§ 20. Технологии получения и обработки материалов с заданными свойствами

Выйдя на улицу, сегодня можно увидеть огромное количество разнообразных машин. Приведите примеры машин, которые используются с разными целями. Подумайте, какие материалы применяются при их изготовлении. Как вы думаете, какие из этих материалов существовали 100 лет назад?

Технология машиностроения занимается изучением и разработкой технологических процессов, связанных с конструированием и производством различных машин и приборов. К технологическим процессам машиностроения относятся технические расчёты, выбор материалов и способов их обработки, контроль качества, способы изготовления и соединения деталей, проектирование машиностроительных заводов и организация производства на них.

Возникновение машиностроения связывают с эпохальным событием в истории промышленности – изобретением Джеймсом Уаттом (1736–1819) в Англии в 1782 г. универсальной паровой машины (рис. 1), использование которой способствовало модернизации традиционных производств (прежде всего текстильного), возникновению новых видов транспорта (железнодорожного и морского) и отраслей промышленности, в том числе машиностроения. С этого момента началась промышленная революция в истории человечества. С тех пор машиностроение является фундаментом для развития и модернизации всех отраслей промышленности.

Рис. 1. Паровая машина Дж. Уатта

Машиностроение обеспечивает оборудованием все другие отрасли хозяйства, поэтому от уровня развития технологий машиностроения зависит экономическое развитие страны. Продукция современного машиностроения и технологии, используемые для её производства, очень разно образны. В настоящее время активно развиваются отрасли машиностроения, использующие последние достижения науки и техники. Технологии этих отраслей связаны с разработкой и изготовлением сложных приборов, радиотехнической и электротехнической продукции, компьютеров, роботов, авиационных приборов, ракетно-космической техники, лазеров и т. д.

Одним из новых приборов является 3D-принтер (рис. 2) – устройство, использующее метод послойного создания объекта. 3D-принтеры нашли своё применение, например, в технологии прототипирования, т.е. быстрого изготовления моделей и объектов для их дальнейшего изучения и совершенствования.

Рис. 2.  3D-принтер

Лазерные технологии сегодня широко используются в различных отраслях промышленности, в науке, медицине и т.д. Лазер представляет собой мощный источник узконаправленного света. С одной стороны, лазеры являются продукцией машиностроения, а с другой стороны, технологии с использованием лазеров активно применяются во всех отраслях машиностроения (рис. 3).

Рис. 3. Лазерная сварка

Ещё одним современным направлением машиностроения является робототехника (рис. 4). Создание и применение роботов позволяет облегчить труд людей, избавить человека от вредной и опасной работы. Роботы могут выполнять сложные производственные операции 24 часа в сутки, выпускать продукцию высокого качества.

Рис. 4. Промышленные роботы

Полезная информация

Первый проект парового двигателя разработал в 1763 г. российский изобретатель И. И. Ползунов (1728 — 1766).

В 1765–1766 гг. им были построены паровые двигатели (рис. 5).

Рис. 5. Чертёж и модель машины И. И. Ползунова

В начале XXI в. человечество продолжает использовать традиционные конструкционные материалы: древесину, металлы и их сплавы, пластмассы.

Однако современная техника  промышленность предъявляют новые требования к материалам, которым не удовлетворяют традиционные конструкционные материалы. Появилась необходимость в материалах, обладающих высокой атмосферной, механической и химической устойчивостью, стойкостью к коррозии, не поддерживающих горение, способных сообщать информацию о своих дефектах и т.д. Учёные научились делать материалы, свойства которых определяются заранее, их называют материалами с заранее заданными свойствами.

Среди современных материалов особое место занимают композиционные материалы. Композиционный материал – это искусственно созданный материал, который состоит из нескольких компонентов. Одним из видов композиционных материалов являются слоистые материалы (рис. 6).

Рис. 6. Пример слоистого композиционного материала

     Композиционные материалы в настоящее время на ходят разнообразное применение (рис. 7): в домостроении, в производстве спортивных и бытовых товаров, в авиационной промышленности, в автомобилестроении, судостроении, в атомной промышленности и т. д. Например, при строительстве самолётов более 30% деталей изготавливают из высокопрочных композиционных материалов, вследствие чего вес самолётов снижается на 15–30%, уменьшается расход топлива, улучшаются экологические показатели.

Рис. 7. Применение композиционных материалов

Итак, создание композиционных материалов открывает новые возможности практически во всех областях человеческой деятельности.

Таким образом, вы познакомились с некоторыми новыми технологиями, которые используются в современной промышленности.

Основные понятия и термины:

технологии машиностроения, 3D-принтер, технологии прототипирования, лазерные технологии, робототехника, материал с заранее заданными свойствами, композиционный материал, слоистые материалы, паровой двигатель.

? Вопросы и задания

1. Объясните, почему машиностроение является фундаментом для развития промышленности.

2. Какие современные направления развития машиностроительных технологий вам известны? Расскажите о них.

3. В чём отличие традиционных конструкционных материалов от материалов с заранее заданными свойствами?

4. Каковы преимущества использования композиционных материалов по сравнению с традиционными материалами?

Задание 1

Найдите в Интернете информацию об истории создания паровой машины. Подготовьте презентацию и рассказ об этом.

Задание 2

Найдите в Интернете примеры использования композиционных материалов в машиностроении. Подготовьте рассказ и презентацию об этом.