Vajad kellegagi rääkida?
Küsi julgelt abi LasteAbi
Logi sisse

Materjalivaliku kodutöö (2)

5 VÄGA HEA
Punktid
Tallinna Tehnikaülikool
2009/2010 õ.a
Materjalitehnika instituut
Materjaliõpetuse õppetool
Kodutöö aines
Materjalitehnika
Üliõpilased:
Rühm:
Esitatud: 16.12.09

Detaili töötingimused


Detailiks valisime sumoroboti saha . Saha üldised mõõtmed on 200x35x3mm. Seega sahk ei ole eriti paks, aga kuna ta töötab 16 kraadise nurga all maapinna suhtes, siis võtab suurema koormuse vastu ikkagi 35mm külg. Omadustelt peaks sahk olema võimalikult tugev, see peaks taluma teistelt robotitelt saadud lööke ja sealjuures mitte purunema. Sellest lähtuvalt on sahal vaja teatavat kõvadust ja löögisitkust. Kuna enamik konkurente kasutab alumiiniumist sahka, siis võiks meie saha tugevus olla nende omast suurem ja seega peaks kõvadus olema vähemalt 125HV, mis on keskmiselt tugeva alumiiniumi kõvadus. Väga oluline näitaja on ka purunemiskindlus , et sahast ei tuleks kildu. Sealjuures on sumorobotil ette nähtud kaalupiirangud, et neid mitte ületada peaks saha mass jääma 100g piiridesse . Arvestades, et saha ruumala on kuskil 20 cm3, siis peaks kasutatava materjali maksimaalne tihedus olema kuskil 5g/cm3 kohta. Lisaks mängib rolli ka hind ning eelarvet arvestades võiks materjali kilohind olla maksimaalselt 600-700kr, aga mida odavam, seda parem.
Võimalikud materjalid
Seega esimese valiku saab teha tiheduste ja kõvaduste graafiku põhjal ning sobilikud oleksid kõik materjalid, mille kõvadus on suurem kui 125HV ja tihedus madalam kui 5g/cm3 kohta.
Graafikult on näha, et sobilikeks ostutuvad tsink , titaan , alumiinium , magneesium , sooda -laimi klaas , räniklaas, räni, alumiiniumnitriid, alumiiniumoksiid ja ränikarbiid.
Järgnevalt tuleks vaadata purunemiskindlust. Kuna on teada, et alumiinium peab sellistes rakendustes vastu, sobivad kõik materjalid, mille purunemiskindlus(fracture toughness) on suurem, kui kõige kehvemal alumiiniumil, seega peab olema suurem kui 15MPa*m1/2.
Siit järeldub, et meile sobivad on magneesium, alumiinium, titaan ja tsink. Graafikul on ka eelmiselt graafikult sobinud ränikarbiid, alumiiniumnitriid ja amlumiiniumoksiid, need on tehnokeraamilised materjalid kuna nende purunemiskindlus on liiga madal ja ka kõvadus on lõiketöötlemiseks liiga suur,(keraamilisi materjale töödeldakse abrasiivide, söövitamise, elektererosiooni või laserkiirega, mis on väga kallis) võib need materjalid siinkohal välistada. Samuti võib välistada eelnevalt sobinud klaasid, sest need ei näita siin graafikul mitte mingit purunemiskindlust. Seega saab koostada tabeli, kus on meile põhiliselt sobivate materjalide grupid.
Materjal
Tihedus
