Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział:

Mechaniczny Technologiczny

Kierunek:

Mechanika i Budowa Maszyn

Zasady doboru materia

Zasady doboru materia

Zasady doboru materia

Zasady doboru materiałów in

ów in

ów in

ów inżynierskich

ynierskich

ynierskich

ynierskich

–––– wyk

wyk

wyk

wykład

ad

ad

ad

„Przedstaw i uzasadnij sposób

doboru materiału na

pokrywę silnika samochodu”

Elaborat wykonał

Marcin Wagner
Grupa 4

Zasady Doboru Materiałów Inżynierskich.

„Przedstaw i uzasadnij sposób doboru materiału na pokrywę silnika samochodu „

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Spis treści :

1. Pojęcia podstawowe ___________________________________________ 3

2. Zasady doboru materiałów _____________________________________ 4

3. Materiały stosowane na pokrywę silnika (głowicę) i ich przykłady. ______ 7

4. Uzasadnienie doboru materiałów ________________________________ 8

5. Literatura ___________________________________________________ 8

Zasady Doboru Materiałów Inżynierskich.

„Przedstaw i uzasadnij sposób doboru materiału na pokrywę silnika samochodu „

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

1. Poj

ę

cia podstawowe

Silnik samochodu składa się z 2 zasadniczych części:

a)

Głowica (pokrywa)

b)

Kadłub

Głowice:

zadania:
zamknięcie od góry przestrzeni roboczej cylindra ograniczonej z drugiej strony ruchem denka
tłoka,

rodzaje:
-wspólna dla wszystkich cylindrów, przykrywająca dwa sąsiednie cylindry,
-dla silników chłodzonych cieczą, posiada płaszcz wodny,
-dla silników chłodzonych powietrzem, posiada użebrowanie,

Kadłuby:

zadania:
zamyka przestrzeń w której umieszczone są główne elementy silnika, chroni mechanizm
korbowy i rozrządu przed uszkodzeniami, służy do zamocowania silnika w pojeździe, stanowi
podstawę do mocowania osprzętu silnika.

obciążenia:
siłami gazowymi pochodzącymi z procesu spalania mieszanki, siłami bezwładności
ruchomych części(mechanizmu korbowo tłokowego),

rodzaje kadłubów:
-stanowiące jeden odlew z blokiem cylindrów – odznaczają się dużą sztywnością oraz
zapewniają dobre chłodzenie tulei cylindrowych stykających się bezpośrednio z cieczą
chłodzącą,
- z odlanymi oprawami cylindrów i wciskanymi tulejami – mają budowę podobną do
kadłubów stanowiących jedną całość, a stosowane są w silnikach ZI i ZS, jako kadłuby z
suchymi tulejami,
- z mokrymi tulejami cylindrowymi- łatwe do odlania, a ich obróbka skrawaniem jest
stosunkowo prosta,

Zasady Doboru Materiałów Inżynierskich.

„Przedstaw i uzasadnij sposób doboru materiału na pokrywę silnika samochodu „

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

2. Zasady doboru materiałów

Duża liczba obecnie dostępnych materiałów powoduje konieczność przeanalizowania

wszystkich własności danego materiału, aby konkretny wybór materiału na pokrywę silnika
był optymalny.

Własności użytkowe materiałów inżynierskich są zwykle wyrażone przez własności :

a)

własności fizyczne

•

struktura krystaliczna

•

gęstość

•

tem. topnienia

•

lepkośc

•

Przepuszczalność

•

Porowatość

•

Własności optyczne

•

Stabilnośc wymiarowa

b)

własności cieplne

•

przewodnictwo

•

pojemność cieplna

•

emisyjność

•

absorpcyjność

•

ogniotrwałośc

c)

własności elektryczne

•

przewodność

•

stała dielektryczna

•

natężenie koercji

•

histereza

d)

własności magnetyczne

e)

oraz własności optyczne

Ponadto określamy jeszcze:

f)

własności jądrowe

g)

własności mechaniczne

h)

własności chemiczne

i)

własności technologiczne

Zasady Doboru Materiałów Inżynierskich.

