Изготовление изделий на машиностроительных предприятиях осуществляется в результате производственного процесса.

Производственный процесс – это совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий. Производственный процесс в машиностроении охватывает подготовку средств производства и организацию обслуживания рабочих мест; получение и хранение материалов и полуфабрикатов; все стадии изготовления деталей машин; сборку изделий; транспортирование материалов, заготовок, деталей, готовых изделий и их элементов; технический контроль на всех стадиях производства; упаковку готовой продукции и другие действия, связанные с изготовлением выпускаемых изделий.

Важнейшим этапом производственного процесса является технологи ческая подготовка производства (ТПП), основным элементом которой является технологический процесс (ТП).

Технологический процесс – это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и/или определению состояния предмета труда (заготовки или изделия). Различают ТП изготовления исходных заготовок, термической обработки, механической (и другой) обработки заготовок, сборки изделий.

В ТП изготовления заготовок происходит превращение материала в исходные заготовки деталей машин заданных размеров и конфигурации различными методами. В процессе термической обработки происходят структурные превращения материала заготовок, изменяющие его свойства. При механической обработке происходит последовательное изменение состояния исходной заготовки (ее геометрических форм, размеров и количества поверхностей) до получения готовой детали. ТП сборки связан с образованием разъемных и неразъемных соединений составных частей изделий.

Для осуществления любого ТП необходимо применение совокупности орудий производства, называемых средствами технологического оснаще ния (СТО) – это технологическое оборудование (литейные машины, прессы, металлорежущие станки, печи, испытательные стенды и т. д.) и тех нологическая оснастка (режущие инструменты, приспособления, штампы, мерители и т. д.).

ТП выполняют на рабочих местах. Рабочее место – участок производственной площади, оборудованный в соответствии с выполняемой нанем работой.

Технологической операцией называют законченную часть ТП, выполняемую на одном рабочем месте. Операция охватывает все действия СТО и рабочих над одним или несколькими совместно обрабатываемыми или собираемыми объектами производства. При обработке на станках операция включает все действия рабочего, а также автоматические действия станка до момента снятия заготовки со станка и перехода к обработке другой заготовки.

Кроме технологических различают и вспомогательные операции: транспортирование, контроль, маркирование и др.

При выполнении ТП на предприятии заготовка или сборочная единица последовательно проходит по цехам и производственным участкам в соответствии с выполняемыми операциями. Указанную последовательность называют технологическим маршрутом, который может быть внутрицеховым и межцеховым.

Технологический переход – законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же СТО при постоянных технологических режимах (t , s , п и др.). Технологические переходы могут быть простыми (обработка одним инструментом) или сложными (в работе одновременно участвуют несколько инструментов).

При обработке заготовок на станках с ЧПУ несколько поверхностей могут последовательно обрабатываться одним инструментом. В этом случае говорят, что указанная совокупность поверхностей обрабатывается в результате выполнения инструментального перехода.

Вспомогательный переход – это законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и/или оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода (установка и закрепление заготовки, смена инструмента, изменение режимов обработки и др.).

Рабочий ход – законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности или свойств заготовки.

Установ – часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или сборочной единицы.

Позиция – фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижных частей оборудования для выполнения определенной части операции. Смена позиций, выполняемая с помощью поворотных устройств и устройств линейных перемещений возможна, например, в технологических операциях, осуществляемых на оборудовании револьверного типа, агрегатных станках, автоматических линиях и т. д.

Рабочий прием – ручное действие рабочего по обслуживанию станка или агрегата, обеспечивающего выполнение технологического перехода или его части. Так, при выполнении вспомогательного перехода установки заготовки в приспособление необходимо последовательно выполнить следующие приемы: взять заготовку из тары, установить в приспособление и закрепить в нем.

Изготовление изделий машиностроения может быть осуществлено на основе единичного, типового или группового ТП. Единичный ТП проектируется и применяется для изготовления деталей одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства.

Типовой ТП характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками. Типовой ТП используется либо как информационная основа при разработке рабочего ТП, либо как рабочий ТП при наличии всей необходимой информации для изготовления детали.

Групповой ТП используется для совместного изготовления или ремонта группы изделий различной конфигурации в конкретных условиях производства на специализированных рабочих местах. Принципиальное различие между типовыми и групповыми процессами заключается в следующем: типовая технология характеризуется общностью технологического маршрута, а групповая – общностью оборудования и оснастки, необходимых для выполнения определенной операции или полного изготовления детали.

По степени детализации ТП подразделяются на маршрутные, операционные и маршрутно-операционные.

В маршрутном ТП содержание операций излагается без указания переходов и режимов обработки.

Операционный ТП – это технологический процесс, выполняемый по документации, в которой содержание операций излагается с указанием переходов и режимов обработки.

Маршрутно-операционный ТП – это технологический процесс, выполняемый по документации, в которой содержание отдельных операций излагается без указания переходов и режимов обработки.

Анализ существующих и проектирование новых ТП должны выполняться с учетом типа организации производства, в которых они осуществляются. Различают три основных типа машиностроительного производства: массовое, серийное и единичное. В некоторых случаях серийное производство подразделяют на крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное. Основными факторами, определяющими тип организации производства в цехе, на участке, являются номенклатура изделий, программа выпуска и трудоемкость изготовления деталей.

Тип действующего производства определяется коэффициентом закреп ления операций

где О – число различных операций за один месяц;

Р – число рабочих мест, на которых выполняются различные операции.

Для массового производства
. Для крупносерийного производства
, для среднесерийного
, для мелкосерийного
. Для единичного производства
не регламентируется.

При проектировании процессов изготовления изделий серийность производства определяется по коэффициенту серийности

, (1.2)

где –такт выпуска изделий;

– среднее штучное время по операциям.

Такт выпуска – интервал времени, через который периодически производится выпуск изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения, рассчитывается по формуле

, (1.3)

где – действительный годовой фонд времени работы оборудо­вания за одну смену в часах;

т – количество смен работы оборудования за сутки;

N – годовая программа выпуска изделий, шт.

Для нахождения t ш.ср . необходимо либо выполнить нормирование по укрупненным нормам, либо использовать данные по трудоемкости существующей на производстве аналогичной детали.

Среднее штучное время рассчитывается по формуле

, (1.4)

где t ш. i – штучное время i -й операции изготовления детали;

п – число основных операций в маршруте.

По значению К с , рассчитанному по формуле (1.2), можно принять решение о типе производства. При К с ≤ 1 – массовое производство, 1 < К с ≤ 10 – крупносерийное, 10 < К с ≤ 20 – среднесерийное, 20 < К с ≤ 50 – мелкосерийное, К с > 50 – единичное производство.

Серийность производства оказывает существенное влияние на технологическую подготовку выпуска изделий.

В машиностроении применяют два метода работы: поточный и непоточный. Поточное производство характеризуется расположением СТО в последовательности выполнения операций ТП и определенным интервалом выпуска изделий (такта выпуска). В общем случае условием организации потока является кратность времени выполнения каждой операции такту выпуска, т.е. t ш. i / τ в = К (К = 1,2,3,...). Приведение длительности операций к указанному условию называют синхронизацией.

Производительность труда, соответствующая выделенному производственному участку (линии, цеху), определяется ритмом выпуска. Ритм выпуска – количество изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения, выпускаемое в единицу времени. Обеспечение заданного ритма выпуска изделий при поточном методе работы в массовом и крупносерийном производстве является важнейшей задачей при проектировании ТП.

Организация производства по поточному методу обеспечивает повышение производительности труда, уменьшение производственного цикла и объема незавершенного производства, предусматривает применение высокопроизводительного оборудования и комплексной автоматизации изготовления деталей, включая термическую обработку, нанесение покрытий, мойку, контроль и т. п.

В серийном производстве заготовки перемещаются по рабочим местам партиями. Партией называют количество заготовок или деталей одного наименования и типоразмера, которые запускаются в производство или подаются на сборку.

Величина оптимальной партии рассчитывается по формуле

n = N К/Ф , (1.5)

где N – годовая программа с запчастями, шт;

К – число дней, на которые необходимо иметь запас деталей наскладе (2...10 дней);

Ф – число рабочих дней в году.

Станок, закончивший обработку партии заготовок переналаживают на другую операцию. Величина партии деталей зависит от номенклатуры изделий, от годовой программы, от срока заказа, длительности обработки и сборки, сложности, наличия материалов и других факторов. С учетом этих факторов расчетная величина партии может быть принята другой.

В серийном производстве для повышения загрузки оборудования применяют переменно-поточные (серийно-поточные) игрупповые линии. При переменно-поточной обработке за каждым станком линии закреплено выполнение нескольких операций для технологично и конструктивно однотипных деталей, которые обрабатывают попеременно. Приспособления переменно-поточных линий конструируют так, чтобы в них можно былоустанавливать всю закрепленную группу заготовок.

В групповых поточных линиях каждый станок выполняет операции разных технологических маршрутов. При переходе к обработке следующих деталей производится подналадка станка (смена цанги, фиксатора, сверла и т. п.), что дает возможность обрабатывать однотипные поверхности у группы заготовок.

Возможность использования поточного метода работы определяют ко эффициентом поточности К П – сопоставлением среднего штучного времени t ш.ср. для основных операций с тактом выпуска деталей τ в :

. (1.6)

При коэффициенте поточности К П > 0,6 принимают поточный метод работы.

Непоточный метод производства характеризуется изготовлением деталей партиями на каждой операции; обрабатывающее оборудование устанавливается в цехе группами по типам станков (токарные, фрезерные, шлифовальные и т. д.); изделия собирают на стационарных приспособлениях. При непоточном методе производства требуется создание заделов, что удлиняет цикл производства.

Цикл производства – это период времени от начала до конца выполнения какого-либо повторяющегося технологического или производственного процесса. Сокращение цикла производства уменьшает межоперационные заделы, незавершенное производство и оборотные фонды, а оборачиваемость вложенных в производство средств значительно повышается.

Понятие «серия» касается количества машин, которые запускаются в производство одновременно или непрерывно в течение определенного интервала времени.

Важным принципом разработки технологического маршрута прохождения деталей по цехам завода служит принцип возможно большего сокращения технологического маршрута при наименьшем пробеге деталей между цехами.

Схема связей цехов завода средней величины показана на рис. 1.1 .

Как видно из схемы (рис. 1.1), по пути в сборочный цех заготовки и детали могут делать двойные пробеги между цехами. Проектируя последовательность обработки отдельных деталей внутри цеха, следует позаботиться о наименьшем пробеге деталей между операциями.

Структура механосборочного производства зависит от конструктивных и технологических особенностей изделий, типа производства и ряда других факторов. Изделия, выпускаемые заводами, распределяют по цехам по предметному, технологическому или смешанному признаку.

При организации цехов по предметному признаку за каждым из них закрепляют все детали определенного узла или изделия и их сборку. В этом случае все цеха являются механосборочными и включают механические и сборочные отделения (участки). При наличии нескольких механосборочных цехов, изготавливающих отдельные узлы, на заводе предусматривают цех общей сборки выпускаемых машин. Такая организация цехов характерна, как правило, для массового и крупносерийного типов производства.

При организации цехов по технологическому признаку детали разныхмашин и узлов группируют по сходному ТП. Такая форма организации характерна для единичного и серийного типов производства, так как здесь обычно не удается загрузить полностью оборудование деталями одного изделия. В цехах обрабатывают сходные детали независимо от того, к какому узлу или машине они относятся. Механообрабатывающее производство в этом случае разделяют на цехи по типу деталей и однородности ТП (например, цехи корпусных деталей, валов, зубчатых колес, метизов и т. д.). Сборочный цех выделяют в самостоятельный цех, в который поступают детали из различных цехов.

Организация цехов по смешанному признаку обычно встречается в серийном производстве при большой номенклатуре изделий. В этом случае для изготовления некоторых изделий цехи организуют по предметному признаку (например, цехи редукторов, электродвигателей, пылесосов и т. д.), а для остальной части изделий – по технологическому признаку.

Изготовление стандартных деталей обычно выделяют в отдельные цехи независимо от принятой схемы организации производства.

Унификация и стандартизация изделий машиностроения способствует специализации производства, сужению номенклатуры изделий и увеличению их выпуска, а это в свою очередь позволяет шире применять поточные методы и автоматизацию производства.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

Кафедра «Технология машиностроения»

Технологические процессы в машиностроении

Методические указания

Волгоград

УДК 621.9(07)

Технологические процессы в машиностроении: методические указания. Часть I / Сост. , ; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2009. – 34 с.

Излагается содержание дисциплины, даются краткие теоретические сведения по темам курса.

Предназначены студентам ВПО специальности 151001 «Технология машиностроения» заочной формы обучения.

Библиогр.: 11 назв.

Рецензент: к. т. н.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

Ó Волгоградский

государственный

DIV_ADBLOCK161">

1.2. Задачи изучения дисциплины

Задачами изучения дисциплины являются:

§ изучение физической сущности основных технологических процессов получения заготовок;

§ изучение механических основ технологических методов формообразования;

§ изучение возможностей, назначения, преимуществ и недостатков основных технологических процессов;

§ изучение принципов и схем работы основного технологического оборудования;

§ изучение конструкций основных инструментов, приспособлений и оснастки.

1.3. Связь с другими дисциплинами учебного плана

Изучение дисциплины «Технологические процессы в машиностроении» базируется на знаниях, полученных студентами при изучении курсов физики, математики, химии, инженерной графики, материаловедения.

В свою очередь, данная дисциплина обеспечивает успешное изучение следующих дисциплин: «Сопротивление материалов», «Детали машин», «Технология машиностроения», «Основы машиностроительного производства», «Процессы формообразования и инструменты», «Технологическое оборудование» и «Оборудование машиностроительного производства».

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.

Тема 1. Введение в технологию.

1. Основные понятия и определения.

2. Типы машиностроительных производств.

3. Понятие технологического процесса.

4. Структура технологического процесса.

1. Оборудование и сырье металлургического производства.

2. Доменный процесс производства чугуна.

3. Кислородно-конвертерное производство стали.

5. Производство стали в электропечах.

1. Литье в песчано-глинистые формы. Литье в кокиль. Литье по выплавляемым моделям. Центробежное литье. Литье под давлением. Литье в оболочковые формы.

2. Изготовление отливок в оболочковых формах

3. Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям

4. Изготовление отливок литьем в кокиль

5. Изготовление отливок литьем под давлением

6. Изготовление отливок литьем под низким давлением

7. Изготовление отливок центробежным литьем

8. Специальные способы литья.

1. Прокатка и волочение.

2.Свободная ковка и ковка в подкладных штампах. Горячая и холодная объемная штамповка. Листовая штамповка.

3. Термообработка кованых и штампованных поковок.

1. Сварка плавлением, давлением и трением.

1. Физические основы процесса резания.

2. Обработка поверхностей заготовок лезвийным (точение, сверление, строгание, фрезерование, протягивание) и абразивным инструментом (шлифование, притирка, хонингование).

3. Лабораторный практикум.

4. тема 1. Введение в технологию.

Машиностроительные детали изготавливают литьем, обработкой давлением, резанием. Заготовки получают чаще давлением, литьем или сваркой, рациональный выбор заготовки обусловлен необходимостью экономии металла.

Одним из основных технологических процессов машиностроительного производства является резание. Резанием можно получить детали высокой точности. Как правило, невозможно создать механизмы и машины из деталей, не прошедших обработку резанием. Литье ранее использовали для производства изделий из меди, бронзы , затем из чугуна и позже из стали и других сплавов.

Основные процессы литейного производства – это плавка металла, изготовление литейных форм, заливка металла, выбивка, обработка отливок и их контроль.

Обработку давлением также применяют давно для изготовления оружия, в кораблестроении. Давлением обрабатывают заготовки из стали, цветных металлов и сплавов, пластмасс. Методы обработки давлением обеспечивают изготовление сложных фасонных профилей с малой шероховатостью.

Процессы сварки впервые осуществлены в России в конце ХIХ в. Сварку применяют для получения неразъемных соединений. Заготовки полученные сваркой можно затем обрабатывать резанием.

Кроме этих процессов обработки металлов в настоящее время разработаны более высокоэффективные технологические процессы на базе новых физических явлений позволяющих изменять форму и качество поверхности деталей. Это электрофизические и электрохимические методы обработки, которые обеспечивают непрерывность процессов при одновременном деформировании всей обрабатываемой поверхности.

Производство изделий подразделяют на единичное, серийное и массовое.

Машиностроительные заводы состоят из отдельных производственных единиц и служб – это: 1) заготовительные цехи (чугунолитейные, сталелитейные, кузнечные, прессовые, штамповочные); 2) обрабатывающие цехи (механические, сборные, окрасочные); 3) вспомогательные цехи (инструментальные, ремонтные); 4) складские устройства; 5) энергетические службы; 6) транспортные службы; 7) санитарно-технические; 8) общезаводские учреждения и службы.

Процесс создания машины подразделяется на два этапа: конструирование и изготовление. Первый этап завершается разработкой конструкции машины и представлением ее в чертежах. Второй этап заканчивается реализацией изделия в металле. Конструирование осуществляется в несколько стадий: 1) проектирование; 2) изготовление экспериментальных деталей и узлов; 3) испытания; 4) детализация технических решений; 5) выпуск конструкторской документации.

Изготовление делится на стадии тех. подготовки и собственно изготовления.

5. Тема 2. Основы металлургического производства черных и цветных металлов.

5.1. Оборудование и сырье металлургического производства.

Металлургия - это наука о способах извлечения металлов и природных соединений и отрасль промышленности, производящая металлы и сплавы.

Современная металлургия - это шахты по добыче руд и каменных углей, горно-обогатительные комбинаты, коксохимические и энергетические предприятия, доменные цехи, заводы ферросплавов, сталеплавильные и прокатные цехи.

Для производства черных и цветных металлов используют металлические руды, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.

Руда - горная порода или минеральное вещество, из которого при данном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать металлы или их соединения. При изучении темы обратите внимание на виды руды, применяемые при выплавке чугуна, их химический состав и процентное содержание производимого металла,

В доменном производстве используют железорудное сырье с содержанием железа 63-07%, Для получения сырья с высоким содержанием железа руды предварительно обогащают. Рассматривая процессы обогащения руд, обратите внимание на агломерацию и окатывайте железорудных концентратов.

Для образования легкоплавких соединений (шлаков) пустой породы руды и золы топлива применяют различные флюсы. Ознакомьтесь с материалами, используемыми в качестве флюсов при производстве чугуна и стали. Обратите внимание на выбор флюса п зависимости от применяемых плавильных печей (кислых или основных) и на возможность управления процессами удаления вредных примесей из расплава.

В качестве источника теплоты при производстве металлов и сплавов используют различные виды топлива. Изучая виды топлива, обратите особое внимание на основной вид металлургического топлива – кокс. Необходимо знать способ её получения, химический состав, свойства и теплотворную способность. Из других видов топлива обратите внимание на природный и доменный газы, которые также широко используют в металлургии.

Процессы извлечения металлов в металлургических агрегатах происходят при высоких температурах. Поэтому внутреннюю облицовку (футеровку) металлургических печей и ковшей для разливки металла делают из специальных огнеупорных материалов. Знакомясь с огнеупорными материалами, обратите внимание на их химический состав, огнеупорность и области применения.

5.2. Доменный процесс производства чугуна.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа - домнах. Современная доменная печь - мощный высокопроизводительный агрегат. Ознакомьтесь с устройством доменной печи и принципом ее работы, а также устройством воздухонагревателей и механизмов загрузки шихты. При сгорании кокса – в доменной печи выделяется теплота и образуется газовый поток, содержащий СО, СО2 и другие газы, которые, поднимаясь вверх, отдают теплоту шихтовым материалам. При этом в шихте происходит ряд превращений: удаляется влага, разлагаются углекислые соединения, а при прогреве шихты до температуры 570°С начинается процесс восстановления окислов железа. Поэтому, рассматривая процессы доменной плавки, изучите химические реакции горения топлива, процессы восстановления окислов железа, кремния, марганца, фосфора и серы, процессов образования чугуна (науглероживание железа) и шлака. Кроме того, обратите внимание на выпуск чугуна и шлака из доменной печи, а также продукты доменной плавки: передельный и литейный чугуны, ферросплавы, шлак и доменный газ. Рассмотрите области использования этих продуктов в народном хозяйстве,

* Важнейшими технико-экономическими показателями доменного производства являются коэффициент использования полезного объема домны (КИПО) и удельный расход кокса. Следует знать, как определяют КИПО доменной печи, и иметь представление о его величине на передовых металлургических предприятиях страны, а также о коэффициенте расхода кокса на 1 т выплавленного чугуна. Особое внимание обратите на вопросы механизации и автоматизации работы доменной печи и пути интенсификации доменного процесса.

5.3. Кислородно-конвертерное производство стали.

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом. Процесс получения стали основан на окислении примесей. Поэтому при изучении темы уделите внимание избирательному окислению примесей и переводу их в шлак и газы в процессе плавки в различных плавильных агрегатах; мартеновских печах, кислородных конверторах, дуговых электропечах и др.

Одним из прогрессивных способов производства стали является кислородно-конверторный способ, которым выплавляют около 40% »сей стали, Кислородно-конверторный процесс характеризуется высокой производительностью, сравнительно низкими капитальными затратами и простотой автоматизации управления ходом плавки. В кислородных конверторах выплавляют углеродистые и низколегированные стали. При изучении кислородно-конверторного производства стали ознакомьтесь с устройством современных кислородных конверторов я принципом их работы. Рассмотрите шихтовые материалы конверторного производства и технологию плавки, обратив внимание на окислительный период плавки и раскисление стали. Сделайте сравнительную оценку работы мартеновских печей и кислородно-конверторного производства.

В мартеновских печах выплавляют углеродистые конструкционные, инструментальные и легированные стали. Ознакомьтесь с устройством современных мартеновских печей и принципом их работы. Подробно рассмотрите процесс производства стали в основных мартеновских печах. Особое внимание уделите производству стали скрап-рудным процессом как наиболее экономичному. Изучите характерные периоды плавки этого процесса и их значение. В заключение рассмотрите особенности процесса плавки стали в кислых мартеновских печах и пути интенсификации мартеновского процесса.

5.5. Производство стали в электропечах.

Высококачественные, инструментальные и высоколегированные стали выплавляют в дуговых и индукционных электрических печах. В них можно быстро нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную и нейтральную атмосферу или вакуум . Кроме того, в этих печах можно более полно раскислять металл. Изучая производство стали и дуговой электрической печи, ознакомьтесь с ее устройством и принципом работы. Рассматривая процесс плавки в дуговой печи, обратите внимание на то, что в такой печи применяют две технологии плавки: переплавом - на шихте из легированных отходов и окислением примесей на углеродистой шихте. Необходимо усвоить особенности того и другого процессов и знать их технико-экономические показатели.

Изучая производство стали в индукционных электрических печах, ознакомьтесь с их устройством и принципом работы. Учтите, что в индукционных печах сталь получают переплавом или оплавлением шихтовых материалов. Следует уяснить особенности этих процессов.

Сравните технико-экономические показатели различных способов получения стали.

6. Тема 3. Основы технологии производства отливок из черных и цветных металлов.

6.1. Литье в песчано-глинистые формы. Литье в кокиль. Литье по выплавляемым моделям. Центробежное литье. Литье под давлением. Литье в оболочковые формы.

Основной продукцией литейного производства являются сложные (фасонные) заготовки деталей, называемые отливками. Отливки получают заливкой расплавленного металла в специальную литейную форму, внутренняя рабочая полость которой имеет конфигурацию отливки. После затвердевания и охлаждения отливку извлекают, разрушая литейную форму (разовая форма) или разбирая ее на части (многократная форма).

Отливки получают различными способами литья, которые, имея одинаковую сущность, отличаются материалом, используемым для формы, технологией се изготовления, условиями заливки металла и формирования отливки (заливка свободная, под давлением, кристаллизация под действием центробежных сил и т. д.) и другими технологическими особенностями. Выбор способа изготовления отливок определяется его технологическими возможностями и экономичностью.

Около 80% отливок изготавливают наиболее универсальным, но менее точным способом - литьем в песчаные формы. Специальными методами литья получают отливки повышенной точности и чистоты поверхности с минимальным объемом последующей механической обработки.

Характеризуя в целом литейное производство, следует выделить основное достоинство, которое выгодно отличает его от других методов формообразования заготовок,- это возможность получения разнообразных по массе заготовок практически любой сложности непосредственно из жидкого металла.

Основную массу отливок изготавливают из чугуна (72 %) и стали (23 %).

6.2. Литье в песчано-глинистые формы .

Изучение темы начните с рассмотрения последовательности изготовления отливки в песчаной форме. Для изготовления песчаной формы используют модельный комплект, опочную оснастку и формовочные материалы.

В модельный комплект входят модель отливки (модельные плиты), стержневые ящики (если отливку изготавливают с применением стержней), модели литниково-питающей системы. Следует хорошо усвоить основы конструирования модельных комплектов, Так, например, модель по конфигурации соответствует наружной конфигурации отливки и знаковым частям стержней.

Конструкция модели должна обеспечивать возможность уплотнения формовочной смеси и удаления модели из формы. Поэтому модель чаще всего делают разъемной, на вертикальных стенках предусматривают формовочные уклоны, в местах перехода стенок – галтели. Размеры модели выполняют с учетом припусков па механическую обработку и линейной усадки сплава отливки.

Модельные комплекты изготавливают из древесины и металлов (чаще всего из алюминиевых сплавов и чугуна). Изучите примеры конструкций моделей, модельных плит и стержневых ящиков. Обратите внимание на то, в каких случаях целесообразнее применять деревянные модельные комплекты, а в каких – металлические.

При изучении формовочных и стержневых смесей обратите внимание на их теплофизические, механические и технологические свойства, так как они в значительной степени влияют на качество отливок. Рассмотрите облицовочные, наполнительные и единые формовочные смеси, а также быстротвердеющие и самотвердеющие смеси. Обратите внимание на различие составов формовочных смесей для стали, чугуна и цветных сплавов.

К стержневым смесям предъявляются повышенные требования, так как стержень находится в более тяжелых условиях, чем форма. Рассмотрите смеси, затвердевающие в контакте со стержневым ящиком в горячем и холодном состоянии.

Формы и стержни изготавливают вручную и на машинах. Изучите способы ручного изготовления форм в парных опоках, по шаблону, изготовление крупных форм в кессонах и различные способы машинной формовки. Рассмотрите схемы уплотнения смеси прессованием, встряхиванием и пескометом. Обратите внимание на способы улучшения качества уплотнения диафрагменным и дифференциальным прессованием многоплунжерной головкой, а также допрессовкой при уплотнении форм встряхиванием.

Разберите способы изготовления стержней вручную и на машинах. Обратите внимание на технологические меры по обеспечению более высоких требований к ним (применение каркасов, вентиляционных каналов и т. п.). Прогрессивным процессом является изготовление стержней по горячим ящикам. В нагретый до 250–280°С металлический ящик вдувают песчано-смоляную смесь.

Под действием тепла смола расплавляется, обволакивает зерна песка, а при охлаждении идет процесс затвердевания смолы. В результате получается стержень обладающий высокой прочностью.

Трудоемкая операция уплотнения смеси значительно упрощается при использовании жидких самотвердеющих смесей (ЖСС), которые заливают в опоки и стержневые ящики, а через 30-60 мин формы и стержни приобретают необходимую прочность. При хранении на воздухе прочность их увеличивается. Высокая пластичность смесей и затвердение их в контакте с моделью обеспечивают изготовление отливок более высокой размерной точности. Формы и стержни из ЖСС обладают хорошей газопроницаемостью и легкой выбиваемостью.

Новым технологическим процессом является изготовление отливок по газифицируемым моделям, которые изготавливают из пенополистирола и не извлекают из формы, а газифицируют при заливке формы металлом.

Заливку собранных форм производят на конвейерах, где они охлаждаются до температуры «выбивки. Выбивку отливок из форм и стержней из отливок производят на вибрационных решетках. Следует уделить особое внимание вопросам механизации трудоемких операций и разобраться в принципах работы автоматизированных формовочно-заливочиых конвейеров, поточных линий для изготовления отливок, выбивки форм и дальнейшего охлаждения отливок до нормальных температур.

6.3. Изготовление отливок в оболочковых формах.

Сущность процесса заключается в свободной заливке расплавленного металла в формы, изготовленные из специальной смеси с термореактивными связующими материалами формовкой по горячей модельной оснастке. Изучая данную тему, рассмотрите схему процесса формирования оболочек, последовательность операций изготовления оболочек бункерным способом, сборку форм и подготовку их к заливке расплавленным металлом. Обратите внимание на состав и свойства формовочной смеси и особенности литейной оснастки, применяемой при изготовлении форм и стержней.

Отметьте основные достоинства изготовления отливок в оболочковых формах; высокую точность геометрических размеров отливок, низкую шероховатость поверхностей отливок, сокращение количества формовочных материалов, экономию производственных площадей, облегчение операций выбивки и очистки литья, возможность полной автоматизации производственного процесса за счет использования многопозиционных карусельных автоматических машин и автоматических линий. Наряду с преимуществами рассмотрите и недостатки способа: высокую стоимость термореактивных связующих и применение нагреваемой литейной оснастки. Кроме того, обратите внимание на технологические возможности способа и области применения отливок,

6.4. Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям. Сущность процесса заключается в свободной заливке расплавленного металла в формы, изготовленные из специальной огнеупорной смеси по разовым моделям, которые после изготовления формы выплавляются, выжигаются или растворяются. Изучая тему, рассмотрите последовательность изготовления моделей из легкоплавкого состава в пресс-формах, сборку моделей в блок, изготовление литейной формы, подготовку ее к заливке, заливку расплавленным металлом, выбивку и очистку отливок. Обратите внимание на следующие особенности этого спо­соба: разовая модель, изготовленная из легкоплавкого модельного состава, не имеет разъема и знаковых частей, а ее контуры повторяют форму отливки; форма, полученная по выплавляемым моделям, представляет собой тонкостенную, не имеющую разъема оболочку; форма изготавливается из специальной огнеупорной смеси, состоящей из пылевидного кварца и гидролизованного раствора этилсиликата; для обеспечения высокой прочности и удаления остатков модельного состава литейные формы прокаливают при температуре 850–900° С, после чего заливают расплавленным металлом. Кроме того, отметьте основные преимущества литья по выплавляемым моделям, обратив внимание на то, что этим способом наиболее экономично изготовлять мелкие, но сложные и ответственные отливки с высокими требованиями по точности геометрических размеров и шероховатости поверхности, а также детали из специальных сплавов с. низкими литейными сплавами. Рассмотрите также недостатки способа. Обратите внимание на технологические возможности и области. применения способа.

6.5. Изготовление отливок литьем в кокиль.

Сущность процесса заключается в свободной заливке расплавленного металла в металлические формы - кокили, Рассмотрите типы кокилей, последовательность изготовлении отливок и особенности изготовления отливок.

Рассматривая последовательность изготовления отливок, обратите внимание на назначение предварительного подогрева форм, теплозащитных покрытий, наносимых на рабочие поверхности форм, на последовательность сборки кокилей. Для получения внутренних полостей отливок широко применяют металлические стержни.

Изучая особенности литья в кокили, обратите внимание на повышенные скорости затвердевания и охлаждения отливок, что в одних случаях способствует получению мелкозернистой структуры и повышению механических свойств, а в других случаях вызывает отбрел.

Рассматривая конструкции кокилей, обратите внимание на устройство каналов для отвода газов из полостей форм и эта устройства, используемые для удаления отливок, а также на конструкции металлических стержней.

Для изготовления отливок литьем в кокили широко используют однопозиционные и многопозиционные кокильные машины и автоматические линии, Рассмотрите принцип работы однопозиционной кокильной машины,

Отметьте основные достоинства литья в кокили: высокую точность геометрических размеров, и низкую шероховатость поверхностей отливок, повышение механических свойств отливок, увеличение производительности, экономит производственных площадей и т, д. Обратите внимание на недостатки способа: сложность изготовления кокилей и низкую стойкость их.

Уясните технологические возможности способа и области его применения.

6.6. Изготовление отливок литьем под давлением.

Сущность процесса заключается в заливке расплавленного металла и формировании отливки под давлением.

Изучая тему, рассмотрите устройство машины литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования и последовательность операций изготовления отливок, устройство пресс-форм и приспособлений для удаления отливок,

Изучая особенности литья под давлением, обратите внимание на то, что скорость впуска расплавленного металла в пресс-форму составляет 0,5–120м/с, а конечное давление может составлять 100 МПа; следовательно, форма заполняется за десятые, а для особотонкостениых отливок – за сотые доли секунды. Сочетание особенностей процесса – металлической формы и внешнего давления на металл – позволяет получать отливки высокого качества.

Отметьте основные достоинства литья под давлением: высокую точность геометрических размеров и низкую шероховатость поверхностей отливок, возможность изготовления сложных, тонкостенных отливок из алюминиевых, магниевых и других сплавов, высокую производительность способа. Обратите внимание также на недостатки способа: сложность изготовления пресс-форм, ограниченный срок их службы. Обратите внимание на технологические возможности способа и области его применения.

6.7. Изготовление отливок литьем под низким давлением.

Сущность процесса заключается в заливке расплавленного металла и формировании отливки под, давление ОД–0,8 МПа. Изучая тему, рассмотрите устройство установки для литья под низким давлением и последовательность операций изготовления отливок. Обратите внимание на то, что способ позволяет автоматизировать операции заливки формы, создает избыточное давление на металл при кристаллизации, что способствует повышению плотности отливок и уменьшению расхода расплавленного металла на литниковую систему. Недостатком способа является низкая стойкость металлопровода, что затрудняет применение литья под низким давлением для получения отливок из чугуна и стали. Обратите внимание па особенности конструирования отливок, а также на технологические возможности и области его применения.

6.8. Изготовление отливок центробежным литьем.

Сущность процесса заключается в свободной заливке расплавленного металла во вращающуюся форму, формирование отливки в которой осуществляется под действием центробежных сил. Изучая тему, рассмотрите устройство машин с горизонтальной и вертикальной осями вращения и последовательность операций изготовления отливок. Обратите внимание на достоинства центробежного литья, технологические возможности способа и области применения. Наряду с преимуществами обратите внимание на недостатки центробежного литья.

6.9. Специальные способы литья.

К специализированным способам литья относят: непрерывное литье, литье вакуумным всасыванием, литье выжиманием, жидкую штамповку и др. Изучая эти темы, обратите внимание на сущность способов, схемы процессов и технологическую последовательность операций. Рассмотрите достоинства и недостатки, технологические возможности и области применении специализированных способов литья.

7. Тема 4. Основы технологии обработки металлов давлением.

7.1. Прокатка и волочение

Обработка давлением занимает очень большое место в современной металлообрабатывающей промышленности, Обработке давлением подвер­гают более 90 % выплавляемой стали и 60 % цветных металлов и сплавов. При этом получают изделия различные по назначению, массе, сложности, причем не только в виде промежуточных заготовок для окончательной обработки их резанием, но и готовые детали с высокой точностью и низкой шероховатостью Процессы обработки давлением очень разнообразны и их обычно делят на шесть основных видов: прокатку, прессование, волочение, ковку объемную и листовую штамповку. Изучая эти виды, особое внимание нужно уделить их технологическим возможностям и областям применения в машиностроении. В целом применение процессов обработки давлением определяется возможностью формообразования изделий с высокой производительностью и малыми отходами, а также возможностью повышения механических свойств металла в результате пластического деформирования.

