Общие сведения о машинах и механизмах

ЛЕКЦИЯ 1

План лекции

1.1. Введение

1.2. Задачи конструирования

1.3. Общие сведения о машинах и механизмах

КОНСТРУИРОВАТЬ [лат. construere] – создавать конструкцию чего-л.

КОНСТРУКТЙВНЫЙ - 1) относящийся к конструкции; 2) такой, который можно положить в основу чего-л., плодотворный.

КОНСТРУКТОР - 1) лицо, занимающееся созданием конструкций различных устройств (машин, механизмов, сооружений и т.п.) или их отдельных частей; 2) детская игра, представляющая собой набор деталей, из которых можно собирать разные предметы, машины, сооружения.

КОНСТРУКЦИЯ [лат. constructio] - 1) строение, устройство, взаимное расположение частей какого-л. предмета, машины, прибора, сооружения и т.п., определяющееся его назначением; 2) сооружение или его часть, характеризующиеся каким-л. признаком, напр. железобетонные, деревянные, монолитные, сборные конструкции; 3) грам. сочетание слов, выступающее в качестве одной синтаксической единицы.

ПРОЕКТ [< лат. projectus брошенный вперед] - 1) технические документы - чертежи, расчеты, макеты вновь создаваемых зданий, сооружений, машин, приборов и т. д.; 2) предварительный текст какого-л. документа и т. п.; 3) план, замысел.

ПРОЕКТИРОВАТЬ¹ - 1) составлять проект 1; 2) предполагать сделать что-л., намечать план.

ПРОЕКТИРОВАТЬ² - 1) геом. отображать какую-л. фигуру или предмет на плоскость, чертить проекцию; 2) то же, что проецировать.

Введение

Решение задачи достижения наивысшего уровня науки, техники, экономики и производства будет способствовать увеличению производительности общественного труда и уменьшению удельного расхода энергии и сырья на единицу произведенной продукции. Основной задачей машиностроения является обеспечение быстрорастущего населения Земли разного рода изделиями, необходимыми для удовлетворения самых разных его потребностей (в жилище, питании, работе, досуге, средствах обороны, здравоохранении, воспитании и образовании и др.).

Задачи конструирования

Задача конструктора состоит в создании машин, полно отвечающих потребностям народного хозяйства, дающих наибольший экономический эффект и обладающих наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями, конкурентно-способными на внутреннем и внешнем рынках.

Главными показателями являются: высокая производительность, экономичность, прочность, надежность, малые масса и металлоемкость, габариты, энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, расходы на оплату труда операторов, высокий технический ресурс и степень автоматизации, простота и безопасность обслуживания, удобство управления, сборки и разборки.

В конструкции машин необходимо соблюдать требования технической эстетики. Машины должны иметь красивый внешний вид, изящную, строгую отделку.

Значимость каждого из перечисленных факторов зависит от функционального назначения машины:

в машинах-генераторах и преобразователях энергии на первом плане стоит величина КПД, определяющего совершенство преобразования затрачиваемой энергии в полезную;

в машинах-орудиях - производительность, четкость и безотказность действия, степень автоматизации;

в металлорежущих станках - производительность, точность обработки, диапазон выполняемых операций;

в приборостроении - чувствительность, точность, стабильность показаний;

в транспортной технике, особенно в авиационной и ракетной, - малая масса конструкции, высокий КПД двигателя, обусловливающий малую массу бортового запаса топлива.

Проектируя машину, конструктор должен добиваться всемерного увеличения ее рентабельности и повышения экономического эффекта за весь период работы. Экономический эффект зависит от обширного комплекса технологических, организационно-производственных и эксплуатационных факторов. В данном курсе рассмотрены только те способы повышения экономичности, которые непосредственно связаны с конструированием и зависят от деятельности конструктора и используемых им средств конструирования.

