Дизайн в обработке конструкционных материалов

Федеральное агенство по образованию

 

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального 

 

образования

 

«Челябинский государственный  педагогический универститет»

 

Естественно-технологический  факультет

 

Кафедра Технологии и Методики преподавания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

На тему: Дизайн в обработке конструкционных материалов

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 3 курса                                     Научный руководитель:

Очной формы обучения                                           к.п.н., доцент

Зверев  П.В.                                                                  Яковлев П.С .

__________________________                               ______________________

 

 

2012 год

Содержание:

 

 

Глава I Сложности применения дизайна в обработке конструкционных материалов

 

1.1 Конструкционные материалы, классификация свойств

 

1.2 Виды обработки конструкционных  материалов

 

Глава II Современные методы обработки конструкционных материалов

Глава III Возможности применения дизайна в обработке конструкционных материалов на уроках технологии

 

Приложения

 

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I Сложности применения дизайна в обработке конструкционных материалов

 

    В современных условиях развития общества одним из основных факторов технологического процесса в машиностроении является совершенствование технологии производства. Коренное преобразование производства возможно в результате создания более совершенствованных средств труда, разработки принципиально новых технологий.

    Развитие и совершенствование любого производства в настоящее время связано с его автоматизацией, создание робототехнических комплексов, широким использованием вычислительной техники, применением станков с числовым программным управлением. Все это составляет базу, на которой создаются автоматизированные системы управления, становятся возможными оптимизация технологических процессов и режимов обработки, создание гибких автоматизированных комплексов.

    Важным направлением научно – технического прогресса является создание и широкое использование новых конструкционных материалов. В производстве все шире используется сверхчистые, сверхтвердые, жаропрочные, композиционные, порошковые полимерные и другие материалы, позволяющие резко повысить технический уровень и надежность оборудования. Обработка этих материалов связана с решением серьезных технологических вопросов.

    Создавая конструкции машин и приборов, обеспечивая на практике их заданные характеристики и надежность работы с учетом экономических показателей.

   Описание технологических процессов основано на их физической сущности и предваряет сведения о строении и свойствах конструкционных материалов. Основные методы обработки конструкционных материалов: литье, обработка давлением, сварка и обработка резанием. Эти методы в современной технологии конструкционных материалов характеризуется многообразием традиционных и новых технологических процессов, возникающих на их слиянии и взаимопроникновении.

       Решать проблемы единства красоты и пользы взял на себя в 20 в. промышленный дизайнер. Не противопоставления красоты и пользы, не отождествление их друг с другом, а гармоничное единство этих качеств, вот как ставит вопрос современный дизайнер. Однако роль дизайнера как художника-творца применительно к изделию разного плана неодинаково. Так существуют объекты с преобладающими утилитарными требованиями к их оформлению.

    Это станки, приборы,  машины и т.д. При создании  этих предметов возможности в  разнообразии поиска дизайнера  более ограничена. Тут форма изделия  очень сильно тесно связана  с его технической конструкцией. В современной методике дизайна  как непременное условие достижения  эстетической выразительности изделия технологического назначения выделяется:

  а) обеспечение оптимального функционирования

  б) применение технически прогрессивных материалов, конструкций технических прогрессов

  в) наглядное выявление в форме закономерностей её функциональных и технических процессов.

    Существует и  другой вид изделий, в форме  которых художественные качества  имеют большую роль, чем в группе  выше названных объектов. Художественный  поиск форм у дизайнера здесь  более широк. Важными усл-ми  здесь являются:

   а) следовать стилю, моде образному смыслу;

  б) совершенство композиционного деления;

  в) учет технически конструктивных, технологических и прочих элементов формообразования.

   В разных изделиях  материал и конструкция по-разному  влияют на форму. В большинстве  случаев материал влияет на  форму предмета не непосредственно,  а через конструкцию. В простых  изделиях конструкция элементарна  и материал, как правило, используется  в монолите. В сложном же изделии  взаимосвязь межу материалом  и конструкцией и создаваемой  формой иная. Ибо материал работает, полностью подчиняясь конструкции.  Разные способы обработки материала,  различные технологические процессы  так же влияют на образование  формы. При использовании различных  технологий получается иная внешняя  форма, по характеру, пластике, фактуре.

  Типы конструкций,  которые используются в промышленных  изделиях, меняют на форму и  пластику и образуют 2 осн. группы:

1. пространственные, открытые  конструкции (решетчатые)

2. закрытые конструкции,  внешний контур которых типа  оболочки может быть образован  монолитной конструкцией.

Эти 2 типа конструкций влияют на форму изделия по-разному, в  открытых конструкциях на лицо прямая связь конструктивной основы с внешней  формой, в закрытых конструкциях наблюдаются  обратные явления, многие агрегаты скрыты за оболочками, кожухами и т.д. Здесь  нет прямой непосредственной связи  между конструкцией и внешней  формой. [ 3, 5, 38, 41 ]

 

1.1 Конструкционные материалы и их свойства

 

   Конструкционными материалами называют материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими параметрами Конструкционные материалы являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.). К основным критериям качества Конструкционные материалы относятся параметры сопротивления внешним нагрузкам: прочность, вязкость, надежность, ресурс и др.

Конструкционные материалы  подразделяются: по природе материалов — на металлические, неметаллические  и композиционные материалы, сочетающие положительные свойства тех и других материалов; по технологическому исполнению — на деформированные (прокат, поковки, штамповки, прессованные профили и др.), литые, спекаемые, формуемые, склеиваемые, свариваемые (плавлением, взрывом, диффузионным сращиванием и т.п.); по условиям работы — на работающие при низких температурах, жаропрочные, коррозионно-, окалино-, износо-, топливо-, маслостойкие и т.д.; по критериям прочности — на материалы малой и средней прочности с большим запасом пластичности, высокопрочные с умеренным запасом пластичности.

   Развитие техники предъявляет новые, более высокие требования к существующим Конструкционным материалам, стимулирует создание новых материалов. С целью уменьшения массы конструкций летательных аппаратов используются, например, многослойные конструкции, сочетающие в себе лёгкость, жёсткость и прочность. Внешнее армирование металлических замкнутых объёмов (шары, баллоны, цилиндры) стеклопластиком позволяет значительно снизить их массу в сравнении с металлическими конструкциями. Для многих областей техники необходимы Конструкционные материалы, сочетающие конструкционную прочность с высокими электрическими, теплозащитными, оптическими и другими свойствами.

   В составе конструкционных материалов нашли своё применение почти все элементы таблицы Менделеева, а эффективность ставших уже классическими для металлических сплавов методов упрочнения путём сочетания специально подобранного легирования, высококачественной плавки и надлежащей термической обработки снижается, перспективы повышения свойств конструкционных материалов связаны с синтезированием материалов из элементов, имеющих предельные значения свойств.

   Классификация свойств конструкционных материалов:

    Механические свойства характеризуются способностью материала сопротивляться деформированию и разрушаться под действием внешних воздействующих факторов.

Прочность (способность материала сопротивляться разрушению и пластично деформироваться под воздействием внешних сил);

Твердость (способность материалов сопротивляться деформированию в поверхностном слое при местном, контактном и силовом воздействии);

Упругость (способность материала восстанавливать свою форму и размеры, под действием внешних сил без разрушения);

Вязкость (способность материала поглощать механическую энергию и при этом испытывать значительную пластическую деформацию до разрушения);

Хрупкость (способность материала разрушаться под действием внешних сил, сразу после упругой деформации).

 

     Физические свойства характеризуют поверхность материала в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиоактивных полях.

