ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМА 1 Основы обработки материалов и ее себестоимость
Л.1
Основные понятия и определения по курсу
План:
Введение
1. Основные понятия и определения
2. Основные типы производства
ВВЕДЕНИЕ
Человеку для его существования необходимы материальные и культурные блага. Источниками их получения являются предметы природы и человеческого труда. Природа предоставляет в распоряжение человека ничтожно малое количество предметов, которые можно использовать непосредственно, без приложения труда. Поэтому человеку приходится почти всегда затрачивать труд, чтобы путем качественного превращения приспосабливать предметы природы для удовлетворения своих потребностей.
Качественное изменение предметов природы, осуществляемое человеком, получило название технологического процесса.
Осуществляя технологический процесс, человек ставит перед собой две основные задачи:
1) получить изделие, которое удовлетворяло бы его потребность;
2) затратить при этом меньше труда.
Отрасль науки, занимающаяся изучением закономерностей, действующих в процессе изготовления машин и аппаратов, с целью использования этих закономерностей для обеспечения требуемого качества машин и наименьшей их себестоимости, называется технологией машиностроения.
Рассмотрим некоторые главные этапы пути развития и совершенствования технологии машиностроения. Еще в Киевской Руси в ХІ веке ремесленники изготовляли оружие в достаточном количестве для вооружения княжеских дружин. В прошлом технология машиностроения получила наибольшее развитие в оружейных мастерских – знаменитая «Царь-пушка», отлитая и изготовленная Андреем Чоховым в 1586г.
|
|
|
В 1615г. в России была изготовлена первая пушка с нарезным стволом. В 1632г. около Тулы были построены заводы для изготовления стволов орудий с применением сверления и растачивания. Мастер Иван Моторин отлил “Царь-колокол” весом 200 т. В эпоху Петра I русский умелец А.К. Нартов впервые в истории машиностроения построил токарный станок с механическим суппортом. В 1761 году впервые в мире было разработано и внедрено изготовление взаимозаменяемых деталей и их измерение при помощи калибров. В 1765 году И.И. Ползунов (1729-1766) и его сподвижники построили первую в мире паровую машину. М.В. Ломоносовым созданы оригинальные станки для шлифования оптических линз.
Накопленный опыт был впервые обобщен профессором Московского университета И. Двигубским, в 1807г. вышла в свет его книга “Начальные основы технологии или краткое описание работ, на заводах и фабриках производимых”.
В создание технологии машиностроения крупный вклад внесли профессора Л.И. Соколовский, А.М. Каширин, Б.С. Балакшин, В.М. Кован, М.Е. Егоров и др. Эти ученые разработали теоретические основы технологии машиностроения, вопросы точности обработки деталей и жесткости системы станок – приспособление – инструмент – деталь, теорию размерных цепей, типизацию технологических процессов и др.
|
|
|
В тридцатые годы ХХв. в учебные программы еще советских вузов впервые были включены новые дисциплины “Технология автомобилестроения”, “Технология тракторостроения”, “Технология станкостроения”. Дальнейшая работа по формированию технологии машиностроения привела к делению дисциплины на две части: 1) Основы технологии машиностроения; 2) Специальная часть технологии машиностроения. В первой части курса излагаются общие вопросы для всех отраслей машиностроения. Во второй – вопросы, специфические для данной отрасли машиностроения, касающиеся главным образом изготовления основных деталей машин и аппаратов, их сборки и ремонта.
В соответствии с этим построение курса технологии химического и пищевого машиностроения базируется на следующих основных положениях:
1) изучение требований к качеству, которым должна обладать готовая машины или аппарат;
|
|
|
2) технологические основы снижения себестоимости и увеличения производительности машин и аппаратов;
3) изучение методов разработки технологических процессов изготовления основных деталей аппаратов, их сборки и ремонта.
Технологические процессы изготовления аппаратов и машин охватывают почти все виды обработки материалов: правку, разметку и раскрой, все виды резки, горячую и холодную обработку методами давления, гибку и вальцовку, штамповку и обкатку, обработку резанием, способы получения отверстий, сварку, пайку и пр.
Химическое и пищевое оборудование работает в широком диапазоне температур и давлений. Например: получение кислорода осуществляется при температуре –183-196°С, а получение карбида кальция при +3000°С. Эти аппараты выдерживают давление до 250 МПа (процессы синтеза) и глубокий вакуум (получение многих чистых веществ). Многие химические вещества обладают сильным агрессивным воздействием на аппараты. Эти условия работы оборудования накладывают определенные требования к материалам и технологии изготовления.
