Материалы, применяемые для изготовления деталей машин

В механическом и тепловом оборудовании в качестве материалов широкое применение получили металлы и их сплавы, неметаллические материалы (пластмасса, резина, стекло и т.д.), а также другие материалы, применение которых в контакте с пищевыми продуктами разрешено Государственной санитарной инспекцией.

Выбор материала зависит от назначения деталей и способа их изготовления. При выборе материала учитываются требования прочности и жесткости деталей, а также технологичности. Прочность — это способность детали под действием внешних приложенных сил не допускать поломок и остаточных деформаций. Жесткость — это способность детали под действием внешних приложенных сил допускать упругие деформации только в установленных пределах. Технологичной считается деталь, изготовление которой возможно наименее трудоемкими и наиболее производительными процессами (штамповкой, отливкой). Материалы, используемые для изготовления рабочих органов, камер, жарочных поверхностей, должны быть нейтральны к продуктам и моющим средствам: не подвергаться коррозии, не оказывать вредного действия на продукты и хорошо очищаться от них.

Чистые металлы имеют ограниченное применение из-за отсутствия у них необходимого комплекса свойств. Из чистых металлов, применяемых для изготовления деталей оборудования, можно назвать алюминий (корпусные детали машин, тепловые аппараты и т.д.), олово (пайка емкостей, предназначенных под пищевые продукты). Хром и никель применяются в основном в виде декоративных и антикоррозионных покрытий. Медь как материал с малым омическим сопротивлением используется для изготовления токоведущих частей электроаппаратуры.

Наибольшее распространение получили сплавы металлов, а также сплавы металлов с неметаллами. Подбор составных частей таких сплавов и соответствующая технология позволяют получать характеристики, значительно превосходящие характеристики чистых металлов. Среди сплавов наиболее распространены стали — сплавы железа с углеродом. Стали с содержанием углерода менее 0,25 % называются низкоуглеродистыми, от 0,25 до 0,6 % — средиеуглеродистыми, от 0,6 до 2 % — высокоуглеродистыми. Сплавы железа с углеродом при содержании последнего в количестве более 2 % называются чугунами.

Механические свойства стали зависят от содержания в ней углерода. С увеличением содержания углерода возрастает твердость, повышаются пределы прочности и текучести. Кроме того, механические свойства стали в значительной степени зависят от технологии ее получения.

На свойства стали значительное влияние оказывают примеси и добавки различных элементов (легирование). Так, хром увеличивает прочность стали, твердость и сопротивляемость износу; никель увеличивает прочность, твердость, уменьшает хрупкость; кремний повышает прочность и упругость, но увеличивает хрупкость; марганец повышает прочность, твердость и износоустойчивость деталей. Еще более высокие механические свойства приобретают стали при одновременном использовании нескольких легирующих добавок. Легирующие добавки изменяют и химические свойства сталей. Повышенной стойкостью к коррозии обладают нержавеющие стали — хромовые и хромоникелевые.

Для литых корпусных деталей, шнеков, камер обработки чаще применяется чугун. Для сварных корпусных деталей, кожухов, крышек применяется углеродистая сталь, так как сталь прочнее чугуна, легче сваривается и лучше обрабатывается. Зубчатые колеса, валы, оси изготовляются также из качественной углеродистой стали. Резательные инструменты производятся из инструментальной и листовой нержавеющей стали.

Среди сплавов цветных металлов наиболее часто применяются латуни, бронзы и алюминиевые сплавы. Латунями называются сплавы меди с цинком. Латуни прочнее и тверже меди и более коррозионностойки. В специальных латунях кроме цинка содержатся легирующие компоненты, улучшающие некоторые свойства латуней.

Бронзы — сплавы меди с любыми металлами, кроме цинка. Наиболее распространенными бронзами являются оловянные, алюминиевые, кремнистые и никелевые. Бронзы обладают хорошей коррозионной стойкостью и высокими антифрикционными свойствами.

К алюминиевым сплавам относятся сплавы алюминия с кремнием — силумины и сплавы алюминия с медью, марганцем и магнием — дюрали. Они отличаются прочностью, малым удельным весом, хорошо обрабатываются и применяются для изготовления облегченных корпусов машин и механизмов.

Для изготовления деталей, работающих на истирание (вкладыши подшипников и др.), применяют баббиты — сплавы на основе олова или свинца, являющиеся одними из лучших антифрикционных материалов. К антифрикционным материалам относятся также железографит и бронзографит — пористые сплавы, получаемые прессованием и спеканием при высокой температуре порошка железа или меди с графитом и последующей пропиткой в масле. Вкладыши подшипников скольжения из этих материалов могут длительное время работать без смазки. К неметаллическим материалам относятся пластмассы. Наибольшее распространение среди них получили текстолит (зубчатые колеса), тефлон (прокладки, электроизоляция), капрон (зубчатые колеса, втулки) и другие полиамиды.

Материалы для изготовления тепловых аппаратов делятся на конструкционные, электротехнические и теплоизоляционные. В качестве конструкционных материалов используются сталь, чугун, латунь, алюминий и его сплавы, бронза, пластические материалы.

Лучшим металлом для изготовления частей и узлов аппаратов, контактирующих с продуктом, является нержавеющая сталь. Следует избегать применения для этих целей алюминия. Алюминий может использоваться для изготовления корпусных деталей, элементов кожуха и проч. Пластмассы, обладая легкостью, антикоррозионностью, применяются для изготовления деталей, испытывающих средние нагрузки без перегрева.

Электротехнические материалы, используемые для изготовления нагревательных элементов (конфорки электроплиты, тэны), делят на электроизолирующие и используемые для преобразования электрической энергии в тепловую. В качестве электроизолирующего материала применяются периклаз (плавленая окись магния), кварцевый песок, шамот (прокаленная и измельченная огнеупорная глина), слюда, фарфор, кварцевое стекло, керамика. Для изготовления нагревательных спиралей используют нихромы (сплавы никеля с хромом), фехрали (железохромалюминиевые сплавы) и вольфрам. Все они обладают высоким омическим сопротивлением.

Теплоизоляционные материалы должны обладать низкими коэффициентами теплоемкости и теплопроводности, высокой термостойкостью, достаточной прочностью, антикоррозионностью, низкой гигроскопичностью, небольшой плотностью, а также быть удобными в монтаже и экономичными. Теплоизоляционные материалы могут иметь минеральное происхождение — асбест, глина, гипс и др.; растительное — пробка, торф, древесные опилки и др.; животное — шерсть, шелк, войлок; искусственные — пенополистирол, текстолит, пенополиуретан и др. холодильные камеры для цветов