авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический

университет

В. М. Никитенко, Ю. А. Курганова

Технологические

процессы

в машиностроении

Текст лекций

для студентов машиностроительных специальностей

Ульяновск

2008

УДК 621.73.002. 5 (075.8)

ББК 34. 4 г я 7 Н 93 Рецензенты: генеральный директор, канд.техн.наук, ОАО «Ульяновский НИАТ»

В. А. Марковцев, главный специалист прессовых работ ОАО «УАЗ» А. Г. Шанов Утверждено редакционно-издательским советом Ульяновского государственного технического университета в качестве текста лекций Никитенко, В. М.

Н 93 Технологические процессы в машиностроении : текст лекций / В.М. Никитенко, Ю. А. Курганова. – Ульяновск : УлГТУ, 2008. – 212 с.

ISBN 978-5-9795-0285- Пособие содержит ряд разделов, необходимых для ознакомления студентов с конструкционными материалами, которые служат для изготовления машин и других технических изделий. В пособии рассмотрены технологические способы производства черных и цветных металлов, изготовление заготовок и деталей машин из металлов и неметаллических материалов литьем, обработкой давлением, сваркой, резанием и дру гими способами.

Для студентов вузов машиностроительных специальностей. Работа подготовле на на кафедре «Материаловедение и обработка металлов давлением»

УДК 621.73.002.5(075.8) ББК 34.4 г я © В. М. Никитенко, Ю. А. Курганова, ISBN 978-5-9795-0285- © Оформление. УлГТУ, ОГЛАВЛЕНИЕ Введение Раздел 1. Производственный процесс изготовления машины.

Конструкционные материалы Глава 1. Теоретические основы технологии машинострое ния Лекция 1. Понятие о производственном и технологическом процессах Лекция 2. Служебное назначение машины. Качество машины. Точность деталей. Точность обработки Лекция 3. Рабочая документация технологического процесса Глава 2. Конструкционные материалы, применяемые в машиностроении и приборостроении Понятие о внутреннем строении металлов и сплавов Лекция 4.

Основные свойства металлов и сплавов Лекция 5.

Стали. Чугуны. Цветные металлы и сплавы Лекция 6.

Неметаллические материалы. Композиционные материалы. Лекция 7.

Полимеры. Области применения различных материалов Лекция 8. Основы термической обработки Раздел 2. Структура и продукция металлургического и литейного производства Глава 3. Металлургия металлов Производство чугуна. Производство стали Лекция 9.

Особенности производства цветных металлов Лекция 10.

Глава 4. Технологические процессы литья Основы литейного производства. Классификация литых Лекция 11.

заготовок. Способы литья Раздел 3.Технологические процессы обработки пластическим деформированием Глава 5.Основы теории обработки металлов давлением (ОМД) Лекция 12. Сущность и основные способы обработки металлов давлением Нагрев металла и нагревательные устройства Лекция 13.

Технологические операции ОМД Лекция 14.

Технико-экономические показатели и критерии выбора ра- Лекция 15.

циональных способов ОМД Раздел 4. Сварка, пайка, склеивание материалов Глава 6. Сварочное производство Лекция 16. Сварка давлением Сварка плавлением Лекция17.

Сварные соединения и швы, сварочные материалы Лекция 18.

Глава 7. Пайка материалов Лекция19. Сущность процесса и материалы для пайки Лекция 20. Восстановление и упрочнение деталей наплавкой Глава 8. Клеевые соединения Получение неразъемных соединений склеиванием Лекция 21.

Раздел 5. Технологические процессы обработки резанием Глава 9. Основы технологии формообразования поверхно стей деталей машин и режущие инструменты Режим резания, геометрия срезаемого слоя, шероховатость Лекция 22.

поверхности.

Классификация металлорежущих станков Лекция 23.

Обработка на металлорежущих станках Лекция 24.

Особенности обработки заготовок электрофизическими и Лекция 25.

электрохимическими методами Глава 10. Отделочная обработка поверхностей Методы отделочной обработки поверхностей Лекция 26.

