Полная версия

Главная arrow Товароведение arrow ОБОРУДОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ОСНОВНЫЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Материалы, применяемые для изготовления оборудования перерабатывающих производств, характеризуются физическими, химическими, механическими, трибологическими, технологическими и санитарно-гигиеническими свойствами.

Физические свойства — плотность, цвет, температура плавления, тепло- и электропроводность, удельная теплоемкость, термическое расширение и магнитные характеристики. Физические свойства определяют поведение материалов в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиационных полях.

Химические свойства — коррозионная стойкость, растворимость, окисляемость. Эти свойства материалов характеризуют их способность вступать в химическое взаимодействие с другими веществами, сопротивляться окислению, а также проникновению газов и химически активных веществ.

Механические свойства материалов позволяют оценивать их способность сопротивляться деформированию и разрушению под воздействием различных нагрузок. К ним относятся твердость, прочность, упругость, пластичность и вязкость. В определенной степени к механическим свойствам можно отнести трибологические свойства материалов, под которыми понимают их способность сопротивляться изнашиванию в условиях внешнего трения.

Технологические свойства — ковкость, жидкотекучесть, свариваемость, обрабатываемость резанием и износостойкость.

Санитарно-гигиенические свойства материалов характеризуют степень их влияния на здоровье людей и качество получаемой продукции.

Для улучшения механических, химических и технологических свойств материалов применяют термическую (отжиг, закалка, отпуск) и химико-термическую (цементация, азотирование, цианирование) обработку.

Металлы, используемые в машиностроении, делятся на черные (железо и сплавы на его основе) и цветные (все остальные металлы и их сплавы).

Черные металлы. Железо — блестящий серебристосветлый металл плотностью 7,86 г/см3, температурой плавления 1536'С, легко поддается обработке давлением и резанием. В чистом виде вследствие низкой прочности практически не используется.

Сталь — сплав железа с углеродом (до 2,14 % С) и другими элементами. Содержание углерода влияет на свойства стали: с его увеличением возрастают, например, твердость, предел прочности, но уменьшаются пластичность, ударная вязкость и свариваемость.

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали наряду с железом и углеродом содержат марганец и кремний, а также вредные примеси (серу и фосфор). Кроме этого, в их состав входят скрытые примеси—газы: кислород, азот, водород.

В состав легированных сталей помимо указанных компонентов входят легирующие элементы (хром, никель, титан и др.), повышающие качество сталей.

По назначению различают стали конструкционные, инструментальные и с особыми физическими свойствами.

Конструкционные стали применяют для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений.

Инструментальные стали обладают высокой твердостью, прочностью, износостойкостью, их применяют для изготовления различного инструмента (режущего, измерительного и др.).

Стали с особыми физическими свойствами используют в атомной энергетике, химическом машиностроении, пищевой промышленности др.

По качеству различают стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества содержат не более 0,05 % серы и не более 0,04 % фосфора.

Качественные стали содержат не более 0,04 % серы (в случае инструментальных сталей до 0,03 % S) и не более 0,035 % фосфора, они менее загрязнены неметаллическими включениями и газами. В особо ответственных случаях эти стали содержат менее 0,02 % серы и 0,03 % фосфора. При одинаковом содержании углерода качественные стали более пластичны и вязки, особенно при низких температурах, поэтому такие стали предпочтительнее для изготовления изделий, эксплуатируемых при низких температурах.

В свою очередь, качественные углеродистые стали в зависимости от содержания углерода подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3...0,5 % С) и высокоуглеродистые конструкционные (до 0,6 % С). Низкое содержание вредных примесей в высококачественных сталях делает их производство достаточно дорогим и сложным, поэтому обычно высококачественными сталями бывают не углеродистые, а легированные стали.

Чугун —сплав железа с углеродом (более 2,14% С, обычно 3,0...4,5 % С), некоторым количеством марганца, кремния, серы, а иногда и с другими элементами. Чугун более хрупок, чем сталь, он хуже сваривается, но обладает лучшими литейными свойствами, поэтому изделия из чугуна получают, как правило, литьем.

По назначению и химическому составу различают литейный (серый), передельный (белый), ковкий, высокопрочный и специальный чугун.

Серый чугун сравнительно мягок, хорошо поддается обработке резанием и обладает отличными литейными свойствами, поэтому из него изготовляют чугунное литье для нужд машиностроения и других отраслей промышленности (корпусные детали, станины, блоки цилиндров и др.).

Белый чугун в изломе блестяще-белого цвета, хрупок, тверд и трудно обрабатывается резанием. Его перерабатывают в сталь, поэтому белый чугун и называют передельным.

