жұмыс істеу шарттарын мысалы, тоққа, ыстыққа, жануға төзімділігін, электр тогын өткізбеу, фрикциялық қасиеттерін және т.б. ескерген жөн.
   
4. 
   Бөлшектердің жасалу технологиясын, мысалы, станокта өңдеу, штамптау (сығымдау), пісіру, құю және т.б. ескерген жөн.
   
5. 
   Сирек кездесетін материал және оның құнын ескеру.Материал құны автомобиль жасау өнеркәсібінде 65-70% болса, жүк көтергіш машиналарда 70-75 %-ке жетеді. Машина жасауға арналған негізгі материалдарға шойын, болат, түсті қорытпа және металл емес материалдар жатады.
   

Ақ шойын мынандай жерлерде:

1. 
   Тозуға жұмыс істейтін бөлшектерде (тежеу қалыптарды,ұсақтағыш машиналардың және сұйық айдайтын абразивті насостардың тетіктері);
   
2. 
   Жалында және жоғары температурада жұмыс істейтін бөлшектерді (оттық және т.б.);
   
3. 
   Химиялық әсерге ұщырайтын бөлшектерде (қазандар, мырыш қорытатын аппаратура және химия өндірісіндегі арматуралар) қолданылады.
   

Созылғыш шойыннан сұр шойынсияқты дайындамалар тек құю арқылы жасалады. Созылғыш шойын қысым арқылы өңделмей ді, сондықтан “Созылғыш шойын” деп шартты түрде аталады. Созылғыш шойын бас әріптермен (КЧ) , созылу беріктік шегі кг/мм²-мен және соған сәйкес процентпен алынған салыстырмалы ұзаруымен белгіленеді. Мысалы, КЧ 45-6 сзылу беріктік шегі 45кг/мм² және бұзылғандағы салыстырмалы ұзаруы 6 процент созылғыш шойын екендігін көрсетеді.

Металдарды сынған кездегі (кесігі) қимасының түсіне байланысты сұр шойын мен ақ шойын деп атаған, ал соғылғыш шойынның атауы - шартты. Шойын дайындамалар құю арқылы әзірленеді, олар қысыммен өңделмейді.

Болаттар

Болат деп, құрамында 2%-тен аспайтын көміртегі және табиғи немесе әдейі қосылатын темір (құрамында марганец, кремний, хром, натрий , молибден, ванадий т.с. бар) қорытпасын айтады.

Болат бөлшектерді құю арқылы да, қысым(прокаттау, соғу , штамптау) арқылы да дайындауға болады Сондықтан өндісте болаттың сан алуан түрлері кездеседі. Сол болаттарды қасиеттеріне, пайдалану және қорыту әдістеріне байланысты бірнеше түрге бөлуге болады.

1. 
   Болаттар қорыту әдістеріне байланысты конвертрлі, мартенді және электрлі болып бөлінеді. Бізге белгілі конвертер пештерінде болаттар Бессемер не Томас әдісімен қортылады.Сондықтан кейбір болаттарды әріптік белгісі, олардың қортылу әдістерін көрсетеді, мысалы, БСт3 немесе МСт0 т.б.
   
2. 
   Пайдалану жағынан болаттар мынандай түрлерге бөлінеді:
   

б) машина жасау өнеркәсібінде қолданылатын болаттар деп те айтады. Машина бөлшектері көбінесе болаттардың осы түрінен жасалады.Болаттардың түрлері мен қасиеті төменде ерекше көрсетілген;

в) құрал-саймандық болаттар;

г)арнаулы қасиеті бар болаттар; тот баспайтын, тозбайтын немесе тозуға төзімді, ыстық пен жылуға төзімді, магнитті т.б.

Болаттардың шойыннан мынадай артықшылықтары бар:

1. 
   Болаттардың механикалық қасиеті және айнымалы күштерге жұмыс істеу қабілеттігі жоғары.
   
2. 
   Болаттарды кез келген әдіспен өңдеуге болады, ал шойындар морт сынғыш келетін болғандықтан, оларды сығыммен өңдеуге (штамптауға) болмайды.
   
3. 
   Қыздыру және химиялық әдістермен өңдеу арқылы болаттардың механикалық қасиетін өзімізге қажетті күйге өзгерте аламыз.Міне осындай артықшылықтары болғандықтан болаттар машина жасау өнеркәсібінде көп қолданылады.Болаттардың негізгі кемшілігі- бұлардан жасалған бұйымдардың (бөлшектердің) құю технологиясы шойынға қарағанда қымбатқа түседі.
   

