Стойкость к тепловым воздействиям

Ра­бота ма­шины соп­ро­вож­да­ет­ся теп­ло­выде­лени­ем, ко­торое обус­ловле­но ра­бочим про­цес­сом ма­шин и тре­ни­ем в их ме­ханиз­мах. Теп­ло­выде­ление, свя­зан­ное с ра­бочим про­цес­сом, осо­бен­но ин­тенсив­но у теп­ло­вых дви­гате­лей, элек­три­чес­ких ма­шин, ли­тейных ма­шин и ма­шин для го­рячей об­ра­бот­ки ма­тери­алов.

В ре­зульта­те теп­ло­вого воз­действия воз­ни­ка­ют тем­пе­ратур­ные де­фор­ма­ции, ко­торые мо­гут от­ри­цательно вли­ять на ра­ботос­по­соб­ность ма­шин:

• по­нижать за­щит­ную спо­соб­ность мас­ля­ного слоя на тру­щих­ся по­вер­хнос­тях и, сле­дова­тельно, вы­зывать по­вышен­ное из­на­шива­ние или за­еда­ние;
• из­ме­нять за­зоры в под­вижных со­еди­нени­ях;
• по­нижать точ­ность ма­шин (нап­ри­мер, в ме­тал­ло­режу­щих стан­ках в ре­зульта­те наг­ре­ва пе­ред­ней опо­ры шпин­де­ля мо­жет про­изойти от­кло­нение его оси, что при­ведет к сни­жению точ­ности об­ра­бот­ки).

Тем­пе­ратур­ные де­фор­ма­ции уз­лов ма­шин мож­но рас­счи­тать, ес­ли из­вес­тны тем­пе­ратур­ные по­ля в де­талях ма­шины.

При экс­плу­ата­ции ме­тал­ло­режу­щих стан­ков, кон­трольно-из­ме­рительных ма­шин и дру­гого пре­цизи­он­но­го обо­рудо­вания при­меня­ют сле­ду­ющие ме­тоды борьбы с тем­пе­ратур­ны­ми де­фор­ма­ци­ями:

• вы­нос ме­ханиз­мов с теп­ло­выде­лени­ем за пре­делы тех­но­логи­чес­ко­го обо­рудо­вания (нап­ри­мер, гид­ростан­ций и гид­ро­сис­тем);
• ис­пользо­вание сма­зоч­но-ох­лажда­ющей жид­кости (СОЖ) в зо­не ре­зания ме­тал­ло­режу­щих стан­ков;
• при­нуди­тельное ох­лажде­ние уз­лов;
• соз­да­ние тер­мо­кон­стантных це­хов, в ко­торых под­держи­ва­ет­ся пос­то­ян­ная тем­пе­рату­ра;
• вы­рав­ни­вание тем­пе­ратур­но­го по­ля пу­тем ис­кусс­твен­но­го по­дог­ре­ва или ох­лажде­ния от­дельных уз­лов;
• ав­то­мати­чес­кая ком­пенса­ция тем­пе­ратур­ных де­фор­ма­ций — при­мене­ние кор­рекци­он­ных ли­не­ек, ис­пользо­вание пре­дыс­ка­жения прог­раммы в стан­ках с ЧПУ.

Виброустойчивость

Виб­ро­ус­тойчи­вость — спо­соб­ность конс­трук­ций ра­ботать в за­дан­ном ди­апа­зоне без не­допус­ти­мых ко­леба­ний.

В свя­зи с уве­личе­ни­ем ско­рос­тей ма­шин ко­леба­ния ста­новят­ся все бо­лее опас­ны­ми. Ес­ли час­то­та собс­твен­ных ко­леба­ний уз­лов ма­шины сов­па­дет с час­то­той вы­нуж­денных ко­леба­ний, нас­ту­пит ре­зонанс. Это са­мое опас­ное сос­то­яние ма­шины в це­лом, так как мо­жет про­изойти раз­ру­шение. Виб­ра­ции так­же не­жела­тельны. В ме­тал­ло­режу­щем стан­ке, нап­ри­мер, виб­ра­ции ухуд­ша­ют об­ра­баты­ва­емую по­вер­хность, уменьша­ют дол­го­веч­ность стан­ка, ог­ра­ничи­ва­ют его тех­но­логи­чес­кие воз­можнос­ти. В ма­шинах в ос­новном наб­лю­да­ют­ся вы­нуж­денные, па­рамет­ри­чес­кие ко­леба­ния и ав­то­коле­бания.