Ковкий чугун, получаемый из белого путем отжига, обладает достаточно высокими механическими свойствами и пластичное тью. Такой чугун используют для изготовления ответственных и тонкостенных отливок (корпуса подшипников, картеры редукторов, звездочки и др.).

Высокопрочный чугун получают обработкой расплавленного чугуна специальными присадками. Этот чугун очень прочен и обладает хорошими физическими и технологическими свойствами. Из высокопрочного чугуна изготовляют как мелкие тонкостенные отливки (поршневые кольца), так и отливки массой более Ют.

Специальный чугун — ферросплавы (ферросилиций, ферромарганец, феррохром и др.) применяют для раскисления и легирования сталей.

В некоторых случаях применяют чугун с отбеленной поверхностью, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой — белого. Такой чугун применяют для изготовления деталей с высокой износостойкостью, например вальцов станков для измельчения зерна в муку.

Цветные металлы и сплавы. Эти материалы находят широкое применение в пищевом машиностроении и других отраслях промышленности благодаря многим ценным физическим и химическим свойствам: хорошей тепло- и электропроводности, малой плотности, антифрикционности и др. Чистые металлы, такие, как медь, магний, олово, в промышленности используют сравнительно редко из-за их высокой стоимости и небольшой прочности. Применяют сплавы цветных металлов, особенно медные, алюминиевые, магниевые и титановые.

Медь —мягкий, пластичный металл розово-красного цвета плотностью 8,95 г/см3 и температурой плавления 1083 °С. Она обладает высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, пластичностью. Медь и ее сплавы традиционно используют в технике низких температур. На основе меди изготовляют сплавы (латуни, бронзы и др.).

Латунями называют медно-цинковые сплавы. Из них изготовляют листы, ленты, полосы, трубы, арматуру, втулки и др.

Бронзы — это двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, бериллием, хромом и другими элементами, кроме цинка и никеля. Они обладают высокой прочностью, пластичностью, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью. Бронзы широко применяют при изготовлении различных деталей машин и аппаратов в перерабатывающей промышленности.

Алюминий — легкий металл серебристо-белого цвета плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 660 °С. Этот металл — хороший проводник теплоты и электрического тока, легко поддается холодной и горячей обработке давлением, но плохо поддается обработке резанием. Наиболее часто его используют для изготовления электрических проводов, химической аппаратуры, фольги, а также для получения легких сплавов.

Наряду с алюминием в чистом виде широкое распространение получили алюминиевые сплавы, которые можно разделить на две группы: деформируемые и литейные.

Из деформируемых алюминиевых сплавов распространены дю- ралюмины, основу которых составляет алюминий, а в качестве легирующих элементов используют медь, цинк, марганец и магний.

Сплав алюминия с марганцем применяют для изготовления коррозионно-стойких изделий, непосредственно контактирующих с пищевыми средами: емкостей, поплавков и поплавковых камер молочных сепараторов, стаканов центрифуг, бачков для хранения и транспортирования пива, трубопроводов и т. д.

Из сплавов алюминия с магнием изготовляют тару для консервов и пресервов, а также средненагруженные детали трубопроводов и емкостей.

Силумины — литейные сплавы алюминия с кремнием. Их применяют для отливки тонкостенных деталей сложной конфигурации, работающих при невысоких нагрузках в условиях непосредственного контакта с пищевыми средами.

Сплавы на основе алюминия, содержащие 4...6 % легирующих элементов, обладают хорошими физическими и механическими свойствами. Малая плотность сочетается у них с высокой прочностью, благодаря чему по удельной прочности (отношению прочности материала к его плотности) они в несколько раз превосходят конструкционную сталь. Такие сплавы позволяют значительно уменьшить массу изделия.

Алюминиевые сплавы широко используют в разных перерабатывающих производствах. Они устойчивы к воздействию воды, солнца, гигиеничны и нетоксичны, легко поддаются санитарной обработке и при этом не подвергаются коррозии.

Титан — прочный и пластичный металл серебристо-белого цвета плотностью 4,5 г/см3. Его температура плавления зависит от степени чистоты и в среднем составляет 1668 вС. Титан используют в пищевой и химической промышленности, холодильной и криогенной технике, а также для производства сплавов.