Көміртекті болаттар.Бұл болаттың құрамында көміртегіден басқа марганец болады және сол марганецтің мөлшеріне байланысты оларды орташа және жоғары мөлшерлі марганецті деп бөледі.

Қарапайым сапалы көміртекті болаттардың тек қана не механикалық қасиеті (1 топтағы болаттар) , не химиялық құрамы (II топтағы) шектеледі. Бұл жағдайда болат қорытушы заводтар не механикалық қасиетіне, не химиялық құрамына ғана куә бола алады.

Болаттардың өрнегі олардың қандай әдіспен өндірілгенін көрсетеді.Мысалы, “БСт3” Бессемер әдісімен қорытылған болаттар, ал “Ст0”-Мартен әдісімен қорытылған болаттар.Таңбадан кейінгі санды жүзге бөлсек, ол сан болат құрамындағы көміртегінің проценттік мөлшерін көрсетеді. Мысалы, БСт3 болат құрамында 0,03% көміртегі болады. Сапалы көміртегі болаттар үшін завод механикалық қасиетіне де химиялық құрамына да куә бола алады. Сонымен қатар құюғ арналған айрықша болаттарды айта кеткен жөн.

Құйманың үш түрі стандартталған:

I- жай(қарапайым) сапалы құйма;

II- жоғары сапалы құйма;

III- арнаулы сапалы құйма.

Құйма болаттарының құрылымы нашар және сипаттамасы төмен болып келеді. Олар қысыммен және кесу жолымен нашар өңделеді.

Арнаулы сапалы болаттар механикалық қасиеттеріне байланысты қолданылады. Қарапайым сапалы болаттар неғұрлым көлемді бөлшектерді, қыздырмай немесе суытпай өңделетін бөлшектерді (металл конструкциялар және басқа резервуарлар дайындалады) және бекіткіш бөлшектер жасау үшін (қайырма шеге, бұранда, гайка жасауда) қолданылады.

Шынықтырылмайтын бөлшектерден жұмыс істеу қабілеттілігіне қарай қаттылығы әр түрлі материалдар жасалуы шарт. Машина жасауға арналған сапалы көміртекті болаттардан бөлшектерді қыздырып өңдегенде, олардың кернеуі және габариті орташа дәрежеде болуы шарт. Құрамында марганец қоспасы көп көміртекті болаттар бөлшектердің беріктігі және тозуға төзімділігін, сонымен қатар үлкен бөлшектердің қыздыруға төзімділігін арттырады.

Құрамында күкірт көп көміртекті болаттар металдар қорытатын автомат станоктарда беті таза бөлшектерді өңдеу үшін қолданылады. Мұндай болаттарды автоматты болаттар деп атайды.

Легирленген болаттар. Легирленген болат деп, оның механикалық қасиеттерін (беріктігін, тозуға төзімділігін, жұмыс істеу қабылеттілігін) жоғарылату үшін құрамына түрлі қоспалар қосылған болаттарды айтады (МЕСТ 4543-71).

Легирленген болаттар қосымша мынандай әріптермен белгілінеді және олар негізгі қоспаларді көрсетеді: В – вольфрам, Г – марганец, М – молибден, Н – никель, Р – бор, С – кремни, Т – титан, Х – хром, Ф – ванади, Ю – алюминий. Өрнектердің соңындағы сандар қосымша элементтердің проценттік құрамын көрсетеді. Егер проценті бірден кем немесе бірге жуық болса, онда санмен көрсетілмейді. Жоғары сапалы лигерленген болат қосымша “А” әріпімен де белгіленеді. Мысалы, 12ХН3А маркасы – болаттын жоғары сапалы, хромникелді, құрамында 0,12 % көміртегі, 1% -тей хром және 3 % никель бар екенін көрсетеді.

Конструкциялық көміртекті және легирленген болаттарды құрамындағы көміртекті мөлшеріне және қыздырып өңдеу қабілеттілігіне қарай мынадай топтарға: төмен көміртекті, орташа көміртекті және жоғары көміртекті деп бөлуге болады. Егер болаттар құрамында көміртегінің мөлшері 0,25 %-тен кем болса, онда олар төменгі көміртекті 0,25-0,6 % болса - орташа, ал 0,6-тен жоғары болса, жоғары көміртекті болат деп аталады. Төмен көміртекті болаттар жақсы цементтелінеді, ал орташа көміртекті болаттар - жақсы шынығады, жақсарады, сондықтан олар машина өнеркәсібінде кеңінен қолданылады.Жоғары көміртекті болаттарды шынықтырғанда серпімділігі мен қаттылығы артады, осыны ескере отырып, олар серіппе немесе домалау подшипниктерін жасауға қолданылады.

