Контрольная работа по «Материаловедению»

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине:

 «Материаловедение»

                                                                 

 

 

 

                                         Выполнил:

 

                                        Проверил:

                                                           

 

 

 

Новосибирск , 2012

 

 

 

 

Содержание 

1 История развития науки о материалах. Роль отечественных ученых и производственников в развитии материаловедения

2 Схема и технологический процесс изготовления деталей из термопластов методом литья под давлением и область применения.

3 Основные операции листовой штамповки, применяемое оборудование, инструмент и область применения

4 Технология газовой сварки стали, основные ее способы и область применения.

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 История  развития науки о материалах. Роль отечественных ученых и  производственников в развитии  материаловедения

Материаловедением называют науку, изучающую связь состава, строения и свойств материалов, а также закономерности их изменения при физико-химических, химических механических и других воздействиях. Всякий материал в конструкциях зданий и сооружений воспринимает те или  иные нагрузки и подвергается действию окружающей среды. 
В России производство строительных материалов возникло в далеком прошлом. Уже в глубокой древности наши предки умели изготавливать глиняный кирпич, воздушную и гидравлическую из весть, широко использовали древесины и природный камень.  
К числу важнейших строительных материалов относятся: металл, лесные материалы, цемент, бетон, кирпич, камень, шифер (асбестоцементный), черепица, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, теплоизоляционные, стекло и др.

Наука о материалах имеет глубочайшую историю развития. Истоком ее служат первые истинные познания материалов в древности. 
Условно можно выделить три основных по своей продолжительности не равных этапа в ее истории. Возникновение науки и каждый этап ее развития всегда были обусловлены производством, практикой.

Первый этап охватывает наиболее длительный период. При необходимости в нем можно выделить более дробные  под периоды, на пример древнейшие и древние времена, средние и поздние века. Имеется достаточно оснований утверждать, что исходным моментом для становления науки о материалах явилось получение керамики путем сознательного изменения структуры глины при ее нагревании и обжиге. 
Первыми и наиболее правдоподобными суждениями о сущности качества материалов и о слагающих частицах вещества были суждения древнегреческих философов Демокрита (около 460 или 470 до н.э.) и Эпикура (34 1—270 до н.э.). Их учёния об атомизме воз никли под влиянием наблюдений за состоянием и свойствами при родных камней, керамики, бронзы и стали. Примерно к тому же времени относится и философия древнегреческого ученого Аристотеля, который установил 18 качеств у материалов: плавкость—не плавкость, вязкость—хрупкость, горючесть—негорючесть и т.п. Три известных состояния вещества (твердое, жидкое и газообразное) и отношение их к энергии выражалось Аристотелем четырьмя элементами: землей, водой, воздухом и огнем, что с позиций физики являлось определенным достижением

Для древнего периода науки весьма характерна нерасчлененность ее по отдельным видам строительных материалов. В значительной мере в ней прослеживается общая взаимосвязь между качеством. Материалов и их атомистическим составом, хотя, естественно, до подлинных научных химических знаний о составе и свойствах было еще весьма далеко.

В период средневековья большой вклад в развитие науки о материалах был внесен гениальными русскими учеными М.В. Ломоносовым и Д.И. Менделеевым. 
М.В. Ломоносов (1711—1765) заложил основы передовой русской философии и науки, особенно в области химии, физики, геологии. Он явился основоположником курса физической химии и химической атомистики, обосновывающей атомно-молекулярное строение вещества.

Д.И. Менделеев (1834—1907) открыл важнейшую закономерность природы - периодический закон, в соответствии с которым свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины их атомной массы.

Для первого этапа становления и развития строительного материаловедения, который, как отмечалось, начался с глубокой древности и продолжался до начала второй половины ХIХ в., характерно сравнительно ограниченное количество разновидностей материалов и опытных данных по их качественным характеристикам.

Второй этап развития строительного материаловедения условно начался со второй половины 19 в. и закончился в первой половине 20 в. Важнейшим показателем этого этапа явилось массовое производство различных строительных материалов и изделий, непосредственно связанное с интенсификацией строительства промышленных и жилых зданий, общим прогрессом промышленных отраслей, электрификацией, введением новых гидротехнических сооружений и т.п.

Второй этап отличается сравнительно быстрым ростом производства новых материалов, ранее отсутствовавших в номенклатуре. Достижения науки о материалах в нашей стране исходят от основоположников крупнейших научных школ Ф.Ю.Левинсона-Лессинга, Е.С. Федорова, В.А. Обручева, А.И.Ферсмана, Н.А. .Белелюбского, занимавшихся исследованием минералов и месторождений природных каменных материалов (горных пород). В результате строительное материаловедение обогатилось данными петрографии и минера логии при характеристике минерального сырья, используемого после механической переработки либо в сочетании с химической переработкой в виде готовой продукции — природного камня штучного и в рыхлом состоянии, керамики, вяжущих веществ, стекла и др. Быстро развивалось производство цементных бетонов различно го назначения; сформировалась специальная наука о бетонах — бетоноведение.