Химическое машиностроение обеспечивает проектирование, изготовление и поставку основного оборудования для таких отраслей народного хозяйства, как химическая и нефтехимическая, нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая, газовая, целлюлозно-бумажная и микробиологическая, пищевая и многие другие отрасли. Кроме того, продукция химического машиностроения широко применяется для оснащения технологических процессов в черной металлургии, энергетике, сельском хозяйстве и других отраслях.
|
|
|
Большие задачи стоят перед народным хозяйством страны. В их решении многое зависит от успешной работы отрасли химического машиностроения. Решить эти задачи возможно лишь при внедрении и углублении прогрессивных технологий и рациональной организации производства, создании новых мощностей и улучшении работы существующих предприятий, расширения кооперирования и концентрации производства путем организации объединений и ликвидации лишних звеньев в производстве и управлении.
УАТТ, ДЖЕЙМС(Watt, James, 1736-1819), шотландский инженер и изобретатель. Родился 19 января 1736г. в Гриноке, близ Глазго (Шотландия), в семье купца. Первая машина Уатта оказалась вдвое эффективнее машины Ньюкомена. Интересно, что в основе разработок, следовавших за исходным изобретением Ньюкомена, лежало понятие “производительности” двигателя, что означало число фунтов воды, которое закачивалось на бушель угля. Кому принадлежала идея этой единицы, теперь не известно. Этот человек не вошёл в историю науки, но, наверное, это был какой-нибудь прижимистый владелец шахты, который замечал, что некоторые двигатели работали более эффективно, чем другие, и не мог допустить того, чтобы на соседней шахте была большая норма выработки.
И хотя испытания машины прошли успешно, в ходе её дальнейшей эксплуатации стало ясно, что первая модель Уатта оказалась не совсем удачной, и сотрудничество с Ребеком прервалось. Несмотря на нехватку средств, Уатт продолжал работать над усовершенствованием паровой машины. Его работы заинтересовали Мэтью Боултона (Matthew Boulton), инженера и богатого фабриканта, владельца металлообрабатывающего завода в местечке Сохо под Бирмингемом. В 1775г. Уатт и Боултон заключили соглашение о партнерстве. В 1781г. Джеймс Уатт получил патент на изобретение второй модели своей машины. Среди новшеств, внесённых в неё и в последующие модели, были:
· цилиндр двойного действия, в котором пар подавался попеременно по разные стороны от поршня, при этом отработанный пар поступал в конденсатор;
· жаровая рубашка, окружавшая рабочий цилиндр для снижения тепловых потерь, и золотник;
|
Рис. 1 – Принцип работы последних моделей паровых машин Джеймса Уатта |
· преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала сначала посредством шатунно-кривошипного механизма, а затем с помощью шестеренчатой передачи, явившейся прообразом планетарного редуктора;
· центробежный регулятор для поддержания постоянства числа оборотов вала и маховик для уменьшения неравномерности вращения.
В 1782г. эта замечательная машина, первая универсальная паровая машина «двойного действия», была построена. Крышку цилиндра Уатт оснастил изобретенным незадолго до того сальником, который обеспечивал свободное движение штока поршня, но предотвращал утечку пара из цилиндра. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой, создавая вакуум с противоположной стороны цилиндра. Поэтому поршень совершал и рабочий и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах.
Кроме того, в 1782г. Джеймс Уатт ввел принцип расширительного действия, разделяя поток пара в цилиндре в начале его течения так, что он начинал расширяться остальную часть цикла под своим собственным давлением. Расширительное действие означает некоторую потерю в мощности, но выигрыш в «производительности». Из всех этих идей Уатта самой полезной была идея расширительного действия. В дальнейшем её практическом внедрении очень помогла индикаторная диаграмма, созданная около 1790 г. помощником Уатта Джеймсом Саузерном. Индикатор был самопишущим устройством, который можно было присоединять к двигателю для того, чтобы отмечать давление в цилиндре в зависимости от объема пара, поступающего за данный такт. Площадь под такой кривой была мерой работы, проделанной за данный такт. Индикатор использовали для того, чтобы максимально эффективно настроить двигатель. Эта самая диаграмма впоследствии стала частью знаменитого цикла Карно (Сади Карно, 1796-1832) в теоретической термодинамике. Поскольку в паровой машине двойного действия шток поршня совершал тянущее и толкающее действие, прежнюю приводную систему из цепей и коромысла, которая реагировала только на тягу, пришлось переделать. Уатт разработал систему связанных тяг и применил планетарный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения штока поршня во вращательное движение, использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара.
|
| Рис. 2 – Работа цилиндра «двойного действия» |
Универсальный паровой двигатель двойного действия с непрерывным вращением (паровая машина Уатта) получил широкое распространение и сыграл значительную роль в переходе к машинному производству. Запатентованная Джеймсом Уаттом «ротативная паровая машина» сначала широко применялась для приведения в действие машин и станков прядильных и ткацких фабрик, а позже и других промышленных предприятий. Это привело к резкому повышению производительности труда. Именно с этого момента англичане отсчитывают начало большой промышленной революции, которая вывела Англию на лидирующее положение в мире.