Легирленген қоспа болаттар беріктігіне және басқа қасиеттеріне қарай қолданылады (ыстыққа,тоттануға берік және қыздырып өңделеді).

Сапалы көміртекті және легирленген болаттар бөлшектерді шынықтыру үшін қолданылады. Подшипниктердің сақиналары мен шестерниялардың тістері болат бетінің мейлінше қатты болуын талап етеді. Тозуға жұмыс істейтін бөлшектердің түзу бойымен немесе бір нүктеде жанасуы өндірісте көп байқалады. Сонымен қатар легирленген болаттар бөлшектерге қосымша беріктік бнру үшін де қолданылады.

Қатты қорытпалар

1907 жылы Америкада қымбатқа түсетін элементтерден вольфрам мен кобальттан тұратын қатты қорытпа - “Стеллит” (Co 40…60%, W – 5…25%, Cr – 13…35%, C1.5…3%) пайда болады. “Стеллиттің” балқу температурасы өте жоғары емес (1200 ⁰С - 1300⁰С), ол жылжуға төзімді бөлшектер мен құрал-саймандар жасау үшін қолданылады. Қатты қорытпадан жасалған құрал-саймандардың кесу жылдамдығын 1,5-2 екі есеге дейін арттырады.

1914 жылы Германияда қаттылығы жағынан алмасқа жақын (W-95%,Co-5%) “Воломин” деп аталатын қорытпа табылады.

Қазіргі кезде біздің елімізде “Сормайт”, “Победит” және ВК3,ВК6,ВК8,ВК15 маркалы қорытпалар қолданылады. “Сормайттың” құрамында C –2%, Cr –17.5%, N –2.5%, Mn –1%, Si –2%, Fe –75%.“Сормайт” шынықтырып, босаңсытқаннан кейін мейінше қатайып кетеді.

1. 
   Ұнтақ күйіндегі вольфрам күйемен араластырып 1400 ⁰С температураға дейін сутегі немесе көмірқышқыл газында қыздырылады, осының нәтижесінде вольфрам карбиді алынады.
   
2. 
   Алынған вольфрам карбиді 1…2мк дейін ұнтақталады.
   
3. 
   Белгілі бір арасалмақ сақтала отырып, кобальт ұнтағымен (Co) араластырады.
   
4. 
   500…200 Па-ға дейінгі атмосфералық қысыммен престеледі.
   
5. 
   Сутегінде 1400⁰С…1450 ⁰С температурада қыздырылады, осының нәтижесінде көлемі 20 %-ке дейін кішірейіп, қаттылығы 76-HRC-ке дейін жетеді, ал кесу жылдамдығы 2-3 есе артады.
   

Машина жасау өнеркәсібінде түсті металдар таза күйінде қолданылмайды, себебі олардың беріктігі шамалы және жұмсақ келеді.Сондықтан іс жүзінде таза металдардың әр түрлі қорытпасы пайдаланылады.

Сонымен бұдан былай түсті металдар дегенде олардың таза күйін емес, қорытпасын түсінуіміз керек. Неғұрлым көп қолданылатын түсті металдарға мыс, мырыш, қорғасын, алюминий, магний қорытпалары жатады. Атап айтқанда жез, қола, дюралюминийй, баббит және тағы басқалар. Бұлар қара металдарға қарағанда біршама қымбат және жеңіл, үйкеліске төзімді және тоттанбайды.

Қолалар. Машина жасау өнеркәсібінде мыстың екі түрлі қорытпасы жез бен қола қолданылады. Жез деп мыс пен мырыш қорытпасын айтады. Олардың құрамында мырыш мөлшері 50 %-ке дейін болуы мүмкін. Ал мыстың басқа қорытпасының барлығы қолаға жатады. Қоланың құрамында мырыштан басқа сан алуан қоспалар болуы мүмкін(18.4- кесте).

Түсті металдардың құрамын олардың белгісі арқылы ажыратуға болады. Бр. ОФ-10-1 деген белгіні - құрамында қалайы 10 %, фосфор 1%-ке жуық деп түсіну керек. 18.4- кестеде әріп белгілері былай түсіндіріледі: Ж-темір, А – алюминий, Н –никель, Ц –мырыш т.с.с.

Осылардың ішіндегі қалайы мен қола қоспасынан көптеген бағалы заттар жасалады. Сондықтан бұл қоспа түсті металдар құрамынан ерекше орын алады. Сол сияқты осы металдар қатарындағы қорғасын мен қола қоспасы қатты болғандықтан, бұл қоспадан подшипниктер жасалады.