В 1895 г. И.Г. Малюга впервые вывел формулу прочности бетона и сформулировал так называемый закон водоцементного отношения. В конце 19 в. формируется технология изготовления железобетона и получает развитие наука о железобетоне.

В России А. Шиллер, а затем в 1881 г. Н.А. Белелюбский провели успешные испытания  конструкций из железобетона, а в 1911 г. были изданы первые технические условия и нормы для железобетонных конструкций и сооружений. Развивались научные концепции производства многих других строительных материалов.

Третий этап охватывает период со второй половины ХХ в. до настоящего времени. Он характеризуется, во-первых, процессом дальнейшего расширения производства строительных материалов и углублением соответствующих им специализированных наук и, во-вторых, — интеграцией научных знаний о строительных материалах и изделиях в их сложной совокупности. Расширение производства материалов вызывалось по-прежнему необходимостью восстановления жилищного и промышленного фонда.

Третий этап строительного материаловедения характеризовался не только развитием практики, но и теории, систематизацией теоретических знаний о материалах в их сложной совокупности и взаимосвязи. Были установлены общие закономерности в свойствах искусственных и природных материалов оптимальной структуры, общие научные принципы в технологиях различных материалов, общие методы оптимизации их структуры, обобщенные критерии (качественные и количественные) прогрессивных технологий и др. 
Первые обобщения в науке о материалах выразились в разработке д.С. Белянкиным (1876—1953) технической петрографии с по лучением огнеупоров, абразивов и некоторых других искусственных камней. Новым импульсом развития материаловедческой науки на третьем этапе стала физико-химическая механика — пограничная наука между физической химией и механикой, разработанная П.А. Ребиндером при участии большой группы ученых (в том числе вузов), отмеченных АН СССР, Н.А. Попова, А.Н. Попона, Г.И. Логгинова, М.П. Воларовича, Н.Н. Иванова, И.А. Рьтбьева, К.Ф. Жигача, д.М. Толстого, Г. Д. Диброва, Б.В. Веденеева, Е.Е. Сигаловой, Л.А. Казаровицкого, Л.П. Орентлихер и др.

В последние годы строительный комплекс, в целом, не теряет своих темпов развития. Все это потребовало усилий нашей научно-инженерной общественности. Отечественная наука играла и играет важную роль в развитии строительных материалов. Созданные нашими учеными технологии производства цемента, металла, бетона, керамики, теплоизоляционных материалов, заводского домостроения используют многие страны.

 

2   Схема и  технологический процесс изготовления деталей из термопластов методом литья под давлением и область применения.

Литье под давлением термопластов – один из наиболее важных и распространенных методов переработки полимерных материалов.

Под литьем под давлением термопластов понимают, применение высокотехнологичных машин червячного типа, то есть машин с червячной пластикацией материала. Метод характеризуется высокой продуктивностью, т.к. нагрев полимера происходит вне формы и позволяет получать поштучные изделия массой от 1 грамма до 100 кг. Изделия, полученные данным методом, имеют высокую прецезионность и требуют минимальной механической обработки. Этим методом можно перерабатывать композиционные материалы, изготавливать детали с арматурой, получить изделия сложной конфигурации, перерабатывать композиционные материалы. Существует возможность полной автоматизации производства.

  Суть метода литья под давлением термопластов заключается в переведении материала в вязкотекучее состояние под действием тепла материального цилиндра с последующим впрыском гомогенизированного материала в форму, которая имеет температуру достаточную для затвердевания расплава (переход материала в кристаллическое или стеклообразное состояние). Впрыск в форму происходит за счет поступательного движения шнека или плунжера в сторону формы. 

 
Рисунок 1 Фотография литьевой машины

 

Особенности процесса литья под давлением термопластов:

Цикл формования изделия  можно представить следующим  образом:

 

Рисунок 2 Цикл формования изделий: 
1 – Пластикация материала в цилиндре машины; 2 – Смыкание формы с усилием запирания; 3 – Впрыск расплава и выдержка под давлением изделия; 
4 – Охлаждение изделия; 5 – Раскрытие пресс-формы и извлечение изделия.

 
Технологический процесс: Сыпучий материал в виде гранул (хлопьев, порошка или частиц другой формы) находящийся в бункере, поступает в материальный цилиндр литьевой машины, где вращающийся червяк производит забор материала. Полимер в результате тепла подводимого нагревателями и тепла образующегося в результате внутреннего трения начинает плавиться, при этом он перемещается от зоны загрузки к зоне дозирования, а червячный винт по мере пластикации отходит назад в сторону зоны загрузки. В результате происходящего процесса перед червяком образуется порция гомогенизированного материала. Когда она набрана шнек двигается в режиме поршня, при помощи гидравлики он двигается вперед и расплав впрыскивается в заранее сомкнутую литьевую форму.

 
Рисунок 3 Принципиальная схема машины с червячной пластикацией расплава: 
1 – бункер; 2 – привод; 3 – гидроцилиндр впрыска; 4 – поршень гидроцилиндра; 5 – корпус; 6 – червяк; 7 – пластикационный цилиндр; 8 – неподвижная плита; 9 – подвижная плита; 10 – поршень гидроцилиндра механизма смыкания формы; 12 – полуформы; 13 – литниковая втулка.

 
Подвижная плита,  на которой закреплена левая полуформа перемещается под действием гидравлической системы, в сторону материального цилиндра прижимаясь к неподвижной плите, (правой полуформе) и смыкаясь с ней. После этого шнек 6 благодаря поступательному движению давит на порцию расплава, которая под большим давлением (от 50 до 250Мпа) через литниковую втулку, попадает в центральный литник формы, далее расплав по разводным каналам поступает к впускным отверстиям, за которыми находится оформляющая полость формы. Расплав, заполняя эту полость, принимает форму будущего изделия. После впрыска, на материал в форме, некоторое время продолжает действовать давление создаваемое червяком, что регламентируется технологически установленным параметром процесса (стадия выдержки под давлением). После окончания выдержки под давлением шнек начинает вращаться, набирая новую порцию материала для следующей отливки. В это время происходит охлаждение (затвердевание) изделия в форме. После набора новой порции происходит размыкание формы и выталкивание готового изделия. Далее форма смыкается, и цикл повторяется снова. 
       В цилиндре в зависимости от происходящих физических процессов различают 3 зоны: зона загрузки; зона плавления; зона гомогенизации.  
      В зоне загрузки твердые частички захватываются гребнями червяка и по его винтовым каналам транспортируются вперед. Для перемещения материала коэффициент трения материала об стенки должен быть выше, чем о червяк. Поэтому червяк имеет идеально гладкую полированную поверхность, а материальный цилиндр – более шероховатую (иногда на нем наносится специальная насечка). Для предотвращения термоокислительной деструкции и во избежание образования пробки на поверхности, которой окажется слой расплава, зона загрузки охлаждается хладагентом (водой). 
На определенном витке червяка происходит плавление материала, зону, в которой полимер переходит в вязкотекучее состояние называют зоной плавления. 
В зоне плавления материал меняет свой объем, т.к. выходит воздух ранее находящийся между частицами материала. Технологически в этой зоне необходимо производить сжатие материала, что успешно реализуется уменьшением шага червяка или глубины его нарезки. Поэтому вторую зону материального цилиндра еще называют – зоной сжатия. 
В зоне дозирования – происходит выравнивание температуры, плотности и однородности материала, происходит его окончательная пластикация и гомогенизация. 
Процесс формования самого изделия начинается с момента впрыска, и заканчивается охлаждением изделия и размыканием формы.

Параметры технологического процесса:

 

давление впрыска; 
температура по зонам цилиндра; 
температура формы; 
скорость оборотов шнека; 
усилие смыкания полуформы; 
давление подпора и др.;

Выше перечисленные параметры влияют на время цикла формования изделия. Установка параметров переработки производится в зависимости от перерабатываемого полимерного материала и корректируется технологом для оптимизации процесса изготовления изделий.

 

 
Рисунок 4 Примеры изделий изготовленных методом литья под давлением

3 Основные операции листовой штамповки, применяемое оборудование, инструмент и область применения

 

Листовая  штамповка – листовое  штампование, изготовление полуфабрикатов, деталей и готовых изделий из листовых металлических заготовок деформированием их под действием давления. Техническое и производственное совершенствование Листовая штамповка получила во 2-й половине 19 в. в связи с массовым производством деталей вооружения, посуды (керосиновых ламп) и др. предметов.

Вначале 20 в. Листовая штамповка сыграла исключительную роль в автомобилестроении (особенно и изготовлении кузовов); в 30-е гг. — в авиа- и судостроении и производстве бытовых машин; в 50-е гг. — в ракетостроении.

В качестве заготовок  используют ленту, полосу, лист. Штампуют обычно холодные заготовки. При малой пластичности материала или при недостаточной мощности оборудования штампуют горячие заготовки. Основные операции Листовой штамповки — разделительные и формоизменяющие. В результате разделительных операций деформируемая часть заготовки разделяется при сдвиге материала по заданному контуру; к ним относятся отрезка, разрезка, вырубка, пробивка, проколка, обрезка, надрезка и зачистка. В формоизменяющих операциях деформированная часть заготовки изменяет свои формы и размеры, материал перемещается без разрушения; к ним относятся, гибка, скручивание, навивка, раздача, обжим, отбортовка, вытяжка, рельефная формовка и др.

Штамповку  осуществляют в штампах, состоящих, как правило, из неподвижной и подвижной половин, несущих рабочие части (матрицу и пуансон), при сближении которых помещенная между ними заготовка деформируется. Половины штампов закреплены в прессе. Неподвижная половина — на столе, подвижная — в ползуне (исполнительном механизме). Рабочие части штампов изготовляют из инструментальных сталей; при мелкосерийной штамповке деталей из алюминия и др. мягких материалов применяют различные заменители (пластмассы, прессованную древесину и др.).

Точность деталей, полученных штамповкой  (по большинству  операций), оценивается 3—4-м классом, отдельные операции — зачистка, специальные приёмы вырубки и пробивки, вытяжка с утонением, калибровка обеспечивают 2-й класс.