(Kg/m3)
Purunemiskindlus (MPa*m1/2)
Kõvadus
(HV)
Hind
(EEK/Kg)
Alumiinium
2500- 2900
22-35
12-150,5
21,76 - 26,52
Magneesium
1740-1950
12,0-18,0
35-135
39,04 - 42,94
Titaan
4400-4800
14-120
60-380
494,1 - 543,6
Tsink
4950-7000
10-100
55-170
19,8 - 21,78
Materjali põhjendatud valik
Tsink
Tabelist on näha, et ka tsingi sulamid sobivad meie kriteeriumitega osaliselt. Purunemiskindlus jääb titaaniga võrreldes sarnasesse vahemikku. Kõvaduselt on tsink üsna keskpärane, kõvematel sulamitel ulatub see 170HV’ni ning ka hind on soodne, 20-22EEK/Kg. Kuna tsingi minimaalne tihedus on 4950 Kg/m3 ning meie maksimaalne tiheduse piir on 5000Kg/m3, siis tõenäoliselt pole sellist tsingi sulamit, mis sellise tiheduse korral vastaks ka kõvaduselt meile vaja mineva materjali tingimustele. Seega võime me tsingi oma materjalivalikust välistada.
Titaan
Titaan on meile vajalike näitajate poolest üsna heade omadustega, tema kõvadus on oluliselt suurem kui alumiiniumil ning tema purunemiskindlus on samuti kõrgem kui keskmisel alumiiniumil. Titaan on aga küllaltki suure tihedusega ja seetõttu on ta meie massi piirangute tõttu üsna halbade omadustega, samuti on titaani hind paarkümmend korda kõrgem kui teistel valikus esinevatel metallidel, kuid ta jääb siiski hinnavahemikku, mis on meile sobiv. Seega on reaalne võimalus kasutata titaani sumoroboti saha materjalina.
Alumiinium
Alumiinumist on valmistatud enamik sumoroboti sahkasid, seega pole alumiinium ka meie valikust välistatud. Alumiinum on väga kerge, purunemiskindlus piisav ning parimate omadustega sulamite kõvadus on samuti hea. Alumiinumi hind on eelkõige soodne võrreldes titaaniga. Kui võtta tugevate omadustega alumiiniumi sulam , siis on võimalik meie detail alumiiniumist valmistada.
Magneesium
Magneesiumi kõige nõrgemaks küljeks on selle kõvadus, mis on kõvemate sulamite puhul kõigest 135HV, mis on ainult natuke suurem kui meie minimaalne kõvadus. Teiste omaduste poolest on magneesium üsna hea materjal. Magneesiumi tihedus on väiksem kui alumiiniumil ja seetõttu on võimalik roboti kaalus päris palju võita. Purunemiskindluse osas on magneesium mõnevõrra alumiiniumist nõrgem, kuid täiesti piisav meie detaili jaoks. Hind on magneesiumil samuti mõistlik. Kõiki meile tähtsaid materjali omadusi arvestades võib öelda, et magneesium sobiks hästi detaili materjaliks , eriti kui oleks vaja roboti kaalu vähendada.
Titaani, alumiiniumi ja magneesiumi võrdlemiseks koostame sellise materjali indeksi:
Indeks=Kõvadus*Purunemiskindlus/Tihedus .
Siin jätame arvestamata hinna, kuna see ei mõjuta materjali omadusi.
Materjal
Tihedus
Purunemiskindlus
Kõvadus
Hind
Indeks
Ühik
Kg/m3
MPa*m1/2
HV
EEK/Kg
 