Вы­нуж­денные ко­леба­ния воз­ни­ка­ют под действи­ем внеш­ней пе­ри­оди­чес­ки из­ме­ня­ющейся си­лы по сле­ду­ющим при­чинам:

• дис­ба­ланс вра­ща­ющих­ся де­талей (нап­ри­мер, ро­тора элек­трод­ви­гате­ля);
• ошиб­ки в ша­ге зуб­ча­тых ко­лес (вход в за­цеп­ле­ние бу­дет соп­ро­вож­даться уда­ром);
• на­личие пре­рывис­той си­лы ре­зания при фре­зеро­вании, дол­бле­нии, за­тыло­вании, про­тяги­вании;
• на­личие внеш­них ис­точни­ков ко­леба­ний.

Па­рамет­ри­чес­кие ко­леба­ния воз­ни­ка­ют при на­личии ка­кого-ли­бо пе­ремен­но­го па­рамет­ра, нап­ри­мер мо­мен­та инер­ции по­переч­но­го се­чения. Пред­по­ложим, что на вра­ща­ющийся вал действу­ет пос­то­ян­ная си­ла. Ес­ли по­переч­ное се­чение ва­ла — ок­ружность, у ко­торой мо­мен­ты инер­ции от­но­сительно всех осей оди­нако­вые, то ни­каких ко­леба­ний не воз­ни­ка­ет. Ес­ли же в по­переч­ном се­чении име­ет­ся пря­мо­угольник (так вы­пол­не­на у ва­ла мо­жет быть и внут­ренняя по­лость), то вал под действи­ем пос­то­ян­ной си­лы бу­дет про­гибаться по-раз­но­му, так как мо­мен­ты инер­ции у пря­мо­угольни­ка от­но­сительно вза­им­но-пер­пенди­куляр­ных осей раз­личны.

Ав­то­коле­бания, или не­зату­ха­ющие са­мопод­держи­ва­ющие ко­леба­ния, ха­рак­те­ризу­ют­ся тем, что воз­му­ща­ющие си­лы воз­ни­ка­ют в са­мом про­цес­се ко­леба­ния. При ав­то­коле­бательном про­цес­се в слу­чае прек­ра­щения ко­леба­ний сис­те­мы пе­рес­та­ют су­щес­тво­вать пе­ремен­ные си­лы, под­держи­ва­ющие эти ко­леба­ния. При­мером мо­гут слу­жить ав­то­коле­бания при тре­нии (фрик­ци­он­ные ко­леба­ния при мед­ленном пе­реме­щении сто­лов, суп­портов стан­ка по нап­равля­ющим скольже­ния). При­чиной этих ко­леба­ний яв­ля­ет­ся пе­ремен­ность си­лы тре­ния в за­виси­мос­ти от из­ме­нения ско­рос­тей. Дру­гим при­мером ав­то­коле­баний яв­ля­ют­ся са­мовоз­бужда­ющи­еся ко­леба­ния в ме­тал­ло­режу­щих стан­ках при ре­зании.

По­выше­ние жес­ткос­ти уз­лов ма­шины спо­собс­тву­ет сни­жению ав­то­коле­баний. Ко­леба­ния ча­ще все­го соп­ро­вож­да­ют­ся шу­мом, ко­торый свя­зан с со­уда­рени­ем дви­жущих­ся де­талей. Нап­ри­мер, пог­решнос­ти ша­га и про­филя зубьев зуб­ча­тых ко­лес при­водят к со­уда­рению при вхо­де в за­цеп­ле­ние. По­вышен­ный уро­вень шу­ма уве­личи­ва­ет утом­ля­емость пер­со­нала и, сле­дова­тельно, вре­ден для здо­ровья. Уро­вень шу­ма из­ме­ря­ет­ся в де­цибе­лах (дБ), его пре­дельное зна­чение ог­ра­ничи­ва­ет­ся са­нитар­ны­ми нор­ма­ми.

Ос­новные ме­ры борьбы с шу­мом: по­выше­ние точ­ности и чис­то­ты об­ра­бот­ки, уменьше­ние си­лы уда­ра конс­трук­тивны­ми ме­тода­ми, при­мене­ние дем­пфе­ров и ма­тери­алов с по­вышен­ным внут­ренним тре­ни­ем.

Надежность

Проб­ле­ма на­деж­ности яв­ля­ет­ся од­ной из ос­новных в ма­шинос­тро­ении.

Свойство из­де­лия сох­ра­нять ра­ботос­по­соб­ность в те­чение за­дан­но­го про­межут­ка вре­мени, обус­ловлен­ное бе­зот­казностью и дол­го­веч­ностью из­де­лий, на­зыва­ет­ся на­деж­ностью.

Из­вес­тный ави­аконс­трук­тор А. Н. Ту­полев го­ворил: «Чем дальше от дос­ки конс­трук­то­ра об­на­ружи­ва­ет­ся не­надеж­ность, тем она до­роже об­хо­дит­ся». Не­надеж­ная ма­шина не смо­жет эф­фектив­но фун­кци­они­ровать, так как каж­дая ее ос­та­нов­ка из-за пов­режде­ния от­дельных эле­мен­тов или сни­жения тех­ни­чес­ких ха­рак­те­рис­тик ни­же до­пус­ти­мого уров­ня вле­чет за со­бой ма­тери­альные убыт­ки, а в от­дельных слу­ча­ях и ка­тас­тро­фичес­кие пос­ледс­твия.