Раздел 6. Производство деталей из неметаллических материалов и металлических порошков Глава 11. Способы изготовления композиционных мате риалов Общие сведения о пластмассах. Переработка пластмасс в из- Лекция делия Производство деталей из жидких полимеров. Сварка и склеи- Лекция 28.

вание пластмасс Производство изделий из резины Лекция 29.

Производство деталей из металлических порошков Лекция 30.

Получение материалов на основе полимерных веществ Лекция 31.

Раздел 7. Технологические процессы сборки Глава 12. Особенности технологического процесса сборки Содержание процесса сборки и структуры сборочных Лекция 32.

единиц. Контроль в машиностроении Заключение Библиографический список 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 тивными.

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 меров.

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, свя зано с использованием или переработкой продуктов природы. Последнее не разрывно связано с необходимостью реализации тех или иных производствен ных процессов, т. е. в конечном итоге с затратами человеческого труда. В про изводственный 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 машинострои тельном 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 са, содержащую действия по изменению и последующему определению со 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 ми и др.

Состав машиностроительного завода можно разделить на следующие группы:

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 др.);

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 водства.

Операция является основным элементом производственного планирова ния 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 про изводство большого числа изделий одного и того же типа по неизменным чер тежам 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 др.

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 т. д.

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 сопро тивления (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 конст руктивные 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 талями.

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 тивными.

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 других.

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 машины.

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 правки.

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/D10, 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 опреде ляют 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 h 14».

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 тость.

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 соедини тельной 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 ний);

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 зации содержания разделяется на маршрутный, операционный и маршрутно 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 времени.

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 талей.

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 конст рукторских 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;

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,,. Эти величины называются параметрами элементарной ячейки.

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, Fe, К, Сг, W и другие металлы;

– гранецентрированная кубическая (ГЦК) – атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани;

решетку такого типа имеют Рв, А1, Ni, Аg, Аu, Сu, Со, Fe 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 шетки. Он измеряется в нанометрах (1 нм = 109 см) и для большинства метал лов лежит в пределах 0,1...0,7 нм.

Координационное число показывает количество атомов, находящихся на наиболее близком и равном расстоянии от любого выбранного атома в решетке.

Для ГЦК решетки координационное число равно 12, ОЦК-8, ГПУ-12.

Базисом решетки называется количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку. Так, на одну элементарную ячейку ОЦК решетки прихо дятся два атома: один, находящийся в центре куба 1 принадлежащий только данной ячейке, и второй — как сумма долей, которую вносят атомы, располо женные в вершинах куба и принадлежащие одновременно восьми сопряжен ным элементарным ячейкам (8/8=1). Базисное число ГЦК и ГПУ решеток равно 4.

Коэффициент компактности (плотность упаковки) решетки определя ется отношением объема, занимаемого атомами, Vs, ко всем объему элементар ной ячейки решетки Vр:

= Vs / Vр.

Плотность упаковки оцк = 0,68, гцк | = 0,74, гпу= 0,74.

Рассматривая модель кристаллической решетки ( см. рис. 1.1), можно за метить, что плотность атомов в различных плоскостях неодинакова. По этой причине свойства отдельно взятого кристалла, в том числе химические, физи ческие и механические, в разных направлениях будут отличаться. Такое разли чие свойств называется анизотропией. Все кристаллы анизотропны. Помимо кристаллических тел существуют аморфные, в которых атомы совершают ма лые колебания вокруг хаотически расположенных равновесных приложений, т.

е. не образуют кристаллическую решетку. В таких телах свойства не зависят от направления, т. е. они изотропны.

Степень анизотропности может быть значительной. Исследования моно кристалла меди в различных направлениях показали, что временное сопротив ление в изменяется в нем в диапазоне 120...360 МПа, а относительное удлине ние —10...55 %.

Технические металлы являются поликристаллическими веществами, со стоящими из множества мелких (10... 10~5 см) различно ориентированных от носительно друг друга кристаллов, и их свойства во всех направлениях усред няются. Это означает, что металлы и сплавы изотропны.

Дефекты строения реальных кристаллов. Существующие в природе кристаллы, которые получили название реальных, не обладают совершенной атомно-кристаллической структурой. Их решетки имеют различного рода де фекты, т. е. отклонения от правильного периодического расположения атомов.

