Фирменный Автосервис

 

 

Принципы выбора материалов для промышленного производства

Для правильного выбора и рационального использования материалов о них необходимы все сведения.
Используемый материал оказывает влияние на конструкционное решение изделий; форму и качество изделий; способ изготовления соединений и монтажа; сопротивление статическому нагружению и динамическим нагрузкам; долговечность работы изделий; массу изделия; стоимость продукции.
Выбор и рациональное использование материала — основная задача, стоящая перед его потребителем.
Правильный выбор обеспечивает выполнение поставленных требований (например, заданных технических условий, техники безопасности и т. д.); наименьшие затраты на собственно материал и на издержки, связанные с его обработкой; высокое качество (работоспособность) изделий в эксплуатации.
Выбор проводят в два этапа. Сначала выбирают ряд материалов, которые удовлетворяют предъявляемым требованиям к заданным физико-механическим, эксплуатационным, технологическим и другим свойствам и внешнему виду изделия. Затем методом технико-экономического анализа, с точки зрения минимальных затрат при производстве и эксплуатации изделия, принимают решение об окончательном выборе материала.
В процесс выбора материала учитывают:
— первичные требования, которые задаются, исходя из основных условий службы изделия (например, требования коррозионной стойкости);
— вторичные требования, которые задаются, исходя из технологических условий изготовления (например, требования к свариваемости).
При выборе материалов учитываются следующие важнейшие критерии:
— физические — структура, механические, оптические (например, цвет), акустические (например, уровень звучания), термические (например, линейное расширение), электрические (например, проводимость), магнитные (например, коэрцитивная сила) и другие свойства;
— технологические — первичное получение заготовок, обработка давлением, резанием, литьем; монтаж, нанесение покрытий и т. п.;
— химические — устойчивость против агрессивных сред (например, кислот), устойчивость против атмосферного влияния и др.;
— биологические — устойчивость по отношению к воздействию живых организмов (плесени, грибов, насекомых);
— связанные с доставкой — возможность доставки, масса, форма и состояние материала;
— экономические — цена, стоимость переработки, транспортные затраты, затраты на обслуживание, дефицитность;
— экологические — безвредность материала для окружающей среды, возможность утилизации отходов технологической обработки.
Освоение и выработка навыков оптимального выбора (назначения) конструкционного материала для изготовления того или иного изделия является одним из важнейших этапов в изучении материалов. Правильный выбор конструкционного материала основывается на всестороннем, комплексном учете эксплуатационных требований, заданного ресурса работы, минимальной материалоемкости, технологичности и окончательной себестоимости изделия. Требования, предъявляемые к конструкционным материалам, как правило, основаны на имеющемся опыте создания подобных изделий, на результатах экспериментальных определений комплекса свойств конкретных материалов и элементов конструкций из них, на данных, полученных в процессе эксплуатации аналогичных машин, конструкции, оборудования, механизма и т. д.
Эффективность любой технической системы, как одна из основных характеристик качества, показывает соответствие изделия целевому назначению, заданному ресурсу, минимальным затратам при изготовлении и эксплуатации и т. д., неразрывно связана с эффективностью конструкционного материала (материалов), из которого изготовлено изделие: деталь, конструкция, механизм, машина и др.
Под эффективностью конструкционного материала понимают способность материала к работе в заданных условиях применения при обеспечении наименьшей стоимости изготовленного из него элемента конструкции и нормально (надежно) функционирующего в течение установленного времени.
Для решения задач конструкторско-технологического характера, т. е. для выбора конструкционного материала и определения форм и размеров деталей, узлов и т. д., необходимо знание предельных состояний и критериев прочности и долговечности для заданного характера действия нагрузок, температур, влияния окружающей среды и других факторов. При этом важно учесть технологичность материала: его обрабатываемость пластическим деформированием и резанием, свариваемость, литейные свойства и др.
Исходные данные о материалах берут из справочной литературы. Однако, следует учитывать, что для изготовления детали одного и того же наименования могут быть рекомендованы различные виды и марки материалов. Поэтому при выборе материала  следует исходить из учета конкретных условий работы детали и требуемых от нее свойств.
