background image

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 

 

 

 

background image

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 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

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, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

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 

 
 

 
 

background image

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. 

 

background image

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. 
 

 

background image

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  

  
 
 
 

background image

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 )