Обоснование и выбор материалов для изготовления деталей машин

Пищевого и холодильного машиностроения

 

Цель работы: научиться выбирать и обосновывать выбор материла, режим термической или химико-термической обработки для заданных деталей машин пищевого и холодильного машиностроения.

Примечание. Для выполнения ситуационных задач требуется изучить следующие разделы курса «Материаловедение»: 1. Углеродистые стали; 2. Чугуны; 3. Легированные стали; 4. Термическая обработка; 5. Химико-термическая обработка; 6. Цветные металлы и сплавы; 7. Неметаллические материалы. Кроме того, необходимы знания технологии пищевых производств.

 

Материалы, применяемые в пищевом и холодильном машиностроении

 

Специфические условия пищевых производств: повышенная влажность, высокая и низкая (до – 270 ^оС) температура, большие перепады температуры, непосредственный контакт и пищевыми продуктами и агрессивными средами, абразивное воздействие некоторых продуктов предъявляют особые требования к выбору материалов для пищевого и холодильного оборудования.

Материалы, применяемые в пищевом и холодильном машиностроении, должны отвечать общим требованиям, предъявляемым к материалам, находящимся в контакте с пищевыми продуктами, материалы не должны содержать вредных для здоровья элементов или вступать в реакцию химического взаимодействия с продуктами, разрушаться под действием пищевых сред, моющих или дезинфицирующих средств и смазочных материалов.

Одним из основных требований к материалам, применяемы в пищевом машиностроении, является их высокая коррозионная стойкость. Продукты коррозии, смешиваясь с пищевыми продуктами, снижают их качество и нередко делают их совершенно непригодными для питания. При наличии коррозии скорость ее должна быть минимальной. Продукты коррозии не должны быть токсичными и не должны влиять на органолептические свойства пищевых продуктов (вкус, запах, цвет и т.п.).

Пищевые машины и холодильные аппараты изготавливают из разнообразных материалов. Для изготовления станин и корпусных деталей пищевых машин используют серый чугун марок СЧ15 и СЧ18 (ГОСТ 1412-79); ответственные и высоконагруженные детали сложной конфигурации (цилиндры, головки матриц макаронных прессов и т.д.) изготавливают из серого чугуна марок СЧ20 и СЧ30. В отдельных случаях применяют износостойкий легированный чугун ИЧХ (детали насосов и других деталей оборудования сахарного производства), отбеленный чугун (мукомольные валки и др.).

Углеродистые и легированные конструкционные стали находят широкое применение для изготовления пищевого оборудования. Рабочие органы измельчителей, ножи шпигорезок, кондитерского и другого оборудования изготавливают из углеродистых и легированных сталей. Лучшим материалом с точки зрения износостойкости и режущих свойств для решеток измельчителей мяса являются стали ШХ15 и ШХ15СГ.

Детали пищевого оборудования, непосредственно контактирующие с перерабатываемыми пищевыми продуктами и подвергаемые санитарной обработке агрессивными моющими средствами, работающие при высоких температурах изготавливают из коррозионно-стойких высоколегированных и жаростойких сталей и сплавов 12Х18Н10Т, 40Х13, 12Х17, 20Х13Н4Г9 и других (ГОСТ 5632-72). Для экономии никельсодержащих сталей рекомендуют заменять их безникелевыми сталями марок 08Х18ФТ1, 10Х14АГ15, 12Х13Г18Д или сталями с пониженным содержанием никеля типа 04Х25Н5М2, а также широко использовать пластмассы.

Для изготовления пищевого и холодильного оборудования используют цветные металлы и сплавы: медь марки М3 (маслопроводы, испарители, перегонные трубы и т.п.); медные сплавы (латуни Л63, ЛК80-3Л, бронзы оловянные литейные БрО5Ц5С5, БрО3Ц7С5Н1 (ГОСТ 613-79), бронзы безоловянные БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л, БрА9Мц2Л (ГОСТ 493-79) для теплообменной аппаратуры, арматуры, шестерен и деталей насосов, сварных котлов и резервуаров и др.); алюминий марок А7, А5, А10 (для изготовления емкостей, трубопроводов, посуды); деформируемые алюминиевые сплавы марок АД0, АД1, АМц, Д1, Д16 и др. (поплавки молочных сепараторов, стаканы центрифуг, детали рассевов, тестомесильных дежей и т.п.) литейные алюминиевые сплавы марок АЛ2, АЛ4, АЛ9 и др. (корпуса насосов и редукторов, арматура, кронштейны, мешалки и т.п.). Пищевое олово марок О1 и О2 (ГОСТ 860-75), цинк марки Ц3 (ГОСТ 3640-79) используют в качестве защитных покрытий пищеварочных котлов, арматуры молокопроводов и других деталей, контактирующих с пищевыми средами.