Из-за не­дос­та­точ­ной на­деж­ности про­мыш­ленность не­сет ог­ромные по­тери. Так, за весь пе­ри­од экс­плу­ата­ции зат­ра­ты на ре­монт и тех­ни­чес­кое об­слу­жива­ние ма­шин в свя­зи с их из­на­шива­ни­ем в нес­колько раз пре­выша­ют сто­имость но­вой ма­шины: для ав­то­моби­лей — до 6 раз, для са­моле­тов — до 5, для стан­ков — до 8, для ра­ди­отех­ни­чес­кой ап­па­рату­ры — до 12 раз. Из-за кор­ро­зии еже­год­но те­ря­ет­ся до 10% вып­лавля­емо­го ме­тал­ла.

На­деж­ность зак­ла­дыва­ет­ся при про­ек­ти­рова­нии и рас­че­те ма­шины. При из­го­тов­ле­нии ма­шины на­деж­ность обес­пе­чива­ет­ся; она за­висит от ка­чес­тва из­го­тов­ленных де­талей, ка­чес­тва сбор­ки уз­лов ма­шины, ме­тодов кон­тро­ля и ис­пы­тания го­товой про­дук­ции и дру­гих по­каза­телей тех­но­логи­чес­ко­го про­цес­са. При экс­плу­ата­ции ма­шины ре­али­зу­ет­ся ее на­деж­ность.

По­каза­тели бе­зот­казнос­ти и дол­го­веч­ности про­яв­ля­ют­ся только при экс­плу­ата­ции, за­висят от ус­ло­вий ис­пользо­вания ма­шины, сис­те­мы ее ре­мон­та и тех­ни­чес­ко­го об­слу­жива­ния.

Бе­зот­казность — это свойство из­де­лия неп­ре­рыв­но сох­ра­нять ра­ботос­по­соб­ность в те­чение за­дан­но­го пе­ри­ода вре­мени.

В это по­нятие не вклю­ча­ют­ся тех­ни­чес­кое об­слу­жива­ние, ре­монт, под­на­лад­ка. Из­де­лие дол­жно сох­ра­нять свои на­чальные па­рамет­ры в до­пус­ти­мых пре­делах.

Дол­го­веч­ность — свойство из­де­лия сох­ра­нять ра­ботос­по­соб­ность в те­чение все­го пе­ри­ода экс­плу­ата­ции до пре­дельно­го сос­то­яния. Здесь учи­тыва­ют­ся все ре­мон­ты, под­на­лад­ки.

Пол­ная или час­тичная ут­ра­та ра­ботос­по­соб­ности из­де­лий на­зыва­ет­ся от­ка­зом. По сво­ей при­роде от­ка­зы мо­гут быть свя­заны с раз­ру­шени­ем по­вер­хнос­тей или са­мих де­талей (вык­ра­шива­ние, из­нос, кор­ро­зия, по­лом­ки) ли­бо не свя­заны с раз­ру­шени­ем (ос­лабле­ние пред­ва­рительно­го на­тяга под­шипни­ков, за­соре­ние ка­налов).

От­ка­зы бы­ва­ют пол­ные или час­тичные, вне­зап­ные (по­лом­ки) или пос­те­пен­ные (из­на­шива­ние, кор­ро­зия), опас­ные для жиз­ни че­лове­ка или нет, ус­тра­нимые и не­ус­тра­нимые.

По­каза­тели бе­зот­казнос­ти и дол­го­веч­ности из­де­лия оп­ре­деля­ют­ся в со­от­ветс­твии с те­ори­ей ве­ро­ят­ности. Ве­ро­ят­ность бе­зот­казной ра­боты P (t) в те­чение за­дан­но­го вре­мени t (или за­дан­ной на­работ­ки) и ве­ро­ят­ность от­ка­за F (t) — вза­им­но про­тиво­полож­ные со­бытия. Их сум­ма всег­да рав­на еди­нице. Ве­ро­ят­ность бе­зот­казной ра­боты на­ходит­ся в пре­делах 0 ≤ P (t) ≤ 1. Нап­ри­мер, за вре­мя t = 100 ч ве­ро­ят­ность бе­зот­казной ра­боты сос­тавля­ет P (t) = 0,99. Это сле­ду­ет по­нимать так: за ука­зан­ное вре­мя ра­боты из­де­лия ве­ро­ят­ность от­ка­за сос­та­вит 1%, т. е. F (t) = 0,01.