Неметаллические материалы. Наряду с металлами и их сплавами они нашли широкое применение в перерабатывающей промышленности. К неметаллическим материалам относятся пластмассы, резина, керамика, лакокрасочные покрытия, древесина, картон, ткань и т. д. Для этих материалов характерно сочетание требуемых химических, физических и механических свойств с низкой стоимостью и высокой технологичностью при изготовлении изделий сложной конфигурации. Трудоемкость при изготовлении изделий из неметаллических материалов в 5...6 раз ниже, и они в 4...5 раз дешевле металлических, поэтому использование неметаллических материалов в перерабатывающей промышленности постоянно расширяется.

В машинах и аппаратах пищевых производств неметаллические материалы используют: в узлах трения (вкладыши, втулки направляющих); для деталей, передающих усилия (шестерни, шкивы, ролики и др.); для деталей рабочих органов механизмов (формующие барабаны, матрицы, захваты, толкатели, скребки) и для других изделий. Эти материалы во многих случаях не только служат заменителями, но и имеют важное самостоятельное значение, превосходя по некоторым свойствам металлы и их сплавы.

Пластмассы — это синтетические материалы, получаемые на основе органических и элементоорганических полимеров. Свойства пластмасс определяются свойствами полимеров, составляющих их основу.

Пластмассы состоят из нескольких компонентов — связующего вещества, наполнителя, пластификатора, стабилизатора, отверди- теля и др.

Обязательный компонент пластмасс — связующее вещество. Такие простые пластмассы, как полиэтилен, состоят только из связующего вещества.

Наполнителями служат твердые материалы органического и неорганического происхождения. Они придают пластмассам прочность, твердость, теплостойкость, а также некоторые специальные свойства, например антифрикционные или, наоборот, фрикционные. Кроме того, наполнители снимают усадку при прессовании. Свойства пластмасс можно изменять путем использования различных наполнителей.

Пластификаторы представляют собой низкомолекулярные малолетучие жидкости с низкой температурой замерзания. Растворяясь в полимере, пластификаторы повышают его способность к пластической деформации, а также снижают жесткость и температуру хрупкости пластмасс. В качестве пластификаторов применяют сложные эфиры, низкомолекулярные полимеры и др. Они повышают морозостойкость и огнестойкость пластмасс. При этом в условиях эксплуатации пластификаторы должны оставаться стабильными

Стабилизаторы вводят в пластмассы для повышения долговечности. Светостабилизаторы предотвращают фотоокисление, а антиокислители — термоокисление.

Отвердители изменяют структуру полимеров, влияя на их свойства. Чаще всего используют отвердители, ускоряющие полимеризацию, — оксиды некоторых металлов, уротропин и др.

Специальные химические добавки вводят с разными целями, например сильные органические яды — фунгициды — для предохранения пластмасс от плесени и порчи насекомыми в определенных климатических условиях.

Смазывающие вещества (стеарин, олеиновую кислоту) применяют для предотвращения прилипания пластмассы к оборудованию при производстве и эксплуатации изделий.

Красители и пигменты придают пластмассам желаемую окраску.

Для пластмасс характерны низкая плотность, высокие антикоррозионные, теплоизоляционные и диэлектрические свойства, хорошая окрашиваемость в любые цвета, достаточно хорошие антифрикционные и технологические свойства.

К недостаткам пластмасс относятся: старение, малая термостойкость, неспособность выдерживать повышенные статические и динамические нагрузки. При длительных работах под нагрузкой пластмассы склонны к ползучести.

В зависимости от характера связующего вещества и отношения к тепловому воздействию пластмассы делятся на две группы: термопластичные (термопласты) и термореактивные (реак- топласты).

Термопласты (полиэтилен, полипропилен, фторопласты, полистирол, пластмассы на основе поливинилхлорида, полиамиды, полиуретаны, стекло органическое и поликарбонат) при тепловом воздействии не претерпевают химических превращений и не утрачивают способности к повторной переработке.

Свойства полиэтилена и область его применения зависят от способа получения данного полимера. В процессе полимеризации при температуре 200...300 °С и давлении (1,0...3,5)104 МПа получают полиэтилен плотностью 0,918...0,930 г/см3. Его называют полиэтиленом высокого давления или полиэтиленом низкой плотности.

При полимеризации полиэтилена при температурах около 80 °С и давлении ниже 200 МПа получают материал плотностью 0,946...0,970 г/см3, так называемый полиэтилен низкого давления или высокой плотности. Чем больше плотность и степень кристалличности полиэтилена, тем выше его прочность, модуль упругости и теплостойкость. Кристалличность полиэтилена высокой плотности 75—95 %, а низкой плотности 50—60 %. Температура плавления изменяется от 105 до 130 вС. Изделия из полиэтилена высокого давления можно использовать до температуры 60 °С, а из полиэтилена низкого давления — до 100 вС. Полиэтилен морозостоек до минус 60 °С.