Свет (способность материала отражать световые лучи с определенной длиной световой волны);

Плотность (масса единицы объема вещества);

Температура плавления;

Электропроводность (способность материала хорошо и без потерь проводить электрический ток);

Теплопроводность (способность материала переносить Тепловую энергию от более нагретого участка к менее нагретому);

Теплоёмктсть (способность материала поглощать определенное количество теплоты);

Магнитные (способность материала хорошо намагничиваться);

Коэффициент объемного  и линейного расширения.

   Технологические свойства характеризуются способностью материала подвергаться различным видам горячей и холодной обработки.

Литейные свойства;

Ковкость (важно при обработке давлением);

Свариваемость (это показатель того, на сколько материал может показать свариваемые соединения);

Обработка резанием;

Прокаливаемость;

Закаливаемость.

   Эксплуатационные свойства, характеризуют способность материалов обеспечивает надежную и долговечную работу изделий в конкретных условиях и эксплуатации, базируются на механических, физических и химических свойствах.

   Химические свойства характеризуют способность материала вступать в химическое взаимодействие с другими веществами.

Растворимость (способность материала образовывать с одним или несколькими веществами однородные системы, называющихся растворами);

Жаростойкость (способность материала противостоять химическому разрушению поверхности под действием воздуха или другой окислительной атмосферой при высоких температурах);

Коррозионостойкость (способность металлических материалов противостоять разрушению в результате химического или электрохимического воздействия на их поверхности внешней агрессивной среды (аналогичное свойство для неметаллических материалов- химикостойкость));

Окисление (способность материалов отдавать электроны, то есть окисляться при химическом взаимодействии с окружающей средой или другой материей). [ 10 ]

 

1.2  Виды обработки конструкционных материалов

 

  Обработка резанием:

   В основу режущих инструментов положен режущий клин, состоящий

из двух поверхностей, сходящихся в острую кромку. При перемещении

клина относительно обрабатываемого  материала он давит на заготовку  и

разделяет ее на две неравные части, меньшая из которых деформируется  и

превращается в стружку. Режущий клин при работе подвергается истира-

нию, тепловым воздействиям и силовым нагрузкам. Внедрение  клина в

заготовку возможно лишь при  преобладающей прочности материала клина.

     Процесс резания можно рассматривать как процесс местного сжатия

металла резцом с последующим  образованием стружки. Слой материала,

подлежащий срезанию, находится  в сложнонапряженном состоянии; уп-

ругим и пластическим деформациям  подвергаются также близлежащие

слои материала впереди  резца и под резцом.

 

  Обработка неорганических материалов:

  Характерной особенностью неметаллических конструкционных мате-

риалов (пьезокерамика, вакуумная  и конденсаторная керамика, керамика,

стекло, ферриты, полупроводники, двуокиси кремния, талька, кварца и

др.) является их низкая обрабатываемость, высокая твердость, износо-

стойкость и склонность к  разрушению при местной даже незначительной

концентрации напряжений. Обработка этих материалов режущим  инстру-

ментом затруднена, а абразивным – малопроизводительна. На обработанной поверхности деталей часто возникают сколы, трещины и микротре-

щины, которые очень трудно вывести при последующих чистовых опера-

циях.

       Широко распространенным методом механической обработки таких

материалов является обработка  алмазными кругами.

       При ультразвуковой обработке достигается высокое качество поверх-

ностного слоя, что проводит к существенному повышению износостойко-

сти и усталостной прочности  твердосплавных штампов, матриц, пресс-

форм, фильер и др. Зачастую ультразвуковой способ обработки совмеща-

ют с электрохимическим, при этом производительность обработки  повы-

шается в 10 раз, а износ  инструмента снижается в 8-10 раз.

     При механической обработке твердых неметаллических материалов,

особенно при сверлении  отверстий малого диаметра на большую  глубину,

применяется ультразвуковое резание с обработкой вращающимся  алмаз-

ным инструментом. Для этой цели используются специальные ультразву-

ковые вращающиеся головки, устанавливаемые на обычных металлоре-