Ос­новным по­каза­телем дол­го­веч­ности эле­мен­та из­де­лия яв­ля­ет­ся срок служ­бы (на­работ­ка) t до от­ка­за.

При оцен­ке на­деж­ности из­де­лия очень важ­ны эко­номи­чес­кие по­каза­тели. По­выше­ние бе­зот­казнос­ти и дол­го­веч­ности ма­шин свя­зано с до­пол­ни­тельны­ми ма­тери­альны­ми зат­ра­тами.

Машиностроительные материалы

По фор­ме и наз­на­чению де­тали ма­шин чрез­вы­чайно раз­но­об­разны, од­ни дол­жны об­ла­дать по­вышен­ной кор­ро­зи­он­ной стойкостью, дру­гие — быть сверх­про­води­мыми, третьи — ха­рак­те­ризо­ваться осо­быми маг­нитны­ми свойства­ми, по­это­му для их из­го­тов­ле­ния не­об­хо­димы ма­тери­алы с раз­личны­ми свойства­ми.

Раз­ли­ча­ют конс­трук­ци­он­ные ма­тери­алы, ко­торые ис­пользу­ют для про­из­водс­тва де­талей ма­шин, и инс­тру­мен­тальные ма­тери­алы, из ко­торых из­го­тов­ля­ют ре­жущие инс­тру­мен­ты.

В ка­чес­тве конс­трук­ци­он­ных ма­тери­алов ис­пользу­ют раз­личные ме­тал­лы (алю­миний, же­лезо, медь, ти­тан), спла­вы ме­тал­лов (же­лезо­уг­ле­родис­тые — чу­гун, сталь; маг­ни­евые; мед­но-цин­ко­вые — ла­туни; мед­но-оло­вян­ные — брон­зы; спла­вы алю­миния и др.), не­метал­лы (плас­тмас­сы, дре­веси­на, тек­сто­литы, стек­ло­тек­сто­литы) и ком­по­зици­он­ные ма­тери­алы.

Ком­по­зици­он­ные ма­тери­алы яв­ля­ют­ся срав­ни­тельно но­выми конс­трук­ци­он­ны­ми ма­тери­ала­ми. Для их по­луче­ния в ос­новной ма­тери­ал до­бав­ля­ют на­пол­ни­тели, ко­торые оп­ре­деля­ют свойства ком­по­зици­он­но­го ма­тери­ала. Раз­ме­ры вхо­дящих ком­по­нен­тов ко­леб­лются от до­лей мик­ро­мет­ра (для по­рош­ко­вых на­пол­ни­телей) до нес­кольких мил­ли­мет­ров (у во­лок­нистых на­пол­ни­телей).

По­рош­ко­вая ме­тал­лургия поз­во­ля­ет по­лучать ком­по­зици­он­ные ма­тери­алы, ха­рак­те­ризу­ющи­еся жа­роп­рочностью и из­но­сос­тойкостью, ста­бильны­ми маг­нитны­ми и дру­гими свойства­ми. По­рош­ко­вая ме­тал­лургия да­ет воз­можность по­лучать псев­дос­пла­вы из та­ких нес­плав­ля­ющих­ся ме­тал­лов, как медь—вольфрам, се­реб­ро—вольфрам, ко­торые об­ла­да­ют вы­сокой элек­три­чес­кой про­води­мостью и стойкостью к элек­тро­эро­зи­он­но­му из­на­шива­нию; из них из­го­тов­ля­ют элек­тро­кон­так­тные де­тали.

Ком­по­зици­он­ные ма­тери­алы на ос­но­ве плас­тмасс ха­рак­те­ризу­ют­ся вы­сокой хи­мичес­кой и кор­ро­зи­он­ной стойкостью. Они с ус­пе­хом за­меня­ют до­рогос­то­ящие цвет­ные ме­тал­лы.

Ком­по­зици­он­ные ма­тери­алы на ос­но­ве ре­зины су­щес­твен­но от­ли­ча­ют­ся от ме­тал­лов. Они спо­соб­ны вы­дер­жи­вать зна­чительные де­фор­ма­ции без раз­ру­шения, об­ла­да­ют вы­сокой соп­ро­тив­ля­емостью к из­на­шива­нию, га­зо- и во­донеп­ро­ница­емостью, ди­элек­три­чес­ки­ми свойства­ми.

Осо­бое мес­то сре­ди ком­по­зици­он­ных ма­тери­алов за­нима­ют во­лок­нистые ма­тери­алы. В ка­чес­тве во­лок­нистых на­пол­ни­телей ис­пользу­ют про­воло­ки из вольфра­ма, мо­либ­де­на, во­лок­на ок­си­дов алю­миния, бо­ра, кар­би­да крем­ния, гра­фита.