Дефекты кристаллического строения с учетом их пространственного измерения подразделяют на точечные (нульмерные), линейные (одномерные), поверхно стные (двухмерные) и объемные (трехмерные).

Точечными дефектами называются такие нарушения периодичности кри сталлической решетки, размеры которых по всем трем пространственным ко ординатам соизмеримы с размером атома. К точечным дефектам относятся :

– междоузельные или дислоцированные атомы, вышедшие из положения равновесия и перемещенные в позицию между узлами решетки;

– вакансии или пустые узлы кристаллической решетки;

– примесные атомы ( рис.2 а).

Рис.2. Дефекты кристаллического строения:

а — точечные (1 — дислоцированный атом;

2 — вакансия;

3 — примесный атом внедрения);

б — линейные ( — вектор сдвига);

в — поверхностные ( —угол разориентировки субзерен) Линейные дефекты, или дислокации – это линии, вдоль и вблизи кото рых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла. Так называемые краевые (линейные) дислокации возникают вследст вие появления в кристалле неполной атомной плоскости, которая называется экстраплоскостью (плоскость ABED на рис. 2 б). Линия АD, т. е. край экстра плоскости, и будет краевой дислокацией. Длина дислокаций может достигать размера всего кристалла, в поперечном же сечении размеры дефекта невелики и не превышают нескольких межатомных расстояний.

Образование дислокаций происходит обычно в процессе первичной кри сталлизации. Однако при пластической деформации, термической обработке и других процессах плотность дислокаций может существенно изменяться, ока зывая очень сильное влияние на механические свойства металлов и сплавов.

Наиболее простой и наглядный способ образования дислокаций в кристалле – сдвиг (рис 2 б). Если верхнюю часть кристалла сдвинуть относительно нижней на одно межатомное расстояние и зафиксировать положение, когда сдвиг охва тил не всю плоскость скольжения, а только ее часть АDCF, то граница АD меж ду участком, где скольжение уже произошло, и участком в плоскости скольже ния, в котором скольжение еще не произошло, и будет линейной дислокацией.

Поверхностные дефекты (рис 2 в) представляют собой поверхности раздела (границы) между отдельными зернами и субзернами в поликристалли ческом металле. Зерна разориентированы, повернуты относительно друг друга на несколько градусов. По границам зерен скапливаются дислокации и вакан сии, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов. К поверхностным дефектам относятся двойники (симметрично переориентиро ванные области кристаллической решетки) и дефекты упаковки (локальные изменения расположения плотно упакованных плоскостей в кристалле).

Объемные дефекты представляют собой поры, макротрещины и другие подобные несплошности металла.

Процесс кристаллизации металлов. Кристаллизация обусловлена стремлением системы при определенных условиях перейти к энергетически бо лее устойчивому состоянию, с меньшей свободной энергией F. На рис. 3 пока зана зависимость изменения свободной энергии для жидкой и твердой фаз от изменения температуры системы. Меньшей свободной энергией вещество в жидком состоянии обладает при температуре выше, а в твердом – ниже теоре тической температуры плавления (точка Тs). В реальных условиях процесс кристаллизации не может начаться при температуре Ts, так как при данной температуре система находится в состоянии равновесия (Fж = FТ). Для того чтобы процесс кристаллизации начался, жидкость необходимо охладить ниже точки ТS. Температура, при которой реально начинается процесс кристаллиза ции, называется фактической температурой кристаллизации (Tкр). Разность между теоретической температурой ТS и реальной температурой Ткр, при кото рой протекает кристаллизация, называется степенью переохлаждения системы Т. При нагреве переход из твердого в жидкое состояние также начинается при определенной степени перегрева системы Т.

Рис. 3. Изменение свободной энергии F металла в жидком (Fж) и твердом (Fт) состояниях в зависимости от температуры Т Выделяют два вида кристаллизации:

– первичная — переход металла из жидкого состояния в твердое с образовани ем кристаллической структуры;

– вторичная — образование новых кристаллов в твердом кристаллическом ве ществе.