ЛЕКЦИЯ 2

План лекции

2.1. Основные характеристики и требования, предъявляемые к машинам и механизмам

2.1. Основные характеристики и требования, предъявляемые к машинам и механизмам

Основными характеристиками машин являются: назначение и область применения, способ управления, мощность и производительность, коэффициент полезного действия, масса, габаритные размеры, стоимость и др.

Производительность машин измеряют в единицах, которые наиболее пригодны для данного оборудования. Например, производительность ткацких станков характеризуют количеством метров сотканной ткани, транспортера - массой транспортируемого груза в единицу времени и т.п.

Коэффициент полезного действия является характеристикой экономичности машин. Он показывает долю полезно реализуемой энергии и эффективность ее использования.

Массу и габаритные размеры необходимо знать для транспортирования машин и размещения их на производственных площадях.

Основные характеристики машин указывают в их техническом паспорте.

К машинам и механизмам предъявляют следующие основные требования: работоспособности; надежности; технологичности; экономичности; эргономичности.

Работоспособность. Работоспособностью называют состояние машин и механизмов, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической документацией (техническими условиями, стандартами и т. п.).

Надежность. Надежностью изделия называют свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам в условиях использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность является общей проблемой для всех отраслей машиностроения, приборостроения и других отраслей. Любая современная машина или прибор, какими бы высокими характеристиками они ни обладали, будут обесценены при ненадежной работе.

Надежность изделия зависит от необходимой нара6отки, которая может исчисляться в часах работы станка, налета самолета и т. д., в километрах пробега автомобиля, гектарах обработанной земли для сельскохозяйственной машины и т. д. Надежность зависит от всех этапов создания и эксплуатации изделий. Ошибки проектирования, погрешности в производстве, упаковке, транспортировке и эксплуатации изделия сказываются на его надежности.

Надежность изделий обуславливается их безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Безотказность – свойство сохранять работоспособность в течение заданной наработки без вынужденных перерывов. Это свойство особенно важно для машин, отказы которых связаны с опасностью для жизни людей (например, самолеты) или с перерывом в работе большого комплекса машин.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для ремонтов и технического обслуживания.

Ремонтопригодность – приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять требуемые эксплуатационные показатели после установленного срока хранения и транспортирования.

Надежность деталей машин сильно зависит от того, насколько близок режим работы деталей по напряжениям, скоростям и температурам к предельным, т.е. от запасов по основным критериям работоспособности.

Надежность в значительной степени определяется качеством изготовления, которое может изменять ресурс в несколько раз.

Надежность статически определимых механизмов при одинаковых номинальных напряжениях выше, чем статически неопределимых, что связано с меньшим влиянием технологических погрешностей, а также температурных и силовых деформаций. Например, самоустанавливающиеся конструкции, как правило, более надежным, чем несамоустанавливающиеся.

Утрата работоспособности изделий (полная или частичная) называется отказом. Отказы по своей природе могут быть связаны с разрушением деталей или их поверхностей (поломки, выкрашивание, износ, коррозия) или не связаны с разрушением (засорение каналов, ослабление соединений). Отказы бывают полные и частичные; внезапные (например, поломки) и постепенные (изнашивание, коррозия и др.); опасные для жизни человека, тяжелые и легкие; устранимые и неустранимые. По времени возникновения отказы делятся на приработочные (возникающие в первый период эксплуатации и связанные с отсутствием приработки и с попаданием в сборку дефектных элементов); отказы при нормальной эксплуатации (до проявления износовых отказов) и износовые отказы, к которым в теории надежности относят также отказы по усталости и старению.

Основным показателем безотказности является вероятность безотказной работы в течение заданного времени или заданной наработки. Экспериментально этот показатель может быть оценен как отношение числа образцов, сохранивших работоспособность, к общему числу испытанных образцов, если последнее достаточно велико.

В связи с тем, что отказ и безотказная работа взаимно противоположные события,

P(t)+Q(t)=1,

где Q(t)= - вероятность отказа за время t; f(t)- плотность вероятности отказов.