Енді осы металдардың химиялық кристалдану прцесіне назар аударайық. Кристалдану деп, металдардың сұйық күйден қатты күйге айлану процесін айтады. Осы процесс кезінде қорытпаның құрамында қалайы болмаса, бұл жағдайда құйма нашар құйылады немесе құйылған қорытпаның ішкі құрылысында ақ дақтар пайда болады (ликвацияға ұшырайды).

Жездің басқа түсті металдардан ерекшелігі мынадай : олар антифрикциялы, электр зарядын өткізгіш, өте берік және тоттанбайды. Ол өте оңай құйылады, сондықтан құйылу сапасы жоғары және қысыммен де өңдеуге болады.

Жездің тұтқырлық қасиеті жоғары, егер осы қасиеті болмаса, оны жылдам кесуге болар еді, ал кесілген беті таза өңделеді. Сондықтан өнерксіпте жез кеңінен қолданылады. Жезден турбалар, гильзалар, өткізгіштер, арматуралар, фрикциялы тораптар, приборлар, электр аппараттары жасалады. Жез “Л” әріпімен белгіленеді, ал одан кейінгі сан қосылыс компоненттерінің мөлшерін көрсетеді. Мысалы ЛК80-3 деп белгіленген жез құрамында 80 % мыс және 3% кремний бар екенін көреміз.

Машина жасау өнеркәсібінде күрделі жездер өзге түсті металдарға қарағанда көбірек қолданылады (2.5-кесте). Осы қорытпалардың құрамындағы қорғасын мен кремний мөлшері артқан сайын олардың антифрикциялық қасиеттері де жақсара түседі. Ал жалпы марганец, никель, кремний көбейген сайын қорытпаның механикалық және тоттанбаушылық қасиеттері күшейеді. Сонымен бірге, қорытпа құрамында алюминий мен темір көбейсе, оның беріктігі артады.Осы элементтер қосылыстары қорытпаның тоттануға беріктігін жақсартады.ЛСК, ЛМЦС және ЛАЖМЦ маркалы жездерден соғу, штамптау, құю арқылы әр түрлі бөлшектер жасалады. Бұл жездердің үйкеліске төзімділік қасиеті жоғары.

Баббиттер”Б” әріпімен белгінеді, ал құрамында элементтер Н- никель, К- кальций, С- сурьма болып белгінеді.

Баббиттер мынадай топтарға бөлінеді (18.5-кесте).

1. 
   Құрамында қалайының мөлшері көп баббиттер деп, қалайының сурьмамен және мыспен қоспасын айтамыз. Осы қоспаның құрамында қалайы 70 %-тен асады. Баббиттер мынадай маркалары бар: Б83, Б89, Б91, Б93 және т.б.
   
2. 
   Қорғасын-қалайылы баббит. Олардың құрамында 5%-тен 20%-ке дейін қалайы, 15%-ке жуық сурьма және 65%-тен 70%-тей қорғасын (Б16,БН,БТ) болады.
   

Толықтырғыштар, яғни ағаш ұнтағы, мақта қалдығы, қағаз, қағаз-мақта матасы, асбест, графит, шыны және т.б. негізінен пластмассаның механикалық, антифрикциялық, фрикциялық, электр өткізбеуіштік қасиетін жақсарту үшін қолданылады.

Байланыстырушы шайырдың химиялық – физикалық қасиеттеріне қарай пластмассаны қыздыру кезінде термореактивті және термопластикалық деп екіге бөледі.

Жылу және қысым арқылы әсер етудің бірінші кезеңінде жаңа қасиеттерге ие болып пластикалық күйге қайта ауыспайтын пластмассалар термореактивті пластмассалар деп аталады.

Қыздыру кезінде пластикалық күйге химиялық реакциясынсыз-ақ ауысатын пластмассалар термопластикалық деп аталады. Мұндай пластмассаларды ыстық күйде бірнеше рет әр түрлі пішінге келтіруге болады.

Толықтырғыштың материалына байланысты пластмассалар толықтырғыштары композиция және қабатты болып бөлінеді.

Пластмасса жасау үшін шайырға ұнтақ талшық пластика күйіндегі толықтырғыш заттар қосылады. Бұл заттар пластмассаның механикалық қасиетін жақсартып, өзіндік, құнын кемітеді. Пластмасса салмағының 60 – 70 % - ті толықтырғыштар үлесіне тиеді. Сондай – ақ олардың құрамына күрделі эфирлер де кіреді. Пластмассаның түсін өзгерту үшін әр түрлі органиқалық заттар қосылады.