Двигатель Джеймса Уатта годился для любой машины, и этим не замедлили воспользоваться изобретатели самодвижущихся механизмов. Так паровая машина пришла на транспорт (пароход Фултона, 1807г.; паровоз Стефенсона, 1815г.). Благодаря преимуществу в средствах передвижения Англия стала ведущей державой мира. В 1785г. Уатт запатентовал изобретение новой топки котла, и в этом же году одна из машин Уатта была установлена в Лондоне на пивоваренном заводе Сэмюэла Уитбреда для размалывания солода. Машина выполняла работу вместо 24 лошадей. Диаметр ее цилиндра равнялся 63 см, рабочий ход поршня составлял 1,83 м, а диаметр маховика достигал 4,27 м. Машина сохранилась до наших дней, и сегодня ее можно увидеть в действии в сиднейском музее «Пауэрхауз».
Компания «Боултон и Уатт», созданная в 1775г., испытала на себе все превратности судьбы, от падения спроса на её продукцию до защиты своих изобретательских прав в судах. Однако с 1783 дела этой компании, монополизировавшей производство паровых машин, пошли в гору. Так Джеймс Уатт стал очень обеспеченным человеком, и помощь «Пневматическому медицинскому институту» Томаса Беддо (Beddoes, Thomas, 1760-1808), с которым он начал сотрудничество в это время, Уатт оказывал весьма и весьма существенную. Не смотря на бурную деятельность по созданию паровых двигателей, Уатт вышел в отставку с занимаемой им должности в университете Глазго только в 1800г. Через 8 лет после своей отставки он учредил «Приз Уатта» для лучших студентов и преподавателей университета. Университетская техническая лаборатория, в которой он начинал свою деятельность, стала носить его имя. Имя Джеймса Уатта носит и колледж в Гриноке (Шотландия), родном городе изобретателя. Интересно, что в свое время в качестве единицы мощности Уатт предложил такую единицу, как «лошадиная сила». Эта единица измерения дожила и до наших дней. Но в Англии, где Уатта почитают как пионера промышленной революции, решили иначе. В 1882г. Британская ассоциация инженеров решила присвоить его имя единице мощности. Теперь имя Джеймса Уатта можно прочесть на любой электрической лампочке. Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения. С этого случая и началась традиция присвоения собственных имен единицам измерения.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В науке установлены стандартные термины и определения основных понятий. В области технологических процессов производства изделий согласно ГОСТ 3.1109-82 «Термины и определения основных понятий» (http://www.yondi.ru/inner_c_article_id_1812.phtm, http://www.skonline.ru/doc/10500.html) применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается. Для четкого понимания терминов и определений основных понятий в области технологических процессов производства мы рассмотрим основные часто применяемые.
Изделием называется продукт конечной стадии машиностроительного производства. Это может быть машина, узел или деталь. Например: колонна, компрессор, электродвигатель, подшипник, крепеж и пр.
Деталь – первичный элемент изделия, характеризующим признаком которого является отсутствие в нем разъемных и неразъемных соединений.
Узлом называется разъемное и неразъемное соединение составных частей изделия. Характеризующим признаком узла является возможность его сборки обособленно от других элементов изделия. Узел может состоять либо из деталей, либо из подузлов и деталей. Различают подузлы первого, второго и других, более высоких, порядков. Подузел первого порядка входит в состав узла. Он состоит либо из отдельных деталей, либо из одного или нескольких подузлов второго порядка и деталей. Подузел наивысшего порядка расчленяется только на детали.
Деление изделия на составные части может быть и по функциональному признаку или по технологическому признаку. Эти узлы не всегда являются сборочными. Например, система смазки отдельно не существует.
Производственный процесс представляет собой совокупность действий, в результате которых материалы и полуфабрикаты превращаются в готовую продукцию, изделие. Производственный процесс охватывает: подготовку средств производства и организацию обслуживания рабочих мест, получение и хранение материалов и полуфабрикатов; все стадии изготовления машин, сборку узлов и готовых изделий, проверку качества, окраску, упаковку готовой продукции. Производственный процесс обычно разделяется на участки, цехи (Например: литейный цех, механический цех, сборочный участок и т.д.).
Производственные процессы делятся на два вида: поточный и непоточный.
Под поточным видом понимается такой производственный процесс, при котором заготовки, детали и собираемые изделия в процессе их производства находятся в движении с постоянной величиной такта.
Поточный вид производства обеспечивает: 1) значительное сокращение цикла производства (в десятки раз); 2) значительное сокращение межоперационных заделов и незавершенного производства; 3) возможность применения высокопроизводительного оборудования; 4) простоту планирования и управления производством; 5) возможность комплексной автоматизации.
Под непоточным видом организации производственного процесса понимается такой его вид, при котором детали, заготовки и изделия в процессе их производства находятся в движении с различной продолжительностью операций. Процесс осуществляется с меняющейся величиной такта. Поточный вид производства используется в основном в массовом и крупносерийном производстве, а непоточный – в единичном и мелкосерийном.
Технологическим процессом называют часть производственного процесса, непосредственно связанную с качественным изменением состояния объекта производства (материала, заготовки, детали, машины). Изменения качественного состояния касаются химических и физических свойств материала, форм, размеров, относительного положения деталей, качества поверхности, внешнего вида изделия. Например, все виды механической обработки служат для изменения геометрической формы, материала, заготовки или детали. Термическая обработка связана с изменением физических свойств материала, заготовки или детали. Сборка имеет целью изменения положения деталей путем их соединения. Окраска и отделка машины качественно изменяет внешний вид изделия.
Технологический процесс выполняется на специально оборудованном рабочем месте.
Рабочим местом называется участок производственной площади, предназначенный для выполнения работы одним рабочим или группой рабочих, на котором размещено технологическое оборудование, инструмент, приспособления, стеллажи для хранения заготовок и деталей.
Технологический процесс изготовления изделия обычно делится на несколько частей. Необходимость деления порождается двумя видами причин: физическими и экономическими. Физические – невозможность одновременной обработки на одном рабочем месте. Экономические – нецелесообразно создавать один дорогостоящий станок для одновременной обработки детали, заготовки.
Законченную часть технологического процесса, выполняемую на отдельном рабочем месте одним или несколькими рабочими, принято называть операцией.
Операция является основным элементом производственного планирования и учета. На операцию обычно разрабатывается и выписывается вся технологическая документация. По операциям определяют трудоемкость процесса, необходимое количество рабочих, оборудования, необходимый инструмент.
По объему выполняемой работы технологическая операция может состоять из переходов, проходов и приемов.
Переход – часть операции, характеризующаяся неизменностью обрабатываемой поверхности, рабочего инструмента (одного или нескольких) и режима работы станка. Например, получение сквозного отверстия в детали при помощи спирального сверла; получение зубьев шестерни червячной фрезой. Например: получение поверхности точного отверстия в детали при помощи сверла, зенкера, развертки состоит из трех переходов.
Переход расчленяется на приемы.
Прием – законченная совокупность отдельных движений в процессе выполнения операций. Например: взять заготовку, установить, закрепить, подвести режущий инструмент и пр.
Проходом называется однократное относительное движение режущего инструмента и (или) обрабатываемой детали, в результате которого с поверхности заготовки снимается один слой материала.
При изменении положения обрабатываемой заготовки операция может состоять из нескольких установок и позиций.
Установкой называется часть операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки.
Обработку детали, сохраняющей указанную неизменность положения в продолжение всего процесса, принято называть обработкой с одной установки. Обработка с одной установки обеспечивает точность обрабатываемых поверхностей.
Позицией называется каждое из различных положений неизменно закрепленной детали относительно оборудования. Например, заготовка обрабатывается на многошпиндельном токарном станке.
Основные типы производства
В машиностроении условно различают три основных типа производства: массовое, серийное и единичное.
Массовым производством называется такое производство, при котором изготовление изделий ведется непрерывно по неизменяемым чертежам в течение длительного промежутка времени. Например: производство тракторов, насосов, электродвигателей, крепежа и пр.
Серийным производством называется такое производство, при котором изготовление изделий ведется партиями деталей и сериями изделий, регулярно повторяющимися через определенные промежутки времени по неизменяемым чертежам. При этом может изготавливаться одно изделие в партии.
Под единичным производством подразумевается, что изготовление изделий, деталей или заготовок по неизменяемым чертежам больше не повторится. Например: изготовление опытных образцов машин или изготовление по индивидуальному заказу.
Для определения типа производства используют коэффициент серийности Ксер, характеризующий производство по величине загрузки оборудования. Если К=1, оборудование загружено полностью и переналаживаться не будет – это массовое производство. При К > 1 на станке в течение года будут обрабатываться детали нескольких наименований – производство серийное. Ориентировочно можно судить о типе производства по Ксер.
| Ксер | Производство |
| 1 | Массовое |
| 2 – 10 | Крупносерийное |
| 10 – 20 | Серийное |
| Св. 20 | Мелкосерийное |
Коэффициент серийности может быть определен из уравнения
, (1.1)
где Фд – действительный годовой фонд рабочего времени.
Фд = [Ч×Н+Д–П–С] Р×К,
где Ч – число часов работы в неделю; Н – число рабочих недель; Д – число рабочих часов, приходящихся на 365 дней в году; П – число праздничных дней в году; С – число праздничных сокращенных часов; Р – число смен в сутках; К=0,97 – коэффициент, учитывающий простои оборудования из-за ремонта; N – план выпуска деталей (оборудования) шт. в год; Тшт.ср. – среднее штучное время обработки, мин.
Пример. Требуется обработать 100000 деталей в год, среднее штучное время обработки Тшт.ср.= 0,65 мин. Определить тип производства.
Решение.
1. Действительный годовой фонд рабочего времени:
Фд = [Ч×Н+Д–П–С] Р×К = [41×54+8–64–6] 2×0,97 = 4174,9час. » 250492 мин.
2. Коэффициент серийности
,
т.е. тип производства крупносерийный.
Л.2
Обработка материалов
План:
1. Точность обработки
2. Качество поверхности
3. Критерий оценки шероховатости поверхности
ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
Факторы, влияющие на точность обработки. При любом виде обработки нельзя получить деталь точно заданных размеров. Размеры деталей должны находиться в пределах допусков, назначаемых конструктором машины и указанных на чертеже. Все детали, у которых отклонения размеров не будут выходить за пределы допусков, будут одинаково годны для работы в машине.
В условиях единичного и мелкосерийного производства необходимая точность деталей достигается методом пробных проходов, т.е. снятием припуска при последовательных проходах под контролем измерительного инструмента. Такой метод не применяют в условиях крупносерийного и массового производства, как неэкономичный. В серийном и массовом производстве требуемая точность детали достигается методом автоматического получения размеров. Станки предварительно настраивают на заданный размер, т.е. рабочим звеньям станка, приспособлениям и инструменту придается определенное, конечное взаимное положение, которое и обеспечивает автоматическое получение требуемого размера детали.
Под точностью обработки понимают степень соответствия обработанной детали требованиям чертежа и технических условий. Точность детали слагается из точности выполнения размеров, формы, относительного положения поверхностей детали и шероховатости поверхностей. Под точностью формы поверхности понимают степень приближения ее к геометрической форме. Например, плоские поверхности могут иметь отклонения формы в виде непрямолинейности, т.е. отклонения проверяемой поверхности в заданном направлении от прилегающей прямой. Цилиндрические поверхности в поперечном сечении могут иметь отклонения от прилегающей окружности: овальность, огранку; в продольном сечении: бочкообразность, седлообразность, конусообразность, изогнутость. Точность относительного положения определяется отклонением от номинального расположения рассматриваемой поверхности, ее оси или плоскости симметрии относительно баз и отклонений от номинального взаимного расположения рассматриваемых поверхностей. Относительное расположение поверхности определяется обычно параллельностью, перпендикулярностью или симметричностью ее относительно других поверхностей или осей.
Обеспечение заданной точности детали – основное требование к техническому процессу. Для проектирования технологического процесса, гарантирующего достижение этой точности, необходимо знать и учитывать погрешности, возникающие при обработке.
Основными причинами погрешности обработки на металлорежущих станках являются следующие:
а) собственная неточность станка, например: непрямолинейность направляющих станины и суппортов, непараллельность или неперпендикулярность направляющих станины к оси шпинделя, неточности изготовления шпинделя и его опор и т.п.;
б) деформация узлов и деталей станка под действием сил резания и нагрева; в) неточность изготовления режущих инструментов и приспособлений и их износ;
г) деформация инструментов и приспособлений под действием сил резания и нагрева в процессе обработки;
д) погрешности установки заготовки на станке;
е) деформация обрабатываемой заготовки под действием сил резания и зажима, нагрева в процессе обработки и перераспределения внутренних напряжений;
ж) погрешности, возникающие при установке инструментов и их настройке на размер;
з) погрешности в процессе измерения, вызываемые неточностью измерительных инструментов и приборов, их износом и деформациями, а также ошибками рабочих в оценке показаний измерительных устройств.