Основные показатели долговечности деталей: а) средний ресурс, т.е. средняя наработка до предельного состояния, и б) ресурс, который обеспечивается у заданного числа ( ) процентов (например, 90%) изделий, так называемый гамма – процентный ресурс.

Вероятность безотказной работы системы равна по теореме умножения вероятностей безотказной работы элементов

P (t)=P (t)P (t)…P (t).

Если

P (t)= P (t)=…= P (t), то P (t)=Р (t).

Поэтому надежность сложных систем получается низкой, например, при числе элементов n = 10 с одинаковой вероятностью безотказной работы 0,9 общая вероятность 0,9 =0,35.

В период нормальной эксплуатации машин износовые отказы еще не проявляются и надежность характеризуется внезапными отказами. Эти отказы называются неблагоприятным стечением многих обстоятельств и имеют постоянную интенсивность, не зависящую от продолжительности предшествующей эксплуатации изделия.

Технологичность. Под технологичностью понимают совокупность признаков, обеспечивающих наиболее экономичное, быстрое производительное изготовление машин применением прогрессивных методов обработки при одновременном повышении качества, точности и взаимозаменяемости частей. В понятие технологичности следует ввести также признаки, обеспечивающие наиболее производительную сборку изделия (технологичность сборки) и наиболее удобный и экономичный ремонт (технологичность ремонта).

Технологичность зависит от масштаба и типа производства. Единичное и мелкосерийное производство предъявляют к технологичности одни требования, крупносерийное и массовое - другие. Признаки технологичности специфичны для деталей различных групп изготовления.

На рисунке 2.1 показаны два примера конструктивного выполнения узлов редуктора, когда конструктор выбирает один из вариантов оценивая, в том числе, и технологичность конструкции.

В массовом производстве штампованные «крышка» и «шкив» будут при всех других равных условиях, более предпочтительны, т.к. себестоимость изготовления единицы продукции будет меньше, чем при получении деталей литьем с последующей механической обработкой. При единичном и серийном производствах оборудование и технологическая оснастка для штамповки не окупится.

Экономичность. При оценке экономичности учитывают затраты на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт.

Экономичность машин достигается за счет снижения материалоемкости, энергоемкости и трудоёмкости производства, за счет максимального коэффициента полезного действия в эксплуатации при высокой надежности; высокой специализацией производства и т. д.

Эргономичность. Совершенство и красота внешних форм машины и удобство обслуживания существенно влияют на отношение к ней со стороны обслуживающего персонала и потребителей.

Красивый внешний вид деталям, узлам и машине придают форма и внешняя отделка конструкции (декоративная полировка, окраска, нанесение гальванических покрытии и оксидных пленок и т. д.). Существенное значение имеет и влияние машин на окружающую среду.

Выполнение указанных требований обеспечивается в результате создания и совершенствования машин в процессе эксплуатации, в котором участвуют не только инженеры-конструкторы, но и инженеры-технологи, инженеры по эксплуатации и ремонту, инженеры-экономисты и другие специалисты, а также техники и рабочие, занятые в технологических процессах.

Вот почему для понимания принципа действия используемых на производстве машин, и в особенности для их совершенствования (например, с целью форсирования режимов работы, переналадки и т. п.), необходимо иметь представление о построении машин, распространенных в технике механизмах, методах их анализа и оценки надежности.

ЛЕКЦИЯ 3

План лекции

3.1. Служебное назначение технологического оборудования

3.2. Содержание технических условий на оборудование

Содержание технических условий на оборудование

Важнейший документ, отражающий служебное назначение изделия– это технические условия (ТУ). Технические условия – неотъемлемая часть технической документации на оборудование. Они должны содержатьвсе требования к оборудованию, к его изготовлению, контролю, приемке, поставке, а также те, которые нецелесообразно указывать в конструкторской или другой технической документации.

