Учебный материал / Производственные технологии. А.В.Мовшович.-2006 / Производственные технологии пособие

1)углеродистые инструментальные стали (У7, У8,…У13). Эти стали сохраняют работоспособность до 200–250 оС. Поэтому они находят ограниченное применение, главным образом, для обработки мягких материалов, а также для изготовления плашек

иметчиков;

2)легированные инструментальные стали (9ХС, 13Х, ХВГ) сохраняют работоспособность до 300–350 оС. Их применяют для изготовления сверл, разверток, фрез, плашек и метчиков;

3)быстрорежущие стали Р9, Р18, Р6М5. Эти стали сохраняют работоспособность до 600–650 оС, они используются для изготовления сверл, крупных метчиков, разверток и др.;

4)твердые сплавы, их получают методом порошковой металлургии на основе

карбидов тугоплавких металлов, эти сплавы сохраняют работоспособность до 800– 900 оС в зоне резания;

5)алмазный инструмент применяется, главным образом, для изготовления различных шлифовальных кругов, алмазные порошки в виде паст применяют для отделочных операций.

Основное качество режущего инструмента – его стойкость, т. е. способность сохранять режущую кромку достаточно острой в течение определенного времени работы. Стойкость инструмента, при которой станок дает наибольшую производительность, называется стойкостью наибольшей производительности станка.

19.9.Классификация металлорежущих станков

Внастоящее время на отечественных заводах металлорежущие станки составляют 50–80 % от общего количества оборудования.

Станки можно классифицировать по отдельным признакам или по группе признаков. В частности:

1)по степени универсальности различают станки:

•универсальные, предназначенные для выполнения разнообразных

операций;

•специализированные, предназначенные для обработки деталей одного наименования, но разных размеров;

•специальные, которые применяются для обработки деталей определенной

группы;

2) по степени точности:

•нормальной точности,

•высокоточные (прецизионные).

Для обозначения моделей станков разработана система, согласно которой все станки разбиваются на 9 групп, а каждая группа на 9 типов:

•I гр. – токарные станки;

•II гр. – сверлильные и расточные;

•III гр. – шлифовальные и полировальные;

•IV гр. – комбинированные;

•V гр. – зубообрабатывающие;

•VI гр. – фрезерные;

•VII гр. – строгальные;

•VIII гр. – разрезные;

91

•IX гр. – разные станки.

Токарные станки составляют до 50 % всего станочного парка механических цехов машиностроительных заводов. Сверлильные и расточные станки служат для обработки отверстий различными способами. Фрезерные станки делятся на две основные группы: универсальные общего назначения и специализированные. К первой группе относятся горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные, и продольно-фрезерные. Ко второй группе относятся: зубофрезерные, резьбофрезерные, копировально-фрезерные и др. Строгальные станки делятся на продольно-строгальные, поперечно-строгальные и долбежные. В группу шлифовальных станков входят круглошлифовальные, плоскошлифовальные, внутришлифовальные, обдирочно-шлифовальные, специализированные, заточные станки для режущих инструментов, притирочные и полировальные.

Перспективы развития технологической структуры применяемого оборудования

В связи с внедрением прогрессивных способов формообразования (ОМД) в промышленном производстве непрерывно увеличивается удельный вес кузнечнопрессового оборудования при одновременном сокращении количества металлорежущих станков. В будущем их доля должна составлять 20–30 %.

Причем среди них увеличится число высокоточных станков с программным управлением.

19.10. Точность обработки и шероховатость поверхности

Тенденция развития современного машиностроения характеризуется повышением производительности, увеличением нагрузочной способности деталей и узлов и снижением материалоемкости конструкций. При этом точность машины в целом, а также ее эксплуатационная надежность и долговечность определяются точностью изготовления и сборки отдельных деталей.

Точность изготовления деталей определяется наличием тех или иных погрешностей, возникающих на разных этапах технологического процесса. При любом виде технологического процесса изготовления нельзя получить деталь определенного заданного размера. Размер может быть получен лишь с большей или меньшей степенью приближения в пределах, предусмотренных допуском. Точностью

обработки называют степень соответствия обработанной детали требованиям чертежа.

Трудоемкость и себестоимость изготовления деталей в значительной мере зависят от точности их обработки. Деталь изготавливают не с достижимой точностью, а с экономически целесообразной точностью. Это предполагает выпуск годных деталей с минимальными трудоемкостью и себестоимостью. Каждому виду операции и оборудования соответствует определенная экономически целесообразная точность.

Основными причинами погрешностей, возникающих при обработке, являются несовершенства системы "станок – приспособление – инструмент – деталь". Это, например, износ инструмента, жесткость станка, погрешности технологической оснастки и т. д. Полностью устранить их невозможно, можно только свести погрешности к минимуму, применяя более совершенные приемы и процессы.

Точность изготовления деталей характеризуется: 1) точностью размеров;

92

2)точностью формы;

3)точностью взаимного расположения поверхностей;

4)шероховатостью поверхностей.

Точность размера определяется величиной допуска размера. Стандартами установлены допуски размеров, величина которых зависит от квалитета и номинального размера.

Точность формы. Реальная форма поверхностей деталей всегда отличается от идеальной, т. е. заданной чертежом. К отклонениям формы относятся: отклонения от прямолинейности, отклонения от плоскостности, отклонения от круглости, отклонения от цилиндричности, отклонения профиля продольного сечения. Чтобы погрешности формы не ухудшали работоспособности деталей, их ограничивают допусками формы. Стандартами установлены допуски формы поверхностей, величина допусков формы зависит от степени точности и номинального размера обрабатываемой поверхности.

Точность расположения поверхностей. Реальное расположение поверхностей деталей всегда отличается от номинального, т. е. заданного чертежом. К отклонениям расположения поверхностей относятся отклонения от параллельности, перпендикулярности, угла наклона, соосности, позиционного расположения, симметричности, пересечения. Чтобы погрешности расположения поверхностей не ухудшали работоспособности деталей, их ограничивают допусками расположения. Стандартами установлены допуски расположения поверхностей, величина допусков расположения зависит от степени точности и номинального размера обрабатываемой поверхности.

Суммарные отклонения формы и расположения поверхностей – радиальное или торцевое биение ограничивают соответствующими допусками.

Шероховатостью поверхности называется совокупность микронеровностей, шаг которых значительно меньше базовой длины. Состояние поверхностного слоя, характеризуемое его физико-механическими свойствами и шероховатостью, называют качеством поверхности. Именно от качества поверхности зависит износостойкость детали, ее коррозионная стойкость и прочность, особенно в условиях знакопеременных нагрузок.

Шероховатость поверхности оценивается следующими параметрами:

Rz – среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля от средней линии по десяти точкам: пяти наибольшим выступам и пяти наибольшим впадинам. Параметр Rz применяют для указания шероховатости грубо обработанных поверхностей, величина его может быть в пределах от 0,025 до 1600 мкм;

Ra – среднее арифметическое отклонений профиля от средней линии в пределах базовой длины. Величина Ra может быть в пределах от 0,008 ( при полировке) до 100 мкм (при строгании). Параметр Ra является предпочтительным, так как дает более точное представление об истинной величине микро неровностей, поскольку определяется по всем отклонениям профиля;

Sm – средний шаг микронеровностей, определяется по средней линии;

S – шаг микронеровностей по вершинам, определяется как среднее арифметическое всех шагов неровностей профиля по вершинам;

tp – относительная опорная длина профиля, определяется на уровне сечения р. Уровень сечения выражается в процентах от Rmax – расстояния между линией выступов и линией впадин. Относительная опорная длина профиля – очень важная

93

Dmin

характеристика поверхности, от которой зависит стойкость рабочей поверхности к действию контактных напряжений.

Впроизводственных условиях оценку шероховатости поверхности проводят качественно, сравнением с рабочими образцами шероховатости (ОШС).

Вответственных случаях производится количественная дифференциальная оценка параметров шероховатости на специальных приборах: профилографах, профилометрах, растровых микроскопах и др.