В последнее время для изготовления деталей пищевых машин и холодильных аппаратов успешно применяют титан и сплавы на его основе марок ВТ1-0, АТ3, ВТ3-1, ОТ4 и др. в виде отливок, листов, штамповок. Достоинствами титана и его сплавов являются малая плотность, высокие прочностные характеристики, высокая коррозионная стойкость, жаропрочность. Это дает возможность применять титан и его сплавы в конструкциях варочных котлов, змеевиков, теплообменников и другой нагревательной аппаратуры, центрифуг и насосов, емкостей и аппаратов тепловой обработки виноматериалов и т.п.

Из неметаллических материалов в пищевом и холодильном машиностроении нашли применение различные полимеры и пластмассы на их основе: полиэтилен низкой плотности (футеровочный материал для трубопроводов, шестерен и т.п.), полипропилен, полистирол, пенопласт (теплоизоляционный материал), винипласт (трубы, стержни, бункеры, арматура и т.д.), фторопласт-4 (матрицы к тесторазделочным и макаронным прессам, облицовка валов для раскатки теста и формования конфет), фенопласты, текстолит и стеклотекстолит (шестерни, втулки, подшипники и т.п.), пищевая резина и др.

Для изготовления основных частей пищевых сосудов и аппаратов, работающих под давлением, применяют в основном стали марок Ст3, Ст4, 20К.

В последнее время в пищевых и холодильных аппаратах стали использовать коррозионно-стойкие двухслойные стали (биметаллы) с основным слоем из углеродистой стали обыкновенного качества ВСт3кп или стали 20К. В качестве плакирующего слоя, контактирующего с агрессивной технологической средой, используют нержавеющие стали марок 08Х13, 08Х17Т, 15Х25Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, причем толщина плакирующего слоя составляет в среднем 20 % от общей толщины биметалла, что ведет к снижению его стоимости по сравнению с монолитной нержавеющей сталью при равной толщине листа и сокращению расхода дефицитных никельсодержащих сталей.

Отраслевыми стандартами (ОСТ 27-00-223-75 и др.) установлены ограничения на марки и сортамент материалов, применяемых в пищевом и холодильном машиностроении, что способствует повышению уровня унификации и технологичности пищевых машин и аппаратов.

Оборудование, предназначенное для переработки пищевого сырья, имеет свои особенности, заключающиеся в воздействии на поверхность деталей перерабатываемого сырья (зерно, мясо, овощи и др.) или моюще-дезинфицирующих растворов при санитарной обработке машин и аппаратов. В ряде случаев большое значение имеет и среда, в которой работают трущиеся детали машин (например, оборудование сахарных заводов подвержено воздействию абразивных частиц).

Известно также, что в состав продуктов растительного и животного происхождения входят в большом количестве сильные поверхностно-активные вещества (олеиновая, стеариновая кислоты и др.), которые оказывают большое влияние на механизм и интенсивность изнашивания поверхностного слоя.

Таким образом, при выборе материала для изготовления тех или иных деталей машин пищевого и холодильного машиностроения необходимо хорошо представлять условия их эксплуатации.

 

Методические указания

 

При конструировании машин, их узлов и деталей инженер-конструктор, инженер-механик, для обеспечения нормальной и длительной работы машин, должен уметь выбрать материал для деталей и инструмента с учетом условий их эксплуатации.

Эксплуатационная надежность деталей находится в зависимости от их прочностных свойств, износостойкости, жаростойкости и коррозионной стойкости. Для изготовления различных деталей и инструментов используют широкую номенклатуру сталей и сплавов, иногда применяют неметаллические материалы.

Главной задачей высшей школы является подготовка студентов к выполнению определенной профессиональной деятельности. Предлагаемые ситуационные задачи по выбору материалов и назначению режимов их термической или химико-термической обработки должны привить будущему конструктору и механику некоторые навыки в указанном направлении, научить самостоятельно пользоваться технической, в том числе справочной, литературой.

В процессе работы предполагается определить причины выхода из строя деталей машин и инструмента, обосновать выбор состава сплавов из числа применяемых в современном машиностроении и назначить необходимые режимы термической и химико-термической обработки с тем, чтобы обеспечить получение свойств, указанных в задаче.

Основанием для выбора материала должна быть экономическая целесообразность: прежде всего, рассмотреть возможность применения наиболее дешевого материала, например, для деталей машин углеродистой стали или серого чугуна.

Если по свойствам эти материалы окажутся непригодными, то следует воспользоваться, например, качественной углеродистой сталью с повышением ее свойств соответствующей термической или химико-термической обработкой.

Если же при выборе более дешевых материалов не обеспечиваются предъявляемые к детали требования, то тогда нужно рассмотреть возможность использования легированных сталей, цветных сплавов или неметаллических материалов.

При выборе материала необходимо учитывать также, соприкасается ли непосредственно указанная деталь с пищевыми продуктами, нужно ли применить антикоррозионное покрытие или, может быть, выбрать такой режим химико-термической обработки, применение которого решало бы одновременно задачи упрочнения и повышения коррозионной стойкости.

Сделанный выбор материала и режимов обработки необходимо обосновать.

Примеры выполнения задания, а также некоторые справочные данные приведены в конце данного пособия.

Приведенные ниже задачи решаются самостоятельно (4 часа на лабораторных занятиях и 6 часов внеаудиторных занятий).

В тексте каждой задачи приведены требования к выполнению задания. Если в задаче указано: «Выполнить п.п. 1…6 задания», то это означает, что надо ответить на нижеследующие пункты контрольных заданий.

 

3. Контрольные задания к ситуационным задачам

 

2. Описать назначение и условия работы данной детали или инструмента. Определить возможные причины выхода из строя детали или причины возникновения дефектов и установить характер разрушения.

3. Выбрать материал для изготовления вышедшей из строя детали. Обосновать сделанный выбор.

4. Привести химический состав выбранного материала, указать его марку и основные свойства.

5. Рекомендовать режим термической и (или) химико-термической обработки, необходимых для обеспечения требуемых свойств изделия с учетом условий его эксплуатации.

6. Объяснить назначение каждой примененной операции термической или химико-термической обработки и рассмотреть ее влияние на микроструктуру и свойства материала.

7. Описать твердость материала в поверхностном слое и в сердцевине детали, а также основные механические и эксплуатационные свойства готовой детали.

 

Ситуационные задачи

 

Пищевое машиностроение производит оборудование для различных отраслей и подотраслей, таких как пищевая, мясная, рыбная, мельнично-элеваторная, сахарная, хлебопекарная, консервная, винодельческая, мясо - и птицеперерабатывающая, цельномолочная, сыродельная, мукомольно-крупяная и др.

Холодильное машиностроение производит оборудование, как к перечисленным отраслям, так и для химической, нефтяной, нефтехимической, металлургической и других отраслей промышленности.

При существующем многообразии производств применяемое технологическое оборудование также разнообразно. По характеру воздействия на обрабатываемый продукт его принято подразделять на машины и аппараты. Характерной особенностью машин является наличие движущихся рабочих органов, механически воздействующих на продукт; для аппаратов характерно наличие определенного реакционного пространства (рабочей камеры) в которой протекают физико-механические, тепловые, диффузионные, химические, биохимические, электрические и другие процессы, вызывающие изменение физических или химических свойств продукта, либо его агрегатного состояния.

В машинах и аппаратах всех отраслей много сходных сборочных единиц, поэтому ситуационные задачи сформированы в следующие группы:

1. Валы, оси, пальцы.

2. Втулки, барабаны, диски.

3. Шнеки, зубчатые колеса, шестерни.

4. Рычаги шатуны, вилки, пружины.

 

Валы, оси, пальцы.

 

В машинах и аппаратах применяют валы и оси разнообразных конструктивных форм и размеров: гладкие, ступенчатые с двусторонним и односторонним расположением ступеней, коленчатые, фланцевые, кривошипные, кулачковые, эксцентриковые, рифленые. Некоторые валы, как валы эмульгаторов и агрегатов тонкого измельчения мяса, изготавливают полыми из труб.