Прокатка – одни из самых распространенных видов обработки металлов давлением. При прокатке металл деформируется в горячем или холодном со­стоянии вращающимися валками, конфигурация и взаимное расположение кото­рых может быть различным. Различают три схемы прокатки: продольную, по­перечную и поперечно-винтовую.

При наиболее распространенной продольной прокатке в очаге деформации происходит обжатие металла по высоте, уширение и вытяжка. Величина деформации за проход ограничивается условием захвата металла валками, которое обеспечивается наличием трении между валками и прокатываемой заготовкой.

Инструмент прокатки – гладкие и калиброванные валки; оборудование – прокатные станы, устройство которых определяется прокатываемой па них продукцией.

Исходной заготовкой при прокатке являются слитки.

Продукцию прокатки (прокат) обычно подразделяют на четыре основные группы, Наибольшая доли приходится на группу листового проката. Группу сортового проката составляют профили простой и сложной – фасонной формы. Прокатанные трубы разделяют на бесшовные и сварные, К специальным видам проката относят прокат, поперечное сечение которого по длине периодически меняется, а также изделия законченной формы (колеса, кольца и т, д.).

Прокат используют в качестве заготовок в кузнечно-штамповочном производстве, при изготовлении деталей механической обработкой и при создании сварных конструкций. Поэтому сортаменту основных групп проката следует уделить особое внимание.

Для получения из проката профилей небольших размеров (до тысячных долей миллиметра), с высокой точностью и малой шероховатостью применяют волочение, осуществляемое, как правило, в холодном состоянии. Рассматривая схему деформирования металла при волочении, надо отметить, что в очаге деформации металл испытывает значительные растягивающие напряжения, тем большие, чем больше усиление волочении. Чтобы это усилие не превысило допустимой величины, ведущей к обрыву изделия, ограничивают обжатия за один проход, принимают меры для уменьшения трений между металлом и инструментом и вводят промежуточный отжиг, поскольку при холодном волочении металл упрочняется.

Процесс прессования, осуществляемый в горячем или холодном состоянии, позволяет получать профили более сложной формы, чем при прокатке, и с более высокой точностью, Заготовками являются слитки, а также прокат.

Рассматривай схему деформирования металла при прессовании, надо отметить, что в очаге деформации метала находится в состоянии всестороннего неравномерного сжатия. Эта особенность дает возможность прессовать металлы и сплавы, обладающие пониженной пластичностью, что является одним из преимуществ этого процесса. Прессованием более экономично изготавливать небольшие партии. профилей, поскольку переход от изготовления одного профиля к другому осуществляется.легче, чем при прокатке. Однако при прессовании значителен износ инструмента и велики отходы металла,

Прессование производят на специализированных гидравлических прессах. Знакомясь с устройством инструмента, обратите внимание на расположение и взаимодействие его частей при прессовании сплошных и полых профилей.

7.2. Свободная ковка и ковка в подкладных штампах. Горячая и холодная объемная штамповка. Листовая штамповка.

Ковка применяется при получении небольшого количества одинаковых заготовок и является единственно возможным способом получения массивных поковок (до 250 т).

Процесс ковки, осуществляемый только в горячем состоянии, состоит из чередования в определенной последовательности основных операций ковки. Прежде чем перейти к рассмотрению последовательности изготовления поковок, следует изучить основные операции ковки, их особенности и назначение. Разработка процесса ковки начинается с составления чертежа поковки по чертежу готовой детали. Ковкой получают поковки относительно простой формы, требующие значительной обработки резанием. Припуски и допуски на все размеры, а также напуски (упрощающие конфигурацию поковки) назначают в соответствии с ГОСТ 7062–67 (для стальных поковок, изготавливаемых на прессах) или ГОСТ 7829–70 (для стальных поковок, изготавливаемых па молотах).

В качестве исходной заготовки при ковке используют для мелких и средних по массе поковок сортовой прокат и блюмы; для крупных поковок – слитки. Массу заготовки определяют, исходя из ее объема, который подсчитывают как сумму объемов поковки и отходов по формулам, приводимым в справочной литературе .

Поперечное сечение заготовки выбирают с учетом обеспечения необходимой уковки, которая показывает, во сколько раз изменилось поперечное сечение заготовки в процессе копки. Чем больше уковка, тем лучше прокован металл, тем выше его механические свойства.

Последовательность операций ковки устанавливается в зависимости от конфигурации поковки и технических требований на нее, от вида заготовки.

С разнообразным универсальным кузнечным инструментом, применяемым для выполнения основных операций ковки, нужно ознакомиться при изучении этих операций. Изучая принципиальное устройство машин для колки (пневматического и паровоздушного молотов, гидравлического пресса), обратите внимание, что применение того или иного типа оборудования обусловливается массой поковки.

В результате изучения процесса ковки необходимо иметь четкое представление о требованиях к конструкции деталей, получаемых из кованых поковок.

7.3. Горячая объемная штамповка.

При объемной штамповке пластическое течение металла ограничивается полостью специального инструмента - штампа, который служит для получения поковки только данной конфигурации. Горячая объемная штамповка по сравнению с ковкой позволяет изготовить поковку, по конфигурации очень близкую к готовой детали, с большей точностью и высокой производительностью. Однако необходимость использования специального дорогостоящего инструмента для каждой поковки делает штамповку рентабельной лишь при достаточно больших партиях поковок. Штамповкой получают поковки с массой до 100-200 кг, а в отдельных случаях – до 3 т. Исходные заготовки для объемной штамповки, как правило, получают отрезкой сортового проката разнообразного профиля: круглого, квадратного, прямоугольного и т. д. В большинстве случаев для штамповки поковок более или менее сложной конфигурации нужно получить фасонную заготовку, т, е. приблизить ее форму к форме поковки. С этой целью исходную заготовку обычно предварительно деформируют в заготовительных ручьях многоручьевых штампов, в ковочных вальцах или другими способами. При штамповке больших партий поковок применяют прокат периодического профиля.

Наличие большого разнообразия форм и размеров поковок, сплавов, из которых они штампуются, привело к возникновению различных способов горячей объемной штамповки. При классификации этих способов в качестве основного признака принимают тип штампа, которым определяется характер деформирования металла в процессе штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых штампах и штамповку в закрытых штампах (или безоблойную штамповку). Изучая эти способы штамповки, нужно обратить внимание на их преимущества, недостатки и области рационального использования,

Для штамповки в открытых штампах характерно образование заусенца в зазоре между частями штампа, Заусенец при деформировании закрывает выход из полости штампа для основной массы металла; в то же время в конечный момент деформирования в заусенец вытесняются излишки металла,

При штамповке в закрытых штампах их полость в процессе деформирования металла остается закрытой. Существенным преимуществом способа является значительное уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в заусенец. Но трудность применения штамповки в закрытых штампах заключается в необходимости строгого соблюдения равенства объемов заготовки и поковки.

Кроме различия по типу инструмента-штампа штамповку различают по виду оборудования, на котором она производится. Горячая объемная штамповка осуществляется на паровоздушных молотах, на кривошипных горячештамповочных прессах, горизонтально-ковочных машинах, гидравлических прессах. Штамповка на каждой из этих машин имеет свои особенности, преимущества и недостатки, которые необходимо четко представлять. Рассмотрев схемы машин объемной штамповки и принципы их действия, необходимо уяснить, для какого типа деталей наиболее рационально использовать то или иное оборудование с учетом его технологических возможностей. Большое внимание следует уделить особенностям конструкции поковок, штампуемых на каждом типе машин,

Разработка процесса объемной штамповки так же, как при ковке, начинается с составления чертежа поковки по чертежу готовой детали с учетом вида оборудования, на котором будет производиться штамповка. Большое значение при этом имеет правильный выбор расположения плоскости разъема штампов, На поковку, получаемую штамповкой, устанавливают припуски, допуски, напуски, штамповочные уклоны, радиусы закругления и размеры наметок под прошивку в соответствии с ГОСТ 7505–74 (для стальных поковок).

Массу заготовки под штамповку определяют, исходя из закона постоянства объема при пластическом деформировании, подсчитывая объем поковки и объем технологических отходов по формулам, приводимым в справочной литературе, Размеры заготовки и форму ее поперечного сечения определяют в зависимости от формы поковки и способа ее штамповки.

После штамповки поковки подвергают отделочным операциям, которые являются завершающей частью процесса горячей объемной штамповки и способствуют получению поковок с необходимыми механическими свойствами точностью и шероховатостью поверхностей. От этих операций зависит трудоемкость последующей механической обработки.

7.4. Холодная штамповка.

Холодную штамповку делят на объемную и листовую. При объемной штамповке-холодном выдавливании, высадке и формовке – заготовкой служит сортовой прокат. При этом получают изделия с высокими точностью и качеством поверхности. Однако из-за того, что удельные усилия при холодной объемной штамповке значительно больше, чем при горячей, ее возможности ограничены из-за недостаточной стойкости инструмента,

К листовой штамповке относят процессы деформирования заготовок в виде листов, полотен, лент и труб,

Процессы листовой штамповки можно разделить на операции, поочередное применение которых позволяет придать исходной заготовке форму и размеры детали, Все операции листовой штамповки можно объединить в две группы: разделительные и формоизменяющие. При выполнении разделительных операций деформирование заготовки происходит вплоть до ее разрушения. При выполнении формоизменяющих операций, наоборот, стремятся создать условия, при которых может быть получено наибольшее формоизменение заготовки без ее разрушения.

Изучая разделительные операции, обратите внимание на то, как влияют на качество получаемых изделий технологические параметры процесса (например, величина зазора между режущими кромками). Большое значение при разработке процессов вырубки изделий имеет правильное расположение вырубаемых деталей па листовой заготовке (раскрой материала). Правильный раскрой должен обеспечивать минимальные отходы при вырубке и достаточную величину перемычек между деталями, так как от их величины зависит качество получаемых деталей. Основным показателем экономичности раскроя можно принять коэффициент использования металла, равный отношению площади деталей к площади листа, полосы или ленты, из которых эти детали вырубают. При этом следует отметить, что вырубка деталей из рулонной полосы или ленты экономичнее.

Рассматривая формоизменяющие операции, обратите внимание на то, что при операциях гибки и вытяжки без уточнения стенки изменения толщины заготовки практически не происходит.

При гибке в каждом сечении по толщине заготовки одновременно действуют сжимающие и растягивающие напряжения, вследствие чего упругая деформация может быть относительно большой. Поэтому при гибке необходимо учитывать угол, на который «отпружинивает» изделие. Значение углов пружинения для каждого конкретного случая находят из справочников.

Величина растягивающих напряжений в изгибаемой заготовке зависит от отношения R/5 (R–радиус гибки, 5 – толщина материала) и может превысить допустимую при слишком малом относительном радиусе. В справочной литература даются минимальные значения радиуса гибки для различных мате­риалов.

При вытяжке полых изделий из плоской заготовки дно изделия, находящееся под пуансоном, практически не деформируется, а остальная часть заготовки (фланец) растягивается в радиальном направлении и сжимается в тангенциальном. При сжатии фланца иногда происходит образование складок; для предотвращения этого явления необходим прижим фланца к торцу матрицы.

Усилие, действующее со стороны пуансона на заготовку, увеличивается е увеличением отношения диаметра заготовки к диаметру вытягиваемого изделия и может достигать величины, превышающей прочность стенки вытягиваемого изделия. При этом происходит отрыв дна.

Инструмент листовой штамповки – штампы – отличается большим разнообразием. Жесткие штампы, обычно применяемые для листовой штамповки, состоят из рабочих элементов (пуансона и матрицы) и ряда вспомогательных деталей. Такие штампы делят на простые (для выполнения одной операции) и сложные (для выполнения нескольких операций).

Оборудование листовой штамповки – механические прессы различной конструкции.

При изготовлении небольших партий изделий, когда изготовление сложных штампов неэкономично, применяют упрощенные способы обработки давлением листовых заготовок: штамповку эластичными средами, давильные работы и импульсную штамповку,

При штамповке эластичной средой (например, резиной) только один из двух рабочих элементов изготавливают из металла, роль другого выполняет эластичная среда, В качестве оборудования при этом применяют гидравлические и механические прессы, а также молоты.

Давильные работы предназначены для получения деталей в форме тел вращения и выполняются на токарно-давильных станках .

При беспрессовой штамповке жидкостной, газовой средой или магнитным полем применяют специальные установки, в которых энергию, необходимую для деформирования, получают за счет электрического разряда в жидкости, взрыва взрывчатого вещества или горючих смесей, мощного электромагнитного импульса, В этих случаях нагрузка заготовку носит кратковременный (импульсный) характер. Это дает возможность штамповать сложные детали из труднодеформируемых сплавов, штамповка которых в обычных условиях затруднительна,

Изучая принципиальные схемы этих видов штамповки, обратите внимание на их преимущества и недостатки.

7.5. Термообработка кованых и штампованных поковок .

Нагрев металла перед пластическим деформированием является одним из важнейших вспомогательных процессов при обработке давлением и производится с целью повышения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию. Любой металл или сплав должен обрабатываться давлением во вполне определенном интервале температур. Например, сталь 10 может подвергаться горячему деформированию при температурах не выше 1260° С и не ниже 800° С, Нарушение температурного интервала обработки приводит к отрицательным явлениям, происходящим в металле (перегреву, пережогу) и в конечном итоге к браку. При нагреве необходимо обеспечить равномерную температуру по сечению заготовки и минимальное окисление ее поверхности. Для качества металла большое значение имеет скорость нагрева: при медленном нагреве снижается производительность и увеличивается окисление (окалино-образование), при слишком быстром нагреве в заготовке могут появиться трещины. Склонность к образованию трещин тем больше, чем больше размеры заготовки и меньше теплопроводность металла (у высоколегированных сталей, например, теплопроводность ниже, чем у углеродистых сталей, и меньше скорость нагревания).

Знакомясь с принципом работы и конструкцией печей и электронагревательных устройств, обратите внимание на их технологические возможности и область применения, которая характеризуется типоразмером и величиной партии заготовок.

8. Тема 5. Основы технологии производства сварных изделий.

8.1. Сварка плавлением, давлением и трением.

Изучение раздела следует начинать с рассмотрения физической сущности сварки, для понимания которой необходимо использовать сведения о строении металла и металлической связи между атомами вещества.

Металл состоит из множества положительно заряженных ионов, упорядочение расположенных в пространстве и связанных в единое целое облаком коллективизированных электронов. При соприкосновении двух металлических тел обычно не происходит их объединения в единое целое; этому препятствуют неровности на поверхности и пленки окислов, гидридов и нитридов, дезактивирующих ее. Если активировать поверхности заготовок и сблизить вес поверхностные ионы на расстояния 2-3А (на таком расстоянии располагаются ионы в твердом металле), то происходит сварка, т, е. неразъемное соединение заготовок за счет реализации межатомных сил связи. На практике это достигают тепловым или силовым воздействием или их сочетанием.

При сварке плавлением имеет место только тепловое воздействие - нагрев до расплавления кромок заготовок с образованием единой жидкой металлической ванны. Ее кристаллизация происходит путем последовательного единичного или группового оседания атомов жидкой фазы во впадинах кристаллической. решетки твердой фазы, при котором устанавливаются межатомные связи. В результате кристаллизации в зоне сварки образуются зерна, принадлежащие как основному металлу, так и металлу шва. В зоне сварки устанавливается такое же атомно-кристаллическое строение металла.

Следует обратить внимание на принцип выбора типа и марки электрода для сварки, а также его диаметра и допустимого режима сварки. Важно понять, что ток при ручной дуговой сварке подводится к одному концу стержня электрода, а дуга горит у противоположного; расстояние между ними достигает 300–400 мм. При чрезмерной силе тока возникает перегрев верхней части электрода джоулевым теплом, что вызывает отслаивание покрытия и брак при сварке, Чтобы не допустить перегрела, диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, а силу сварочного тока – по диаметру электрода. Следует изучить области применения этого способа сварки (материалы, толщины, типы конструкций). Он эффективен при сварке коротких, прерывистых швов со сложной траекторией, и труднодоступных местах, в различных пространственных положениях в условиях ремонта, опытного производства, монтажа и строительства. При ручной сварке объем жидкого металла сварочной ванны незначителен, так что он может удерживаться па вертикальной стене или в потолочном положении за счет сил поверхностного натяжения, К недостаткам способа относится тяжелый ручной труд и малая производительность, препятствующие его использованию и серийном производстве.

При изучении этого процесса важно понять, как обеспечивается начало процесса, поддержание его на заданных режимах, защита от окисления и роль сварщика. Настройку автомата по заданной толщине металла производит наладчик, определяя необходимую величину силы тока, скорости сварки и напряжения на дуге, и задает скорость подачи электродной проволоки, равную скорости се плавления на заданном режиме, Случайные отклонения режима (пробуксовка подающих роликов) устраняются автоматически по двум вариантам, В автоматах с регулируемой скоростью подачи электродной проволоки, зависящей от напряжения на дуге, колируются действия сварщика. Автомат непрерывно сравнивает заданное напряжение и скорость подачи электрода. Более простые автоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки основаны на саморегулировании дуги, за счет которого при случайном увеличении длины дуги снижается сварочный ток. Это снижает скорость плавления электрода до восстановления первоначального режима. Следует учесть, что саморегулирование дуги эффективно для большой плотности тока (большой ток или малый диаметр электрода). Качество процесса автоматической сварки обеспечивается правильным выбором марок проволоки для сварки (они имеют пониженное содержание примесей и обозначаются индексом «Св»), а также флюса. Общие требования к флюсу; при взаимодействии с металлом он должен давать шлак с меньшей, чем у металла, плотностью, не образующей с ним промежуточных соединений, и с большей усадкой. Этим исключаются шлаковые включения в шве и достигается самопроизвольное отделение шлаковой корки от шва при остывании.