„Przedstaw i uzasadnij sposób doboru materiału na pokrywę silnika samochodu „

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Dzięki przeanalizowaniu wszystkich własności materiałów jakimi powinien

charakteryzować się materiał na pokrywę możemy znacznie zawęzić grupę materiałów które
można byłoby użyć do jej produkcji.

Informacje jakie są niezbędne podczas szczegółowego doboru materiału na pokrywę

silnika to identyfikacja materiału – czyli określenie jego rodzaju, grupy do jakiej należy oraz
w jakiej postaci może być dostarczony.

Następnie musimy dowiedzieć się jakie zalecenia i ograniczenia dotyczą

technologiczności produkcji materiału, składu chemicznego jakim powinien się
charakteryzować oraz jak będzie montowany dany materiał w zespole silnika
samochodowego.

Pod uwagę bierzemy również doświadczenia innych konstruktorów. A mianowicie

wcześniejsze udane zastosowanie, jak i również te które nie spełniły swoich oczekiwań.

Ważną cechą jest dostępność i koszt materiału, to czy dany materiał będzie trzeba

dodatkowo obrobić np.; poprzez nałożenie powłoki ochronnej.

Należy również sprawdzić czy dany element będzie można poddawać kontroli jakości,

a w razie uszkodzenia naprawić usterkę.

Proces doboru materiałów inżynierskich zwykle dotyczy jednej z dwóch sytuacji:

•

doboru materiałów i procesów technologicznych dla nowych produktów lub
projektów,

•

oceny materiałów alternatywnych i możliwości wytwarzania dla istniejących
produktów lub projektów.

W przypadku doboru materiałów inżynierskich dla nowych produktów należy
postępować według następującej kolejności:

•

zdefiniować funkcje użytkowe, jakie musi spełniać produkt i opisać je wymaganymi
własnościami, jak np. sztywnością, wytrzymałością i odpornością korozyjną oraz
wskaźnikami ekonomicznymi, np. kosztem lub dostępnością,

•

określić wymagania dotyczące wytwarzania podając liczbę koniecznych elementów,
ich wielkość i złożoność, wymagane tolerancje wymiarowe, obróbkę wykończającą,
ogólny poziom jakości i całkowitą technologiczność materiału,

•

porównać wymagane własności i parametry z obszernymi bazami danych
materiałowych, najkorzystniej komputerowymi, w celu wstępnego wytypowania kilku
materiałów możliwych do zastosowania, zwykle na podstawie przeglądu jedynie kilku
wyselekcjonowanych własności analizowanych materiałów o ekstremalnych
wartościach,

•

zbadać bardziej szczegółowo wstępnie wytypowany materiał inżynierski, pochodzący
z dostaw handlowych i zastosowany w danym produkcie, jego koszt, technologiczność
i dostępność w postaci i wymiarach niezbędnych do zastosowania,

•

uzupełnić dane projektowe, ustalając najmniejszą liczbę własności opisujących dany
materiał inżynierski, a w przypadku szczegolnych zastosowań, jak np. techniki
kosmicznej lub jądrowej, wykonać badania według rozbudowanego programu dla
uzyskania danych projektowych o dużej statystycznej pewności.

Zasady Doboru Materiałów Inżynierskich.

„Przedstaw i uzasadnij sposób doboru materiału na pokrywę silnika samochodu „

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Dla dokonania zamiany materiałów w istniejącym produkcie należy kolejno:

•

scharakteryzować obecnie stosowany materiał inżynierski w danej postaci,
wymagania procesu technologicznego i koszty,

•

określić, które z własności muszą być poprawione dla rozszerzenia funkcji
użytkowych produktu, ze szczególnym uwzględnieniem przesłanek wynikających z
analizy uszkodzeń,

•

poszukać alternatywnych materiałów inżynierskich i procesów technologicznych,
wykorzystując metodę przeglądu zalet,

•

zestawić krotki wykaz materiałów inżynierskich i odpowiadających im procesów
technologicznych i porównać koszty wytwarzanych elementów, stosując inżynierską
analizę wartości, której należy poddać każdy materiał inżynierski, każdy element i
każdy proces technologiczny,

•

rozwinąć wyniki osiągnięte w poprzednim kroku i wskazać materiał inżynierski
zamienny, określając jego krytyczne własności, ze specyfikacją lub badaniem
materiałów inżynierskich do szczególnych zastosowań, jak w przypadku materiałów
inżynierskich dobieranych po raz pierwszy.