Стек­ло, ке­рами­чес­кие, дре­вес­ные и дру­гие не­метал­ли­чес­кие ма­тери­алы име­ют свои спе­цифи­чес­кие фи­зико-ме­хани­чес­кие и экс­плу­ата­ци­он­ные свойства.

Тип конс­трук­ци­он­но­го ма­тери­ала вы­бира­ют в за­виси­мос­ти от его фи­зико-ме­хани­чес­ких и экс­плу­ата­ци­он­ных свойств, на ко­торые вли­яет тех­но­логи­чес­кий про­цесс по­луче­ния как са­мих ма­тери­алов, так и де­талей из них.

Де­тали раз­личных форм по­луча­ют из за­гото­вок при по­мощи ре­жущих инс­тру­мен­тов. Ре­жущие инс­тру­мен­ты ра­бота­ют в ус­ло­ви­ях больших наг­ру­зок, вы­соких тем­пе­ратур, тре­ния и из­на­шива­ния, по­это­му инс­тру­мен­тальные ма­тери­алы дол­жны иметь осо­бые экс­плу­ата­ци­он­ные и фи­зико-ме­хани­чес­кие свойства. Ма­тери­ал ре­жущей час­ти инс­тру­мен­та дол­жен ха­рак­те­ризо­ваться большой твер­достью и вы­соки­ми до­пус­ка­емы­ми нап­ря­жени­ями на рас­тя­жение, сжа­тие, кру­чение и из­гиб. Кро­ме то­го, ре­жущий инс­тру­мент дол­жен об­ла­дать дос­та­точ­ной вяз­костью, что­бы вос­при­нимать удар­ную наг­рузку при об­ра­бот­ке за­гото­вок из хруп­ких ма­тери­алов и с пре­рывис­той по­вер­хностью ре­зания. Ре­жущий инс­тру­мент дол­жен сох­ра­нять свою твер­дость, а так­же ре­жущие свойства при вы­соких тем­пе­рату­рах, по­это­му инс­тру­мен­тальные ма­тери­алы дол­жны иметь вы­сокую теп­лостойкость.

К ре­жущей час­ти инс­тру­мен­та предъяв­ля­ют вы­сокие тре­бова­ния по из­но­сос­тойкос­ти. Это не­об­хо­димо для то­го, что­бы де­тали, об­ра­ботан­ные од­ним и тем же инс­тру­мен­том, име­ли ми­нимальный раз­брос раз­ме­ров. В це­лях по­выше­ния из­но­сос­тойкос­ти на ре­жущую часть инс­тру­мен­та на­носят спе­ци­альны­ми ме­тода­ми од­но- и мно­гос­лойные пок­ры­тия из кар­би­дов вольфра­ма или нит­ри­дов ти­тана.

В ка­чес­тве инс­тру­мен­тальных ма­тери­алов ис­пользу­ют инс­тру­мен­тальные ста­ли, твер­дые спла­вы, син­те­тичес­кие сверх­твер­дые и ке­рами­чес­кие инс­тру­мен­тальные ма­тери­алы, аб­ра­зив­ные ма­тери­алы.

К инс­тру­мен­тальным ста­лям от­но­сят­ся:

• уг­ле­родис­тые инс­тру­мен­тальные ста­ли с со­дер­жа­ни­ем уг­ле­рода 1…1,3%; при­меня­ют мар­ки У7, У7А, У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А, У10, У10А, У11, У11А, У12, У12А, У13 и У13А. Из этих ста­лей из­го­тов­ля­ют сле­сар­но-мон­тажные инс­тру­мен­ты (мо­лот­ки, ку­вал­ды, плос­ко­губ­цы и ос­тро­зуб­цы), на­пильни­ки, ша­беры, ка­либ­ры прос­той фор­мы, руч­ные мет­чи­ки, плаш­ки, но­жовоч­ные по­лот­на, свер­ла, зен­ке­ры ма­лых раз­ме­ров;
• ле­гиро­ван­ные инс­тру­мен­тальные ста­ли; их по­луча­ют на ос­но­ве инс­тру­мен­тальных ста­лей с до­бав­ле­ни­ем хро­ма, вольфра­ма, ва­надия, крем­ния и дру­гих ле­гиру­ющих до­бавок. Ле­гиро­ван­ные ста­ли по срав­не­нию с уг­ле­родис­ты­ми име­ют по­вышен­ную вяз­кость в за­кален­ном сос­то­янии, бо­лее вы­сокую про­кали­ва­емость, меньшую склон­ность к по­яв­ле­нию тре­щин при за­кал­ке. При­меня­ют­ся для из­го­тов­ле­ния кер­не­ров, мет­чи­ков ди­амет­ром до 30 мм (мар­ки 8ХВ, 9ХВ, 11ХВ); резьбо­вых ка­либ­ров (9ХВГ); про­тяжек, длин­ных мет­чи­ков, длин­ных раз­верток (ХВГ); резьбо­накат­но­го инс­тру­мен­та: ро­ликов, пла­шек (Х6ВФ); круг­лых пла­шек (ХВСГФ) и др.;
• быс­тро­режу­щие ста­ли со­дер­жат до 19% вольфра­ма, по­это­му пос­ле тер­мо­об­ра­бот­ки до твер­дости 62…65 НRС име­ют теп­лостойкость 600…650°С. Для из­го­тов­ле­ния ре­жущих инс­тру­мен­тов ис­пользу­ют ста­ли Р9, Р18 — рез­цы, фре­зы, дол­бя­ки, свер­ла; Р6М5 — рез­цы, фре­зы, зен­ке­ры, про­тяж­ки, про­шив­ки, резьбо­нарез­ной и зу­борез­ный инс­тру­мент для об­ра­бот­ки цвет­ных спла­вов; быс­тро­режу­щие ста­ли с до­бав­ле­ни­ем ко­бальта Р9К5 — фре­зы, дол­бя­ки, мет­чи­ки для по­лучис­то­вой и чер­но­вой об­ра­бот­ки за­гото­вок из уг­ле­родис­тых и ле­гиро­ван­ных ста­лей, а для ра­боты на по­вышен­ных ре­жимах ре­зания при­меня­ют сталь Р9М5К5; для об­ра­бот­ки за­гото­вок из жа­роп­рочных и жа­рос­тойких ста­лей, а так­же кор­ро­зи­он­но-стойких при­меня­ют сталь Р9М4К8.