Необходимо изучить особенности технологии сварки, уяснив, что при автоматической сварке токопровод близко расположен к дуге и можно использовать, не опасаясь перегрева электрода, большие токи (до 1600 А) и тем самым достичь максимальной производительности, Но большая масса жидкой ванны позволяет выполнять сварку только в нижнем положении, а при сварке корневого шва требуются мероприятия по удержанию жидкой ванны (подкладки, флюсовые подушки). Необходимо понять, что автоматическую сварку под флюсом рационально применять для получения однотипных узлов, имеющих протяженные прямолинейные и кольцевые швы – для листовых заготовок повышенной толщины (более 3 мм) из различных сталей, меди, никеля, титана, алюминия и их сплавов.

8.2. Плазменная обработка металлов.

Необходимо понять, что источником теплоты служит струя газа, ионизированного в дуге, которая при соударении о менее нагретое тело деионизируется с выделением большого количества теплоты, позволяющим считать се самостоятельным источником. Температура плазменной струи зависит от степени ионизации газа. Для этого используют столб сжатой дуги, т, е. дуги, горящей в узком канале, через который под давлением продувают газ (аргон, азот , водород и др.), увеличивающий степень ее сжатия. В этих условиях температура газа в столбе дуги достигают° С, что по сравнению со свободно горящей дугой резко увеличивает степень ионизации и температуру газа, выходящего из канала с большой скоростью в виде струи. Этот источник теплоты имеет высокую температуру, концентрацию и защитные свойства. Струя плазмы используется по двум вариантам: в совмещении с другой (в основном при термической резке) и обособленно от дуги (при сварке, наплавке и напылении). Последний вариант пригоден и дли обработки неэлектропроводных материалов.

8.3. Сварка электронным лучом.

Процесс относится к сварке плавлением, но в отличие от дуговых мето­дов сварки выполняется в глубоком вакууме, где мало ионов, переносящих электрические заряды. По этой причине в вакууме дуговой электрический раз-ряд неустойчив. Для сварки в вакууме с давлением
105–10б мм рт. ст. в качестве источника теплоты используют поток ускоренных электронов. Скорость электронов равна примерно половине скорости света, что достигается высоким напряжением (40–150 кВ) между катодом и заготовкой (анодом). Электроны, излучаемые с катода, разгоняются, концентрируются в луч и бомбардируют металл, выделяя при торможении теплоту за счет перехода кинетической энергии в тепловую. Важно отметить, что энергию луча можно концентрировать на весьма малой площади в глубине металла, где происходит торможение основного количества электронов. Это обеспечивает весьма высокую проплавляющую способность луча, позволяющую сваривать заготовки толщиной 50 мм за один проход без разделки кромок и получать швы минимальной ширины, что исключает искажение формы заготовок при сварке. Сварка электронным лучом применима для заготовок, размещаемых в камере, и обеспечивает наи­более высокое качество соединений любых металлов, в том числе тугоплавких, легко окисляемых при повышенных температурах.

8.4. Газовая сварка и резка металлов.

При газовой сварке металл расплавляется теплотой, выделяемой при горении горючего газа в смеси с кислородом. Важно, что наиболее высокотемпературная (3200° С) зона пламени имеет восстановительные свойства и защищает металл от окисления при сварке. Для борьбы с окислами на поверхности свариваемого металла используют флюсы в виде паст. Однако эффективность этих мер недостаточна при сварке сложно легированных сплавов, а также сплавов титана и др. Кроме того, газовая сварка мало производительна и не автоматизируется. По этим причинам ее значение сохраняется лишь при ремонте чугунных, латунных, тонкостенных стальных заготовок и в полевых условиях при отсутствии электроэнергии,

В противоположность газовой сварке непрерывно расширяется применение в промышленности газовой резки. Важно понять, что под резкой понимают сварки и ее мощности должны зависеть от размеров и формы заготовок, а также от теплопроводности и электросопротивления материала.

8.5. Сварка трением и газопрессовая сварка.

Важно понять, что эти способы относятся к сварке давлением, но отличаются источниками теплоты. Надо рассмотреть их преимущества по сравнению с контактной стыковой сваркой, особенности процессов и рациональные области применения. При этом важно иметь в виду, что для сварки трением одна из заготовок должна иметь ось вращения.

Положительной стороной газопрессовой сварки является более плавный, чем при контактной сварке, режим нагрева и охлаждения; она пригодна для сварки особо крупных заготовок. Важно, что при этом не требуется электроэнергии, что позволяет применять ее при ремонтных и других работах в полевых условиях.

9. Тема 6. Основы технологии обработки материалов резанием.

9.1. Физические основы процесса резания.

Следует подчеркнуть, что для осуществления процесса резания необходимо наличие относительных движений между заготовкой и инструментом, которые делят на главное движение (или движение резания) и движение подачи. Формообразование поверхности в процессе резания осуществляется при различном количестве движений, Пространственная форма детали ограничивается геометрическими поверхностями. Реальные поверхности отличаются от идеальных тем, что имеют в результате обработки микронеровность и волнистость, но методы их получения те же, что и идеальных геометрических поверхностей. Изучите геометрические методы формообразования поверхностей деталей машин, В зависимости от вида обрабатываемой поверхности используют разные методы их формообразования. В одних случаях форма поверхности получается в результате копирования формы режущего лезвия инструмента, в других – как огибающая ряда последовательных положений лезвия инструмента относительна заготовки.

Графическим изображением процесса формообразования поверхности является схема обработки, на которой условно изображается обрабатываемая заготовка, ее закрепление на станке с указанием положения режущего инструмента относительно заготовки и движений резания.

Движения, участвующие в формообразовании поверхности, рассмотрите на, примере обработки наружной цилиндрической поверхности методом точения. Изучите элементы режима резания; скорость резания, подачу и глубину резания, их определения, обозначения и размерности. На примере токарного резца рассмотрите элементы и геометрию режущего инструмента. Для определения углов резца необходимо знать поверхности на обрабатываемой заготовке и координатные плоскости.

Ознакомьтесь с понятием качества обработанной поверхности, которое является совокупностью ряда характеристик; шероховатости, волнистости; структурного состояния (микротрещины, надрывы, измельченная структура); упрочнения поверхностного слоя (глубины и степени); остаточных напряжений; и др. Качество обработанных поверхностей определяет надежность и долговечность деталей и машин в целом.

Ознакомьтесь с физической сущностью процесса резания как процесса упругопластического деформирования материала заготовки, сопровождающегося ее разрушением и образованием стружки,

Динамику процесса резания рассмотрите на примере обтачивания наружной цилиндрической поверхности токарным проходным резцом на токарно-винторезном станке.

Обратите внимание, что по составляющим силы резания ведут расчеты элементов станка, инструмента и приспособления. Рассмотрите влияние составляющих силы резании на точность обработки и качество обработанной поверхности.

Рассмотрите физические явления, сопровождающие процесс формообразования поверхностей резанием: упругопластическая деформация обрабатываемого материала, наростообразование, трение, тепловыделение, износ инструмента, Особое внимание обратите на влияние этих явлений на качество обработки. При одних условиях обработки эти явления положительно влияют на качество обработанной поверхности заготовки, при других – отрицательно.

Применение различных смазочно-охлаждающих веществ оказывает благоприятное влияние на процесс резания и качество обработки. Изучая износ инструмента, рассмотрите его характер, критерии износа и их связь со стойкостью инструмента. Заметьте, что стойкость и соответствующая ей скорость резании должны устанавливаться с учетом высокой производительности, качества по­верхности и наименьшей себестоимости обработки,

Анализируя формулу для определения основного технологического времени при обтачивании цилиндрической поверхности, обратите внимание, что поверхности заготовок следует обрабатывать на таких режимах резания, при которых достигается высокая точность обработки и качество поверхности при удовлетворительной производительности.

При изучении инструментальных материалов обратите внимание, что они должны обладать высокой твердостью (НRС 60, значительной теплостойкостью и износостойкостью, высокой механической прочностью и вязкостью. Для изготовления режущего инструмента применяют различные инструментальные материалы: инструментальные стали, металлокерамические (твердые) сплавы, минералокерамика, абразивные материалы, алмазный инструмент; изучите их характеристики и область применения.

9.2. Обработка поверхностей заготовок лезвийным (точение, сверление, строгание, фрезерование, протягивание) и абразивным инструментом (шлифование, притирка, хонингование).

Обработка заготовок на токарных станках. Ознакомьтесь с характерными особенностями метода точения. Обратите внимание, что на стайках токарной группы обрабатывают поверхности заготовок, имеющих форму тел вращения.

Ознакомьтесь с типами станков токарной группы. Изучите название и назначение узлов токарно-винторезного станка.

Изучите виды и конструкции инструментов и приспособлений, применяемых на токарных станках, и их назначение. Особое внимание уделите обработке заготовок на токарно-винторезных станках, как наиболее универсальных и широко распространенных.

Знакомясь с токарно-револьверными станками, обратите внимание, что они предназначены для обработки партий деталей сложной формы, требующих применения большого числа режущего инструмента. Станки предварительно настраиваются на обработку определенной детали; снабжены устройствами для автоматического получения размеров поверхностей заготовки, В процессе обработки инструменты вводят в работу последовательно (один за другим) или параллельно (одновременно несколько). Параллельная работа инструментов сокращает основное время обработки. Токарно-карусельные станки предназначены для обработки тяжелых заготовок больших размеров, у которых отношение длины (высоты) к диаметру составляет 0,34-0,7. Обратите внимание па то, что карусельные станки за счет наличия нескольких суппортов и револьверной головки имеют большие технологические возможности.

Рассматривая обработку заготовок на многорезцовых токарных станках, обратите внимание, что они работают по полуавтоматическому циклу и предназначены для обработки только наружных поверхностей деталей типа ступенчатых валов. Одновременно обрабатывается несколько поверхностей различными резцами, установленными на продольном или поперечном суппортах, в зависимости от их технологического назначения. При изучении автоматов и полуавтоматов обратите внимание на высокую производительность при изготовлении крупных партий деталей и классификацию автоматов и полуавтоматов. Изучите принципиальные схемы работы токарных автоматов и полуавтоматов параллельной и последовательной обработки, их области применения и техно­логические возможности.

Ознакомьтесь с технологическими требованиями к конструкциям деталей машин, обрабатываемых на станках токарной группы.

9.3. Обработка заготовок на сверлильных станках.

Ознакомьтесь с характерными особенностями метода сверления. Сверлильные станки предназначены для получения и обработки отверстий различными режущими инструментами (сверлами, зенкерами, развертками, метчиками). Изучите применяемый режущий инструмент, приспособления для закрепления заготовок и инструментов, их назначение и возможности. Ознакомьтесь с классификацией сверлильных станков. Изучите название и назначение узлов вертикально - и радиально-сверлильного станков, обратите внимание, что на последнем обрабатывают отверстия в крупногабаритных заготовках. Изучите виды работ, выполняемых на сверлильных станках. Обработка глубоких отверстий, у которых длина больше пяти диаметров вызывает определенные трудности. Режущими инструментами являются сверла специальной конструкции. Рассматривая схему глубокого сверления, обратите внимание на подвод смазочно-охлаждающей жидкости и отвод стружки из зоны резания.

Обратите внимание, что использование агрегатных станков позволяет вести обработку заготовок одновременно несколькими инструментами.

9.4. Обработка заготовок на расточных станках.

Ознакомьтесь с характерными особенностями метода растачивания. На расточных станках обрабатывают отверстия, наружные цилиндрические и плоские поверхности, уступы, канавки, реже конические отверстия в заготовках типа корпусов. Универсальность расточного станка рассмотрите, изучая схемы обработки поверхностей различными инструментами. Схему растачивания отверстий целесообразно изучить на фоне упрощенного вида станка с рассмотрением движений его узлов и их технологического назначения. Изучая алмазно - и координатно-расточные станки, обратите внимание на их конструктивные особенности и технологические возможности. Па алмазно-расточных станках окончательно обрабатывают отверстия алмазными и твердосплавными резцами. Координатно-расточные станки предназначены для обработки отверстий, плоскостей и уступов с высокой точностью их расположения. Ознакомьтесь с технологическими требованиями к конструкциям деталей машин, обрабатываемых на станках сверлильно-расточной группы.

9.5. Обработка заготовок на строгальных и долбежных станках. Ознакомьтесь с характерными особенностями метода обработки строганием и долблением. Изучите типы строгальных станков. Обратите внимание, что станки предназначены для обработки плоских поверхностей, пазов, канавок, уступов и др.

Изучая узлы и движения поперечно-строгального станка, обратите внимание, что процесс резания – прерывистый и удаление материала происходит только при прямом (рабочем) ходе. Изучая формообразование поверхностей на поперечно-продольно-строгальных и долбежных станках, уясните разницу в схемах резания.

Ознакомьтесь с технологическими требованиями, предъявляемыми к конструкциям деталей машин, обрабатываемых на строгальных и долбежных станках.

9.6. Обработка заготовок на протяжных станках.

Ознакомьтесь с характерными особенностями метода протягивания, Изучите типы протяжных станков и виды протяжек. Обратите внимание, что протягивание является прогрессивным методом, обеспечивающим высокое качество и производительность обработки. Протягиванием получают практически любые поверхности – наружные и внутренние, размер которых по длине не изменяется, В формообразовании поверхностей участвует только одно движение – движение резания, а съем припуска осуществляется за счет разности размеров режущих зубьев протяжки.

Изучите конструкцию режущего инструмента на примере круглой протяжки. Изучая непрерывное протягивание, обратите внимание на высокую производительность этих станков. Ознакомьтесь с технологическими требованиями, предъявляемыми к конструкциям деталей машин, обрабатываемых на протяжных станках.

9.7. Обработка заготовок на фрезерных станках.

Ознакомьтесь с характерными особенностями метода фрезерования. Фрезерованием обрабатывают горизонтальные, вертикальные, наклонные и фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Обратите внимание, что обработка ведется многолезвийными режущими инструментами – фрезами, имеющими большую номенклатуру по конструкции и размерам аз зависимости от технологического назначения.

Изучите типы фрезерных станков, элементы и геометрию цилиндрической и торцовой фрез.

Обратите внимание, что делительные головки, используемые па фрезерных стайках, служат для периодического поворота заготовок на требуемый угол и для непрерывного их вращения при фрезеровании винтовых поверхностей.

Изучая обработку заготовок на продольно-фрезерных станках, обратите внимание, что они являются много-шпиндельными станками, а заготовка имеет только продольную подачу; предназначены для обработки заготовок большой массы и размеров,

Особенностью барабанно-фрезерных станков является наличие барабана с горизонтальной осью вращения, на гранях которого устанавливают заготовки.

Изучая обработку контурных и объемных фасонных поверхностей па копи-ровально-фрезерных станках, обратите внимание, что траектория относительного движения заготовки и фрезы является результирующей скоростью двух или более движений.

Ознакомьтесь с технологическими требованиями к конструкциям деталей машин, обрабатываемых на фрезерных станках,

9.8. Обработка зубчатых колес на зуборезных станках.

Изучите сущность профилирования зубьев копированием (образование профиля зубьев фасонными фрезами) и обкаткой (огибанием) - образование профиля зубьев как огибающей последовательных положений режущих лезвий инструмента относительно заготовки.

Обратите внимание, что для нарезания зубчатых колес по методу обкатки применяют червячные модульные фрезы, зуборезные долбяки и зубострогальные резцы. Червячная модульная фреза представляет собой винт с прорезанными перпендикулярно шинкам катанками. Зуборезный долбяк представляет собой зубчатое колесо, зубья которого имеют эвольвентный профиль. Зубострогальный резец имеет призматическую форму с соответствующими углами заточки и прямолинейным режущим лезвием.

Уясните, что зуборезные станки, нарезающие зубья колес по методу обкатки, делятся на типы в зависимости от технологического метода обработки (зубофрезерные; зубодолбежные, зубострогальные, зубопротяжные и т. д.).

Зубофрезерные станки предназначены для нарезания цилиндрических прямозубых, косозубых и червячных колес, червячной модульной фрезой по методу обкатки. Заготовке и фрезе сообщают движения, соответствующие зацеплению червячной пары, Боковая поверхность зуба образуется в результате согласованного и непрерывного вращения заготовки и фрезы. Форма зуба по ширине цилиндрического колеса образуется движением фрезы вдоль оси заготовки, а при нарезании червячного колеса – движением заготовки в радиальном направлении. При нарезании цилиндрического косозубого колеса для получения винтового зуба заготовка получает дополнительное вращение. Для согласования движений заготовки и инструмента в процессе нарезания зубьев на зубофрезерном станке настраивают соответствующие гитары сменных зубчатых колес; скоростную, делительную, подач и дифференциала.

На зубодолбежных станках нарезают цилиндрические зубчатые колеса внешнего и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями, Обратите внимание, что зубодолбление является одним из основных способов нарезания зубчатых колес внутреннего зацепления и многовенцовых колес (блоков). Нарезание зубчатых колес производят долбяками по методу обкатки, в основу которого положено зацепление двух цилиндрических зубчатых колес.

Изучите нарезание конических прямозубых колес на зубострогальных станках по методу обкатки, В основу метода положено зацепление двух конических колес, одно из которых плоское. Нарезаемое коническое колесо (заготовка) находится в зацеплении с производящим плоским коническим колесом, у которого зубья ограничены плоскостями, сходящимися в общей вершине, и имеют форму зуба рейки. Режущим инструментом служат два зубострогальных резца, образующие одну впадину производящего колеса. На зубопротяжных станках с делительными автоматическими устройствами последовательным протягиванием изготовляют цилиндрические зубчатые колеса с прямыми зубьями.