Titaan
 
 
 
 
 
Ti/6Al/7Nb
4510-4530
68-75
270-290
536,9-751,7
4,4
Ti-15Mo-3Al-3Nb-0.2Si
4878-4994
60-80
257-285
402,7-1208
3,8
Ti (99%)
4489-4534
50-55
195-205
494,1-543,6
2,3
Ti (99,6%)
4505-4515
55-60
115-125
497,1-546,9
1,5
Ti (99,4%)
4505-4515
55-60
155-165
499,1-549,1
2,0
Ti (99,3%)
4505-4515
50-55
195-205
495,6-545,2
2,3
Alumiinium
 
 
 
 
 
Al-4Cu-1,3Mg-0,60Mg
2772-2828
40,85-45
130-149
22,59- 27,51
2,1
Al/8.5-9.5SI/.5-.7Mg/.2Fe/.2Cu/.2Ti/.1Mn./1Zn
2672-2698
18-24
110-120
22,51-22,9
0,9
Al/15Si/Cu/Mg
2670-2730
22-26
100-110
21,46-25,6
0,9
Al-1Mg-Si-Cu/15%Al2O3(p)
2850-2870
21,5-22,5
95,7-104
80,54-107,4
0,8
Al/8.3Fe/4Ce
2900-2960
16-20
114-126
19,35-23,87
0,7
Al/4.5Cu/.8Si/.8Mn/.5Mg
2770-2830
35-38
142,5-157,5
22,46-27,37
2,0
Al/5.6Zn/2.5Mg/1.6CuCr
2770-2830
30-33
152-168
22,29-26,75
1,8
Magneesium
 
 
 
 
 
Mg/4Y/2.25Nd/1re/.5Zr
1840-1850
15,9-16
75-95
90,3-103,5
0,7
Mg/5Al/5Zn/4.9Nd
1940-1950
14-18
124-135
36,85-40,54
1,1
Mg/6.5Zn/1.25Cu/.75Mn
1870-1875
16-18
70-110
39,33-43,27
0,8
Tabelist järeldub, et parima indeksi annab titaani sulam Ti/6Al/7Nb. Seega, see sulam annab oma tiheduse juures mitu korda parema kõvaduse ja purunemiskindluse. Hind on küll kõrge, kuid selliste näitajate juures võib tegemist olla ka ühekordse ostuga, mis korvab hinna suuruse.
Valitud materjaliks osutubki seega titaani sulam Ti/6Al/7Nb.
Valmistustehnoloogia
Kuna detail sisaldab endas avasid ja paari väljaulatuvat osa plaadist , siis on detaili valmistamisel mõistlik osta materjal plaadina. Seejärel saaks kasutada freesimist ja puurimist. Samas, titaani lõiketöötlemine on üsnagi raske ja kulukas , aga kuna detail pole mõeldud seeriatootmiseks, vaid mõne üksiku eksemplari valmistamiseks, siis ei ole lõiketöödeldavus suureks taksituseks.
Kasutatud kirjandus
  • Materjalivaliku programm CES( Cambridge Engineering Selector 2006)
  • Priit Kulu „Metalliõpetus“
  • Wikipeedia
  • P. Kulu, J. Kübarsepp, E. Hendre, T. Metusala, O. Tapupere „Materjalid“
  • Materjalivaliku kodutöö #1 Materjalivaliku kodutöö #2 Materjalivaliku kodutöö #3 Materjalivaliku kodutöö #4 Materjalivaliku kodutöö #5 Materjalivaliku kodutöö #6
    Punktid 100 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 100 punkti.
    Leheküljed ~ 6 lehte Lehekülgede arv dokumendis
    Aeg2010-09-16 Kuupäev, millal dokument üles laeti
    Allalaadimisi 200 laadimist Kokku alla laetud
    Kommentaarid 2 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
    Autor priit04 Õppematerjali autor
    kodutöö koos paljude piltidega

    Sarnased õppematerjalid

    Metallide Tehnoloogia 1 Referaat
    52
    pdf

    Metallide Tehnoloogia 1 Referaat

    TTÜ EESTI MEREAKADEEMIA Üld- ja alusõppe keskus MATERJALIÕPETUS Referaat õppeaines Metallide tehnoloogia, materjalid I Kadett: Andrei Lichman Õppejõud: Paul Treier Rühm: MM42 Tallinn 2015 SISUKORD 1. Metallide kristalliline struktuur ............................................................................. 3 2. Kristallvõre tüübid ....................................................................................................... 3 3. Kristalliseerumine ....................................................................................................... 4 4. Materjalide füüsikalised, tehnoloogilised ja mehaanilised omadused ...... 5 4.1. Materjalide füüsikalised omadused ............................................................................ 5 4.2. Materjalide tehnoloogil