Пос­кольку быс­тро­режу­щие ста­ли до­рогие, то для эко­номии ре­жущий инс­тру­мент из­го­тов­ля­ют сбор­ным или свар­ным. Хвос­то­вик вы­пол­ня­ют из конс­трук­ци­он­ной ста­ли 45, 50, 40Х. Час­то плас­ти­ны из быс­тро­режу­щей ста­ли при­вари­ва­ют к дер­жавкам или кор­пу­сам инс­тру­мен­тов.

Быс­тро­режу­щие ста­ли об­ла­да­ют вы­сокой из­но­сос­тойкостью; инс­тру­мен­ты, из­го­тов­ленные из них, мо­гут ра­ботать со ско­рос­тя­ми ре­зания до 100 м/мин.

Твер­дые спла­вы при­меня­ют в ви­де плас­тин оп­ре­делен­ных форм и раз­ме­ров, из­го­тов­ля­емых ме­тодом по­рош­ко­вой ме­тал­лургии. Плас­ти­ны пред­ва­рительно прес­су­ют, а за­тем спе­ка­ют при тем­пе­рату­ре 1500…1900°С. Твер­дые спла­вы де­лят на три груп­пы: вольфра­мовую (ВК3, ВК3-М, ВК6-М и т. д.), ти­тано­вольфра­мовую (Т30К4, Т15К6 и т. д.) и ти­тано­тан­та­ловольфра­мовую (ТТ7К12, ТТ10К8-Б). Плас­ти­ны из твер­до­го спла­ва при твер­дости 86…92 НRС об­ла­да­ют вы­сокой из­но­сос­тойкостью и теп­лостойкостью 800…1250°С. Это поз­во­ля­ет вес­ти об­ра­бот­ку со ско­рос­тя­ми ре­зания до 800 м/мин. Плас­ти­ны из твер­до­го спла­ва при­па­ива­ют к дер­жавкам мед­ны­ми или ла­тун­ны­ми при­по­ями. Не­дос­татком твер­дых спла­вов яв­ля­ет­ся низ­кая плас­тичность.

Твер­дые спла­вы груп­пы ВК при­меня­ют для об­ра­бот­ки хруп­ких ме­тал­лов, плас­тмасс и дру­гих не­метал­ли­чес­ких ма­тери­алов. Спла­вы груп­пы ТК ис­пользу­ют при об­ра­бот­ке вяз­ких ме­тал­лов и спла­вов. Спла­вы груп­пы ТТК от­ли­ча­ют­ся по­вышен­ной из­но­сос­тойкостью, по­это­му их при­меня­ют для об­ра­бот­ки ста­лей а­ус­те­нит­но­го клас­са (труд­но­об­ра­баты­ва­емых).

Син­те­тичес­кие сверх­твер­дые и ке­рами­чес­кие инс­тру­мен­тальные ма­тери­алы. Су­щес­тву­ет мно­го раз­но­об­разных сверх­твер­дых ма­тери­алов (СТМ) на ос­но­ве мо­дифи­каций нит­ри­да бо­ра: эльбор (ком­по­зит 01), гек­са­нит-Р (ком­по­зит 10) и др. Осо­бен­ность плас­тин из СТМ сос­то­ит в том, что они мо­гут об­ра­баты­вать твер­дые спла­вы, чу­гуны лю­бой твер­дости, но в ос­новном не вы­дер­жи­ва­ют удар­ной наг­рузки.