Собственная точность станков, т.е. точность их в ненагруженном состоянии, установлена стандартами для всех основных типов станков. По мере износа собственная точность станка уменьшается. Особое значение имеет износ подшипников и шеек шпинделей, а также направляющих станин. Биение шпинделя с овальной шейкой приводит к получению овальности у обтачиваемой заготовки. Вследствие износа направляющих у токарного станка возникает, например, непрямолинейное движение суппорта, что приводит к искажению формы обтачиваемой цилиндрической заготовки.
В процессе обработки под действием сил резания узлы станка деформируются. Это вызывается неточностями пригонки стыковых поверхностей отдельных сопрягаемых элементов узлов. В результате таких деформаций могут получиться погрешности формы и относительного положения обрабатываемой поверхности. Величина упругой деформации тем больше, чем больше силы резания и меньше жесткость узлов станка.
Под жесткостью применительно к станкам и их узлам понимается способность узла сопротивляться появлению упругих отжатий. Это понятие впервые было введено в 1936г. К.В. Вотиновым. Жесткость узла измеряется отношением приращения нагрузки к получаемому при этом приращению упругого отжатия, т.е.
(1.2)
где 
– приращение нагрузки, Н; 
– приращение упругого отжатия, мм.
Жесткость узлов станков определяется экспериментальным путем.
На точность обработки влияет изменение линейных размеров частей станка при нагреве их под действием трения в опорах, что имеет особое значение при обработке на шлифовальных станках. При обработке почти вся работа резания превращается в тепло. Температура в системе станок - приспособление - инструмент - деталь повышается, что приводит к температурным деформациям, вызывающим соответствующие погрешности обработки. Например, нагрев проходного резца средней величины на 20°С приводит к увеличению его длины на 0,01 мм, что вызывает уменьшение диаметра обрабатываемой заготовки на 0,02 мм. Обрабатываемая заготовка в процессе резания может нагреваться неравномерно, в этом случае изменяются не только размеры заготовки, но и форма. Тонкостенные заготовки нагреваются при обработке в большей степени, чем массивные, и больше деформируются.
Инструмент изготавливается с определенными погрешностями размеров, формы и взаимного положения его отдельных элементов. Такие погрешности инструментов – зенкеров, разверток, протяжек, фасонных резцов, фрез и т.п. – влияют на точность размера или форму обработанной поверхности.
При обработке проходными резцами неточность их размеров и формы не влияет на точность обработки, но в процессе обработки износ инструмента может повлиять на точность обработки данной заготовки. Например, при обтачивании длинного вала износ резца приводит к увеличению диаметра обработанного вала на конечном участке.
Неточность изготовления и износ отдельных элементов приспособления приводят к неправильной установке заготовки в приспособлении и являются источниками погрешностей при обработке. Нежесткие заготовки под действием сил резания деформируются. Например, длинный вал, обрабатываемый в центрах на токарном станке, прогибается и на концах будет иметь меньший диаметр, чем в середине. В отливках и кованых заготовках в результате неравномерного охлаждения возникают внутренние напряжения. При снятии верхних слоев металла резанием происходит перераспределение напряжений и заготовка деформируется. Для уменьшения внутренних напряжений отливки (станины станков, цилиндры и др.) подвергают естественному или искусственному старению. В первом случае отливки вылеживаются после грубой обработки в течение длительного времени, а во втором – отливки выдерживаются в течение нескольких часов в печи в подогретом состоянии при температуре 450-500°С. Внутренние напряжения появляются в теле заготовки или в поверхностных слоях при термической обработке, холодной правке, сварке.
При настройке станка на обработку партии заготовок режущий инструмент устанавливают в определенном положении и при этом, как правило, возникают погрешности обработки из-за неточности установки инструмента.
Рассеяние размеров при обработке. Погрешности, возникающие в процессе обработки, бывают систематические и случайные. Систематические – это погрешности, имеющие постоянную величину в течение одной настройки станка. Возникают они, например, из-за неточности станка и других деформаций узлов станка, обрабатываемой заготовки, приспособления и инструмента. При неправильной установке инструмента на размер все детали будут изготовлены с постоянной погрешностью. В большинстве случаев влияние систематических погрешностей можно учесть при проектировании технологического процесса.