    Metalliõpetus
    Metallide tihetusestt ja mu selline jutt
    12
    doc

    Metallide tihetusestt ja mu selline jutt

    Materjali õpetus Malm Malmideks nimetatakse terastega võrreldes suurema süsinikusisaldusega (üle 2,14%) rauasüsinikusulameid. Malmid liigitatakse süsiniku oleku järgi kahte gruppi: 1) malmid, kus kogu süsinik on seotud olekus tsementiidis (Fe3C). Need on seotud süsinikuga malmid e. valgemalmid; 2) malmid, kus kogu süsinik või suurem osa sellest on vabas olekus grafiidina. Need malmid on tuntud grafiitmalmidena (tuntumad neist on hallmalmid). Suure süsinikusisalduse tõttu on malmi struktuuris kõva ja habras eutektikum ­ ledeburiit (valgemalmis) või süsinik grafiidina (libleja, keraja või pesajana). Nii ledeburiit kui ka grafiit teevad malmi hapraks, mistõttu ei saa ühtki malmiliiki survetöödelda ­ sepistada, valtsida jne. Seepärast kasutatakse malmi valusulamina. Kõige rohkemkasutatakse selleks otstarbeks alaeutektoidse koostisega hallmalmi. Sellisel malmil on suure süsinikusisalduse tõttu terasega võrreldes madalam sulam

    Kategoriseerimata
    Materjaliõpetuse eksami kordamisküsimuste vastused
    20
    docx

    Materjaliõpetuse eksami kordamisküsimuste vastused.

    MATERJALIÕPETUS ( kordamiseks ) 1.Metallide ja sulamite struktuur ning omadused: - metallide struktuur: Metallide kristalliline struktuur Aatomkristallilise või lihtsalt kristallilise struktuuri all mõeldakse aatomite (ioonide) omavahelist paigutust reaalselt esinevas kristallis. Metallis paiknevad aatomid kindla seaduspärasuse kohaselt, moodustades korrapärase kristallivõre. Selline aatomite paigutus vastab aatomite omavahelise mõju minimaalsele energiale (aatomite ideaalsele paigutusele). - kristallvõre tüübid, Erinevatest võreelementidest ja paigutuse motiividest lähtudes võivad aatomid paigutuda regulaarselt teatud korra kohaselt, mille tulemusena tekib kristalliline struktuur. On ka võimalik, et tavaline aatomite või aatomite rühmade korduvus kristallis on piiratud. Kristallivõre elemendid (võreelemendid) võivad olla a) primitiivsed e. lihtsad (primitive, simple) ­ aatomi

    Materjaliõpetus
    Materjaliõpetus
    52
    odt

    Materjaliõpetus

    1. -2. MALMID, STRUKTUUR, TOOTMINE, LIIGITUS Malm toodetakse kõrgahjudes rauamaagist raua taandamisega. Taandamine toimub kivisöekoksi põlemisel tekkivate gaasidega. Vedelas rauas lahustub 3,5-4% C, samuti Mn, Si ja kahjulike lisandeina ka S ja P. Kõrgahjus toodetakse: 1) toormalmi, mis läheb terase sulatamisel (kuni 90% kogutoodangust); 2) valumalme, mis sulatatakse ümber, et saada valandeid (valatud esemeid) 3) ferrosulameid – suure Mn või Si sisaldusega rauasulameid, mida kasutatakse valumalmide ümbersulatamisel koostise reguleerimiseks ning terase taandamiseks. Koostise järgi eristatakse legeerimata malme, mis on põhiliselt raudsüsiniksulamid ja eriomadustega legeermalme, mille koostisse on lisatud täiendavalt teisi elemente. Malmis sisalduva süsiniku oleku järgi eristatakse: 1. Valgemalmid, kus kogu süsinik on rauaga seotud olekus tsementiidi ( F e 3 C ) kujul. Selline

    Materjaliõpetus
    Mõisted
    32
    docx

    Mõisted

    1.1. Metalsed materjalid 1,0%. Lisandid viiakse terasesse selle desoksüdee- rimise käigus; ühinedes terases oleva hapnikuga lähevad nad räbusse. Lahustudes rauas paran- 1.1.1. Rauasüsinikusulamid davad nad terase omadusi. Räni lahustununa rauas tõstab terase Teras voolavuspiiri, mis aga halvendab terase külmdefor- meeritavust (stantsimisel, tõmbamisel). Seetõttu Lisandid terases kasutatakse deformeerimise teel valmistatavate Raud on metallidest tähtsaim, kuid puhtal kujul detailide puhul väikese ränisisaldusega teraseid. kasutatakse teda vähe