Инс­тру­мен­тальные ке­рами­чес­кие ма­тери­алы (ЦМ332, си­ли- нит-Р и др.) ис­пользу­ют для чис­то­вой и по­лучис­то­вой об­ра­бот­ки за­гото­вок из не­зака­лен­ных ста­лей и се­рых чу­гунов со ско­рос­тя­ми ре­зания до 900 м/мин, а «чер­ную» ке­рами­ку (ВОК-60) при­меня­ют для чис­то­вой и по­лучис­то­вой об­ра­бот­ки за­гото­вок из ков­ких, вы­сокоп­рочных, от­бе­лен­ных чу­гунов и за­кален­ных ста­лей.

Аб­ра­зив­ные ма­тери­алы — это мел­ко­зер­нистые по­рош­ко­вые ве­щес­тва, ко­торые ис­пользу­ют для из­го­тов­ле­ния аб­ра­зив­ных инс­тру­мен­тов: шли­фовальных кру­гов, го­ловок, сег­ментов, брус­ков. Ес­тес­твен­ные аб­ра­зив­ные ма­тери­алы (наж­дак, квар­це­вый пе­сок, ко­рунд) при­меня­ют весьма ог­ра­ничен­но из-за не­од­но­род­ности их свойств. В про­мыш­леннос­ти при­меня­ют ис­кусс­твен­ные аб­ра­зив­ные ма­тери­алы: элек­тро­корун­ды, кар­би­ды бо­ра, ок­сид хро­ма, син­те­тичес­кие ал­ма­зы, бор­си­локар­бид, сла­вутич, эльбор, гек­са­гонит.

Аб­ра­зив­ные ма­тери­алы име­ют вы­сокие твер­дость, из­но­сос­тойкость и теп­лостойкость (1200…1800°С). Инс­тру­мен­ты из аб­ра­зив­ных ма­тери­алов поз­во­ля­ют об­ра­баты­вать за­готов­ки со ско­ростью ре­зания 15…100 м/с; в ос­новном их ис­пользу­ют для фи­ниш­ной об­ра­бот­ки, ког­да предъяв­ля­ют­ся по­вышен­ные тре­бова­ния к точ­ности и ше­рохо­ватос­ти об­ра­ботан­ных по­вер­хнос­тей.

Для при­тироч­ных и до­водоч­ных ра­бот, нап­ри­мер для до­вод­ки инс­тру­мен­тов из твер­дых спла­вов, а так­же для шли­фова­ния за­гото­вок из очень твер­дых ма­тери­алов (ру­бинов, квар­ца, ко­рун­да), ис­пользу­ют шли­фовальные по­рош­ки из кар­би­да бо­ра. Для из­го­тов­ле­ния шли­фовальных и по­лиро­вальных паст при­меня­ют ок­сид хро­ма, вен­скую из­весть, тре­пел.

Бор­си­локар­бид ис­пользу­ют для об­ра­бот­ки за­гото­вок из твер­дых спла­вов, ру­бина и дру­гих сверх­твер­дых ма­тери­алов. Эльбор (ку­бонит) при­меня­ют для об­ра­бот­ки за­гото­вок из вы­сокот­вердых ма­тери­алов и конс­трук­ци­он­ных ста­лей. Инс­тру­мен­ты из сла­вути­ча не ус­ту­па­ют ал­мазным по из­но­сос­тойкос­ти и пре­вос­хо­дят их по проч­ности.

В про­мыш­леннос­ти ис­пользу­ют при­род­ные (А) и син­те­тичес­кие (АСО, АСР, АСМ и т. д.) ал­ма­зы. Ал­маз яв­ля­ет­ся са­мым твер­дым ма­тери­алом, име­ет вы­сокие теп­лостойкость и из­но­сос­тойкость, у не­го прак­ти­чес­ки не про­ис­хо­дит сли­пания со мно­гими ма­тери­ала­ми. Не­дос­татком ал­ма­зов яв­ля­ет­ся по­вышен­ная хруп­кость. Крис­таллы ал­ма­зов при­меня­ют для ос­на­щения рез­цов, сверл; ал­ма­зы ис­пользу­ют при из­го­тов­ле­нии инс­тру­мен­тов (кру­гов, пил, лент, брус­ков).