Материалом для деталей типа валов в основном служат стали, марки которых выбирают в зависимости от условий эксплуатации, от конструкционных углеродистых сталей (ГОСТ 1050-74) до высоколегированных хромистых, хромоникелевых, хромомолибденовых, хромоникелевольфрамовых и других сталей (ГОСТ 4543-71), удовлетворяющих особо высоким требованиям, когда валы передают большие нагрузки, эксплуатируются при высоких скоростях, подвергаются повышенному износу и т.п.

 

Задача 1.1

На кондитерском комбинате, на ирисозаверточной машине ИЗМ-1 разрушился вал диаметром 40 мм, работающий с большими знакопеременными нагрузками. Излом имел две зоны: гладкую, притертую с поверхности и с волокнистым строением в сердцевине. Проведенный расчет показал, что предел прочности должен быть не ниже 450 МПа.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.2

На кондитерском комбинате, на ирисозаверточной машине ИЗМ-1 разрушился вал диаметром 40 мм. В зоне разрушения наблюдается бархатистый мелкокристаллический излом; твердость поверхности HRC 58…62.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.3

На хлебокомбинате произошла поломка вала диаметром 70 мм редуктора тестоделительной машины ХДФ. Излом имел кристаллическое строение. Приведенный расчет показал, что предел прочности материала должен быть не ниже 350 МПа.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

 

Задача 1.4

На хлебокомбинате произошла поломка вала диаметром 70 мм редуктора тестоделительной машины ХДФ. Проведенный расчет показал, что предел прочности материала должен быть не ниже 350 МПа, вязкость разрушения KCU не ниже 0,7 МДж/ м².

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.5

В результате износа вышел из строя коленчатый вал горизонтального вакуум-насоса диаметром 50 мм.

В результате исследований установлено, что партия коленчатых валов изготовлена из стали 50 и закалена на твердость HRC 35…40.

Описать микроструктуру изношенного вала; дать предложения на повторную термическую обработку партии коленчатых валов для увеличения износостойкости, не изменяя геометрические размеры детали и исключив обезуглероживание.

 

Задача 1.6

В результате поломки вышел из строя коленчатый вал горизонтального вакуум-насоса диаметром 50 мм. Излом имел волокнистое строение, форма и размеры зерен сильно искажены. По расчетам предел прочности материала должен быть не ниже 750 МПа.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.7

На сахарном заводе разрушился вал дезинтегратора для изготовления сахарной пудры диаметром 70 мм, работавший с большими ударными нагрузками. Излом имел крупнокристаллическое строение без заметной пластической деформации. Согласно расчетам предел прочности материала должен быть не ниже 700 МПа, а вязкость разрушения KCU не ниже 0,9 МДж/м².

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания. На заводе имеются стали Ст.4сп, 45, 20ХН3А. Обосновать, какую из этих сталей следует выбрать.

 

Задача 1.8

Палец ролика делительно-закаточной машины ДЗБ-4М вышел из строя в результате сильного износа поверхности. Исследования показали, что микроструктура стали феррито-перлитная, содержит около 70 % феррита. По техническим условиям твердость поверхности пальца должна быть HRC 40…45.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.9

 

При эксплуатации разрушилась ось тележки, используемой на складе готовой продукции. Ось диаметром 70 мм была изготовлена из стали Ст.5. Излом имел волокнистое строение, форма и размер зерен сильно искажены. Установлено, что, не изменяя диаметра оси, чтобы не менять конструкцию тележки, необходимо увеличить прочность материала в 1,5 раза.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.10

 

На молокозаводе вышел из строя ступенчатый вертикальный вал (веретено) сепаратора Г9-ОЦМ-5 (максимальный диаметр 60 мм, минимальный диаметр 25 мм, длина 650 мм). Частота вращения вала 5000 мин^-1. Исследование зоны излома показало, что вал имеет структуру мелкоигольчатого мартенсита с множеством закалочных трещин. Закалка сквозная, твердость HRC 62…65.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

Задача 1.11

 

На молочном комбинате произошла поломка веретена (ступенчатый вертикальный вал) сепаратора ВСЖ-2 (максимальный диаметр 52 мм, минимальный диаметр 21 мм, длина 720мм). Частота вращения вала 7000 мин^-1. Излом имел две зоны: гладкую притертую с поверхности и с характерными ручьистыми узорами в сердцевине. Исследования показали, что твердость стали изменяется от поверхности к сердцевине от 65 до 48 HRC.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.12

На хлебокомбинате вышел из строя в результате износа зубьев рифленый валок вальцового мукомольного станка. Валки изготавливают сборными, состоящими из бочки диаметром 250 мм с рифлениями и цапфы диаметром 65 мм. Длина валка 1850 мм.