Ознакомьтесь с технологическими требованиями к конструкциям зубчатых колес,

9.9. Обработка заготовок на шлифовальных станках.

Ознакомьтесь с характерными особенностями шлифования. Обратите внимание, что шлифование является методом окончательной обработки поверхностей заготовок абразивными инструментами, состоящими из большого количества абразивных зерен с острыми гранями и высокой твердостью. Изучите характеристику шлифовальных и алмазных кругов. Обратите внимание на износ и правку инструментов, Уясните, что шлифование целесообразно применять для получения высокой точности и качества поверхности, а также для обработки высокотвердых материалов,

Изучая кругло - и плоскошлифовальные станки, обратите внимание па их широкую универсальность.

Изучая внутришлифовальные станки, рассмотрите формообразование внутренних цилиндрических поверхностей в неподвижной и по вращающейся заготовках. Первый способ обработки применяют при шлифовании отверстий в крупных заготовках сложной формы. Бесцентровое шлифование применяется для обработки партии однотипных деталей. Обработка ведется с продольной и поперечной подачей. Обратите внимание, что заготовка получает продольную подачу за счет поворота оси ведущего круга в вертикальной плоскости. Изучите сущность ленточного и алмазного шлифования.

Ознакомьтесь с технологическими требованиями, предъявляемыми к конструкциям деталей машин, обрабатываемых на шлифовальных станках.

9.10. Отделочные методы обработки.

Ознакомьтесь с характерными особенностями методов отделки поверхностей. Уясните, что отделочные методы применяют для окончательной обработки и придания поверхностям высокой точности, качества и повышения надежности работы. Отделочные методы обработки поверхностей (притирка, полирование, обработка абразивными лентами, абразивно-жидкостная обработка, хонингование, суперфиниширование) основаны на применении в качестве инструментального материала мелкозернистых абразивных порошков и паст.

Обратите внимание, что особенностью кинематики процесса отделочных методов обработки является сложное относительное движение инструмента и заготовки, при котором траектории движения абразивных зерен не должны повторяться.

Рассматривая методы отделки зубьев зубчатых колес, обратите внимание, что они дают возможность повысить эксплуатационные качества зубчатых передач (плавность работы, усталостную прочность, бесшумность и т, д.).

При отделочных методах обработки зубьев зубчатых колес шевингованием, шлифованием и хонингованием боковые поверхности зубьев профилируются методом обкатки или копирования. Шевингование применяют для окончательной обработки сырых (незакаленных) зубчатых колес, а шлифование и хонингование – закаленных.

Список литературы

1. и др. Технология конструкционных материалов. М., 1977.

2. Технология металлов и других конструкционных материалов. Под ред. и. Л., 1972.

3. , Леонтьев. М., 1975.

4. , Степанов литейного производства. М.: Машиностроение, 1985.

5. Объемная штамповка. Под общ. ред. М.: Машиностроение, 1973.

6. Семенов и объемная штамповка. М.: Высшая школа, 1972.

7. Машины и оборудование машиностроительных предприятий. и др. Л.: Политехника, 1991.

8. , Калинин обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога. – М.: Машиностроение, 1976.

9. Романовский по холодной штамповке. – 6-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, 1979.

10. , «Технологические процессы машиностроительного производства» М: Учебная литература, 2001г. в 3-х т.

11. , «Технология конструкционных материалов и материаловедение» Учебник для вузов.- М: Высшая школа, 1990г.

1. Цель и задачи изучения дисциплины, ее место в учебном процессе.............................................................................................
3. Лабораторный практикум...........................................................
4. Тема 1. Введение в технологию..................................................
5. Тема 2. Основы металлургического производства черных и цветных металлов.........................................................................
6. Тема 3. Основы технологии производства отливок из черных и цветных металлов......................................................................
7. Тема 4. Основы технологии обработки металлов давлением...
8. Тема 5. Основы технологии производства сварных изделий...
9. Тема 6. Основы технологии обработки материалов резанием...
10. Список литературы.....................................................................

Составители:

Ольга Владимировна Мартыненко

Андрей Эдуардович Вирт

Технологические процессы в машиностроении. Часть I

Методические указания

Темплан 2009 г., поз. № 2К.

Подписано в печать г. Формат 60×84 1/16.

Бумага листовая. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 2,13. Усл. авт. л. 1,94.

Тираж 100 экз. Заказ №

Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. , 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.

Введение

Совокупность методов и приемов изготовления машин, выработанных в течение длительного времени и используемых в определенной области производства, составляет технологию этой области. В связи с этим возникли понятия: технология литья, технология сварки, технология механической обработки и т.д. Все эти области производства относятся к технологии машиностроения, охватывающей все этапы процесса изготовления машиностроительной продукции.

В дисциплине «Технология машиностроения» комплексно изучаются вопросы взаимодействия станка, приспособления, режущего инструмента и обрабатываемой детали, пути построения наиболее рациональных технологических процессов обработки деталей машин, включая выбор оборудования и технологической оснастки, методы рационального построения технологических процессов сборки машин.

Учение о технологии машиностроения в своем развитии прошло в течение немногих лет путь от простой систематизации производственного опыта механической обработки деталей и сборки машин до создания научно обоснованных положений, разработанных на базе теоретических исследований, научно проведенных экспериментов и обобщения передового опыта машиностроительных заводов. Развитие технологии механической обработки и сборки и ее направленность определяются стоящими перед машиностроительной промышленностью задачами совершенствования технологических процессов, изыскания и изучения новых методов производства, дальнейшего развития и внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов на базе достижений науки и техники, обеспечивающих наиболее высокую производительность труда при надлежащем качестве и наименьшей себестоимости выпускаемой продукции.

1. Производственный и технологический процессы

Под производственным процессом понимают совокупность всех действий людей и орудий труда, осуществляемых на предприятии для получения из материалов и полуфабрикатов готовых изделий.

В производственный процесс входят не только основные, непосредственно связанные с изготовлением деталей и сборкой из них машины, процессы, но и все вспомогательные процессы, обеспечивающие возможность изготовления продукции (например, транспортирование материалов и деталей, контроль деталей, изготовление приспособлений и инструмента и т.д.).

Технологическим процессом называют последовательное изменение формы, размеров, свойств материала или полуфабриката в целях получения детали или изделия в соответствии с заданными техническими требованиями.

Технологический процесс механической обработки деталей должен проектироваться и выполняться таким образом, чтобы посредством наиболее рациональных и экономичных способов обработки удовлетворялись требования к деталям (точность обработки, шероховатость поверхности, взаимное расположение осей и поверхностей, правильность контуров и т.д.), обеспечивающие правильную работу собранной машины.

2. Структура технологического процесса

В целях обеспечения наиболее рационального процесса механической обработки заготовки составляется план обработки с указанием, какие поверхности надо обработать, в каком порядке и какими способами.

В связи с этим весь процесс механической обработки расчленяется на отдельные составные части: технологические операции, позиции, переходы, ходы, приемы.

Технологической операцией называется часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и охватывающая все последовательные действия рабочего (или группы рабочих) и станка по обработке заготовки (одной или нескольких одновременно).

Например, обтачивание вала, выполняемое последовательно сначала на одном конце, а потом после поворота, т.е. перестановки вала в центрах, без снятия его со станка, – на другом конце, является одной операцией.

Если же все заготовки данной партии обтачиваются сначала на одном конце, а потом на другом, то это составит две операции.

Установом называют часть операции, выполняемую при одном закреплении заготовки (или нескольких одновременно обрабатываемых) на станке или в приспособлении, или собираемой сборочной единицы.

Например, обтачивание вала при закреплении в центрах – первый установ; обтачивание вала после его поворота и закрепления в центрах для обработки другого конца – второй установ. При каждом повороте детали на какой-либо угол создается новый установ.

Установленная и закрепленная заготовка может изменять свое положение на станке относительно его рабочих органов под воздействием перемещающих или поворотных устройств, занимая новую позицию.

Позицией называется каждое отдельное положение заготовки, занимаемое ею относительно станка при неизменном ее закреплении.

Например, при обработке на многошпиндельных полуавтоматах и автоматах деталь при одном ее закреплении занимает различные положения относительно станка путем вращения стола (или барабана), последовательно подводящего деталь к разным инструментам.

Операция разделяется на переходы – технологические и вспомогательные.

Технологический переход – законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента, поверхностей, образуемых обработкой, или режима работы станка.

Вспомогательный переход – законченная часть технологической операции, состоящая из действия человека и или оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхности, но необходимы для выполнения технологического перехода. Примерами вспомогательных переходов являются установка заготовки, смена инструмента и т.д.

Изменение только одного из перечисленных элементов (обрабатываемой поверхности, инструмента или режима резания) определяет новый переход.

Переход состоит из рабочих и вспомогательных ходов.

Под рабочим ходом понимают часть технологического перехода, охватывающую все действия, связанные со снятием одного слоя материала при неизменности инструмента, поверхности обработки и режима работы станка.

На станках, обрабатывающих тела вращения, под рабочим ходом понимают непрерывную работу инструмента, например на токарном станке снятие резцом одного слоя стружки непрерывно, на строгальном станке – снятие одного слоя металла по всей поверхности. Если слой материала не снимается, а подвергается пластической деформации (например, при образовании рифлений или при обкатывании поверхности гладким роликом с целью ее уплотнения), также применяют понятие рабочего хода, как и при снятии стружки.

Вспомогательный ход – законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки, но необходимого для выполнения рабочего хода.

Все действия рабочего, совершаемые им при выполнении технологической операции, расчленяются на отдельные приемы.

Под приемом понимают законченное действие рабочего, обычно приемами являются вспомогательные действия, например постановка или снятие детали, пуск станка, переключение скорости или подачи и т.п. Понятие прием используется при техническом нормировании операции.

В план механической обработки включают также промежуточные работы – контрольные, слесарные и др., необходимые для дальнейшей обработки, например спайка, сборка двух деталей, запрессовка сопрягаемых деталей, термическая обработка и т.д. Окончательные операции для других видов работ, выполняемых после механической обработки, вносятся в план соответствующих видов обработки.

Производственная структура предприятия с технологической специализацией

3. Трудоемкость технологической операции

Время и затраты на выполнение операций являются важнейшими критериями характеризующими ее эффективность в условиях заданной программы выпуска изделий. Программа выпуска изделий – это установленный для данного предприятия перечень изготовляемых изделий с указанием объема выпуска по каждому наименованию за планируемый период времени.

Объем выпуска это количество изделий, определенных наименований, типа размеров и исполнений, изготавливаемых в течение планируемого периода времени. Объем выпуска в значительной степени определяют принципы построения технологического процесса. Расчетный, максимально возможный в определенных условиях объем выпуска изделий за единицу времени называют производственной мощностью.

При заданном объеме выпуска, изделия изготавливают партиями. Это количество штук деталей или комплекта изделий одновременно запущенных в производство. Производственную партию или ее часть, поступившую на рабочее место для выполнения технологической операции, называют операционной партией.

Серия – это общее количество изделий, подлежащее изготовлению по неизменным чертежам.

Для выполнения каждой операции рабочий затрачивает определенное количество труда. Трудоемкость операции – это количество времени затраченное рабочим требуемой квалификации при нормальной интенсивности труда и условиях на выполнение данной работы. Единицы измерения – человеко/час.

4. Норма времени

Правильное нормирование затраты рабочего времени на обработку деталей, сборку и изготовление всей машины имеет большое значение для производства.

Норма времени – время, отведенное на производство единицы продукции или выполнение определенной работы (в часах, минутах, секундах).

Норму времени определяют на основе технического расчета и анализа, исходя из условий возможно более полного использования технических возможностей оборудования и инструмента в соответствии с требованиями к обработке данной детали или сборке изделия.

Введение

Разработка нового изделия в машиностроении – сложная комплексная за-

дача, связанная не только с достижением требуемого технического уровня это-

го изделия, но и с приданием его конструкций таких свойств, которые обеспе-

чивают максимально возможное снижение затрат труда, материалов и энергии

на его разработку, изготовление, эксплуатацию и ремонт. Решение этой задачи

определяется творческим содружеством создателей новой техники – конструк-

торов и технологов – и их взаимодействием на этапах разработки конструкции

с его изготовителями и потребителями.

В реализации требуемых свойств изделий машиностроения определяющая

роль принадлежит методам и средствам производства этих изделий. Детали, уз-

лы и другие компоненты машин чрезвычайно разнообразны, и для их изготов-

ления необходимы материалы с самыми различными свойствами, а также тех-

нологические процессы, основанные на разных принципах действия.

Многолетняя практика показывает, что в современном машиностроитель-

ном производстве не существует универсальных методов обработки, в равной

мере эффективных для изготовления различных деталей из разных материалов.

Каждый метод обработки имеет свою конкретную область применения, причем

эти области нередко пересекаются так, что одна и та же деталь может быть из-

готовлена различными методами. Поэтому выбор способа изготовления деталей

с учетом конкретных производственных условий связан с необходимостью вы-

бора оптимального метода из большого числа возможных, исходя из заданных

технико-экономических ограничений как по параметрам изготавливаемой дета-

ли, так и по условиям эксплуатации оборудования и инструмента.

Целью изучения дисциплины является ознакомление студентов с основами

знаний о современном машиностроительном производстве: с видами материа-

лов и способов их производства, с технологическими процессами изготовления

деталей машин и сборочными работами. Текст лекций содержит 7 разделов. В

первом разделе излагаются основы производственного процесса и его состав-

ляющие. Рассматриваются кристаллизация и строение металлов и сплавов, спо-

собы их термической обработки, описаны превращения, протекающие в спла-

вах при их нагреве и охлаждении. Уделено внимание сплавам на основе цвет-

ных металлов, свойствам сталей, методам их улучшения, а также неметалличе-

ским, порошковым и композиционным материалам, которые являются перспек-

Во втором разделе рассмотрены основы металлургического и литейного

процесса. Внимание сконцентрировано на методах получения и физико-

химической переработке конструкционных материалов. Рассмотрены основы

современной технологии литейного производства, специальные способы литья

и применяемое оборудование для их выплавки.

Третий раздел посвящен обработке металлов давлением. Даны представле-

ния о влиянии процессов пластического деформирования на структуру металла,

на его механические свойства.

В четвертом разделе рассмотрены вопросы сварочного производства, про-

цессы пайки и получение неразъемных клеевых соединений. Физические осно-

вы сварки, ее способы, различные виды оборудования.

В пятом разделе описаны основные процессы, протекающие при обработке

металлов резанием. Приведены краткие сведения о металлорежущих станках,

инструментах, работах, выполняемых на этом оборудовании. Здесь же рассмот-

рены вопросы электрофизической и электрохимической обработки.

В шестом разделе рассматривают получение материалов на основе поли-

В седьмом разделе рассмотрены технологические процессы сборки, вопро-

сы контроля в машиностроении.

Развитие и совершенствование любого производства в настоящее время

зависит от знаний инженера и от того, насколько он владеет методами изготов-

ления деталей машин и их сварки. Важным направлением научно - техническо-

го процесса является создание и широкое применение новых конструкционных

материалов для того, чтобы повысить технический уровень и надежность обо-

рудования с учетом экономических показателей, для этого инженер должен об-

ладать глубокими технологическими знаниями.

Раздел 1. Производственный процесс изготовления машины.

Конструкционные материалы

Глава 1. Теоретические основы технологии

машиностроения

Лекция 1. Понятие о производственном и технологическом

процессах

Все то, что имеет общество для удовлетворения своих потребностей, связано с использованием или переработкой продуктов природы. Последнее неразрывно связано с необходимостью реализации тех или иных производственных процессов, т. е. в конечном итоге с затратами человеческого труда. В производственный процесс входят все этапы переработки продуктов природы в предметы (машины, строения, материалы и т. п.), необходимые человеку. Так, например, для создания станка необходимо добыть и переработать руду, затем из металла создать заготовки будущих деталей станка, осуществлять этап их переработки, а затем сборки. При создании машины обычно ограничиваются рассмотрением производственных процессов, реализуемых на машиностроительном предприятии.

Изделием в машиностроении называют любой предмет или набор пред-

метов, подлежащих изготовлению. Изделием может быть любая машина или ее

элементы в сборе, остальные детали в зависимости от того, что является про-

дуктом конечной стадии данного производства. Например, для станкострои-

тельного завода изделием являются станок или автоматическая линия, для за-

вода изготовления крепежных деталей – болт, гайка и т. п.

Производственным процессом в машиностроении называют совокуп-

ность всех этапов, которые проходят полуфабрикаты на пути их превращения в

готовую продукцию: металлообрабатывающие станки, литейные машины, куз-

нечно-прессовое оборудование, приборы и другие.

На машиностроительном заводе производственный процесс включает:

подготовку и обслуживание средств заготовок, их хранение; различные виды

обработки (механическую, термическую и т.д.); сборку изделий и их транспор-

тирование, отделку, окраску и упаковку, хранение готовой продукции.

Наилучший результат дает всегда тот производственный процесс, в кото-

ром все этапы строго организационно согласованы и экономически

обоснованы.

Технологическим процессом называют часть производственного процес-

стояния предмета производства. В результате выполнения технологических

процессов изменяются физико-химические свойства материалов, геометриче-

ская форма, размеры и относительное положение элементов деталей, качество

поверхности, внешний вид объекта производства и т.д. Технологический про-

цесс выполняют на рабочих местах. Рабочее место представляет собой часть

цеха, в котором размещено соответствующее оборудование. Технологический

процесс состоит из технологических и вспомогательных операций (например,

технологический процесс обработки валика состоит из токарных, фрезерных,

шлифовальных и других операций).

Производственный состав машиностроительного завода. Машино-

строительные заводы состоят из отдельных производственных единиц, назы-

ваемых цехами, и различных устройств.

Состав цехов, устройств и сооружений завода определяется объектом вы-

пуска продукции, характером технологических процессов, требованиями к ка-

честву изделий и другими производственными факторами, а также в значитель-

ной мере степенью специализации производства и кооперирования завода с

другими предприятиями и смежными производствами.

Специализация предполагает сосредоточение большого объема выпуска

строго определенных видов продукции на каждом предприятии.

Кооперирование предусматривает обеспечение заготовками (отливками,

поковками, штамповками), комплектующими агрегатами, различными прибо-

рами и устройствами, изготовляемыми на других специализированных пред-

приятиях.

Если проектируемый завод будет получать отливки в порядке коопериро-

вания, то в его составе не будет литейных цехов. Например, некоторые станко-

строительные заводы получают отливки со специализированного литейного за-

вода, снабжающего потребителей литьем в централизованном порядке.

Состав энергетических и санитарно-технических устройств завода также

может быть различными в зависимости от возможности кооперирования с дру-

гими промышленными и коммунальными предприятиями по снабжению элек-

троэнергией, газом, паром, сжатым воздухом, в части устройства транспорта,

водопровода, канализации и т. д.

Дальнейшее развитие специализации и в связи с этим широкое коопери-

рование предприятий значительно отразятся на производственной структуре

заводов. Во многих случаях в составе машиностроительных заводов не преду-

сматриваются литейные и кузнечно-штамповочные цехи, цехи по изготовлению

крепежных деталей и т. д., так как заготовки, метизы и другие детали постав-

ляются специализированными заводами. Многие заводы массового производст-

ва в порядке кооперирования со специализированными заводами также могут

снабжаться готовыми узлами и агрегатами (механизмами) для выпускаемых

машин; например, автомобильные и тракторные заводы – готовыми двигателя-

Состав машиностроительного завода можно разделить на следующие

1) заготовительные цехи (чугунолитейные, сталелитейные, литейные

цветных металлов, кузнечные, кузнечно-прессовые, прессовые, кузнечно-

штамповые и др.);

2) обрабатывающие цехи (механические, термические, холодной штам-

повки, деревообрабатывающие, металлопокрытий, сборочные, окрасочные и

3) вспомогательные цехи (инструментальные, ремонтно-механические,

электроремонтные, модельные, экспериментальные, испытательные и др.);

4) складские устройства (для металла, инструмента, формовочных и ших-

товых материалов, принадлежностей и разных материалов для готовых изде-

лий, топлива, моделей и др.);

5) энергетические устройства (электростанция, теплоэлектроцентраль,

компрессорные и газогенераторные установки);

6) транспортные устройства;

7) санитарно-технические устройства (отопление, вентиляция, водоснаб-

жение, канализация);

8) общезаводские учреждения и устройства (центральная лаборатория,

технологическая лаборатория, центральная измерительная лаборатория, главная

контора, проходная контора, медицинский пункт, амбулатория, устройства свя-

зи, столовая и др.).

Технологической операцией называют законченную часть технологиче-

ского процесса, выполняемую на одном рабочем месте одним или несколькими

рабочими, или одной или несколькими единицами автоматического оборудова-

ния. Операция охватывает все действия оборудования и рабочих над одним или

несколькими совместно обрабатываемыми (собираемыми) объектами произ-

Операция является основным элементом производственного планирования и учета.

Трудоемкость производственного планирования и учета.

Трудоемкость технологического процесса, число рабочих, обеспечение

оборудованием и инструментом определяют по числу операций.

К вспомогательным операциям относят контроль деталей, их транспорти-

рование, складирование и другие работы. Технологические операции делят на

технологические и вспомогательные переходы, а также на рабочие и вспомога-

тельные ходы. Основным элементом операции является переход.

Технологический переход – законченная часть технологической опера-

ции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента и поверхно-

стей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке. При обработке ре-

занием технологический переход представляет собой процесс получения каж-

дой новой поверхности или сочетания поверхностей режущим инструментом.

Обработку осуществляют в один или несколько переходов (сверление отвер-

стия – обработка в один переход, а получение отверстия тремя последовательно

работающими инструментами: сверлом, зенкером, разверткой - обработка в три

перехода). Переходы могут совмещаться во времени, например, обработка сра-

зу трех отверстий тремя расточными оправками, или фрезерование трех сторон

корпусной детали тремя торцевыми фрезами.

Вспомогательный переход – законченная часть технологической опера-

ции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопро-

вождаются изменением формы, размеров и качества поверхностей, но необхо-

димы для выполнения технологического перехода (например, установка заго-

товки, ее закрепление, смена режущего инструмента).

Переходы могут быть совмещены во времени за счет одновременной об-

работки нескольких поверхностей детали несколькими режущими инструмен-

тами. Их можно выполнять последовательно, параллельно (например, одновре-

менная обработка нескольких поверхностей не агрегатных или многорезцовых

станках) и параллельно-последовательно.

Рабочим ходом называют законченную часть технологического перехо-

да, состоящую из однократного перемещения инструмента относительно заго-

товки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности

или свойств заготовки. При обработке резанием в результате каждого рабочего

хода с поверхности или сочетания поверхностей заготовки снимается один слой

материала. Для осуществления обработки заготовку устанавливают и закреп-

ляют с требуемой точностью в приспособлении или на станке, при обработке -

на сборочном стенде или другом оборудовании.

На станках, обрабатывающих тела вращения, под рабочим ходом пони-

мают непрерывную работу инструмента, например на токарном станке снятие

резцом одного слоя стружки непрерывно, на строгальном станке снятие одного

слоя металла по всей поверхности.

Если слой материала не снимается, а подвергается пластической дефор-

мации (например, при образовании рифлений), также применяют понятие рабо-

чего хода, как и при снятии стружки.

Вспомогательный ход – законченная часть технологического перехода,

состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки,

не сопровождаемого изменением формы, размеров, шероховатости поверхно-

сти или свойств заготовки, но необходимого для выполнения рабочего хода.

Все действия рабочего, совершаемые им при выполнении технологиче-

ской операции, расчленяются на отдельные приемы. Под приемом понимают

законченное действие рабочего. Установом называют часть операции, выпол-

няемую при одном закреплении заготовки (или нескольких одновременно об-

рабатываемых) на станке или в приспособлении, или собираемой сборочной

единицы, так, например, обтачивание вала при закреплении в центрах - первый

установ; обтачивание вала после его поворота и закрепления в центрах для об-

работки другого конца – второй установ. При каждом повороте детали на ка-

кой-либо угол создается новый установ (при повороте детали необходимо ука-

зывать угол поворота: 45°, 90°, и т. д.) Установленная и закрепленная заго-

товка может изменять свое положение на станке относительно его рабочих ор-

ганов под воздействием перемещающих или поворотных устройств, занимая

новую позицию.

Позицией называется каждое отдельное положение заготовки, занимае-

мое ею относительно станка при неизменном ее закреплении.

Производственная программа машиностроительного завода содержит но-

менклатуру изготавливаемых изделий (с указанием типов и размеров), количе-

ство изделий каждого наименования, подлежащих выпуску в течение года, пе-

речень и количество запасных деталей к выпускаемым изделиям.

Единичное производство характеризуется выпуском изделий широкой

номенклатуры в малом количестве и единичных экземплярах. Изготовление из-

делий либо совсем не повторяется, либо повторяется через неопределенное

время, например: выпуск экспериментальных образцов машин, крупных метал-

лорежущих станков, прессов и т. д.

В серийном производстве изделия изготовляют по неизменным чертежам

партиями и сериями, которые повторяются через определенные промежутки

времени. В зависимости от числа изделий в серии серийное производство раз-

деляют на мелко-, средне- и крупносерийное. Продукцией серийного производ-

ства являются машины, выпускаемые в значительном количестве: металлоре-

жущие станки, насосы, компрессоры и т. д. В этом производстве используют

высокопроизводительное, универсальное, специализированное и специальное

оборудование, универсальные, переналаживаемые быстродействующие при-

способления, универсальный и специальный инструмент. Широко применяют

станки с ЧПУ, многоцелевые станки.

Оборудование располагают по ходу технологического процесса, а часть

его – по типам станков. На большинстве рабочих мест выполняют периодиче-

ски повторяющиеся операции, В серийном производстве цикл изготовления

продукции короче, чем в единичном производстве.

Массовым называется производство большого числа изделий одного и того же типа по неизменным чертежам в течение длительного времени. Продукцией массового производства яв-

ляются изделия узкой номенклатуры и стандартного типа.

В этом производстве на большинстве рабочих мест выполняют только

одну закрепленную за ними постоянно повторяющуюся операцию. Оборудова-

ния в поточных линиях располагают по ходу технологического процесса. В

массовом производстве широко используют специальные станки, станки-

автоматы, автоматические линии и заводы, специальные режущие измеритель-

ные инструменты и различные средства автоматизации.

Лекция 2. Служебное назначение машины. Качество машины.

Точность деталей. Точность обработки

Служебное назначение машины. Любая машина создается для удовле-

творения определенной потребности человека, которая находит отражение в

служебном назначении машины. Создание любой машины является следствием

потребности того или иного технологического процесса. Такой подход предо-

пределяет необходимость в четком определении тех функций, которые должна

выполнять данная машина, т. е. в определении ее служебного назначения.

Машина может быть определена как устройство, выполняющее целесооб-

разные механические движения, служащие для преобразования полуфабрика-

тов в предметы (изделие) или действия необходимые человеку.

Технологической машиной называется машина, в которой преобразование

материала состоит в изменении его формы, размеров и свойств. К этому классу

машин относятся металлорежущие станки, кузнечно-прессовое оборудование и

Под служебным назначением машины понимается максимально уточ-

ненная и четко сформулированная задача, для решения которой предназначает-

ся машина.

Однако и приведенная формулировка недостаточно развернута, чтобы

создать и выпустить станок, отвечающий своему служебному назначению. Ее

необходимо дополнить такими данными, как характер и точность заготовок,

которые должны поступать на станок, материал режущего инструмента, необ-

ходимость или отсутствие необходимости обработки полученных поверхностей

на валиках и т. д. В ряде случаев необходимо указать те условия, в которых

должны работать машины; например, возможные колебания температуры,

влажности и т. д.

Опыт машиностроения показывает, что каждая ошибка, допущенная при

выявлении и уточнении служебного назначения машины, а также и ее механиз-

мов, не только приводит к созданию недостаточно качественной машины, но и

вызывает лишние затраты труда на ее освоение. Нередко недостаточно глубо-

кое изучение и выявление служебного назначения машины порождает излишне

жесткие, экономически неоправданные требования к точности и другим показа-

телям качества машины.

Каждая машина, как и ее отдельные механизмы, выполняет свое служеб-

ное назначение при помощи ряда поверхностей или их сочетаний, принадле-

жащих деталям машины. Условимся называть такие поверхности или их соче-

тания исполнительными поверхностями машины или ее механизмов.

Действительно, сочетания конических поверхностей переднего конца

шпинделя и пиноли задней бабки определяют положение обрабатываемой на

станке детали, установленной в центрах, поверхности которых входят в ком-

плекс исполнительных поверхностей. На фланец переднего конца шпинделя

монтируется поводковый патрон, через который обрабатываемой детали сооб-

щается вращательное движение. Поверхности резцедержателя определяют по-

ложение резцов относительно обрабатываемой детали и непосредственно пере-

дают им необходимые для обработки движения. Исполнительными поверхно-

стями зубчатой передачи, рассматриваемой как механизм, являются сочетания

боковых рабочих поверхностей зубьев пары зубчатых колес, работающих со-

вместно. Исполнительными поверхностями двигателя внутреннего сгорания,

рассматриваемого как механизм, служащего для преобразования тепловой

энергии в механическую, являются поверхности поршня и рабочего цилиндра и

Основы разработки конструктивных форм машины и ее деталей.

После того как выявлено и четко сформулировано служебное назначение ма-

шины, выбирают исполнительные поверхности или заменяющие их сочетания

поверхностей надлежащей формы. Затем выбирается закон относительного

движения исполнительных поверхностей, обеспечивающий выполнение маши-

ной ее служебного назначения, разрабатывается кинематическая схема машины

и всех составляющих ее механизмов.

На следующем этапе рассчитываются силы, действующие на исполни-

тельных поверхностях машины, и характер их действия. Используя эти данные,

рассчитывают величину и характер сил, действующих на каждом из звеньев

кинематических цепей машины и её механизмов с учетом действия сил сопротивления (трения, инерции, веса и т. д.).

Зная служебное назначение каждого звена кинематических цепей маши-

ны или ее механизмов, закон движения, характер, величину действующих на

него сил и ряд других факторов (среда, в которой должны работать звенья и т.

д.), выбирают материал для каждого звена. Путем расчета определяются конструктивные формы, т. е. превращают их в детали машины.

Для того чтобы детали, несущие исполнительные поверхности машины и

ее механизмов, а также и все другие, выполняющие функции звеньев ее кине-

матических цепей, двигались в соответствии с требуемым законом их относи-

тельного движения и занимали одни относительно других требуемые положе-

ния, их соединяют при помощи различного рода других деталей в виде корпу-

сов, станин, коробок, кронштейнов и т. д., которые называют базирующими де-

Конструктивные формы каждой детали машины и ее механизмов созда-

ются, исходя из ее служебного назначения в машине, путем ограничения необ-

ходимого количества выбранного материала различными поверхностями и их

сочетаниями.

С точки зрения технологии изготовления будущей детали, например, ва-

лика, использование цилиндрических поверхностей более экономично, поэтому

для опорных частей валика выбирают две цилиндрические поверхности.

С точки технологии механической обработки валика, его целесообразно

было бы сделать цилиндрическим одного диаметра на всю длину. Однако с

точки зрения монтажа зубчатых колес и их обработки такая конструкция была

бы менее экономичной. Исходя из этого, останавливаемся для данных произ-

водственных условий на конструкции ступенчатого валика. Выбор поверхно-

стей, которые должны ограничить кусок материала, и придание ему требуемой

формы еще не означает, что валик будет правильно выполнять свое служебное

назначение в машине.

Поверхности, относительно которых определяется положение других по-

верхностей, принято называть базирующими или, короче, базами.

Следовательно, при разработке конструктивных форм детали вначале

необходимо создать поверхности, принимаемые за ее базы, тогда все остальные поверхности должны занять относительно их положение, требуемое служебным

назначением детали в машине.

Деталь является пространственным телом, поэтому, у нее должно быть в

общем случае, как это следует из теоретической механики, три базирующие по-

верхности, представляющие собой систему координат. Относительно этих ко-

ординатных плоскостей определяется положение всех остальных поверхностей,

образующих конструктивные формы детали.

Таким образом, каждая деталь должна иметь свои системы координат.

Как правило, в качестве координатных плоскостей обычно используются по-

верхности основных баз и их оси. Относительно этих координатных плоскостей

определяется положение всех остальных поверхностей детали, при помощи ко-

торых создаются ее конструктивные формы (вспомогательные базы, исполни-

тельные и свободные поверхности).

Из изложенного следует, что создание конструктивных форм деталей

следует разрабатывать, учитывая из их служебное назначение и требования

технологии их наиболее экономичного изготовления и монтажа.

В соответствии с этим под деталью следует понимать необходимое

количество выбранного материала, ограниченного рядом поверхностей или их

сочетаний, расположенных одни относительно других (выбранных за базы), ис-

ходя из служебного назначения детали в машине и наиболее экономичной тех-

нологии изготовления и монтажа.

Построение машины осуществляется путем соединения составляющих ее

деталей. Базирующая деталь машины должна соединять и обеспечивать тре-

буемые служебным назначением машины относительные положения (расстоя-

ния и повороты) всех составляющих машину сборочных единиц и деталей.

Соединение деталей и сборочных единиц осуществляется путем приведе-

ния в соприкосновение поверхностей основных баз присоединяемой сборочной

единицы или детали с вспомогательными базами детали, к которой они присое-

диняются (базирующей). Следовательно, поверхности основных баз присоеди-

няемой детали и вспомогательных баз присоединяемой детали и вспомогатель-

ных баз базирующей детали, к которой они присоединяются, являются нега-

Это очень важное обстоятельство, играющее большую роль при разра-

ботке конструктивных форм деталей, разработке технологии их изготовления и

конструирования приспособлений.

Необходимость в правильных геометрических формах поверхностей де-

талей появляется тогда, когда детали оставляется хотя бы одна степень свободы

для выполнения служебного назначения в машине.

В подобных случаях между поверхностями основных баз такой детали и

вспомогательных баз детали, к которой они присоединяются, возникает трение,

порождающее износ сопряженных поверхностей. Износ вызывает, в свою оче-

редь, изменение размеров и положения поверхностей основных и вспомога-

тельных баз сопрягаемых деталей, а, следовательно, изменение расстояний и

поворотов этих поверхностей (положения), а тем самым и относительного по-

ложения и движения деталей. В конечном итоге машина или ее механизмы не

смогут выполнять экономично, а иногда и физически свое служебное назначе-

ние. Поэтому в дополнение к необходимости получения поверхностей деталей

правильной геометрической формы добавляется требование обеспечения тре-

буемой степени их шероховатости и качества поверхностного слоя материала.

Одной из задач технологии машиностроения является экономичное полу-

чение деталей, имеющих требуемую точность размеров, поворота, геометриче-

ской формы поверхностей, требуемую их шероховатость и качество поверхно-

стного слоя материала. Для этого исполнительные поверхности основных и

вспомогательных баз деталей, как правило, подвергают обработке.

Качество машины. Для того чтобы машина экономично выполняла свое

служебное назначение, она должна обладать необходимым для этого качеством.

Под качеством машины понимается совокупность ее свойств, опреде-

ляющих соответствие ее служебному назначению и отличающих машину от

Качество каждой машины характеризуется рядом методически правиль-

но отработанных показателей, на каждый из которых должна быть установлена

количественная величина с допуском на ее отклонения, оправдываемые эконо-

мичностью выполнения машиной ее служебного назначения.

Система качественных показателей с установленными на них количест-

венными данными и допусками, описывающая служебное назначение машины,

получила название технических условий и норм точности на приемку готовой

К основным показателям качества машины относятся: стабильность вы-

полнения машиной ее служебного назначения; качество выпускаемой машиной

продукции, долговечность физическая, т. е. способность сохранять первона-

чальное качество во времени; долговечность моральная, или способность эко-

номично выполнять служебное назначение во времени; производительность,

безопасность работы; удобство и простота обслуживания управления; уровень

шума, коэффициент полезного действия, степень механизации и автоматизации

и т. д. Основные технические характеристики и качественные показатели неко-

торых машин и составляющих их частей, выпускаемых в больших количествах,

стандартизованы.

Точность обработки. Под точностью обработки понимают степень со-

ответствия обработанной детали техническим требованиям чертежа в отноше-

нии точности размеров, формы и расположения поверхностей. Все детали, у ко-

торых отклонения показателей точности лежат в пределах, установленных до-

пусков, пригодны для работы.

В единичном и мелкосерийном производстве точность деталей получают

методом пробных рабочих ходов, т. е. последовательным снятием слоя припус-

ка, сопровождаемым соответствующими измерениями. В условиях мелкосе-

рийного и среднесерийного производства применяют обработку с настройкой

станка по первой пробной детали партии или по эталонной детали. В круп-

носерийном и массовом производствах точность детали обеспечивают методом

автоматического получения размеров на предварительно настроенных станках-

автоматах, полуавтоматах или автоматических линиях.

В условиях автоматизированного производства в станок встраивают на-

ладчики, представляющий собой измерительное и регулировочное устройство,

которое в случае выхода размера обрабатываемой поверхности за пределы поля

допуска автоматически вносит поправку в систему «станок-приспособление –

инструмент-заготовка» (технологическая система) и подналаживают ее на за-

данный размер.

На станках, выполняющих обработку за несколько рабочих ходов (на-

пример, на круглошлифовальных), применяют устройства активного контроля,

которые измеряют размер детали в процессе обработки. При достижении за-

данного размера устройства автоматически отключают подачу инструмента.

Применение этих устройств повышает точность и производительность обра-

ботки путем уменьшения времени на вспомогательные операции. Эта цель дос-

тигается также путем оснащения металлорежущих станков системами адаптив-

ного управления процессом обработки. Система состоит из датчиков получения

информации о ходе обработки и регулирующих устройств, вносящих в нее по-

На точность обработки влияют: погрешности станка и его износ; по-

грешность изготовления инструментов, приспособлений и их износ; погреш-

ность установки заготовки на станке; погрешности, возникающие при установ-

ке инструментов и их настройке на заданный размер; деформации технологиче-

ской системы, возникающие под действием сил резания; температурные де-

формации технологической системы; деформация заготовки под действием

собственной массы, сил зажима и перераспределения внутренних напряжений;

погрешности измерения, которые обусловлены неточностью средств измере-

ния, их износом и деформациями и др. Эти факторы непрерывно изменяются в

процессе обработки, вследствие чего появляются погрешности обработки.

Собственная точность станков (в ненагруженном состоянии) регламенти-

рована стандартом для всех типов станков. При эксплуатации происходит из-

нашивание станка, в результате чего собственная точность его снижается.

Износ режущего инструмента влияет на точность обработки в партии за-

готовок при одной настройке станка (например, при растачивании отверстий

износ резца приводит к появлению конусообразности).

Погрешности, допущенные при изготовлении и износе приспособления,

приводят к неправильной установке заготовки и являются причинами появле-

ния погрешностей обработки. В процессе обработки под действием сил резания

и создаваемых ими моментов элементы технологической системы изменяют

относительное пространственное положение из-за наличия стыков и зазоров в

парах сопрягаемых деталей и собственных деформаций деталей.

В результате возникают погрешности обработки. Упругая деформация

технологической системы зависит от силы резания и жесткости этой системы.

Жесткостью J технологической системы называют отношение приращения

нагрузки ∆Р к вызванному им приращению ∆У мм, упругого обжатия: J =∆Р/∆У

Применительно к станку под жесткостью понимают его способность со-

противляться появлению упругих обжатий под действием сил резания. Как

правило, жесткость станка определяет экспериментальным путем.

Процесс резания сопровождается выделением теплоты. В результате из-

меняется температурный режим технологической системы, что приводит к до-

полнительным, пространственным перемещениям элементов станка вследствие

изменения линейных размеров деталей и появлению погрешностей обработки.

Заготовки, имеющие малую жесткость (L/D>10, где L – длина заготовки; D – ее

диаметр), под действием сил резания и их моментов деформируются. Напри-

мер, длинный вал небольшого диаметра при обработке на токарном станке в

центрах прогибается. В результате диаметр на концах вала получают меньше,

чем в середине, т. е. возникает бочкообразность.

В отливках и кованых заготовках в результате неравномерного остывания

возникают внутренние напряжения. При резании вследствие снятия верхних

слоев материала заготовки происходят перераспределение внутренних напря-

жений и ее деформация. Для уменьшения напряжений отливки подвергают ес-

тественному или искусственному старению. Внутренние напряжения появля-

ются в заготовке при термической обработке, холодной правке и сварке.

Под достижимой точностью понимают точность, которая может быть

обеспечена при обработке заготовки рабочим высокой квалификации на станке,

находящемся в нормальном состоянии, при максимально возможных затратах

труда и времени на обработку.

Экономическая точность – такая точность, для обеспечения которой за-

траты при данном способе обработки будут меньше, чем при использовании

другого способа обработки той же поверхности.

Точность деталей. Точность деталей – это степень приближения формы

детали к геометрически правильному ее прототипу. За меру точности детали

принимают значения допусков и отклонений от теоретических значений пока-

зателей точности, которыми она характеризуется.

Стандартами, введенными в действие в качестве государственных стан-

дартов, а также ГОСТ 2.308-79, ГОСТ 24642-81, ГОСТ 24643-81 установлены

следующие показатели точности: 1) точность размеров, т. е. расстояний между

различными элементами деталей и сборочных единиц; 2) отклонение формы, т.

е. отклонение (допуск) формы реальной поверхности или реального профиля от

формы номинальной поверхности или номинального профиля; 3) отклонение

расположения поверхностей и осей детали, т. е. отклонение (допуск) реального

расположения рассматриваемого элемента от его номинального расположения.

Шероховатость поверхности не входит в отклонение формы. Иногда до-

пускается нормировать отклонение формы, включая шероховатость поверхно-

сти. Волнистость включается в отклонение формы. В обоснованных случаях

допускается нормировать отдельно волнистость поверхности или часть откло-

нения формы без учета волнистости.

Точность размеров детали характеризуется допуском Т, который определяют как разность двух предельных (наибольшего и наименьшего) допустимых

размеров. Величина допуска Т зависит от размера квалитета. Например, размер,

выполняемый по 7-му квалитету, более точный, чем такой же размер, выпол-

ненный по 8-му или 10-му квалитету.

Точность размеров на чертежах проставляют условными обозначениями

поля допуска (40Н7; 50К5) или предельных отклонений в миллиметрах, или ус-

ловными обозначениями полей допусков и отклонений.

Точность размеров грубее 13-го квалитета оговаривают в технических

требованиях, где указывают, по какому квалитету их следует выполнять. На-

пример, «неуказанные предельные отклонения размеров: отверстий Н14, валов

Точность формы характеризуется допуском Т или отклонениями от за-

данной геометрической формы. Стандарт рассматривает допуски и отклонения

двух форм поверхностей; цилиндрических и плоских. Количественно отклоне-

ние формы оценивают наибольшим расстоянием от точек реальной поверхно-

сти (профиля) до прилегающей поверхности (профилю).

Допуск формы – наибольшее допустимое значение отклонения формы.

Отклонения формы отсчитывают по нормали от прилегающих прямых, плос-

костей, поверхностей и профиля.

Отклонение от плоскостности – наибольшее расстояние от точек реаль-

ной поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участ-

ка. Частными видами отклонений от плоскости являются выпуклость и вогну-

Отклонение формы цилиндрических поверхностей характеризуются до-

пуском цилиндричности, который включает отклонение от круглости попереч-

ных сечений и профиля продольного сечения. Частными видами отклонений от

округлости являются овальность и огранка. Отклонения профиля в продольном

сечении характеризуются допуском прямолинейности образующих и разделя-

ются на конусообразность, бочкообразность и седлообразность.

Точность расположения осей характеризуется отклонениями расположе-

ния. При оценке отклонений расположения отклонения формы рассматривае-

мых и базовых элементов исключают из рассмотрения. При этом реальные по-

верхности (профили) заменяют прилегающими, а за оси плоскости симметрии и

центры реальных поверхностей или профилей принимают оси, плоскости сим-

метрии и центры прилегающих элементов.

Отклонение от параллельности плоскостей – разность наибольшего и рас-

стояний между плоскостями в пределах нормируемого участка.

Отклонение от параллельности осей (или прямых) в пространстве –

геометрическая сумма отклонений от параллельности проекций осей (пря-

мых) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; одна из этих плоскостей

является общей плоскостью осей.

Отклонение от перпендикулярности плоскостей – отклонение угла между

плоскостями от прямого угла (90°), выраженное в линейных единицах на длине

нормируемого участка.

Отклонение от соосности относительно общей оси – наибольшее рас-

стояние (∆1,∆2,...) между осью рассматриваемой поверхности вращения и об-

щей осью двух или нескольких поверхностей вращения на длине нормируемого

участка. Кроме термина «отклонение от соосности», в отдельных случаях мо-

жет применяться понятие отклонения от концентричности ∆ – расстояние в за-

данной плоскости между центрами профилей (линий), имеющих номинальную

форму окружности. Допуск концентричности Т определяется в диаметральном

и радиусном выражениях.

Отклонение от симметричности относительно базового элемента – это

наибольшее расстояние ∆ между плоскостью симметрии (осью) рас-

сматриваемого элемента (или элементов) и плоскостью симметрии базового

элемента в пределах нормируемого участка. Этот допуск определяется в диа-

метральном и радиусном выражениях. Отклонение от симметричности относи-

тельно базовой оси определяется в плоскости, проходящей через базовую ось

перпендикулярно к плоскости симметрии.

Позиционное отклонение – наибольшее расстояние ∆ между реальным

расположением элемента (его центра, оси или плоскости симметрии) и его но-

минальным расположением в пределах нормируемого участка. Позиционный

допуск определяется в диаметральном и радиусном выражениях.

Отклонения от пересечения осей – наименьшее расстояние ∆ между ося-

ми, номинально пересекающимися.

Радиальное биение – разность ∆ наибольшего и наименьшего расстояний

от точек реального профиля поверхности вращения до базовой оси в сечении

плоскостью, перпендикулярно к базовой оси. Радиальное биение является ре-

зультатом совместного проявления отклонений от круглости профиля рассмат-

риваемого сечения и отклонения его центра относительно базовой оси. Оно не

включает в себя отклонение формы и расположения образующей поверхности

вращения.

Торцовое биение – разность ∆ наибольшего и наименьшего расстояний от

точек реального профиля торцовой поверхности до плоскости, пер-

пендикулярной к базовой оси.

Допуски формы и расположения указывают на чертежах согласно ГОСТ

2.308–79. Вид допуска формы или расположения должен быть обозначен на

чертеже знаком. Для допусков расположения и суммарных допусков формы и

расположения дополнительно указывают базы, относительно которых задается

допуск, и оговаривают зависимые допуски расположения или формы. Знак и

значение допуска или обозначение базы вписывают в рамку допуска, разделен-

ную на два или три поля, в следующем порядке (слева направо): знак допуска,

значение допуска в миллиметрах, буквенное обозначение базы (баз).

Рамки допуска вычерчивают сплошными тонкими линиями или линиями

одинаковой толщины с цифрами. Высота цифр и букв, вписываемых в рамки,

должна быть равна размеру шрифта размерных чисел. Допуски формы и распо-

ложения поверхностей выполняют предпочтительно в горизонтальном положе-

нии, при необходимости рамку располагают вертикально так, чтобы данные на-

ходились с правой стороны чертежа.

Линией, оканчивающейся стрелкой, рамку допуска соединяют с контур-

ной или выносной линией, продолжающей контурную линию элемента, огра-

ниченного допуском. Соединительная линия должна быть прямой или ломаной

а ее конец, оканчивающийся стрелкой, должен быть обращен к контурной (вы-

носной) линии элемента, ограниченного допуском в направлении измерения

отклонения.

В случаях, когда это оправдано удобствами выполнения чертежа, допус-

кается: начинать соединительную линию от второй (задней) части рамки до-

пуска; заканчивать соединительную линию стрелкой на выносной линии, про-

должающей контурную линию элемента, и со стороны материала детали.

Если допуск относится к поверхности или ее профилю (линии), а не к оси

элемента, то стрелку располагают на достаточном расстоянии: от конца раз-

мерной линии. Если допуск относится к оси или плоскости симметрии опреде-

ленного элемента, то конец соединительной линии должен совпадать с продол-

жением размерной линии соответствующего размера. При недостатке места на

чертеже стрелку размерной линии можно заменить стрелкой выносной линии.

Если размер элемента уже указан один раз на других размерных линиях

данного элемента, используемых для обозначения допуска формы или распо-

ложения, то он не указывается. Размерную линию без размера следует рассмат-

ривать как составную часть этого обозначения. Если допуск относится к боко-

вой поверхности резьбы, то рамку допуска соединяют. Если допуск относится к

оси резьбы, то рамку допуска соединяют с размерной линией. Если допуск от-

носится к общей оси или плоскости симметрии и из чертежа ясно, для каких

элементов данная ось (плоскость) является общей, то соединительную линию

проводят к общей оси.

Величина допуска действительна для всей поверхности или длины эле-

мента. Если допуск должен быть отнесен к определенной ограниченной длине,

которая может находиться в любом месте ограниченного допуском элемента, то

длину нормируемого участка в миллиметрах вписывают после значения допус-

ка и отделяют от него наклонной линией.

Если допуск задан таким образом на плоскости, данный нормируемый

участок действителен для произвольного расположения и направления на по-

верхности. Если необходимо задать допуск по всему элементу и одновременно

задать допуск на определенном участке, то второй допуск указывают под пер-

вым в объединенной рамке допуска.

Если допуск должен относиться к нормируемому участку, располо-

женному в определенном месте элемента, то нормируемый участок обозначают

и штрихпунктирной линией, ограничив ее размерами. Дополнительные данные

пишут над или под рамкой допуска.

Если необходимо для одного элемента задать два разных вида допуска

объединяют и располагают их в рамке допуска. Если для поверхности надо од-

новременно указать обозначение допуска формы или расположения и буквен-

ное обозначение поверхности, используемое для нормирования другого допус-

ка, то рамки с обоими обозначениями располагают рядом на одной соединительной линии.

Повторяющиеся одинаковые или разные виды допусков обозначаем од-

ним и тем же символом, имеющие одни и те же значения и относящиеся к од-

ним и тем же базам указывают один раз в рамке, от которой отходит одна со-

единительная линия, разветвляемая затем ко всем нормируемым элементам.

Базы обозначают зачерненным треугольником, который линией сое-

диняют с рамкой допуска. Треугольник, обозначающий базу, должен быть рав-

носторонним с высотой, равной размеру шрифта размерных чисел. Если тре-

угольник нельзя простым и наглядным способом соединить с рамкой допуска,

то базу обозначают прописной буквой в рамке и эту букву вписывают в третье

поле рамки допуска.

Если базой является поверхность или прямая этой поверхности, а не ось

элемента, то треугольник должен располагаться на достаточном расстоянии от

конца размерной линии. Если базой является ось или плоскость симметрии, то

треугольник располагают в конце размерной линии соответствующего размера

(диаметра, ширины) элемента, при этом треугольник может заменить размер-

ную стрелку.

Если базой является общая ось или плоскость симметрии и из чертежа

ясно, для каких элементов данная ось (плоскость) является общей, то треуголь-

ник располагают на общей оси. Если базой является только часть или опреде-

ленное место элемента, то ее расположение ограничивают размерами.

Если два или несколько элементов образует общую базу и их после-

довательность не имеет значения (например, они имеют общую ось или плос-

кость симметрии), то каждый элемент обозначают самостоятельно и обе (все)

буквы вписывают подряд в третье поле рамки допуска. Если назначают допуск

расположения для двух одинаковых элементов, и нет необходимости или воз-

можности (у симметричной детали) различать элементы и выбрать один за базу,

то вместо зачерненного треугольника используют стрелку.

Таким образом, необходимо следующее:

1) измерение точности детали должно начинаться с измерения микро-

неровностей, затем должны измеряться микронеровности, отклонения от тре-

буемого поворота и, наконец, точность расстояния или размера (если не пред-

принимать особых мер для исключения влияния соответствующих отклоне-

2) допуски на расстояния и размеры поверхностей детали должны быть

больше допусков на величину отклонений от требуемого поворота поверхно-

стей, которые, в свою очередь, должны быть больше допусков на микрогеомет-

рические отклонения, а последние больше допусков на – микрогеометрические

отклонения, зависящие от назначаемого класса шероховатости поверхностей.