Кристаллизацию металлов и сплавов исследуют с помощью тер мического анализа, суть которого заключается в регистрации температуры сис темы через равные промежутки времени. Для этого в тигель 1 (рис. 4 а) с рас плавленным металлом погружают термоэлектрический термометр (термопару) 2, подключенный к регистрирующему потенциометру 3. На основании полу ченных данных в координатах температура – время строят кривую охлаждения (рис. 4 б), которая отражает последовательность протекания процесса кристал лизации.

Рис. 4. Кристаллизация металлов:

а — схема установки для регистрации процесса;

б — кривая охлаждения и схема процесса кристаллизации (L — жидкое состояние, — твердое состояние) На рис.5 приведены кривые охлаждения металла при кристаллизации с различной скоростью охлаждения.

Рис. 5. Влияние скорости охлаждения на процессы кристаллизации:

а — кривые охлаждения чистого металла;

б — влияние степени переохлаждения Т на скорость зарождения (СЗ) и скорость роста (СР) Верхний участок кривой охлаждения показывает понижение температуры жидкого металла. При температуре, соответствующей горизонтальному участ ку, происходит процесс затвердевания жидкого металла. Выделение скрытой теплоты кристаллизации способствует сохранению постоянной температуры в течение всего времени, необходимого для завершения процесса. Нижний уча сток кривой соответствует охлаждению закристаллизовавшегося металла. Тон кой горизонтальной линией на диаграмме показано значение теоретической температуры кристаллизации Тs. Из рис. 5 видно, что по мере увеличения ско рости охлаждения (V1 V2 V3) степень переохлаждения расплава возрастает и кристаллизация начинается при более низких температурах. Период кристалли зации при этом сокращаетсяОсновы теории кристаллизации были разработаны более 100 лет назад основоположником науки о металлах – металловедения – Д.К. Черновым, который установил, что кристаллизация состоит из двух про цессов: зарождения мельчайших частиц твердого вещества, называемых заро дышами, или центрами кристаллизации, и роста кристаллов из этих центров.

При охлаждении металла ниже Тs в различных участках жидкого металла обра зуются устойчивые, способные к росту кристаллические зародыши. С пониже нием температуры расплава количество зародышей возрастает. В реальных ус ловиях центры кристаллизации образуются на тугоплавких неметаллических включениях.

Рост кристалла заключается в том, что к поверхности зародышей присое диняются все новые атомы жидкого металла. Сначала образовавшиеся кристал лы растут свободно, сохраняя правильную геометрическую форму. При столк новении растущих кристаллов их форма нарушается, и в дальнейшем рост про должается только там, где есть свободный доступ к расплаву. В результате кри сталлы не имеют правильной геометрической формы. Такие кристаллы назы ваются зернами. Размер зерен зависит от скорости зарождения центров кри сталлизации (СЗ) и скорости роста кристаллов (СР). На рис. 5, б показана зави симость этих параметров от степени переохлаждения расплава.

Сплавы. Существование разных типов кристаллических решеток у одно го и того же вещества при различных температуре и давлении называется поли морфизмом, или аллотропией, а процесс перехода из одной кристаллической формы в другую — полиморфным, или аллотропическим, превращением. Ряд элементов — Со, Тi, Мn, Sn, Са, Li, Fе и др. имеют два и более типа (модифи кации) кристаллических решеток, обозначаемых малыми буквами греческого алфавита (,,), и начиная с той формы, которая существует при наиболее низкой температуре. Процесс перехода из одной формы в другую определяется термодинамическим состоянием системы и объясняется тем, что, начиная с оп ределенной температуры (температуры перекристаллизации), новая модифика ция обладает меньшим запасом энергии, чем предыдущая, и является энергети чески более устойчивой. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, называется температурой полиморфного пре вращения. Новые полиморфные формы образуются в результате зарождения центров и роста кристаллов аналогично кристаллизации из жидкого состояния.

На рис.6 приведены кривые охлаждения и нагрева железа, харак теризующие его полиморфные превращения.

Рис.6. Кривые охлаждения и нагрева железа При температурах ниже 911° С и выше 1392 °С железо имеет объемно центрированную кубическую решетку и обозначается Fe. При температурах 911... 1392 °С оно имеет гранецентрированную кубическую решетку и обозна чается Fe.Высокотемпературную модификацию Fе иногда обозначают Fe.