19.11. Общие сведения о допусках и посадках гладких цилиндрических соединений

Две детали, элементы которых входят друг в друга, образуют соединение. Соединения бывают гладкие цилиндрические, плоскопараллельные и специальные: резьбовые, шпоночные, шлицевые, зубчатые. Системы допусков и посадок всех типов соединений имеют много общего, так как базируются на Единой системе допусков и посадок (ЕСДП). Единая система допусков и посадок является основой взаимозаменяемости.

Вал – это термин, применяемый для обозначения охватываемых элементов поверхности. Отверстие – это термин, применяемый для обозначения охватывающих элементов поверхности. Размеры валов и отверстий обозначаются d или D, соответственно.

Действительный (реальный) размер детали (dr или Dr) – это размер,

полученный при измерении изготовленной детали с известной точностью измерения (т. е. с известной погрешностью измерения).

Номинальный размер – это размер, который получается конструкторским расчетом и округляется по ГОСТ 6636-69. На чертежах указываются только номинальные размеры.

Наибольший и наименьший предельные размеры (dmin и dmax для вала или и Dmax для отверстия) – это размеры, между которыми должен находиться

действительный размер вала или отверстия, соответственно:

dmax ≥ dr ≥ dmin, Dmax ≥ Dr ≥ Dmin.

Допуск (Т)– это разность предельных значений величины. Допуск на размер вала Td определяется по формуле:

Td = dmax – dmin.

Допуск на размер отверстия TD:

TD = Dmax – Dmin.

Допуск зависит от величины и точности изготовления размера. Совокупность допусков, отвечающих одинаковой степени точности, называется квалитетом.

Стандартом установлено 19 квалитетов: 01, 0, 1, 2,…17 в порядке убывания точности.

Если говорят о деталях, находящихся в соединении, то применяют термин

«посадка». Посадкой называется характер соединения деталей, определяемый получающимися в нем зазорами или натягами. Посадка характеризует свободу перемещения деталей в соединении или степень сопротивления их взаимному перемещению.

Различают посадки с зазором, с натягом и переходные, в которых возможен как зазор, так и натяг.

94

Зазор S – разность размеров отверстия и вала, если размеры вала меньше размеров отверстия. Собранное с зазором соединение допускает перемещение деталей друг относительно друга. Натяг N – разность размеров вала и отверстия до сборки соединения, если размер вала больше размера отверстия. Собранное с натягом соединение обеспечивает неподвижность деталей после их сборки.

Системы допусков ИСО и ЕСДП построены по единому принципу и характеризуются следующими признаками.

Основание системы. Стандарты предусматривают две равноправные системы посадок: систему посадок отверстия и систему посадок вала. Примеры расположения полей допусков для посадок в системе отверстия и в системе вала приведены на рис. 19.3.

Рис.. 19.3. Примерырасположенияполейдопусковдляпосадоквсистеме отверстияивала

Посадки в системе отверстия – это посадки с различными зазорами и натягами, получающимися в результате соединения различных валов с основным отверстием, поле допуска которого характеризуется основным отклонением H (ES = 0).

Посадки в системе вала – это посадки с различными зазорами и натягами, получающимися соединением различных отверстий с основным валом, поле допуска которого характеризуется основным отклонением h (es = 0).

Особенно широкое распространение получила система отверстия. Это объясняется тем, что точное отверстие получают, используя дорогостоящий режущий инструмент, предназначенный только для одного размера с определенным полем допуска. Вал же, независимо от размера, в основном обрабатывается одним и тем же инструментом (резцом или шлифовальным кругом).

В некоторых случаях из конструктивных соображений применяется система вала (например, если нужно чередовать соединения нескольких отверстий одного номинального размера с различными посадками на одном валу).

19.12. Типовые соединения деталей машин

Множество деталей становится машиной с помощью различных соединений. На рис. 19.4 приводятся виды основных разъемных и неразъемных соединений. Все

95

приведенные на рисунке виды соединений являются неподвижными. Это означает, что при действии нагрузки они не проворачиваются друг относительно друга. Резьбовые соединения – шпоночные и шлицевые – это разъемные соединения, так как их можно разобрать без повреждения составляющих его элементов. Сварные и заклепочные – неразъемные.

Рис. 19.4. Виды разъемных и неразъемных соединений

Основные способы получения неразъемных соединений Сварка металлов – это технологический процесс получения неразъемных

соединений в результате создания межатомных сил связи на контактных поверхностях соединяемых заготовок. Процесс происходит при плавлении или пластическом деформировании свариваемых частей. Сварка применяется в различных областях народного хозяйства: машиностроении, судостроении, строительстве и др.

Все многообразие способов сварки можно разделить на два вида – на сварку в твердом и жидком состоянии, на сварку давлением и сварку плавлением.

Сварка давлением происходит в два этапа: соединяемые поверхности заготовок сближают до образования физического контакта; на контактной поверхности появляются активные центры химического взаимодействия; устанавливаются межатомные металлические связи. К этому виду сварки относят сварку взрывом, сварку трением, диффузионную сварку.

Сварка плавлением происходит также в два этапа: расплавление кромок заготовок и присадочного материала (электродной проволоки) и образование общего объема жидкого металла; затвердевание расплава и образование прочного сварного шва. К этому виду сварки относят электродуговую, газопламенную, электрошлаковую, электроконтактную сварку.

96

Наибольшее распространение в машиностроении получила электроконтактная сварка. Соединение заготовок происходит благодаря нагреву и пластической деформации места их контакта. Широко применяются на практике следующие виды контактной сварки: стыковая, точечная и шовная. Оборудованием для этих видов сварки служат специальные сварочные электроконтактные машины, которые состоят из механической и электрической частей. Таким способом можно сваривать валы и оси, листовые штамповки, различные емкости.

Специальные виды сварки (сварка взрывом, плазмой, лазером) могут эффективно использоваться в особых случаях при изготовлении уникальных изделий.

97

ГЛАВА 20. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

20.1. Задачи метрологического обеспечения

Метрологическое обеспечение технологического процесса является одной из важнейших составляющих технологической подготовки производства (ТПП). Под

метрологическим обеспечением понимается комплекс мероприятий по обеспечению достоверности измерений характеристик изготавливаемых деталей, параметров технологического процесса, оборудования, инструмента. Основной задачей метрологического обеспечения ТПП является установление оптимального объема технологических параметров, которые подлежат контролю в процессе производства, установление оптимальных норм точности этих измерений; обеспечение производства исправными контрольно-измерительными инструментами. Организационной основой метрологического обеспечения является метрологическая служба предприятия.

20.2. Основные понятия процесса измерения

Измерение – процесс сравнения какой-либо величины с помощью специальных технических средств с однородной величиной, условно принятой за единицу. Результатом измерения является число, выражающее отношение измеряемой величины к величине, принятой за единицу. К техническим измерениям в машиностроении относят линейные и угловые измерения, т. е. измерения геометрических параметров деталей, сборочных единиц и изделий, отклонения расположения и формы, волнистость и шероховатость поверхностей.

Контроль – более широкое понятие, охватывающее как количественную, так и качественную оценку годности продукции. Различают контроль точности изготовленной продукции и контроль точности технологических процессов. При выполнении контроля точности изготовленной продукции определяется соответствие действительных значений параметров качества продукции (геометрических, механических и др.) допустимым значениям этих параметров, которые установлены техническими условиями и заданными допусками (как правило, без определения числовых значений контролируемой физической величины). Задачей контроля точности технологических процессов является технологическое обеспечение требуемой точности, т. е. профилактика брака.

20.3. Выбор средств измерения

Все применяемые в машиностроении средства измерений и контроля делятся на три группы: меры, воспроизводящие заданные размеры длин и углов; калибры, контролирующие годность действительных размеров; универсальные

измерительные инструменты.

Выбор средств измерения определяется объемом выпуска измеряемой детали, ее конструктивными особенностями (габаритными размерами, массой, материалом детали, жесткостью конструкции); необходимой точностью изготовления детали; экономическими показателями средств измерения (стоимостью и надежностью прибора, стоимостью его ремонта и эксплуатации, продолжительностью работы до ремонта, временем, затрачиваемым на настройку и процесс измерения, необходимой квалификацией контролера).

98

Перед выбором средства измерения или контроля следует решить вопросы целесообразности контроля того или иного вида параметров и производительности средств измерения (универсальных или специальных, автоматизированных или автоматических).

Как правило, одну метрологическую задачу можно решить с помощью различных измерительных средств, которые имеют не только разную стоимость, но и разные точность и другие метрологические показатели, а, следовательно, дают неодинаковые результаты измерений.

Это объясняется отличием точности результатов наблюдения от точности измерения самих измерительных средств, различием методов использования измерительных средств и дополнительных приспособлений, применяемых в сочетании с универсальными или специализированными средствами (стойками, штативами, элементами крепления и базирования).

В условиях единичного производства специальная контрольно-измерительная оснастка не применяется, а поэтому контроль размеров изделий производится преимущественно при помощи универсально-измерительных средств и приборов (штангенциркулей, микрометров, индикаторных нутромеров и т. п.). При серийном производстве основными средствами контроля размеров являются предельные калибры (см. рис. 20.1) и шаблоны, а также полуавтоматические контрольные измерительные устройства.

Рис.20.1. Предельные калибры для контроля гладкого цилиндрического соеди-

нения: 60 H7/f7

99

ГЛАВА 21. ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ НОВЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Каждая отрасль промышленности на определенном этапе своего развития применяет достаточно много различных прогрессивных технологических процессов, инструментов и оборудования. Однако есть такие технологические процессы, которые произвели революционные изменения во многих отраслях деятельности человека. Это

– информационные технологии, лазерные и ультразвуковые, порошковая металлургия, электрофизические и электрохимические технологии.

21.1. Современные конструкционные материалы

Научно-технический прогресс в машиностроении и других отраслях промышленности во многом связан с разработкой и совершенствованием конструкционных материалов, снижением материалоемкости изделий, рациональным использованием материальных ресурсов. В качестве конструкционных материалов в машиностроении применяют углеродистые и легированные стали, чугуны, сплавы цветных металлов, а также неметаллические материалы и композиты на их основе.По масштабам производства и многообразию применения стали и чугуны имеют наибольшее распространение в технике. Применяемые в машиностроении стали классифицируются:

1)по способу производства – конвертерная, мартеновская (кислая и основная), электросталь (кислая и основная);

2)по химическому составу – углеродистая и легированная;

3)по назначению конструкционная, инструментальная и специальная;

4)по качеству изготовления – сталь обыкновенного качества, качественная и высококачественная.

Углеродистые конструкционные стали содержат до 0,70 % углерода. В

соответствии с принятыми ГОСТами она подразделяется на два вида:

1.Cталь обыкновенного качества применяется для изготовления строительных конструкций, крепежных деталей, заклепок, проволоки, листового и профильного проката, труб, арматуры и др.

2.Cталь качественная. Эти стали имеют пониженное содержание фосфора и серы. Они используются для изготовления ответственных деталей различных машин и механизмов (валы, оси, зубчатые колеса, шатуны, шпиндели и т. д.)

Легированные стали – это сплавы, которые получают посредством добавления к углеродистым сталям различных легирующих элементов (хрома, никеля, вольфрама, кобальта) или повышенных количеств марганца или кремния. Можно получать стали с более высокими механическими свойствами, а также придавать им специальные свойства (жаростойкость, коррозионную стойкость и др.).

В основе маркировки легированных сталей лежит буквенно-цифровая система, в которой принято следующее обозначение легирующих элементов:

Г– марганец,

С – кремний, Х – хром, Н – никель,

В – вольфрам, М – молибден,

К – кобальт, Ф – ванадий,

Т– титан,

Ю– алюминий, Д – медь.

100