ТУ является системным документом, так как любые ТУ, т.е. ТУ на любое изделие, должны содержать следующие разделы (кроме, разумеется, вводной части):

технические требования;

правила приемки;

методы контроля (испытаний, анализа, измерений);

транспортирование и хранение;

указания по эксплуатации (применению);

гарантии поставщика.

ТУ тесно увязаны со служебным назначением изделий. Существует ГОСТ на ТУ. Это нормативный документ, обобщающий, унифицирующий и узаконивающий всю практику их разработки на самые разные изделия.

Во вводной части ТУ указывают характеристику объекта, в котором используют данную продукцию, общую характеристику или условное обозначение области применения и условий эксплуатации продукции (на открытом воздухе, в условиях влажного тропического климата, в среде осушенного трансформаторного масла и т. п.).

В разделе "Технические требования" указывают требования, "определяющие показатели качества и эксплуатационные характеристики изделия". Показатели и свойства продукции (изделий) обязательно приводятся применительно к условиям и режимам эксплуатации, а также к условиям и режимам испытаний.

Некоторые требования невозможно установить заранее, так как соответствующие показатели не могут быть выражены непосредственно, а лишь установлены при условии однозначного соблюдения каких-либо других требований (к организации производства, гигиенические требования к производственным помещениям и исполнителям, использование определенных элементов технологического процесса, материалов, покрытий, специального технологического оборудования или оснастки, длительная тренировка, обкатка, приработка, выдержка готовых изделий или материалов, рецептура и т. д.). В этом случае все эти требования должны быть также приведены в разделе "Технические требования".

В зависимости от характера и служебного назначения изделия в соответствующих ТУ должны быть предусмотрены требования к качеству, которым изделие должно соответствовать.

Термин "качество" неоднозначен. Чаще всего под качеством понимают степень соответствия заданным требованиям. Кроме того, качество это еще и совокупность разнообразных свойств, непосредственно вытекающих из специфики конкретного изделия, и им реализуемых, в нем "объединяемых". Первое качество реализуется через второе. Но это разные понятия, их не следует смешивать. В ТУ требования к "качеству" устанавливаются именно во втором смысле.

Требования к качеству устанавливаются в зависимости от служебного назначения. Они должны и могут учитывать следующие факторы:

физико-химические, механические и другие свойства, такие, как прочность, твердость, структура, шероховатость поверхности, химический состав, предельное содержание примесей, теплостойкость, термостойкость, износоустойчивость, чувствительность, точность и т. п.;

эксплуатационные показатели: производительность, скорость, коэффициент полезного действия, расход электроэнергии, топлива и масла и т. д.;

группа свойств "надежности", т.е. собственно надежность, а также долговечность, безотказность, сохраняемость и т. д.

требования к конструкции, эргономические, художественно-эстетические, органолептические, биологические, санитарно-гигиенические и другие показатели этого рода (скажем, безопасность в эксплуатации, уровень шума, помехозащищенность, усилия, требуемые для управления и обслуживания, запасы регулировки органов управления, время готовности после включения, запах, вкус, токсичность, маркировочные, защитные и другие виды покрытий и т. п.);

стабильность параметров при воздействии факторов внешней среды (климатических, механических, циклических изменений температуры, агрессивных сред и др.;

устойчивость к моющим средствам, средствам дезинфекции, средствам и условиям стерилизации, топливу, маслам; радиационная стойкость и т. д.);

особые требования, такие, как к условиям и мерам предосторожности при транспортировании, хранении, употреблении, к огне- и взрывоопасное, к срокам периодического осмотра, контроля, переконсервации и т.п.