Проведенные исследования показали, что зубья валка были подвергнуты закалке ТВЧ. Валки изготовлены из стали 45. Твердость поверхности HRC 40…45.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.13

На мясокомбинате вышла из строя вал-шестерня в результате поломки вала. Диаметр шестерни 98 мм, диаметр вала 35 мм, длина 304 мм.

Исследования показали, что твердость поверхности HRC 62…65, сердцевины HRC 28…32. Микроструктура поверхностного слоя мелкоигольчатый мартенсит. Излом усталостный с множеством мелких трещин.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

Задача 1.14

На молочном комбинате вышел из строя в результате изменения геометрических параметров эксцентриковый вал машины К6-ФОК2 (диаметр эксцентрика 30 мм, диаметр вала 18 мм, длина 760 мм). Исследования показали, что микроструктура поверхностного слоя вала состоит из мартенсита и 30…35 % остаточного аустенита. Изготовлен вал из стали 18ХНВА и подвергнут нитроцементации. Твердость поверхности HRC 52…56.

Требуется объяснить причину изменения геометрических параметров вала; расшифровать марку стали; назначить режим термической или химико-термической обработки, исключающей изменение размеров детали. Назначить твердость сердцевины и поверхности вала, согласно условиям эксплуатации.

Марку стали не менять.

 

Задача 1.15

В результате износа вышел из строя коленчатый вал мездрильной машины. Диаметр колена 120 мм, диаметр вала 40 мм, длина вала 1015 мм. Твердость поверхности вала HRC 40…45.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.16

На молочном комбинате в результате усталостного разрушения вышел из строя шток компрессора большой хладопроизводительности АО-1200 (максимальный диаметр 90 мм, минимальный диаметр 40 мм, длина 840 мм). Необходимо изготовить шток, причем трущаяся о сальник часть поверхности диаметром 60 мм должна иметь твердость HRC 52…56 на глубину 1,2…1,7 мм; торцы малого буртика, несущие всю осевую нагрузку должны иметь твердость HRC 48…56.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.17

В результате усталости при кручении произошел излом коленчатого вала компрессора АУ200 у масляного отверстия. Вал изготовлен из стали 40Х, подвергнут индукционной закалке; твердость поверхности HRC 45…50.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.18

В результате появления поверхностных трещин вышел из строя тяжелый тихоходный вал с лопастями; масса вала 1000 кг.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.19

На молочном комбинате в компрессорном отделении вышел из строя поршневой палец диаметром 30 мм и длиной 50 мм компрессора АО-1200. Излом имел крупнокристаллическое строение. Пальцы работают в условиях знакопеременных нагрузок и износа.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.20

На сахарном заводе вышли из строя пальцы втулочно-роликовой цепи свеклоэлеватора, работающие в коррозионно-абразивной среде.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.21

На машиностроительном заводе крепежные детали (болты, шпильки, винты и т.д.) пищевых машин изготавливают на быстроходных станках-автоматах. Однако, применяемая для их изготовления сталь Ст.3 не обеспечивает высокого качества поверхности, большой производительности резания и высокой стойкости режущего инструмента. При работе эти детали не испытывают значительных нагрузок.

Требуется: 1. Выбрать материал для изготовления крепежных деталей на станках-автоматах отвечающий заданным условиям, обосновать сделанный выбор. 2. Выполнить п.п. 3…6 задания.

Задача 1.22

Машиностроительный завод выпускал компрессоры со штоком 60 мм из стали с пределом текучести 200…240 МПа и относительным удлинением 20…22%. Получен заказ на изготовление двух типов более мощных компрессоров. Штоки такого же диаметра в первом типе должны иметь s_т ³ 800 МПа и KCU ³ 0,8 МДж/м² , а во втором типе компрессора - s_т ³ 600 МПа и KCU ³ 0,6 МДж/м² .

