Na področju mehanskega načrtovanja in izdelave je izbira ustreznih materialov in ustreznega postopka obdelave ključnega pomena za zagotavljanje delovanja, kakovosti in stroškovne učinkovitosti mehanskih delov. Ta članek bo obravnaval pogosto uporabljene mehanske dele iz načela izbire materiala, vrste materiala in postopka obdelave treh vidikov poglobljene analize, katerega cilj je zagotoviti dragoceno referenco za strojne inženirje in sorodne strokovnjake.
Prvič, načelo izbire materiala
Pri izbiri mehanskih delov je treba upoštevati številne dejavnike, vključno z uporabo zmogljivosti, učinkovitostjo procesa in ekonomičnostjo. Natančneje, načelo izbire materiala vključuje predvsem naslednje vidike:
Zmogljivost: Prvič, deli morajo izpolnjevati zahteve uporabe posebnih delovnih pogojev, kot so trdnost, trdota, odpornost proti obrabi, odpornost proti koroziji, odpornost proti utrujenosti itd. To zahteva, da ima načrtovalec delovnih pogojev delov temeljito razumevanje sile, vključno z delovnim okoljem (kot so temperatura, vlažnost, mediji itd.) in posebnimi zahtevami (kot so toplotna prevodnost, električna prevodnost, magnetna prevodnost itd.).
Procesna zmogljivost: procesna zmogljivost materiala neposredno vpliva na enostavnost obdelave delov, produktivnost in stroške. Dobra zmogljivost postopka, vključno s kovnostjo, varljivostjo, obdelovalnostjo itd., ki pomaga zmanjšati težave in stroške obdelave ter izboljšati produktivnost.
Ekonomičnost: Da bi izpolnili uporabo zmogljivosti in učinkovitosti postopka prostora, bi morali poskusiti izbrati nižje stroške materiala, da bi zmanjšali skupne stroške izdelka. To od projektanta zahteva, da celovito upošteva ceno materiala, stroške predelave in naknadne stroške vzdrževanja in uporabe.
Drugič, vrste pogosto uporabljenih materialov
Materiali, ki se običajno uporabljajo v mehanskih delih, vključujejo predvsem naslednje kategorije:
Jeklo: jeklo je eden najpogosteje uporabljenih materialov v mehanskih delih z visoko trdnostjo, dobro plastičnostjo in žilavostjo ter odlično obdelavo. Glede na različne uporabe in zahteve glede zmogljivosti lahko jeklo razdelimo na navadno ogljikovo konstrukcijsko jeklo, visokokakovostno ogljikovo konstrukcijsko jeklo, legirano konstrukcijsko jeklo in lito jeklo.
Lito železo: lito železo ima dobro sposobnost ulivanja, dušenje vibracij in odpornost proti obrabi, vendar sta trdnost in žilavost nizki. Zato se lito železo običajno uporablja pri izdelavi delov, ki so izpostavljeni statični obremenitvi, trenju in obrabi, kot so postelje za strojna orodja, škatle itd.
Neželezne kovine: neželezne kovine, kot so baker in bakrove zlitine, aluminij in aluminijeve zlitine, imajo nizko gostoto ter dobro električno in toplotno prevodnost ter se pogosto uporabljajo v električnih, elektronskih in vesoljskih področjih. V mehanskih delih se neželezne kovine običajno uporabljajo pri izdelavi lahkih strukturnih delov, drsnih ležajev itd.
Inženirska plastika: z razvojem znanosti o materialih se inženirska plastika vse pogosteje uporablja v mehanskih delih. Tehnične plastike imajo prednosti majhne teže, odpornosti proti koroziji, dobre izolacije itd., primerne za izdelavo nenosilnih, korozijsko odpornih ali izolacijskih delov.
Tretjič, analiza procesa obdelave
Obstajajo različni postopki obdelave mehanskih delov, pogosti pa so struženje, rezkanje, vrtanje, brušenje, kovanje in brizganje. Različni postopki obdelave so primerni za različne materiale in oblike delov, ki jih bomo predstavili v nadaljevanju.
Struženje: Struženje je metoda obdelave, pri kateri se obdelovanec pritrdi na vrtečo se napravo za vpenjanje obdelovanca in se material na obdelovancu postopoma reže z orodjem, da dobi želeno obliko in velikost. Struženje je primerno za izdelavo cilindričnih delov, kot so gredi in puše. Natančnost in površinska hrapavost struženja je odvisna od izbire orodja in nastavitve rezalnih parametrov.
Rezkanje: Rezkanje je obdelovalna metoda za izdelavo delov kompleksnih oblik, kot so ravne površine, konkavne in konveksne površine, zobniki itd., z rezanjem materiala na površini obdelovanca z vrtečim se orodjem. Rezkanje je razvrščeno v vrste, kot so ravno rezkanje, navpično rezkanje, čelno rezkanje, rezkanje zobnikov in konturno rezkanje, od katerih je vsako primerno za različne potrebe obdelave.
Vrtanje: Vrtanje je metoda obdelave, pri kateri vrtljivi sveder zareže material skozi obdelovanec, da ustvari luknjo želenega premera in globine. Vrtanje se običajno uporablja za ustvarjanje delov lukenj, kot so luknje za vijake in luknje za ležaje. Natančnost in učinkovitost vrtanja sta odvisna od izbire svedra, nastavitve rezalnih parametrov in izvajanja ukrepov hlajenja in mazanja.
Brušenje: Brušenje je metoda obdelave, pri kateri se material na površini obdelovanca postopoma odreže ali zbrusi z uporabo abrazivov, da se pridobi želena oblika, velikost in kakovost površine. Brušenje je primerno za obdelavo delov z visoko natančnostjo in visokimi zahtevami glede kakovosti površine, kot so kalupi, natančni strojni deli in orodja. Natančnost in kakovost površine brušenja je odvisna od izbire brusov, nastavitve parametrov brušenja in načina vpenjanja obdelovanca.
Kovanje: Kovanje je metoda obdelave kovin, pri kateri se kovinski material po vroči obdelavi s stiskanjem predela v želeno obliko. Kovanje je primerno za izdelavo delov s kompleksnimi oblikami in visokimi zahtevami glede mehanskih lastnosti, kot so zobniki in gredi. Kovanje lahko izboljša notranjo organizacijsko strukturo materiala, izboljša trdnost in žilavost delov.
Brizganje: Brizganje je postopek, pri katerem se staljena plastika vbrizga v kalup in strdi, da se proizvede zahtevani del. Brizganje je primerno za izdelavo velikih količin plastičnih delov kompleksnih oblik, kot so ohišja mobilnih telefonov in avtomobilski deli. Natančnost in kakovost površine postopka brizganja sta odvisni od zasnove kalupa, zmogljivosti stroja za brizganje in izbire plastičnega materiala.