ЛЕКЦИЯ 4

План лекции:

4.1. Организация процесса проектирования-конструирования и освоения технологического оборудования

4.2. Стадии и этапы разработки конструкторской документации

ЛЕКЦИЯ 5

План лекции

5.1. Типы, виды и комплектность конструкторских документов на проектируемое оборудование

5.2. Обозначение изделии и конструкторских документов. Классификатор ЕСКД

5.3. Система обозначения конструкторских документов

ХХХХ.ХХХХХХ.XXX XXX

Обозначение изделия
Код классификационной характеристики

Код документа от обозначения изделия точкой не отделяется и должен содержать не более четырех знаков, включая номер части документа (при ее наличии). Структура кода документов установлена ГОСТ 2.102—68, ГОСТ 2.105—70, ГОСТ 2.601—68, ГОСТ 2.602—68 и ГОСТ 2.701—84. Например:

АБВГ.ХХХХХХ.002СБ — сборочный чертеж;

АБВГ.ХХХХХХ.002ТО10—техническое описание, 11-я часть;

АБВГ.ХХХХХХ.002ЭЗ — схема электрическая принципиальная;

АБВГ.ХХХХХХ.002ПЭЗ — перечень элементов к схеме электрической принципиальной;

АБВГ.ХХХХХХ.002Э4.2 — схема электрическая соединений блока питания, 3-я схема, выпущенная в виде самостоятельного документа схемы соединений.

ЛЕКЦИЯ 6

План лекции:

6.1. Образование производных машин на базе унификации и стандартизации

6.2. Методы создания производственных унифицированных машин

Образование производных машин на базе унификации и стандартизации

Унификация представляет собой эффективный и экономичный способ создания на базе исходной модели ряда производных машин одинакового назначения, но с различными показателями мощности, производительности т. д. или машин различного назначения, выполняющих качественно другие операции, также рассчитанных на выпуск другой продукции.

Унификация. Унификация состоит в многократном применении в конструкции одних и тех же элементов, что способствует сокращению номенклатуры деталей и уменьшению стоимости изготовления, упрощению эксплуатации и ремонта машин.

Унификация конструктивных элементов позволяет сократить номенклатуру обрабатывающего, мерительного и монтажного инструмента. Унификации подвергают посадочные сопряжения (по посадочным диаметрам, посадками точности размеров), резь6овые соединения (по диаметрам, типам резьб, посадкам и точности размеров, размерам под ключ), шпоночные и шлицевые соединения (по диаметрам, формам шпонок и шлицев, посадкам и точности размеров), зубчатые зацепления (по модулям, типам зубьев и точности размеров), фаски и галтели (по размерам и типам) и т. д.

Унификация оригинальных деталей и узлов может быть внутренней (в пределах данного изделия) и внешней (заимствование деталей с иных машин данного или смежного завода).

Наибольший экономический эффект дает заимствование деталей серийно изготовляемых машин, когда детали можно получить в готовом виде. Заимствование деталей машин единичного производства, машин, снятых или подлежащих снятию с производства, а также находящихся в производстве на предприятиях других ведомств, когда получение деталей невозможно или затруднительно, имеет только одну положительную сторону: проверенность деталей опытом эксплуатации. Во многих случаях и это оправдывает унификацию.

Унификация марок и сортамента материалов, электродов, типоразмеров крепежных деталей, подшипников качения и других стандартных деталей облегчает снабжение завода-изготовителя и ремонтных предприятий материалами, стандартными покупными изделиями.

Степень унификации оценивают коэффициентом унификации К_ун, который представляют как отношение:

К_ун = Z_ун / Z ∙ 100% ,

где Z – общее число деталей изделия; Z_ун – число унифицированных деталей.

Стандартизация. Стандартизация есть регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей, узлов и агрегатов.

Почти в каждой специализированной проектной организации стандартизируют типовые для данной отрасли машиностроения детали и узлы. Стандартизация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин и при целесообразной конструкции стандартных деталей способствует увеличению надежности машин.

Стандартизация дает наибольший эффект при сокращении числа применяемых типоразмеров стандартов, т. е. при их унификации. В практике проектных организаций эта задача решается выпуском о г р а н и ч и т е л е й, содержащих минимум стандартов, удовлетворяющих потребностям проектируемого класса машин.