Требуется: 1. Определить, из какого материала изготавливали штоки в серийном компрессоре. 2. Выполнить п.п. 2...6 для штоков двух новых типов.

 

Задача 1.23

На машиностроительном заводе приступили к выпуску компрессоров с давлением более 30 МПа. В таких условиях штоки диаметром 120 мм из стали 45 работать не могут. Предел прочности материала должен быть не ниже 800 МПа и поверхностная твердость HV 8500…10000 МПа.

Требуется: выполнить п.п. 2…6 задания.

 

Задача 1.24

Вышел из строя трансмиссионный вал диаметром 45 мм. Исследования показали, что твердость вала по сечению HRC 52…58; микроструктура – мартенсит отпуска. В изломе просматриваются микротрещины, края которых обезуглерожены.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 1.25

 

На молочном комбинате в результате износа шатунных шеек вышел из строя коленчатый вал компрессора АУ-200 (d_max = 100 мм, d_min = 60 мм, l = 1028 мм), изготовленный из серого чугуна СЧ14. Принято решение изготовить коленчатый вал из стали, предел прочности которой должен быть не менее 350 МПа, твердость шатунных шеек не ниже HRC 48…50.

Требуется: выполнить п.п. 2…6 задания.

 

Задача 1.26

На пивоваренном заводе при капитальном ремонте компрессора АУ – 200 обнаружили, что поршневые пальцы диаметром 30 мм, длиной 50 мм имеют повышенный износ; микроструктура сердцевины сорбитообразный перлит, поверхностная твердость РКС 38…43, микроструктура поверхностного слоя – мартенсит отпуска.

Требуется: выполнить п.п. 2…6 задания.

 

Задача 1.27

На кондитерском комбинате в результате среза вышел из строя палец откидного ножа ротационной карамелережущей машины, работающий на изгиб и срез. Необходимо изготовить палец, обладающий более высокой износостойкостью поверхности и высокой вязкостью сердцевины.

Исследования места среза показали, что он изготовлен из стали 45; микроструктура – мартенсит; твердость HRC 40…45, КС = 50 Дж ^. м/см².

Требуется: выполнить п.п. 2…6 задания.

Задача 1.28

Для изготовления анкерных болтов двухступенчатого компрессора выбрана сталь 08кп. В процессе эксплуатации компрессора несколько болтов оказались срезанными.

Требуется: выполнить п.п. 2…6 задания.

Втулки, барабаны, диски

 

Детали типа втулок, барабанов и дисков находят широкое применение в пищевом и холодильном машиностроении. Основной конструктивной и технологической особенностью деталей этого типа является то, что они имеют общую ось наружных и внутренних поверхностей.

Втулки изготавливают из чугунов, бронз, латуней и сталей различных марок в зависимости от назначения и условий их работы, фланцы – из серого чугуна СЧ15 или конструкционных сталей 35 и 40, шкивы и маховики из серого чугуна. Материал для цилиндров выбирают из условий эксплуатации деталей: для цилиндров, непосредственно соприкасающихся с пищевыми продуктами (формовка ветчинных изделий, колбасные шприцы, прессы для сыра и др.), применяют нержавеющие стали типа 12Х18Н10Т, а в других случаях обычные конструкционные углеродистые и малоуглеродистые стали. Перфорированные решетки измельчителей изготавливают из инструментальных сталей, закаливаемых на высокую твердость (HRC 58…64) марок У8А, У10, ХВГ, ШХ15, ШХ15СГ и др.

 

Задача 2.1

На машиностроительном заводе гильзы сборных цилиндров компрессора АУ-200 со временем изменили геометрические параметры (внутренний диаметр 150 мм) на 0,015…0,025 мм.

Исследования показали, что цилиндры изготовлены из стали 18ХНВА и подвергались нитроцементации и закалке; твердость поверхностного слоя HRC 62…64, толщины нитроцементованного слоя 1,5 мм.

Необходимо описать микроструктуру бракованных цилиндров; расшифровать марку применяемой стали; описать влияние легирующих элементов на эксплуатационные характеристики; разработать режим термической обработки, исключающий деформацию цилиндров в процессе вылеживания и эксплуатации.

