Материалы и заготовки корпусных деталей

Материалы для изготовления корпусных деталей выбирают исходя из условий работы и их служебного назначения. При этом учитывают влияние свойств материала на такие параметры, как прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость, габариты и масса детали, технологичность.

Применение получили:

- серый, ковкий и высокопрочный чугун;

- конструкционные и легированные стали;

- сплавы цветных металлов.

Доля чугунных деталей в конструкции машин составляет (по массе): 25–30% в автотракторостроении и 50–70% в станкостроении.

Так корпусные детали металлорежущих станков, корпуса редукторов, центробехных насосов изготавливают из серого чугуна марок СЧ15, СЧ20 и других.

Корпусные детали с направляющими должны обладать повышенной износостойкостью, и поэтому их изготавливают из серого чугуна СЧ25 или модифицированного чугуна СЧ30, СЧ35. Модификация достигается путем введения в чугун присадок ферросилиция, церия, магния и др., что обеспечивает шаровидную форму графита.

Картеры задних мостов автомобилей большой грузоподъемности выполняют из литейных сталей 40Л и 40ЛК.

Блоки цилиндров, головки блоков делают из алюминиевых сплавов.

Корпуса паровых турбин, работающих при температуре 250–400ºС и высоком давлении, изготавливают из модифицированных чугунов повышенной прочности или углеродистой стали 30Л.

Корпусные детали, работающие в контакте с агрессивной средой – кислотами, щелочами, морской водой, изготавливают из коррозионно-стойких материалов, в частности, легированных хромистых или хромоникелиевых сталей 12Х18Н9Т, 20Х23Н13, а также бронзы и латуни.

Сварные корпуса редукторов, детали типа кронштейнов, стоек, угольников изготавливают из листовой малоуглеродистой стали Ст3, Ст4 и др.

Все большее применение в станкостроении находят нетрадиционные материалы: полимербетон, керамика и композиционные материалы, позволяющие сократить массу как самих станков, так и их отдельных узлов.

Из полимербетона, обладающего более высокой жесткостью и значительно меньшей теплопроводностью, чем чугун и сталь, выполняют как базовые детали (станины, стойки, корпуса коробок передач), так и отдельные детали (рычаги, рукоятки, зубчатые колеса) токарных (например, фирмы Emag и Jndex, ФРГ), шлифовальных (Elb-Schliff, ФРГ), фрезерных (Herma, ФРГ) и других станков.

По размерной точности и качеству поверхности полимербетонные отливки значительно превосходят стальные и чугунные, что позволяет отказаться от некоторых операций механической обработки. Например, точность полимерной отливки по размеру 1000 мм составляет 0,1…0,3 мм.

Если сравнить полимербетон (содержит минеральные наполнители – кварцит или графит, связанный эпоксидной или полиэфирной смолой) то видно, что основным преимуществом полимербетона по сравнению с чугуном и сталью является демпфирующая способность (почти в 6 раз больше, чем у чугуна), сопротивление нагреву и коррозии.

Стойкость полимербетонной станины выше стойкости чугунной на 15–20%. При серийном изготовлении стойкость модельной оснастки для полимербетонной станины примерно в 3 раза больше, чем для чугунной, а трудоемкость изготовления в 1,5–3 раза меньше.

Масса полимербетонных станин составляет 0,03–5 тонн (стальных и чугунных – 0,1–200 т и более). Это связано с незначительной текучестью полимербетона. Таким образом, полимербетон наиболее эффективен там, где в максимальной степени можно использовать его высокие демпфирующие свойства, т.е. при изготовлении станин и стоек прецизионных станков.

Волокнистые композиционные материалы.

В подвижных узлах (столах, бабках, салазках) многих станков все большее применение находят композиционные материалы, в частности углестекло- и арамидные пластики. Из них наиболее широко используют углепластики, обладающие небольшим коэффициентом теплового расширения и повышенной износостойкостью. В США, Японии, Западноевропейских странах композиционные материалы широко используют в производстве самолетов, автомобилей и др. оборудования.

Композиционные материалы – это высокопрочные волокна, закрепленные в полимерной, керамической или металлической матрице (связующем).

Керамика. Японскими фирмами разработан прецизионный токарный станок, большинство элементов которого (станина, передняя бабка, салазки и шпиндель) выполнены из керамики. Шпиндель (Ø200 мм) и упорные подшипники – из оксида алюминия, подшипники – из нитрида кремния, а передняя бабка и поперечные салазки из оксида алюминия. Это позволило обеспечить точность обработки по диаметру 0,2 мм и = 0,02 мкм. При температуре окружающей среды станок работает без дополнительного охлаждения.

В последние годы начали применяться за рубежом (в нашей стране также проводятся исследования) для изготовления станин естественныекамни. Их основные достоинства: высокая жесткость, низкий коэффициент температурного расширения, высокая прочность, в результате чего достигается большая точность взаимного расположения и перемещения узлов и механизмов станков.