    Kategoriseerimata
    Exami piletite vastused
    19
    rtf

    Exami piletite vastused

    Exami küsimuste vastused ! ! ! 1) Rauasüsiniksulamid ja tavalisandite mõju sulamile. terased, mille süsinikusisaldus on kuni 2,14%; malmid, mille süsinikusisaldus on üle 2,14% (tavaliselt kuni 4%). Tavalisandid terastes Lämmastik, hapnik ja vesinik. Need lisandid esinevad terases mittemetalsete ühendi-tena (näi- teks oksiididena FeO, Fe2O, MnO, SiO2, Al2O3 jt.), tardlahustena või vabas olekus (kaha-nemistühikutes, pragudes jm.). Mittemetalsed lisan-did määravad terase nn. metallurgilise kvaliteedi, tõstavad terase mehaaniliste omaduste (plastsus ja sitkus) anisotroopsust, kuid olles pingekontsentraa-toreiks, alandavad nad väsimustugevust ja purune-missitkust. Eriti kahjulikuks lisandiks on terases lahustunud vesinik. See muudab terase hapraks. Lisaks haprusele soodustab vesinik terase valtsimisel ja sepistamisel mikropragude teket. Keevitamisel mõjub vesinik kaasa pragude tekkimisele põhi- ja keevismetallis. Pinnakihi rikastamine vesinikuga (nä

    Kategoriseerimata
    Materjaliõpetus
    32
    docx

    Materjaliõpetus

    Pooljuhid Pooljuhtideks nimetatakse elektrimaterjalide klassikalise liigituse alusel materjale, millede elektriline eritakistus on dielektrikute ja juhtide vahepealne, olles vahemikus 10- 6...108 Ωm. Pooljuhtmaterjalide eri-takistus sõltub eelkõige koostisest (väga olulised on lisandid), valmistamise tehnoloogiast ja välismõjudest (temperatuur, elektriväljatugevus, valgustatuse intensiivsusest jne.) Pooljuhid on kas keemilised elemendid või nende keemilised ühendid nagu germaanium, räni, seleen, telluur, arseen, fosfor, või ränikarbiid ning mitmesuguste metellide oksiidid (vaskoksiid, titaanoksiid jne.) ja sulfiidid (tsinksulfiid, hõbesulfiid, magneesiumsulfiid jt.).. Germaanium (Ge) on välimuselt hõbehall, metalse läikega, raskesti mehaaniliselt töödeldav ja rabe, sulamistemperatuur 958,5 °C., suhteline dielektriline läbitavus ε = 16. Germaaniumist valmistatakse pooljuhtdioode ja transistore, mis võivad töötada temperatuuridel –60°C...+70 °C. Räni (Si

    Masinaelemendid
    Materjalid
    86
    pdf

    Materjalid

    Autorid: Priit Kulu Jakob Kübarsepp Enn Hendre Tiit Metusala Olev Tapupere Materjalid Tallinn 2001 © P.Kulu, J.Kübarsepp, E.Hendre, T.Metusala, O.Tapupere; 2001 SISUKORD SISSEJUHATUS ................................................................................................................................................ 4 1. MATERJALIÕPETUS.............................................................................................................................. 5 1.1. Materjalide struktuur ja omadused ...................................................................................................... 5 1.1.1. Materjalide aatomstruktuur........................................................................................................... 5 1.1.2. Materjalide omadused ..........................

    Kategoriseerimata




    Meedia

    Kommentaarid (2)

    aaa1 profiilipilt
    aaa1: Ei olnud see mida lootsin
    14:21 29-11-2011
    zenja2006 profiilipilt
    zenja2006: Kasulik materjal
    18:00 24-10-2011



    Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun