Из чего делают машины

Из чего делают машины

Можно смело сказать: нет ни одной машины, изготовленной из одного какого-либо материа­ла. И чем сложнее машина, тем больше различ­ных материалов используется для изготовления ее деталей. Какой материал выбрать для детали? Этот вопрос конструктор должен решить, исхо­дя прежде всего из ее назначения и условий, в которых ей придется работать.

Возьмем, к примеру, какой-либо металлоре­жущий станок. Его станину надо сделать тяже­лой и монолитной, чтобы станок был устойчи­вым и не вибрировал при работе. Ее изготовляют из чугуна. Но чугун — хрупкий металл и не выдерживает ударных нагрузок. Все движу­щиеся части (валы, шестерни, шпиндели, суп­порт и т. д.) делают из стали. Для очень ответ­ственных деталей, подвергающихся большим нагрузкам, в отдельных случаях используют специальные легированные стали высокой проч­ности и износоустойчивости.

Зато для насосов, предназначенных для пере­качки каких-либо химических растворов или кислот, эти материалы непригодны: они подвер­жены коррозии. В этом случае надо использо­вать нержавеющую или кислотоупорную сталь, фарфор или пластические массы.

Вы конструируете электрическую машину, например трансформатор. Какие вам нужны материалы? А вот какие: для сердечника — трансформаторная сталь с особыми магнитными свойствами, а для электрических обмоток — медь, хорошо проводящая электрический ток.

Самолет должен быть по возможности лег­ким, но в то же время и прочным. Если взять один из самых легких металлов — алюминий, будет выполнена только первая задача. Поэтому применяют алюминиевые или магниевые спла­вы: их прочность в 8 раз выше, чем у чистого алюминия. А вот для обшивки космического корабля и эти материалы непригодны: они не выдерживают высоких температур. Здесь на помощь приходят титановые сплавы.

Глубоко под землей работает турбобур (см. статьи раздела «Как добывают полезные ис­копаемые»). Его долото, вращаясь, сокруша­ет породу. Но и само изнашивается. Чтобы сме­нить долото, приходится вынимать всю «цепоч­ку» труб, длина которой достигает 3—5 км. Ясно, что быстро изнашивающееся долото здесь не годится. Поэтому его изготовляют из сверх­твердых сплавов или алмазов.

Условия взаимной работы деталей тоже вли­яют на выбор материала. Нельзя сделать и вал, и вкладыши подшипника скольжения (см. ст. «Опоры») из стали. Такой подшипник не будет работать: сталь по стали «не скользит». Надо вал сделать из стали, а вкладыши подшипни­ка — из бронзы или из специального сплава — баббита. А если для смазки вместо масла при­меняется вода, вкладыши подшипника надо сде­лать из пластических масс. Цилиндры авто­мобильного двигателя сделаны из стали, а поршневые кольца делают из мягкого чугуна, чтобы при работе не стирались стенки цилиндра.

Но машина должна быть еще и технологичной, т. е. удобной для изготовления (см. ст. «Что такое технология»). Это тоже связано с выбором материалов. Возьмем, например, корпус редуктора. Его можно сделать и из чугуна, и из стали. На чем же остановиться? Выбор делает технология — попробуйте выто­чить из целого куска стали деталь такой слож­ной конфигурации. Сколько потребуется труда, различных станков, сколько лишнего металла будет превращено в стружку! Такую деталь надо отливать из чугуна — просто, удобно и почти никаких отходов.

При выборе материала конструктор обязан постоянно думать о стоимости машины. Прежде чем окончательно принять решение, он должен несколько раз проверить: а нет ли более дешевого материала с требуемыми свойствами.

Надо сказать, что сейчас у конструкторов почти неограниченный выбор материалов. Там, где не подходит металл, они обращаются к пласт­массам. Это не случайно: сейчас созданы пласт­массы, которые и прочнее, и легче, и дешевле стали. Мало того, они обладают такими каче­ствами, которых нет у металлов, например прозрачностью, способностью пропускать не­видимые лучи, устойчивостью против коррозии. А самое главное — пластмассы очень легко обра­батывать. Нагреванием и давлением из них можно получать детали любой формы, не тре­бующие последующей обработки.

Пользуются конструкторы-машиностроите­ли и железобетоном, который применялся раньше только в строительстве. А теперь из него делают станины для тяжелых станков.

Как видите, различные материалы начи­нают теснить металлы. Но металлурги не сдаются. Они создают все новые и новые спо­собы изготовления деталей. Один из интерес­нейших — металлокерамический, т. е. прессо­вание деталей из металлических порошков (см. ст. «Порошковая металлургия»). Этот способ позволил конструкторам проектировать детали сложнейшей конфигурации из различных ме­таллов и сплавов.

При выборе материалов конструктор не должен забывать и о тех возможностях, кото­рые дает ему применение тех или иных способов металлопокрытий и термической обработки (см. ст. «Защита металла»). Например, закал­ка концов вала повысит его прочность и изно­соустойчивость; хромирование, никелирование, кадмирование и другие покрытия позволят защитить деталь от коррозии, сделать ее кра­сивой.