Własności użytkowe produktu są uzyskiwane tylko wtedy, gdy zostanie użyty właściwy

materiał wytworzony w odpowiednio dobranym procesie technologicznym nadającym
zarówno wymagany kształt i inne cechy geometryczne, w tym tolerancje wymiarowe
poszczególnych elementów umożliwiające końcowy montaż produktu, jak również
kształtującym wymaganą strukturę materiału, zapewniającą oczekiwane własności
mechaniczne, fizyczne i chemiczne produktów.

Zasady Doboru Materiałów Inżynierskich.

„Przedstaw i uzasadnij sposób doboru materiału na pokrywę silnika samochodu „

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

3. Materiały stosowane na pokryw

ę

silnika (głowic

ę

)

i ich przykłady.

a)

odlewane z żeliwa stopowego z dodatkiem molibdenu, stopów lekkich
(AK9, AK52, AlSi10Mg, AK51 i AK52).

b)

Stopy aluminium

Stosowane są na n/w elementy pojazdów samochodowych:

•

głowice silników

•

nadwozia pojazdów (np.Audi ok.40%,lżejsze od tradycyjnych)

•

kadłuby silników

•

miski olejowe, kolektory dolotowe i wylotowe, dźwigienki zaworów

•

tuleje cylindrowe, chłodnice i wymienniki ciepła

•

elementy klimatyzacji

•

obudowy wspomagania układu kierowniczego

•

półosie, wały napędowe, wahacze.

•

obudowy skrzyni biegów, ramy zawieszeń

•

błotniki, dach, pokrywy silnika, drzwi

•

szkielety i podstawy foteli

•

kielichowe mocowania kolumny McPhersona

•

zaciski hamulcowe, tłoki silników

•

elementy przyczep i naczep

•

felgi, obręcze kół

c)

Stopy magnezu

Stosowane są na n/w elementy pojazdów samochodowych:

•

głowice silników

•

szkielety koła kierownicy i foteli

•

obudowy wału kierownicy

•

obręcze kół jezdnych

•

kolektory dolotowe

•

mechanizmy rozrządu

•

skrzynie korbowe

•

wsporniki tablic przyrządów

•

kadłuby silników

•

obudowy skrzyni biegów

•

miski olejowe

Zasady Doboru Materiałów Inżynierskich.

„Przedstaw i uzasadnij sposób doboru materiału na pokrywę silnika samochodu „

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

4. Uzasadnienie doboru materiałów

a)

Stopy aluminium - mają największe znaczenie w budowie pojazdów samochodowych. Są
znacznie lżejsze od stali i żeliwa, występują jako stopy z dodatkami takimi jak: krzem,
miedź, magnez, mangan, nikiel.

Stopy aluminiowe posiadają następujące zalety:

•

mały ciężar właściwy

•

duża wytrzymałość mechaniczna

•

dobre przewodnictwo cieplne

•

niska rozszerzalność cieplna

•

niski współczynnik tarcia

•

duża odporność na zużycie korozyjne i eksploatacyjne

Dodatkowo do stopu dodawane są: magnez, żelazo, tytan lub stront w celu nadania im
odpowiednich właściwości mechanicznych.

b)

Stopy magnezu – magnez jest metalem 75(%) lżejszym od stali. W praktyce są stosowane
stopy magnezu z dodatkiem manganu, aluminium, cynkiem i cyrkonem.

5. Literatura

Elaborat został wykonany na podstawie:

a.

„Podstawy metodologii projektowania materiałowego”
– L. A. Dobrzański

b.

http://www.zssplus.pl/

(publikacja 36 )