Лекция 3. Рабочая документация технологического процесса

Согласно ГОСТ 3.1102–81 Единой системы технологической документа-

ции (ЕСТД) «Комплектность документов в зависимости от типа производства»

документы, необходимые для описания технологических процессов, подбирают

в зависимости от типа производства. Кроме вышеперечисленных видов тех-

нологических процессов по организации (единичной и типовой), ГОСТ 14201–

83 установлено, что каждый вид технологического процесса по степени детали-

операционный.

Маршрутный технологический процесс – процесс, выполняемый по до-

кументации, в которой излагается содержание операций без указаний перехо-

дов и режимов обработки.

Операционный технологический процесс – процесс, выполняемый по до-

кументации, в которой излагается содержание операций с указанием переходов

и режимов обработки.

Маршрутно-операционный процесс– процесс, выполняемый по докумен-

тации, в которой излагается содержание отдельных операций без указаний пе-

реходов и режимов обработки.

Комплект форм документов общего назначения для технологического

процесса может содержать: маршрутную карту (МК); операционную карту

(ОК); карту эскизов (КЗ); ведомость деталей к типовому (групповому) техноло-

гическому процессу (операции) (ВТП, ВТО); сводную операционную карту

(СОК) и др.

Маршрутная карта (ГОСТ 3.1119–83) содержит описание технологиче-

ского процесса изготовления и контроля детали по всем операциям и техноло-

гической последовательности. В ней указывают соответствующие данные об

оборудовании, оснастке, материальных и трудовых нормативах.

В операционную карту вносят описание операции, расчлененной на пере-

ходы, с указанием оборудования, оснастки и режимов обработки. ОК применя-

ют в серийном и массовом производстве. К комплекту ОК на все операции тех-

нологического процесса прилагают маршрутную карту. При проектировании

операций для станков с ЧПУ составляют расчетно-технологическую карту, в

которую заносят необходимые данные о траектории движения инструмента и

режимах обработки. На основе этой карты разрабатывают управляющую про-

грамму станком.

МК и ОК составляют на основе данных чертежей, производственной про-

граммы, спецификации, описания конструкций, технических условий и сле-

дующих руководящих и нормативных материалов: паспорта металлорежущих

станков; каталогов станков, режущих и вспомогательных инструментов, альбо-

мов нормальных приспособлений; руководящих материалов по режимам реза-

ния; нормативов подготовительно-заключительного и вспомогательного

МК имеет определенную форму. В ее верхнюю часть заносят данные об

изготовляемой детали и заготовке, в нижнюю – номер, наименование и содер-

жание операций, а также необходимые для выполнения операций коды, наиме-

нования и данные станков, приспособлений, режущих и измерительных инст-

рументов, указывают штучное время, число рабочих и подготовительно-

заключительное время. На основании технологических карт осуществляют

дальнейшее расчеты, связанные с проектированием технологического процесса:

качество требуемого оборудования, численность рабочих и размер заработной

платы и т. д. К технологической документации относятся рабочие чертежи сбо-

рочных единиц и деталей, приспособлений, режущего и измерительного инст-

румента и т.д.

Карты эскизов и схем наладок содержат графическую иллюстрацию тех-

нологического процесса, На каждую операцию вычерчивают эскиз. Эскизы вы-

полняют по определенным правилам: деталь на эскизах вычерчивают в поло-

жении обработки на станке. При многопозиционной обработке эскиз выполня-

ют для каждой позиции отдельно. Обрабатываемые на операции (позиции)

поверхности указывают толстыми линиями, осевые поверхности – условными

обозначениями. На поверхности проставляют размеры и расстояния от баз с

допусками, а на базовых поверхностях показывают обозначения элементов по

ГОСТ 3.1107–81.

В схемах наладок показывают элементы конструкции установочных и

зажимных элементов во взаимосвязи с пространственными положениями заго-

товки и инструмента. Инструменты показывают в конечном положении обра-

ботки, а направления движения заготовки – стрелками в схемах револьверной

операции указывают позиции револьверной головки с инструментами. В них в

конце обработки приводят таблицы и другие надписи. На чертеже наладок и

карт эскизов указывают место крепления инструментов, наименование и номер

операции, модель станка. Для агрегатных станков указывают число головок де-

Выбор вида технологического процесса. Классификация деталей. Тех-

нологический процесс изготовления детали разрабатывался на основе имеюще-

гося типового или группового технологического процесса. Групповой техноло-

гический процесс разрабатывают как единичный на основе использования ра-

нее принятых решений, содержащихся в соответствующих единичных техноло-

гических процессах изготовления аналогичных деталей. Деталь относят к дей-

ствующему типовому, групповому или единичному технологическому процес-

су на основе ее ранее нормированного технологического кода.Этот код разра-

батывают на основе технологического классификатора.

Технологический классификатор деталей (ТКД) машиностроения прибо-

ростроения является логическим продолжением и дополнением классификатора

ЕСКД (классов 71-76), разработанного в качестве информационной части ГОСТ

2.201–80. Этот стандарт устанавливает структуру обозначения изделия и ос-

новного конструкторского документа. Четырехбуквенный код организации-

разработчика назначают по кодификации организаций-разработчиков или ука-

зывают код, выделенный для организованного присвоения обозначения (эти че-

тыре знака конструкторского кода при курсовом проектировании не назнача-

ются). Порядковый номер регистрации присваивают по классификационной ха-

рактеристик от 001 до 999 в пределах кода организации-разработчика или кода

для централизованного присвоения (в курсовых проектов назначается). Код классификационной характеристики присваивают изделию или документу по

классификатору ЕСКД. Классификатор ЕСКД позволяет: установить единую

государственную классификационную систему обозначения изделий и конструкторских документов для обеспечения единого порядка оформления, учета,

хранения и обращения этих документов; обеспечить возможность использовать

конструкторскую документации, разработанную другими организациями (без

ее переоформления); внедрить средства вычислительной техники в сферу про-

ектирования управления; применять коды деталей по классам совместно с тех-

нологическими при решении задач технологической подготовки производства с

использованием средств электронно-вычислительной техники (САПР, ГПС).

Классификатор ЕСКД включает 100 классов, из которых 51 класс пока

резерв, в котором могут быть размещены новые виды.

Классификатор ЕСКД состоит из следующих документов:

1. Введение.

2. Классы классификатора ЕСКД (49 классов; каждый класс издан

отдельной книгой).

3. Алфавитно-предметный указатель классов деталей (классы 71-76).

4. Термины, принятые в классах деталей (классы 71-76).

5. Иллюстрированный определитель деталей (классы 72-76).

Классы 71-76 охватывают детали всех отраслей промышленности основ-

ного и вспомогательного производства:

класс 71: детали – тела вращения типа колес, дисков, шкивов, блоков,

стержней втулок, стаканов, колонок, валов, осей, штоков, шпинделей и др.;

класс 72: детали – тела вращения с элементами зубчатого зацепления;

трубы, шланги, проволочки, разрезные секторы, сегменты; изогнутые из лис-

тов, полос и лент; аэродинамические; корпусные, опорные, емкостные; под-

шипников;

класс 73: детали – не тела вращения корпусные, опорные, емкостные;

класс 74: детали – не тела вращения: плоскостные; рычажные, грузовые,

тяговые, аэрогидродинамические; изогнутые из листов, полос и лент; профиль-

ные; трубы;

класс 75: детали - тела вращения и (или) не тела вращения, кулачковые,

карданные, с элементами зацепления, арматуры, санитарно-технические, раз-

ветвленные, пружинные, ручки, посуды, оптические, крепежные;

класс 76: детали технологической оснастки, инструмента.

Технологический классификатор деталей (ТКД) создает предпосылки для

решения ряда задач, направленных на снижение трудоемкости и сокращение

сроков технологической подготовки производства:

анализ номенклатуры деталей по их конструкторско-технологическим

характеристикам;

группирование деталей по конструкторско-технологическому подобию

для разработки типовых и групповых технологических процессов с использо-

ванием ЭВМ; 25

унификация и стандартизация деталей и технологических процессов, ра-

циональный выбор типов технологического оборудования;

тематический поиск и использование ранее разработанных типовых или

групповых технологических процессов; автоматизация проектирования деталей

и технологических процессов их изготовления.

ТКД представляет собой систематизированный свод наименований об-

щих признаков деталей, их составляющих частных признаков и их кодовых

обозначений в виде классификационных таблиц. Структура полного конструк-

торско-технологического кода детали состоит из обозначения детали и техно-

логического кода длиной четырнадцать знаков. Технологический код состоит

из двух частей: постоянная часть из шести знаков – кодовое обозначение клас-

сификационных группировок основных признаков; переменная часть из восьми

знаков – кодовое обозначение классификационных группировок признаков, ха-

рактеризующих вид детали по технологическому методу ее изготовления.

Глава 2. Конструкционные материалы, применяемые в машиностроении

и приборостроении

Лекция 4. Понятие о внутреннем строении металлов и сплавов

Металлы и их сплавы в твердом состоянии представляют собой кри-

сталлические тела, в которых атомы располагаются относительно друг друга в

определенном, геометрически правильном порядке, образуя кристаллическую

структуру. Такое закономерное, упорядоченное пространственное размещение

атомов называется кристаллической решеткой.

В кристаллической решетке можно выделить элемент объема, об-

разованный минимальным количеством атомов, многократное повторение ко-

торого в пространстве по трем непараллельным направлениям позволяет вос-

произвести весь кристалл. Такой элементарный объем, характеризующий осо-

бенности строения данного типа кристалла, называется элементарной ячейкой.

Для ее описания используют шесть величин: три ребра ячейки а, b, с и три угла

между ними α, β, γ. Эти величины называются параметрами элементарной

Поскольку атомы стремятся занять наименьший объем, существуют всего

14 типов кристаллических решеток, свойственных элементам периодической

системы. Наиболее распространенными среди металлов являются следующие

типы решеток:

– объемно-центрированная кубическая (ОЦК) – атомы расположены в вер-

шинах и в центре куба; такую решетку имеют Nа, V, Nb, Feα, К, Сг, W и другие

– гранецентрированная кубическая (ГЦК) – атомы расположены в вершинах

куба и в центре каждой грани; решетку такого типа имеют Рв, А1, Ni, Аg, Аu,

Сu, Со, Feγ и другие металлы;

– гексагональная плотно упакованная (ГПУ) – четырнадцать атомов распо-

ложены в вершинах и центре шестиугольных оснований призмы, а три – в

средней плоскости призмы; такую решетку имеют Мg, Ti, Rе, Zn, Hf, Ве, Са и

другие металлы (рис.1).

Рис. 1. Кристаллическое строение металлов: а – схема кристаллической решетки;

б – объемно-центрированная кубическая; в – гранецентрированная кубическая;

г – гексагональная плотно упакованная

Кристаллическую решетку характеризуют следующие основные парамет-

ры: период, координационное число, базис и коэффициент компактности.

Периодом решетки называется расстояние между двумя соседними па-

раллельными кристаллографическими плоскостями в элементарной ячейке ре-

Кафедра технологии и организации машиностроительного производства

Дисциплина

"Технологические основы машиностроения" (ТОМ)

Конспект лекций

Э.П. Выскребенцев

Для студентов специальности "Металлургическое оборудование"

3-й курс дневного обучения

4-й курс заочного обучения

Основная

1. Ковшов А.Н. Технология машиностроения: учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1987

Дополнительная.

2. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. – Минск: Вышейша школа, 1985.

3. Воробьев А.Н. Технология машиностроения и ремонт машин: Учебник. – М.: Высшая школа, 1981.

4. Корсаков В.С. Технология машиностроения. – М.: Машиностроения, 1987.

5. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 кн. под. ред. Косиловой А. Г, – 3-е изд. – М.: Машиностроение, 1985.

6. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. – М.:

Изд. стандарт. 1992.

ВВЕДЕНИЕ 5

1 ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА, ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ВИДЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 6

1.1 Типы производства 6

1.2 Виды технологических процессов 9

1.3 Структура технологического процесса и его основные

характеристики 11

1.3.1 Характеристики технологического процесса 15

1.4 Трудоёмкость технологической операции 16

1.5 Основные принципы технологического проектирования 21

2 ТОЧНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 23

2.1 Точность и её определяющие факторы 23

3 ОСНОВЫ БАЗИРОВАНИЯ И БАЗЫ ЗАГОТОВКИ 27

3.1 Погрешность закрепления ε з, 36

3.2 Погрешность положения заготовки ε пр, вызываемая

неточностью приспособления 37

3.3 Базирование заготовки в приспособлении 38

4 КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И

ЗАГОТОВОК 41

4.1 Влияние технологических факторов на величину

шероховатости 41

4.2 Методы измерения и оценки качества поверхности 46

5 ЗАГОТОВКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН 49

5.1 Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления 49

5.2 Определение припусков на механическую обработку 51

6 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 60

6.1 Общие положения разработки технологических

процессов 60

6.2 Выбор технологического оборудования 63

6.З. Выбор технологической оснастки 64

6.4. Выбор средств контроля 65

6.5. Формы организации технологических процессов и их

разработка 65

6.6. Разработка групповых технологических процессов 67

6.7. Разработка типовых технологических процессов 70

7 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ 72

7.1 Технология производства валов 72

7.2 Технология производства корпусных деталей 82

7.2.1 Технологический маршрут обработки заготовок

корпусов 84

7.3 Технология производства цилиндров 92

7.4 Обработка зубчатых колёс 94

7.4.1 Конструктивные особенности и технические требования к зуб-

чатым колёсам 94

7.4.2 Обработка заготовок зубчатых колёс с центральным отверстием. 95

7.4.3 Нарезание зубьев 97

7.4.4 Изготовление крупногабаритных зубчатых колёс 100

7.4.5 Обработка заготовок до нарезания зубьев 101

7.5 Технология изготовления рычагов 102

8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СБОРКИ 111

ВВЕДЕНИЕ

Технология машиностроения - наука, занимающаяся изучением закономерностей процессов изготовления машин, с целью использования этих закономерностей для обеспечения выпуска машин заданного качества, в установленном производственной программой количестве и при наименьших народнохозяйственных затратах.

Технология машиностроения развивалась с развитием крупной промышленности, накапливая соответствующие методы и приемы для изготовления машин. В прошлом технология машиностроения получила наибольшее развитие в оружейных мастерских и заводах, где изготовлялось оружие в больших количествах.

Так, на Тульском оружейном заводе еще в 1761 г. впервые в мире было разработано и внедрено изготовление взаимозаменяемых деталей и их контроль с помощью калибров.

Технология машиностроения создавалась трудами российских ученых: А.П. Соколовского, Б.С. Балакшина, В.М. Кована, B.C. Корсакова и др,

К технологии машиностроения относятся следующие области производства: технология литья; технология обработки давлением; технология сварки; технология механической обработки; технология сборки машин, т. е. технология машиностроения охватывает все этапы процесса изготовления машиностроительной продукции.

Однако под технологией машиностроения обычно понимают научную дисциплину, изучающую преимущественно процессы механической обработки заготовок и сборки машин к попутно затрагивающие вопросы выбора заготовок методы их изготовления. Это объясняется тем, что в машиностроении заданные формы деталей с требуемой точностью и качеством их поверхностей достигаются в основном механической обработкой. Сложность процесса механической обработки и физической природы, происходящих при этом явлений, вызвана трудностью изучения всего комплекса вопросов в пределах одной технологической дисциплины и обусловила образование нескольких таких дисциплин: резание металлов; режущие инструменты; металлорежущие станки; конструирование приспособлений; проектирование машиностроительных цехов и заводов; взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения; технология конструкционных материалов; автоматизация и механизация технологических процессов и др.

1 ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА, ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ВИДЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.1 Типы производства

Тип производства - классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий.

Объем выпуска изделий - количество изделий определенных наименования, типоразмера и исполнения, изготовленных или ремонтируемых объединением, предприятием или его подразделением в течение планируемого интервала времени.

Реализуют следующие типы производства: единичное; серийное; массовое. Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций. Коэффициент закрепления операций – отношение числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест.

Единичное производство - производство, характеризуемое широкой номенклатурой изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объемом выпуска изделий.

В единичном производстве изделия изготовляются единичными экземплярами, разнообразными по конструкции или размерам, причем повторяемость этих изделий редка или совсем отсутствует (турбостроение, судостроение). В этом типе производства, как правило, используется универсальные оборудование, приспособления и измерительный инструмент, рабочие имеют высокую квалификацию, сборка производится с использованием слесарнопригоночных работ, т. е. по месту и т. п. Станки располагаются по признаку однородности обработки, т. е. создаются участки станков, предназначенных для одного вида обработки - токарных, строгальных, фрезерных и др.

Коэффициент закрепления операций > 40.

Серийное производство - производство, характеризуемое ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями выпуска.

В зависимости от количества изделий в партии или серии и значение коэффициента закрепления операций различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство.

Коэффициент закрепления операций в соответствии со стандартом принимают равным:

а) для мелкосерийного производства - свыше 20 до 40 включительно;

б) для среднесерийного производства - свыше 10 до 20 включительно;

в) для крупносерийного производства - свыше 1 до 10 включительно.

Основные признаки серийного производства: станки применяются разнообразных типов: универсальные, сспециализированные, специальные, автоматизированные; кадры различной квалификации;

работа может производиться на настроенных станках; применяется и разметка, и специальные приспособления; сборка без пригонки и т. д.

Оборудование располагается в соответствии с предметной формой организации работы.

Станки располагаются в последовательности технологических операций для одной или нескольких деталей, требующиходинакового порядка выполнения операций. В той же последовательности, очевидно, образуется и движение деталей (так называемые, предметно-замкнутые участки). Обработка заготовок производится партиями. При этом время выполнения операций на отдельных станках может быть не согласовано с временем операций на других станках.

Изготовленные детали хранятся во время работы у станков и затем транспортируются всей партией.

Массовое производство - производство, характеризуемое узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени.

Коэффициент закрепления операций для массового производства принимают равным единице.