Полиэтилен применяют для изготовления резервуаров, тары, деталей машин и аппаратов, контактирующих с вином и некоторыми другими пищевыми продуктами.

По сравнению с полиэтиленом полипропилен обладает более высокими прочностью, жесткостью и ударной вязкостью. При этом один из его основных недостатков — невысокая морозостойкость (до минус 20 °С).

Полипропилен применяют для изготовления деталей машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами (молоком и молочными продуктами, вином, коньяком, шампанским и др.), а также для тары и упаковки. Его используют для изготовления пористых материалов — пенопластов.

Фторопласты представляют собой модифицированные полимеры этиленового ряда. Наибольшее распространение получили фторопласт-3 и фторопласт-4 (тефлон). Фторопласты широко применяют для изготовления химически стойких покрытий, пленок, волокон, подшипников, кранов, мембран и т. д.

Из пластмасс, получаемых на основе поливинилхлорида, достаточно широкое распространение получили винипласты — непла- стифицированные поливинилхлориды. Они отличаются высокой механической прочностью и упругостью, но сравнительно малой пластичностью. Устойчивы к воздействию практически всех минеральных кислот, щелочей и растворов солей. К недостаткам винипластов относятся склонность к ползучести, низкая ударная вязкость, малая теплостойкость, существенная зависимость от температуры. Из винипласта выпускают трубы для транспортирования воды, холодного молока, коррозионно-стойкие емкости, тару для молока и молочных продуктов и т. д.

Реактопласты (гетинакс, текстолит, асбоволокнит, стеклотекстолит и др.) при тепловом воздействии претерпевают химические изменения и необратимо теряют способность к повторному формованию.

Термореактивные пластмассы отличаются от термопластов повышенной теплостойкостью, практически полным отсутствием ползучести под нагрузкой при обычных температурах, постоянством физико-механических свойств в интервале температур их эксплуатации.

Основу любого реактопласта составляет химически затвердевающая термореактивная смола, служащая связующим веществом. Кроме того, в состав реактопластов входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители и растворители. Наполнителями могут быть порошковые, волокнистые и гибкие листовые материалы.

В качестве порошковых наполнителей используют молотый кварц, тальк, графит, древесную муку, целлюлозу.

К пластмассам с порошковым наполнителем относятся фенопласты (бакелита и фенолформальдегидные смолы) и аминопласты.

Бакелита — это упрочненные фенолформальдегидные смолы, они легко поддаются обработке металлорежущим инструментом и пригодны к полированию.

К пластмассам с листовыми наполнителями (слоистые пластики) относятся гетинакс, текстолит, стеклотекстолит и древеснослоистые пластики. Наполнителями для этих пластмасс служат соответственно бумага, хлопчатобумажная ткань, тканые стекловолокнистые материалы и древесина.

Резина — продукт вулканизации смеси каучука (основа), наполнителя (сажа, оксид кремния, оксид титана, мел, барит, тальк), смягчителя (канифоль, вазелин), противостарителя (парафин, воск) и компонентов вулканизации (сера, оксид цинка). Физикомеханические свойства резины зависят от состава резиновой смеси, типа каучука (натуральный или синтетический) и вводимых добавок.

Резиновые материалы используют для амортизации, демпфирования, уплотнения, герметизации, химической защиты деталей машин, при производстве тары для хранения масла и горючего, различных трубопроводов (шлангов) и др. В большинство резиновых изделий вводят ткани или нити, которые повышают их прочность.

Керамику получают путем формования пластических глин и спекания их при высоких температурах.

К прокладочным, уплотнительным, фрикционным и набивочным материалам относятся асбест, фибра, паронит, клингерит и пробка.

Контрольные вопросы и задания. 1. По каким основным признакам классифицируют оборудование перерабатывающих производств? 2. Каковы принципиальные различия между машиной и аппаратом? 3. Какие соединения относятся к неподвижным? 4. Чем отличается вал от оси? 5. Какие существуют виды подшипников качения? 6. С какой целью в машинах применяют муфты? 7. Что относится к основной характеристике передач? 8. Перечислите наиболее известные исполнительные механизмы, применяемые в машинах и аппаратах перерабатывающих производств. 9. Из каких элементов состоит кулачковый механизм? 10. Назовите основные свойства материалов, применяемых при изготовлении оборудования перерабатывающих производств. 11. К каким сплавам относятся латуни? 12. Какие компоненты входят в состав пластмасс?

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>