Пластмассалардың машина жасау өнеркәсібінде кеңінен қолданылатын себебі, оның меншікті салмағы аз, механиқалық беріктігі қанағаттанарлықтай, антифрикциялық қасиеті жоғары, шу және дірілі аз, сондай – ақ одан жасалатын машина бөлшектері әлдеқайда жеңіл, әрі арзанға түседі. Машина құрастыруда мына пластмассалар көп қолданылады: фенопласт, аминопласт, винипласт, этиленпласт, фторпласт, акрилпласт, шыныпласт.

Волокнит (толықтырғышы – талшық, мақта қалдығы ж. т. б.) машина бөлшегінің күш аз түсетін жерінде қолданылады.

Асбоволокниттің(толықтырғышы – асбесті талшық) – жылу тұрақтылығы және фрикциялық қасиеті жоғары. Ол тежеуші бөлшектерінде, фрициялық муфталарда, электро машиналардың колекторларын жасауды қолданылады.

Шыны волокнит (толықтырғышы – шыны талқыш) – кәдімгі волокнитке қарағанда берік, диэлекторлық қасиеті жоғары және ылғаклды тұрақты қасиеті бар.

Қабаты фенопластар текстолит, шыны текстолит, гетинакс, абсотекстолит болып бөлінеді.

Текстолит (толықтырғышы – қағаз-мақталы мата) - өте берік, қызуға төзімді, диэлектрлік қасиеті жоғары антифрициялық материал. Текстолит тісті, червякті дөңгелектерді дайындауда, подшипник астарларын, электротехникалық бөлшектерді дайындауда қолданылады. Шыны текстолит (толықтырғышы – шыны, мата) - өте берік келеді, жылу тұрақтылығы және диэлектрикалық қасиеті бар. Бұл механикалық беріктігі және жылу тұрақтылығы жоғары электр өткізбейтін бөлшектерде қолданылады.

10.1. БЕРІЛІСТЕР

1. Машина қозғалқыштарының айналу жылдамдығы өте жоғары, ал іс жүзінде машина қызметі әр түрлі жылдамдықты қозғалыспен байланысты. Егер қозғалтқыштардың айналу жылдамдығын төмендетсек, олардың габариттік мөлшері ұлғайып, бағасы қымбаттайды.

2. Берілістердің көмегімен жылдамдықты төмендетіп, сәйкесінше күш моментінің шамасын жоғарылатуға болады. Энергияның сақталу заңы бойынша берілістердің пайдалы әсер коэффициентін еркесмесек, жылдамдықтықанша рет кемітсек, күш моментін сонша рет жоғарылатамыз. Ал бұл жағдай іс жүзінде барлық машиналарда пайдаланылады.

3. Берілістер айнымалы қозғалысты түзу сызықты қозғалысқа айналдыру үшін және машинаның жұмыс істейтін тетіктерінің жылдамдығын өзгерту үшін де қолданылады. Сондай – ақ олар бір қозғалтқыштан бірнеше механизмдерге қозғалыс беру үшін пайдалыналады. Берілістер механикалық, пневматикалық және гидравликалық болып бөлінеді.

Машина бөлшектері курсында тек айнымалы қозғалысты беретін механикалық берілістер қарастырылады және оларды бұдан былай жай берілістер деп атаймыз.

Гидравликалық, пневматикалық және тағы басқа берілістер жайында арнаулы оқулықтарда жазылған.

Біз қарастырып отырған берілістер жұмыс істеу негізіне байланысты қозғалыс пен құат айналмалы денелерлің өзара тікелей жанасуы арқылы және оларды жалғастыратын үшінші иілгіш бөлшектін көмегімен берілетін болып екіге бөлінеді. Бірінші топқа фрикциялық, тісті және червякты берістілер, ал екіншісіне белдікті, шынжырлы берілістер жатады. Осы аты аталған берілістерге тоқталудан бұрын оладың негізгі көрсеткіштерімен таныса кеткен жөн.

Берілістердің негізгі көрсеткіштері

Барлық берілістердің негізгі көрсеткіштері – олардың құаты мен жылдамдық шамасы, беріліс саны мен пайдалы әсер коэффициенті.

Осы сызықтық жылдамдық векторынын бойымен шеңберге жанама (радиусқа перпендикуляр) әсер ететін күшті шеңберлік күш деп атаймыз. Оның құат және сызықтық жылдамдықпен арасындағы байланысын төмендегіше өрнектеуге болады:

P = F_tυ (Вт),
Мұндағы F_t - шеңберлік күш, Н; υ – сызықтық жылдамдық, м/с.

Егер білікке әсер ететін күш моменті белгілі болса, онда шеңберлік күш: