Из чего изготовлен металлический цилиндр (7 видео)

Гриша нашёл в кабинете физики отполированный цилиндрик и заинтересовался, из какого материала он сделан — из олова или из железа. Гриша прочитал в справочнике, что плотности железа и олова отличаются не более чем на 10%, а вот их удельные теплоёмкости различаются почти в два раза: 250 Дж/(кг · °С) для олова и 460 Дж/(кг · °С) для железа. Для определения материала цилиндра было решено провести термодинамический опыт. Гриша налил в пластиковый калориметр m_в = 100 г холодной воды при комнатной температуре t_х = 23 °С. В горячую воду, которая имела температуру t_г = 50,5 °С градуса, Гриша поместил цилиндрик. После того, как цилиндрик нагрелся, Гриша перенёс его в калориметр и затем измерил установившуюся температуру в калориметре — она оказалась равной t_у = 25,5 °С. После этого Гриша взвесил цилиндрик, его масса оказалась равной m_ц = 168 г. Теплоёмкостью калориметра Гриша решил пренебречь. Удельная теплоёмкость воды c_в = 4200 Дж/(кг · °С) ему была известна.

1) Какое количество теплоты получила вода от цилиндрика?

2) Рассчитайте удельную теплоёмкость материала цилиндрика и определите, из какого металла он изготовлен.

3) Когда Гриша почти закончил обработку результатов своего эксперимента, учитель сказал ему, чтобы он не забыл учесть теплоёмкость калориметра. Масса калориметра составляла m_к = 40 г, а удельная теплоёмкость пластмассы по данным справочника была равна c_к = 210 Дж/(кг · °С). Может ли Гриша, с учётом этих сведений, утверждать, что он не ошибся в определении материала, из которого сделан цилиндрик?

1) Количество теплоты, полученное водой:

2) Составим уравнение теплового баланса воды и цилиндрика:

Видно, что полученная удельная теплоёмкость совпадает с удельной теплоёмкостью олова. То есть цилиндрик оловянный.

3) Будем считать, что калориметр нагрелся до температуры воды t_у = 25,5 °С. В этом случае уравнение теплового баланса можно записать так:

Тогда для значения удельной теплоёмкости цилиндрика можно получить:

Видно, что полученное значение практически не отличается от найденного ранее. Значит, материал цилиндрика определён правильно.

I) записаны положения теории, физические законы, закономерности, формулы и т. п., применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом;

II) проведены нужные рассуждения, верно осуществлена работа с графиками, схемами, таблицами (при необходимости), сделаны необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями; часть промежуточных вычислений может быть проведена «в уме»; задача может решаться как в общем виде, так и путём проведения вычислений непосредственно с заданными в условии численными значениями);

Содержание

Изготовление металлического цилиндра из стали, алюминия, меди (2021)
Изготовление металлического цилиндра из стали, алюминия, меди
Характеристика блока цилиндров
Изготовление цилиндров
Чугун vs алюминий: какой вариант предпочтительнее для изготовления блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания
Что такое поршень гидроцилиндра, как и из чего его делают?
Конструкция
Заготовки и материалы
Требования
Процесс обработки
📹 Видео

Видео:Лабораторная работа №3 9 классСкачать

Изготовление металлического цилиндра из стали, алюминия, меди (2021)

Видео:Пневмоцилиндр | Как это устроено | DiscoveryСкачать

Изготовление металлического цилиндра из стали, алюминия, меди

Компания производит все виды металлообработки. Изготавливает на станках детали любой сложности, фрезерование ЧПУ. Работает с такими металлами как сталь, медь, бронза. Производит цилиндры двигателей внутреннего сгорания для автомобилей разной мощности. Высококвалифицированные специалисты на заказ сделают любую деталь.

Видео:Цилиндрический элементСкачать

Характеристика блока цилиндров

Цилиндр поршневого двигателя внутреннего сгорания представляет собой объемную камеру, которая является основной деталью двигателя. Состоит из блока цилиндров. На него приходится основная нагрузка при работе. Здесь расположены основные узлы механизма.

Блок цилиндров должен соответствовать всем требованиям. От его качества зависит работа всего механизма. Изготавливают из материалов, которые хорошо обрабатываются на высокоточных станках. Это серый чугун, алюминий, магний. Для больших грузовых автомобилей, тракторов применяется чугун, легковых и гоночных машин – алюминий.

Высокоскоростные автомобили применяют цилиндры, изготовленные из двух металлов. Внутренняя часть из алюминия, наружная (рубашка) из магния. Это позволяет снизить вес конструкции, что очень важно для скоростных автомобилей.

Видео:Цилиндры ФараоновСкачать

Изготовление цилиндров

Конструкция цилиндров сложная, имеет много скрытых полостей. Для отливки используется высокое давление, которое позволяет получить правильную, однородную форму, без образования воздушных изъянов. Эти дефекты образуют неточности внутри цилиндров.

Для изготовления комбинированных блоков существует сложная технология, где каждая часть льется отдельно. Такая сложная конструкция делается только на заказ по чертежам заказчика для скоростных автомобилей.

Чугунные цилиндры устойчивы к перегревам, обладают меньшей теплоемкостью. Грузовые автомобили могут быстрее прогревать двигатель в зимний период.

Для цилиндров изготавливают гильзы из высоких сортов стали. Они бывают влитые или съемные. Чтобы установить влитую гильзу, ее помещают в форму до начала литья блока цилиндров. Таким способом происходит диффузия одного металла в другой. Недостатком является то, что такая конструкция не подлежит ремонту. Съемные «мокры» гильзы более эффективны.

Изготовление и обработка блока цилиндров, должна быть очень точной. В нем находятся основные узлы двигателя (вал, поршни, привод). Если будут не соблюдены размеры цилиндров, это приведет к поломке двигателя. Каждый отдел блока цилиндров обрабатывается с помощью правильно подготовленных баз, которые удерживают изделие и дают возможность работать инструментом.

Отдельные части обрабатываются с помощью набора фрез с последующей обработкой на протяжных станках. Торцовые поверхности обрабатывают на горизонтально расточных станках.

Специалисты нашей компании выполнят любую сложную работу качественно и в срок. Стоимость будет зависеть от материала.

Видео:Вращающиеся цилиндрыСкачать

Чугун vs алюминий: какой вариант предпочтительнее для изготовления блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания

Моторы, блоки цилиндров которых изготавливались из алюминия, появились ещё во второй четверти XX века. Но долгое время лёгкий серебристый металл оставался на вторых ролях. Этому способствовали и специфические характеристики, и относительно высокая стоимость материала, массовое производство которого ещё не было как следует налажено. Но сегодня всё изменилось. Алюминиевые сплавы всё шире используются при производстве ДВС, вытесняя серый ковкий чугун. К добру это или к худу? Попробуем разобраться.

Для автомобильного двигателя, вне зависимости от его конструктивных особенностей, важны следующие параметры:

Механическая прочность, влияющая не только на ресурс, но и на многие технические характеристики.
Масса. Чем меньше вес транспортного средства, тем меньше энергии требуется для приведения его в движение, а значит, меньше расходуется топлива.
Габариты. Мотор небольших размеров занимает мало места и его проще компоновать в мотоотсеке.
Способность к прогреву/охлаждению и поддержанию заданной температуры.
Стоимость. Она напрямую зависит от сложности производства.
Ремонтопригодность.

Вот по этим параметрам мы и будем оценивать блоки цилиндров из алюминия и чугуна.