Ал­мазный инс­тру­мент ис­пользу­ют при тон­ком то­чении за­гото­вок из спла­вов алю­миния, бронз, ла­туней, не­метал­ли­чес­ких ма­тери­алов; при­меня­ют для об­ра­бот­ки за­гото­вок из твер­дых ма­тери­алов, гер­ма­ния, крем­ния, по­луп­ро­вод­ни­ковых и ке­рами­чес­ких ма­тери­алов, жа­роп­рочных ста­лей и спла­вов. Об­ра­бот­ку ве­дут со ско­рос­тя­ми ре­зания до 20 м/с. По­вер­хнос­ти, об­ра­ботан­ные ал­ма­зами, име­ют низ­кую ше­рохо­ватость и ма­лое от­кло­нение раз­ме­ров, так как ал­ма­зы име­ют вы­сокую раз­мерную стойкость.

Детали вращательного движения

В ма­шинах мно­го ви­дов де­талей вра­щательно­го дви­жения: зуб­ча­тые ко­леса, шки­вы ре­мен­ных пе­редач, ба­раба­ны, звез­дочки цеп­ных пе­редач, ма­хови­ки, шпин­де­ли стан­ков, ко­леса ав­то­моби­лей и гид­ро­тур­бин. Все эти вра­ща­ющи­еся де­тали ус­та­нав­ли­ва­ют на ва­лах или осях.

Ось — де­таль, пред­назна­чен­ная только для под­держа­ния вра­ща­ющих­ся де­талей; оси не пе­реда­ют кру­тяще­го мо­мен­та.

Ча­ще все­го оси из­го­тов­ля­ют­ся пря­мыми и мо­гут быть двух ти­пов: нев­ра­ща­ющи­мися и под­вижны­ми, т. е. вра­ща­ющи­мися вмес­те с ус­та­нов­ленны­ми на них де­таля­ми. На рас­четных схе­мах оси пред­став­ля­ют бал­ка­ми, наг­ру­жен­ны­ми из­ги­ба­ющи­ми мо­мен­та­ми, т. е. при рас­че­тах не учи­тыва­ют кру­тящий мо­мент и си­лы тре­ния.

Ва­лы, в от­ли­чие от осей, не только под­держи­ва­ют вра­ща­ющи­еся де­тали ма­шин, но и пе­реда­ют кру­тящие мо­мен­ты, по­это­му их рас­счи­тыва­ют на сов­мес­тное действие кру­чения и из­ги­ба.

Ес­ли зна­чения кру­тящих мо­мен­тов на ва­лу зна­чительно больше зна­чений из­ги­ба­ющих мо­мен­тов, то ва­лы счи­та­ют­ся лег­ко наг­ру­жен­ны­ми и их рас­счи­тыва­ют на кру­чение, пре­неб­ре­гая из­ги­бом.

По фор­ме ге­омет­ри­чес­кой оси ва­лы раз­де­ля­ют на пря­мые и ко­лен­ча­тые. Ко­лен­ча­тые ва­лы при­меня­ют для пре­об­ра­зова­ния в ма­шине воз­врат­но-пос­ту­пательно­го дви­жения во вра­щательное, и на­обо­рот. Та­кие ва­лы вы­пол­ня­ют не только фун­кции ва­лов, но и фун­кции кри­воши­пов в кри­вошип­но-ша­тун­ных ме­ханиз­мах. Осо­бую груп­пу сос­тавля­ют гиб­кие ва­лы, по­ложе­ние ге­омет­ри­чес­кой оси ко­торых мо­жет из­ме­няться в прос­транс­тве.

Ча­ще все­го оси и ва­лы име­ют две опо­ры, но су­щес­тву­ют и мно­го­опор­ные тран­смис­си­он­ные ва­лы, от­дельные час­ти ко­торых со­еди­ня­ют­ся муф­та­ми. Бо­лее под­робно о муф­тах см. под­разд. 3.11.

Опор­ные час­ти ва­лов и осей на­зыва­ют цап­фа­ми 1 (рис. 3.4), при­чем про­межу­точ­ные цап­фы на­зыва­ют шейка­ми, а кон­це­вые — ши­пами. Цап­фы пе­реда­ют на опо­ры ра­ди­альную наг­рузку; дли­на цап­фы под под­шипни­ки ка­чения меньше, чем под под­шипни­ки скольже­ния. Для со­еди­нения ва­ла или оси с дру­гими де­таля­ми на по­вер­хнос­тях де­ла­ют шпо­ноч­ные па­зы 4, от­вер­стия 3; на­реза­ют резьбу 2 и шли­цы 6. Рез­кие из­ме­нения се­чений ва­ла сни­жа­ют его ус­та­лос­тную проч­ность. По­это­му пе­реход от од­но­го се­чения к дру­гому дол­жен вы­пол­няться плав­но, в ви­де гал­те­лей 5.

Рис. 3.4

При вер­ти­кальном рас­по­ложе­нии ва­ла осе­вые си­лы ва­ла да­вят на под­пятник. В больших гид­ро­аг­ре­гатах (ти­па Волж­ской ГЭС) под­пятни­ки ис­пы­тыва­ют осе­вую наг­рузку, дос­ти­га­ющую 34 МН.