Преимущества стандартизации реализуются в полной мере при централизованном изготовлении стандартных изделий на специализированных заводах. Это разгружает машиностроительные заводы от трудоемкой работы изготовления стандартных изделий и упрощает снабжение ремонтных предприятий запасными частями.

Степень стандартизации оценивают коэффициентом:

К_ст = N_ст / N ∙ 100% ,

где N_ст - число стандартных деталей; N общее число деталей в изделии.

Нельзя согласиться с распространенным среди конструкторов (особенно конструкторов творческого склада) пренебрежительным отношением к стандартам. Стандартизация является существенным фактором снижения себестоимости машин и ускорения проектирования. Однако непременным условием является высокое качество стандартов, непрерывное их совершенствование.

Кроме того, применение стандартов не должно стеснять творческую инициативу конструктора и препятствовать поискам новых, более рациональных конструктивных решений. При конструировании машин не следует останавливаться перед применением новых решений в областях, охватываемых стандартами, если эти решения имеют явное преимущество.

ЛЕКЦИЯ 7

План лекции

7.1. Машиностроительные материалы. Свойства металлов.

7.2. Черные металлы.

7.3. Цветные металлы и сплавы.

7.4. Термическая и химико-термическая обработка стали.

7.5. Коррозия металлов и защитные покрытия

7.6. Неметаллические материалы.

Черные металлы

К черным металлам относятся чугуны и стали, представляющие собой сплавы железа с углеродом, в состав которых входят еще и кремний, фосфор, марганец, сера и другие элементы.

Чугун – нековкий, железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода превышает 2%. В состав его также входят кремний, марганец, фосфор, сера.

Он обладает высокими литейными свойствами, определившими область его использования в качестве конструкционного материала. Хорошо обрабатывается резанием, образуя высококачественную поверхность для узлов трения и неподвижных соединений.

В чугуне углерод содержится в свободном состоянии в виде графита или в связанном состоянии в виде карбида или цементита. Чугуны в которых углерод находится в виде графита, имеют в изломе серый цвет и крупнозернистое строение. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, имеют высокие литейные качества, относительно невысокую температуру плавления (1100 – 1200⁰С), небольшую усадку (1%) и применяются для изготовления многих деталей машин и механизмов. Эти чугуны называются серыми или литейными.

Чугуны, в которых углерод содержится только в виде химического соединения с железом, имеют в изломе белый цвет. Они плохо обрабатываются резанием и обычно используются для получения стали. Эти чугуны называются белыми или передельными.

Кроме белого и серого чугунов для отливки деталей в тракторной, автомобильной и других отраслях промышленности употребляется еще и так называемый ковкий чугун, который получается из белого чугуна специальным отжигом (томлением) его в особых нагревательных печах при температуре 950 – 1000⁰С. При этом чрезмерная хрупкость и твердость, характерные для белого чугуна, намного снижаются. Ковкий чугун, как и серый, не куется, а название «ковкий» указывает лишь на значительную его пластичность.

Для повышения прочности чугуны легируют, т.е. вводят в их состав никель, хром, молибден, медь и другие элементы (легированный чугун), а также модифицируют, т.е. добавляют к ним магний, алюминий, кальций, кремний (модифицированный чугун).

Наибольшее применение получили чугуны следующих марок:

- отливки из серого чугуна: СЧ-10, СЧ-15, СЧ-18, СЧ-20 и др. (ГОСТ 1412-79);

- отливки из ковкого чугуна: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КС37-12 и др. (ГОСТ 1215-79).

Буквы и цифры марок чугуна обозначают: СЧ – серый чугун, КЧ - ковкий чугун. Цифры после у серого чугуна указывают на предел прочности при растяжении.

Сталь – сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащий углерода не более 2%. По сравнению с чугуном сталь обладает значительно более высокими физико-механическими свойствами.