При температуре 768 °С (точка Кюри) происходит изменение магнитных свойств железа: ниже 768 °С оно магнитно, выше — немагнитно (немагнитное -железо иногда называют -железом).

В машиностроении чистые металлы не находят широкого применения, так как в большинстве случаев они не обеспечивают требуемого комплекса ме ханических и технологических свойств. Чаще используют металлические спла вы — вещества, состоящие из двух и более элементов. Элементы, из которых образован сплав, называют его компонентами.

В жидком состоянии компоненты сплава в большинстве случаев полно стью растворимы друг в друге и представляют собой жидкий раствор, в кото ром атомы различных элементов равномерно перемешаны друг с другом. При кристаллизации компоненты сплава вступают во взаимодействие, от характера которого зависит их строение. Наиболее часто встречаются твердые растворы, химические соединения и механические смеси.

Твердым раствором называется вещество, состоящее из двух или более компонентов, один из которых, сохраняя кристаллическую решетку, является растворителем, а другой (или другие) распределяется в кристаллической ре шетке растворителя, не изменяя ее типа.

Микроструктура твердого раствора в условиях равновесия представляет совершенно однородные и одинаковые по составу зерна и похожа на структуру чистого металла. В зависимости от характера распределения атомов растворен ного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы замещения внедрения. Растворимость в твердом состоянии может быть неограниченной и ограниченной. При неограниченной растворимости возможна любая концентрация (от 0 до 100 %) растворенного вещества (при концентрации более 50 % растворенное вещество становится растворителем).

Для образования твердых растворов замещения с неограниченной растворимо стью необходимо соблюдение следующих условий:

- изоморфность (однотипность) кристаллических решеток сплавляемых компонентов;

- близость атомных радиусов компонентов, которые не должны отличаться больше чем на 8... 13 %;

- близость физико-химических свойств компонентов.

Если два компонента сплава не отвечают перечисленным выше условиям, то они могут растворяться друг в друге лишь ограниченно.

В реальных сплавах чаше наблюдаются твердые растворы с ограниченной рас творимостью.

Химическим соединением называют вещество, характерными особенно стями которого являются:

-постоянство состава, выраженное формулой, которая отвечает определен ному соотношению количеств атомов компонентов А и Б в нем;

- наличие нового типа кристаллической решетки, отличающегося от типов решеток сплавляемых компонентов;

- ярко выраженное существенное изменение всех свойств.

В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими различия в электронном строении атомов.

Механическая смесь образуется, когда компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую ре акцию с образованием химического соединения. При этом образуется двухфаз ная структура сплава, представленная чередующимися зернами чистых компо нентов Л и В.

При изучении явлений, протекающих в металлах и сплавах в процессе их пре вращений, пользуются понятиями «система», «фаза», «компонент».

Системой называется совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температура, давление). Система может быть простой, если она состоит из одного элемента, и сложной — из нескольких элементов.

Фазой называется однородная по химическому составу и внутреннему строению часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела.

Фазами могут быть металлы и неметаллы, жидкие и твердые растворы, химиче ские соединения. Однофазной системой является, например, однородная жид кость, двухфазной — механическая смесь кристаллов двух металлов.

Компонентами называются вещества, образующие систему. Ком понентами могут быть химические элементы (металлы и неметаллы) или ус тойчивые химические соединения.

Лекция 5. Основные свойства металлов и сплавов При выборе материала для конструкции исходят из комплекса свойств, которые подразделяют на механические, физико-химические, технологические и эксплуатационные. К основным механическим свойствам относят проч ность, твердость, пластичность, ударную вязкость, усталостную прочность и твердость. Внешняя нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформа цию. Напряжение – это сила, отнесенная к площади поперечного сечения, МПа.

Деформация – это изменение формы и размеров тела под влиянием воздейст вия внешних сил или в результате процессов, возникающих в самом теле (на пример, фазовых превращений, усадки и т. п.). Деформация может быть упру гая (исчезающая после снятия нагрузки) и пластическая (остающаяся после снятия нагрузки). При увеличении нагрузки упругая деформация переходит в пластическую;

при дальнейшем повышении нагрузки происходит разрушение тела.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.