 

Задача 2.2

На молокозаводе произошла остановка компрессора из-за износа гильзы цилиндров. Гильза длиной 385 мм с толщиной стенки 46 мм была изготовлена из стали 20 с последующей цементацией. С целью повышения износостойкости было принято решение подобрать материал и обработку, чтобы создать на поверхности твердость не ниже HV 9500…10000 МПа, которая должна сохранятся при нагреве до 300…400⁰ С.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.3

На молочном комбинате вышло из строя основание барабана сепаратора Г9-ОСП диаметром 370 мм, высотой 136 мм. Частота вращения барабана n = 6000 об/мин; деталь контактирует с пищевыми продуктами.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.4

На мясокомбинате вышел из строя гидроцилиндр с фланцем (диаметр 112 мм, l = 526,5 мм) шпигорезки ГГШМ-1 для гидравлического привода ножевых рамок, изготовленной из стали Ст.3кп.

В результате микроструктурного анализа установлено наличие фосфидной эвтектики, продольных микротрещин, Отмечен повышенный износ по внутренней поверхности.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.5

На мясокомбинате вышел из строя в результате износа гидроцилиндр гидравлического подъемника для фаршемешалок К6-ФПГ-500 (диаметр 89 мм, l = 1050 мм), изготовленный из стали 20 с последующей цементацией; твердость поверхности HRC 52…55. На поверхности цилиндра видны следы коррозии.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания, совместив химико-термическую обработку с антикоррозионным покрытием.

Задача 2.6

На сыроваренном заводе в результате износа вышел из строя пневмоцилиндр пресса Е8-ОПГ для дозирования и наполнения сыров. Происходит контакт с пищевыми продуктами.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.7

На молочном комбинате вышел из строя центробежный насос для перекачки молочных продуктов в результате эрозионного повреждения дискового колеса диаметром 185 мм, высотой 51 мм. Дисковое колесо изготовлено литьем из стали 25Л.

Необходимо: произвести ремонт колеса – мест подверженных эрозии; выполнить п.п. 3…6 задания.

 

Задача 2.8

На мясокомбинате на машине М1-160 (волчок) решетка измельчителя мяса и нож, изготовленные из стали У8А, до переточки работают 1…2 дня. Размеры решетки: D = 160 мм, d = 32 мм, t = 14 мм. Необходимо повысить стойкость решетки и ножа.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания для решетки и ножа.

 

Задача 2.9

На сахарном заводе вышла из строя защитная втулка вала жомомешалки. Необходимо изготовить новую втулку. Исследования показали, что втулка разрушилась вследствие пониженной твердости HRC 40…45; микроструктура – малоуглеродистый крупноигольчатый мартенсит.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.10

В цех мясокомбината поступила партия крестовидных ножей для измельчителей мяса – волчков (30 шт.). При эксплуатации режущая кромка ножа быстро затупляется; нож не режет, а сминает мясо.

При исследовании микроструктуры установлено: микроструктура ножа – мартенсит, твердость HRC 30…35. После отжига в микроструктуре около 40 % перлита и 60 % феррита.

Требуется:

1. Определить марку стали.

2. Дать рекомендации по устранению брака партии ножей. Назначить режим упрочняющей термической обработки;

3. Для изготовления новой партии ножей подобрать марку стали, назначить твердость и режим термической обработки.

Задача 2.11

Гайка горловины измельчителя мяса – волчка изготовлена из стали 10кп с твердостью HB = 1600 МПа. Корпус волчка и горловины изготовлены из серого перлитного чугуна с твердостью HB = 2500 МПа.

Во время эксплуатации резьба гайки сминается; волчок выходит из строя.

Необходимо описать структуру и свойства материала гайки и горловины корпуса; обосновать выбор материала для изготовления гайки корпуса (горловины) волчка; назначить режим термической или химико-термической обработки.

 

Задача 2.12

 

В цехе мясокомбината вышел из строя измельчитель мяса – волчок из-за появления трещин между отверстиями ножа-решетки (ножи-решетки поступили на мясокомбинат большой партией).

Исследованием установлено следующее:

решетка изготовлена из стали 70, твердость HRC 62…64;

структура стали – мартенсит закалки и остаточный аустенит;

в месте излома по трещинам металл мелкозернистый, бархатистый, неокисленный.

Необходимо определить причину появления трещин, дать рекомендации; назначить режим термической обработки для исправления дефектов структуры запасных ножей-решеток.