Кроме систематических, неизбежны случайные погрешности, имеющие переменную величину в течение одной настройки. К ним относятся погрешности, вызванные неравномерной твердостью материала, неточностью зажима заготовки в приспособлении, колебаниями припуска и температуры. Вследствие систематических и случайных погрешностей действительные размеры деталей будут переменными, т.е. наблюдается рассеяние размеров. Суммарную погрешность обработки определяют расчетным или статистическим методами.
Расчетный метод часто не может быть использован из-за отсутствия исходных данных. Например, невозможно рассчитать увеличение диаметра («разбивку») отверстия при сверлении спиральным сверлом. В таких случаях пользуются статистическим методом, основанным на определении суммарной погрешности путем измерений методом математической статистики.
При использовании статистического метода суммарная погрешность и характер рассеяния размеров выявляются путем составления кривых распределения. Для получения кривой распределения рекомендуется произвести 50-100 измерений фактических величин данного размера.
Допустим имеем n измерений: х1, х2, х3, … , хn.
1. Определяем поле рассеяния хmax – хmin, т.е. разность между максимальным и минимальным размерами, и откладываем эту величину по оси абсцисс.
2. Поле рассеяния (рис. 1.1) делим на равные интервалы.
3. Определяем частоту каждого интервала, т.е. число деталей, размеры которых лежат в пределах данного интервала.
4. Определяем относительную частоту, т.е. отношение абсолютной частоты к общему количеству деталей в партии.
5. К серединам интервалов проводим перпендикуляры, на которых откладываем относительную частоту.
6. Полученные точки соединяем ломаной линией. Эта линия и есть кривая распределения. При нормальном ходе технологического процесса построенная таким путем кривая приближается к кривой нормального распределения Гаусса, уравнение которой
, (1.3)
где х и y – текущие координаты; s – среднее квадратичное отклонение; е=2,718 – основание натурального логарифма.
среднее арифметическое величин х рассчитывается по формуле 
где n – общее число измерений.
| 
|
–70 –60 –50 –40 –30 –20 –10 0 10 20 Размеры
Рисунок 1.1 – Схема рассеяния размеров при обработке
Кривая нормального распределения Гаусса симметрична относительно середины поля рассеяния и асимптотически приближается к оси абсцисс (рис. 1.2.). Если форма построенной кривой распределения отличается от кривой Гаусса, то это означает наличие каких-то отклонений в ходе технологического процесса.
Экономическая и достижимая точность обработки.
Под экономической понимают такую точность, для достижения которой затраты при данном способе обработки будут меньше, чем затраты при применении другого способа обработки той же поверхности. Понятие «экономическая точность обработки» относительно, так как величина ее может изменяться в зависимости от конкретных условий обработки.
Под достижимой понимают точность, которая может быть получена при обработке заготовки высококвалифицированным рабочим на станке, находящимся в отличном состоянии, при неограниченной затрате труда и времени на обработку. Изменение затрат на обработку в зависимости от ее точности приведено на рис. 1.3.
Чистое точение экономично при допуске большем D1, а при меньшем допуске экономичнее шлифование. Граница экономической точности притирки определяется величиной D2. Величина d характеризует границы экономической точности шлифования.
Экономическая точность обработки разных видов поверхностей приведена в технологических справочниках.
Допуски и посадки, припуски определяются для систем отверстия и вала по таблицам из справочников технолога машиностроения.
КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ
Качество поверхности, обработанной режущим инструментом, определяется шероховатостью и физическими свойствами поверхностного слоя. Обработкой резанием не может быть получена идеально ровная поверхность. Режущие кромки инструментов оставляют неровности в виде впадин и выступов различной формы и размеров. Поверхностный слой после обработки резанием существенно отличается от основной массы металла, так как под действием инструмента его твердость и кристаллическое строение изменяются. Толщина дефектного поверхностного слоя зависит от материала заготовки, вида и режима обработки и при некоторых видах черновой обработки достигает 0,5-1 мм.
От качества поверхности зависят следующие эксплуатационные характеристики деталей: износостойкость поверхностей трущихся пар, характер посадок подвижных и неподвижных соединений, усталость или циклическая прочность при переменной нагрузке, коррозионная стойкость поверхности, аэро- и гидродинамические свойства обдуваемых газом или обтекаемых жидкостью поверхностей.