С механической прочностью всё ясно. Тут чугун существенно превосходит своего конкурента. Он несколько более хрупкий, но его твёрдость составляет не менее 121 HB, в то время как у чистого алюминия всего лишь 20 HB. Как следствие, при производстве блоков цилиндров из алюминиевых сплавов возникает необходимость:

Укреплять стенки цилиндров, устанавливая гильзы из твёрдых металлов или нанося на поверхность покрытия из материалов повышенной прочности, вроде никасила (никелькремниевого сплава).
Увеличивать диаметр резьбовых соединений, дабы заворачиваемые болты и шпильки не срывали резьбу. Как вариант, использовать стальные резьбовые вставки.
Усиливать конструкцию самого блока, наращивая толщину стенок и перегородок, вводя дополнительные рёбра жёсткости.

Всё это становится причиной возникновения проблем, о которых будет сказано ниже.

Удельная масса алюминия почти втрое ниже, чем у чугуна (примерно 2,7 г/куб. см. против 7,3 г/куб. см.). Но рассчитывать на то, что алюминиевый блок цилиндров получится втрое легче чугунного, не стоит. Для достижения необходимой прочности конструкции, как уже было отмечено выше, приходится наращивать, минимум вдвое, толщину стенок и перегородок. Увеличивают массу детали и необходимые рёбра жёсткости. В результате, если получится выгадать пару десятков килограммов, то можно считать, что повезло.

При использовании алюминиевых сплавов становятся больше размеры двигателя. Так как показано на рисунке №1, аккуратно и компактно, выглядел изготовленный в середине 30-х годов прошлого века рядный шестицилиндровый мотор с рабочим объёмом 2,5 литра с блоком из серого ковкого чугуна. Мечта механика!

А теперь мысленно представьте, что толщина стенок этого движка увеличилась вдвое и появились дополнительные рёбра жёсткости… Если с фантазией плохо, можете заглянуть под капот какого-нибудь относительно современного автомобиля. Скажем, BMW 5-Series E60 с мотором N52B25. Даже если убрать всё навесное оборудование, преимущество будет не в пользу последнего.

Коэффициент теплопроводности алюминия, измеряемый в ватах на квадратный метр, вчетверо больше, чем у чугуна (200 против 50). И это, безусловно, большой плюс. Если бы не пара «но»:

Двигатели из алюминиевых сплавов слишком быстро отдают тепло, что создаёт проблемы, если автомобиль приходится эксплуатировать при низких температурах. Задача не решается уменьшением проходного сечения каналов системы охлаждения или сокращения площади радиатора. Ведь за зимой приходит лето, а значит и жара.
Быстрый отвод тепла становится причиной резких температурных скачков, вредных для нормальной работы ДВС.

Как следствие, возникает необходимость в установки чувствительных термостатов сложной конструкции и использовании специальных охлаждающих жидкостей.

Ну и, под занавес, то, о чём многие производители и вовсе предпочитают умалчивать. Коэффициент линейного теплового расширения у алюминия в два раза больше, чем у чугуна. Это значит, что при работе мотора детали, изготовленные из алюминиевых сплавов, испытывают колоссальные внутренние напряжения. Такие напряжения нередко становятся причиной деформационных повреждений:

Приобретают бочкообразность или эллипсность цилиндры.
Коробятся привалочные плоскости.
Появляются трещины в рубашке системы охлаждения.
Срываются резьбы под болты и шпильки.

Ремонт таких поломок, если он вообще возможен, вылетает в копеечку. И платит за него не производитель, а потребитель.

Компании, производящие автомобильные ДВС и стремящиеся как можно больше заработать в условиях кризиса перепроизводства, понять не сложно. С появлением новых технологий они получили возможность:

Дёшево производить и быстро обрабатывать алюминиевые сплавы. Если раньше значительный процент блоков из лёгких сплавов уходил в брак, то сегодня всё иначе.
Продавать автомобилистам моторы с малым ресурсом и низкой ремонтопригодностью, всё больше напоминающие одноразовые ручки, которые в случае поломки проще выбросить, чем отремонтировать.