 

Задача 2.13

В цех мясокомбината поступила партия ножей для измельчителей мяса – волчком. При работе волчка нож сломался.

Исследования структуры показали, что излом ножа крупнокристаллический; структура – крупноигольчатый мартенсит отпуска, твердость HRC 58…60.

Необходимо определить причину разрушения ножа; дать рекомендации по исправлению брака партии ножей, назначить для них соответствующую термическую обработку.

 

Задача 2.14

На машиностроительном заводе поршни компрессора, имеющие тонкие стенки изготавливают из серого литейного чугуна марки СЧ 21. В ряде случаев получали отливки с поверхностным слоем повышенной твердости, что затрудняло механическую обработку.

Требуется:

1. Указать причины получения повышенной твердости в поверхностном слое отливок, В результате каких процессов возникает этот слой?

2. Указать структуру и механические свойства поверхностного слоя отливок.

3. Указать режимы термической обработки для снижения твердости таких отливок.

4. Указать структуру и свойства окончательно обработанной детали.

Задача 2.15

На макаронной фабрике вышли из строя цилиндр и головка матрицы макаронного пресса. Необходимо изготовить новый цилиндр и головку, учитывая имеющийся контакт с пищевыми продуктами.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.16

На пивоваренном заводе произошла остановка компрессора АУ-200 из-за значительного износа чугунной гильзы цилиндров. Принято решение изготовить гильзу из стали (предел текучести должен быть не менее 750 МПа, твердость поверхности HV = 9500…10000 МПа).

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.17

На мясокомбинате решетки измельчителя мяса мешалок-измельчителей ФФ3М большого диаметра и малой толщины (D = 247 мм, t = 10 мм), изготовлены из стали У8А, при закалке подвергаются значительному короблению.

Требуется:

1. Указать марку стали для решеток, рекомендовать способы закалки, обеспечивающие минимальную деформацию.

2. Выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.18

На молочном комбинате произошла поломка полосовой пластины компрессора АУ-200. Пластина длиной 101,8 мм, шириной 10 мм, толщиной 1 мм была изготовлена из ленты стали У10А.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

Задача 2.19

На молочном комбинате произошла поломка большой пластины двухпроводного клапана холодильного компрессора 4АУ15. Размеры пластины клапана: d_{нар .} = 107 мм, d_{внутр .} = 83 мм, t = 1,5 мм. Изготовлена пластина из стали У10А. Необходимо изготовить новую пластину, причем особое внимание обратить на методы, исключающие коробление детали при закалке.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.20

На машиностроительном заводе, выпускающем гидронасосы для перекачивания воды в пищевой промышленности, приступили к изготовлению более мощных насосов. При этом скорость движения потока жидкости резко возросла, и поверхность капана из стали 40Х стала быстро разрушаться.

Требуется: выполнить п.п. 1…6 задания.

 

Задача 2.21

На сахарном заводе быстро, иногда в течение 10-15 дней, выходят из строя колеса центробежных насосов, изготовленные из серого чугуна СЧ-21, работающих при перекачке сред свеклосахар­ного производства,

Требуется: выполнить п.п. I...6 задания.

 

3адача 2.22

На сахарном заводе после 15 дней работы вышли из строя крыш­ки центробежного насоса, изготовленные из стали 35, работающего на перекачке сред свеклосахарного производства.

Требуется: выполнить п.п. I...6 задания.

 

Задача 2.23

Поршни быстроходных компрессоров изготовляют из качественных среднеуглеродистых сталей сварными. В процессе эксплуатации или вылеживания из-за напряжений сварного шва изменяются геометричес­кие параметры поршня.

Требуется: обеспечить повышенную износостойкость поршней быстро­ходного компрессора, постоянство геометрических параметров и вы­полнить п.п. I...6 задания.

Задача 2.24

На молочном комбинате покрывается коррозией рабочее колесо молоч­ного центробежного насоса. Колесо изготовлено путем литья из стали 45Л. Требуется: выполнить п.п.1...6 задания.

 

3адача 2.25

На кондитерском комбинате вышел из строя диск дробилки.

Требуется: выполнить п.п. 1...6 задания, назначив для изготовления износостойкую сталь. Описать инструмент и его термическую обработку для обработки износостойкой стали.

 

Задача 2.26

На хлебокомбинате разрушился поршень тестод