Сталь получают из передельного чугуна его переплавкой и удалением избытка углерода, кремния, марганца и других примесей и выплавляют в мартенах, электропечах и конверторах.

Сталь, выплавленная из чугуна на металлургических заводах, в виде слитков поступает в прокатные, кузнечные или прессовые цехи, где перерабатывается на фасонный и листовой прокат, а также в поковки различной формы и размеров.

Все применяемые в настоящее время стали классифицируются по следующим признакам:

- по химическому составу – углеродистая, легированная;

- по качеству – сталь обыкновенного качества, качественная, высококачественная;

- по назначению – конструкционная, инструментальная.

Углеродистая сталь широко используется в промышленности. Основной составляющей частью, определяющей ее механические и другие свойства, является углерод. Увеличение содержания углерода в стали повышает прочность и твердость, но уменьшает вязкость и делает ее более хрупкой.

В зависимости от назначения углеродистая сталь делится на конструкционную и инструментальную.

Углеродистые конструкционные стали делятся на обыкновенного качества (ГОСТ 380-78) и качественные (ГОСТ 1050-74). В зависимости от условий и степени раскисления различают спокойные стали (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). Стали обыкновенного качества маркируют буквами СТ (сталь) и цифрами 1, 2, 3, …,6 (Ст0, Ст1, Ст2 и т.д.). Чем больше это число, тем больше в ней содержится углерода. В зависимости от назначения эти стали делятся на три группы:

- группа А – стали, поставляемые по механическим свойствам без уточнения их химического состава (Ст0, Ст1кп, Ст2пс, Ст1сп, Ст2кп и др.);

- группа Б – стали, поставляемые с гарантийным химическим составом (БСт0, БСт1кп, БСт1сп, БСт2кп и др.);

- группа В – стали повышенного качества с гарантированным химическим составом и механическими свойствами (ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5),

Цифры, обозначающие марку стали, показывают среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента (например, сталь марки 45 содержит в среднем 0,45% углерода).

Низкоуглеродистые стали марок 05, 08, 10, 20, 25 применяются для малонагруженных деталей, изготовление которых связано со сваркой и штамповкой. Из среднеуглеродистых сталей марок 40, 45, 50, 55 изготавливают оси, валы, зубчатые колеса и другие детали. Высокоуглеродистые стали идут на изготовление спиральных пружин, тросов и других ответственных деталей.

Инструментальная качественная сталь обозначается буквой У, после которой ставится цифра, указывающая содержание углерода в десятых долях процента, например У7, У8, У10 и т.д.

Инструментальная высококачественная сталь содержит меньше, чем качественная, вредных примесей (серы, фосфора). Маркируют ее так же, как и качественную, но с добавлением буквы А, например У7А, У8А и т.д. Применяется инструментальная углеродистая сталь для изготовления различных инструментов (ударных, режущих, измерительных и др.).

В состав легированной стали кроме углерода входят элементы, улучшающие ее свойства. К таким элементам относятся: хром, никель, кремний, вольфрам, марганец, ванадий, кобальт и др. В зависимости от вводимых легирующих элементов стали делятся на хромистые, никелевые, кремнистые, хромоникелевые, хромованадиевые и др.

Легирующие элементы придают стали, в зависимости от ее назначения, необходимые свойства.

Хром способствует увеличению прочности стали, ее твердости и сопротивляемости износу. Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость стали, повышает ее коррозионную стойкость и прокаливаемость. Кремний при содержании его более 0.8% увеличивает прочность, твердость и упругость стали, снижая при этом ее вязкость. Марганец повышает твердость и прочность стали, улучшает ее свариваемость и прокаливаемость.

Легированная сталь по количеству введенных в нее легирующих элементов классифицируется на низколегированную (до 5% легирующих элементов), среднелегированную (от 5 до 10%) и высоколегированную (свыше 10%).

По назначению легированная сталь, как и углеродистая, подразделяются на конструкционную и инструментальную.

Легирующие элементы, введенные в состав стали, согласно стандарту, имеют следующие обозначения : Х – хром, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, Г – марганец, Т – титан, С – кремний, Н – никель, Д – медь, Ю – алюминий, Р – бор, А – азот. Высококачественную сталь обозначают с добавлением в конце маркировки буквы А.

Легированная сталь маркируется сочетанием цифр и букв. Первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы – легирующие элементы, последующие за буквами цифры - содержание в процентах этих элементов в стали. Так, марка 40Х обозначает хромистую сталь с содержанием 0,4% углерода и 1% хрома; 12ХН3А хромоникелевую сталь, содержащую около 0,12% углерода, 1% хрома и 3% никеля и т.д.

Из конструкционной легированной стали изготавливают ответственные детали машин и различные металлические конструкции. Для улучшения механических свойств детали из этой стали подвергаются термической обработке.

К конструкционным легированным сталям относятся: хромистая (15Х, 20Х, 30Х, и др.), хромованадиевая (15ХФ, 20ХФ, 40ХФА), хромокремнистая (33ХС, 38ХС, 40ХС), хромоникелевая (12ХН2, 12ХН3А и др.).

Инструментальная легированная сталь по сравнению с углеродистой обладает большой износоустойчивостью, она глубже прокаливается, обеспечивает повышенную вязкость в закаленном состоянии и менее склонна к деформациям и трещинам при закалке.

Режущие свойства легированных сталей примерно такие же, как и углеродистых, потому что у них низкая теплостойкость, равная 200 – 250⁰С.

Назначение некоторых марок легированных инструментальных сталей следующее: сталь 9ХС применяется для изготовления плашек, сверл, разверток, фрез, гребенок, метчиков; стали 11Х и 13Х – для напильников, бритвенных ножей, хирургического и гравировального инструмента; сталь ХВГ – для длинных метчиков, разверток и других инструментов.

Для изготовления режущего инструмента применяется быстрорежущая сталь, которую так назвали за высокие режущие свойства. Благодаря наличию в ее составе вольфрама и ванадия эта сталь обладает высокой теплостойкостью, красностойкостью, т. е. способностью сохранять высокие твердость и износостойкость при повышенных температурах. Основные марки быстрорежущих сталей – Р9, Р12, Р18, Р6М5, Р9К5.

Цветные металлы и сплавы

Цветные металлы широко применяются в промышленности, несмотря на сравнительно высокую их стоимость. К цветным металлам относятся: медь, алюминий, магний и др.

Медь - металл красноватого цвета, плотность 8,93 г/см³, температураплавления 1083°С. Наиболее ценные свойства меди - высокая электропроводность, пластичность, теплопроводность, повышенная коррозионная стойкость. Медь широко применяется в электропромышленности, а также для получения различных сплавов, используемых в машиностроении.

Основные марки меди: М00, МО, М1, М2, МЗ, М4.

Алюминий - легкий серебристо-белый металл, плотность 2,7 г/см³, температура плавления 658 °С. Он обладает высокой электропроводностью, хорошей пластичностью и коррозионной стойкостью, поддается обработке давлением и прокатывается в тонкую фольгу. Алюминий служит для изготовления электропроводов, посуды, фольги, а также получения многих сплавов, применяемых в промышленности. В чистом виде алюминий используется мало, так как он имеет невысокие механические свойства. Основные марки алюминия: А999, А995, А99, А97, А95.

Магний - блестящий белый металл, плотность 17,4 г/см³, температура плавления 650°С. Магний употребляется для получения легких сплавов, обладающих высокими механическими свойствами (сплавы с алюминием, марганцем, цинком). Основные марки магния: Мг1, Мг2.

Цветные сплавы.Как уже было сказано ранее, цветные металлы (медь, алюминий, магний и пр.) в чистом виде имеют ограниченное применение. Для улучшения их механических, технологических и других свойств из цветных металлов готовят разл