Но какая от этого польза автовладельцам – большой вопрос. Раньше в ситуации, когда из-за развалившихся поршневых колец появились задиры на стенках цилиндров, проблема решалась расточкой блока и переходом на следующий ремонтный размер поршней. Но теперь такой вариант исключён. В случае с алюминиевыми моторами расточка технологически не предусмотрена, а услуги по перепрессовке гильз, как правило, частная инициатива ремонтных мастерских, не гарантирующая результата.

На мой взгляд, было бы правильно оставить автомобилистам возможность выбора. Чтобы в зависимости от предпочтений один имел возможность выбрать мотор с чугунным блоком, а другой – с алюминиевым. Но именно его – выбора – у автолюбителей скоро, судя по всему, и не будет.

Видео:Уроки Solidworks.Развёртка цилиндраСкачать

Что такое поршень гидроцилиндра, как и из чего его делают?

Поршень гидроцилиндра – своеобразная опора для давления со стороны рабочей жидкости в приводе. Торцовой поверхностью поршень воспринимает нагрузку, цилиндрическая служит для размещения уплотнений и направляющих элементов.

Видео:Видеоурок по математике "Цилиндр"Скачать

Конструкция

Поршень может быть как цельной деталью, так и сборочной единицей. Это напрямую зависит от метода установки уплотнений. Крупногабаритные сложные уплотнения, которые держат высокие давления и скорости скольжения, невозможно поместить в канавку, растянув вручную или инструментом. Приходится делить поршень на составные части, соединяя их с помощью винтов, по резьбе, по прессовой посадке или затягивать совместно с установкой штока.

Видео:Из чего НА САМОМ ДЕЛЕ Делают Неодимовые магниты?Скачать

Заготовки и материалы

Для изготовления поршней применяют стали марок 45 и 40Х с объемной закалкой до твердости 320..360 НВ . Если наружная цилиндрическая поверхность напрямую контактирует с гильзой гидроцилиндра, то поршень наплавляют бронзой (БрОФ7-02, БрАЖ9-4) или латунью, а также выполняют целиком из антифрикционного чугуна. Некоторые зарубежные производители озвучивают изготовление поршней из стали марки 9SMn28, что приблизительно соответствует отечественной 15Г.

В качестве заготовок используется круглый прокат, штамповка или отливка. Последний вариант актуален только для чугуна и в случаях, когда требуется существенно сэкономить расход материала, поскольку зачастую стальное литье скрывает массу дефектов, и уже в процессе эксплуатации под воздействием давления могут вскрыться раковины и трещины.

Видео:Теплопроводность металла и дерева (часть 10)| Термодинамика | ФизикаСкачать

Требования

ГОСТ 6540-68 определяет ряд нормальных значений для диаметров поршня – от 10 до 800 мм (в исключительных случаях до 900 мм). На практике гидроцилиндры с полостью свыше 300 мм встречаются крайне редко.

Рабочая контактная поверхность поршня выполняется с полем допуска f7, а в случае установки направляющих колец – на 0,5 мм меньше диаметра полости. Биение цилиндра относительно отверстия под установку штока должно быть не более 0,03 мм, тогда как точность самого отверстия ограничивается полем допуска H8. Канавки под установку уплотнений и направляющих колец выполняют по h9.

Шероховатость поверхности контакта – не выше Ra 0,8 мкм, что требует применения полировки или иных доводочных операций. Торцы поршня обрабатывают вплоть до Ra 2,5 мкм, канавки – Ra 1,25 мкм.

Видео:Галилео. Металлургия (часть 1)Скачать

Процесс обработки

В процессе производства поршень обтачивается, отверстие под установку штока сверлится и развертывается. После закалки деталь шлифуется до требуемой точности и полируется. Острые края должны быть скруглены или сбиты фасками – задиры и заусенцы на элементах гидроаппаратуры не допускаются, поскольку могут повредить уплотнения при сборке.