Алгоритм решения задачи по выбору материала, в зависимости от его нормируемых (требуемых) свойств, следующий:
1. Проводится анализ условий работы и возможных причин отказа детали в процессе эксплуатации. Формируются требования к материалу и намечаются технологические методы удовлетворения этих требований.
2. По справочникам или другим информационным источникам определяются марки материалов и их упрочняющие обработки, которые обеспечивают требуемый уровень конструкционной прочности. Требуемые показатели механических свойств имеют разные материалы. Поэтому для их оптимального выбора анализируют не менее 4-5-ти конкурентоспособных марок материалов. Подбор, например, сталей, для последующего их сопоставительного анализа, осуществляют в следующей последовательности. Вначале находят удовлетворительный материал из числа простых углеродистых сталей. Учитывая, что прочность стали возрастает с увеличением в ней количества углерода, но при этом прокаливаемость мала, подбирают еще и соответствующую требованиям низколегированную сталь. Уже на этом этапе в зависимости от требуемых свойств ведут отбор сталей по их характеристикам прокаливаемости Д50, Д95 или Д99.  По мере ужесточения требований по механическим свойствам отбор сталей ведут с возрастанием в них содержания легирующих элементов (перлитный или мартенситный классы легированных сталей, а также специальные стали: дисперсионнотвердеющие, мартенситостареющие и др.). В состав анализируемых марок материалов включают марки, их заменяющие. Так появляется необходимый набор возможных для использования материалов.
3. Оценивают технологические свойства и производственные возможности (технологии) изготовления детали.
4. Определяют показатели экономической эффективности использования сопоставляемых материалов.
Оценка эффективности конструкционного материала определяется по известному критериальному уравнению (формула 1)
где Сэ — себестоимость элемента конструкции (детали);
Сн — тарифная ставка основных производственных работников;
Rcp — коэффициент, учитывающий долю дополнительных затрат от основной заработной платы производственных работников; tн — трудоемкость изготовления данного элемента конструкции, зависящая от массы элемента и свойств материала; См — удельная стоимость конструкционного материала или стоимость единицы массы материала данного сортамента; тм — масса материала заготовки элемента конструкции; Спр — прочие затраты, не зависящие явно от обрабатываемого материала (стоимость расходуемой энергии, топлива, воды и т. д.).
При определении экономической эффективности использования материала по удельной себестоимости элемента конструкции, т. е. расчет затрат, приходящихся на единицу массы элемента конструкции, производят по уравнению (формула 2)
где tуд.тр.= tн : mэ — удельная трудоемкость изготовления элемента конструкции;ξ отх — коэффициент, учитывающий долю отходов материала при изготовлении элемента конструкции; mэ — масса элемента конструкции.
Удельная трудоемкость tуд.тр и удельная стоимость материала См являются основными критериями эффективности конструкционного материала.
Решения конкретных уравнений удельной себестоимости элемента конструкции приводят к нахождению оптимальных значений tуд.тр и См opt. Критерий tН отражает технологичность материала и характеризует влияние физико-механических свойств на технологические возможности его использования.
При оптимальном выборе материала учитывают степень ответственности и уровень нагруженности детали. Ответственные детали или ответственные элементы конструкции — это те, повреждения которых приводят к разрушению всего изделия или к аварии, что наносит значительный ущерб людям и окружающей среде. Выбранный материал должен обеспечить назначаемый коэффициент запаса прочности, зависящий от степени ответственности и уровня нагруженности рассматриваемого элемента конструкции машины, механизма или сооружения.
В инженерной практике при выборе материалов традиционно используют методы сопротивления материалов, основанные на определении номинальных и местных напряжений. Но для наиболее ответственных элементов конструкции, работающих обычно в экстремальных условиях и при весьма больших нагрузках, выбор конструкционного материала, определение запасов прочности и долговечности осуществляется по критерию предельных нагрузок.


Проблема качества технической продукции Государственное регулирование кризисных ситуаций в экономике Фискальная политика государства Примеры решения задач Качество продукции. основные термины и определения Cтруктура и свойства материалов Классификация материалов по функциональному назначению Легированные стали и чугуны и прочие материалы Классификация материалов по химической основе и структуре Черные металлы и их сплавы  

 

Образовательный сайт Бармашовой Л.В.

Рассылки Subscribe.Ru
Современное образование
Подписаться письмом