Износостойкость детали определяется стойкостью ее поверхностного слоя против разрушения при трении о соприкасающуюся деталь. Из-за неровностей на поверхности соприкосновение трущихся деталей происходит не по всей номинальной площади соприкосновения, а лишь по вершинам выступов обеих трущихся поверхностей. Таким образом, давление одной детали на другую передается лишь на фактически находящиеся в контакте выступы, которые могут сминаться или даже срезаться при движении одной поверхности по другой. Смятие вершин выступов происходит интенсивно в начале работы двух трущихся поверхностей, пока они не приработаются, т.е. неровности сгладятся, а суммарная площадь контакта увеличится. Схема износа поверхности приведена на рис. 1.4.
d
dК d0
0 Т0 ТК Т
Рисунок 1.4 – Принципиальная схема изнашивания |
По оси абсцисс отложено время работы, по оси ординат – величина износа. В начале работы трущихся поверхностей износ в течение отрезка времени Т0 нарастает интенсивно до достижения величины d0 (первичный износ в период «приработки»). При этом зазор между трущимися поверхностями быстро увеличивается. Затем интенсивность износа уменьшается и становится приблизительно постоянной до достижения некоторой величины dК (точки К), после чего вновь начинает возрастать, вплоть до наступления момента разрушения трущихся поверхностей (катастрофический износ). Направление штрихов на трущихся поверхностях влияет на износ, так как в зависимости от направления штрихов смазка лучше или хуже удерживается и распределяется по трущимся поверхностям. Износ зависит также от твердости поверхностного слоя.
Характер посадок подвижных соединений зависит от качества поверхности. При значительной шероховатости сопряженных поверхностей первоначальная посадка после кратковременной работы подвижного соединения переходит в более свободную вследствие износа этих поверхностей. При неподвижных посадках фактический натяг, получающийся при запрессовке детали с более шероховатой поверхностью, оказывается иным, чем при запрессовке детали с менее шероховатой поверхностью. Это объясняется тем, что деталь контролируют при контакте измерительного инструмента с вершинами выступов, которые при запрессовке сминаются.
Усталостная прочность детали зависит от шероховатости обработанных поверхностей. Риски, получающиеся при обработке резанием, вызывают концентрацию напряжений и вначале приводят к появлению мелких трещин, которые в дальнейшем увеличиваются и разрушают деталь.
Коррозионная стойкость поверхностей с незначительной шероховатостью выше, так как общая площадь поверхности, соприкасающейся с коррозионной средой, меньше. Вещества, вызывающие коррозию, задерживаются на дне впадин, и поэтому чем больше глубина впадин и меньше радиус закругления дна их, тем больше действие коррозии.
Аэро- и гидродинамические свойства поверхности зависят от шероховатости, так как при обтекании поверхности жидкостями и газами сопротивление движению возрастает или уменьшается в зависимости от высоты неровностей поверхности.
На качество обработанной поверхности влияют многие факторы, например, материал обрабатываемой заготовки, вид обработки, жесткость системы станок – приспособление – инструмент – деталь, форма, материал и степень остроты режущих инструментов, режим обработки и вид смазочно-охлаждающей жидкости.
При обработке резанием металл впереди резца переходит в пластичное состояние под действием сил резания и повышенной температуры. Глубина поверхностного слоя с разрушенной кристаллической структурой зависит от режимов резания и вязкости материала. При точении, фрезеровании, протягивании, т.е. при процессах, происходящих с относительно небольшими скоростями, но с большими силами резания, поверхностный слой наклепывается на значительную глубину. При шлифовании вследствие высоких температур в поверхностном слое возникают структурные превращения на глубине нескольких сотых миллиметра; например, после шлифования наружный слой стальной детали, закаленной на мартенсит, оказывается закаленным на аустенит; следующий слой – на тростит, и только после этого слоя следует слой с первоначальной мартенситной структурой. На качество поверхности влияют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Они уменьшают трение между инструментом и заготовкой и понижают температуру трущихся поверхностей. Наклеп и шероховатость поверхности зависят от вибрации станка, инструмента и заготовки. Колебательные движения в направлении, перпендикулярном к обрабатываемой поверхности, приводят к попеременному сближению и удалению режущей кромки инструмента с обрабатываемой поверхностью, создавая на ней то впадины, то выступы. При высоких частотах и малых амплитудах колебательные движения приводят к беспорядочному расположению возвышений и впадин.
Колебательные движения, возникающие при резании металлов, разделяют на вынужденные и самовозбуждающиеся или автоколебания. Вынужденные колебания вызываются действием внешних возмущающихся сил. Причинами вынужденных колебаний могут быть дефекты зубчатых передач в механизме привода станка, создающие непостоянство скорости рабочего движения, дефекты подшипников шпинделя, недостаточная уравновешенность, быстро вращающихся частей (обрабатываемой заготовки, патрона, шкивов и т.п.), вызывающая появление динамических нагрузок, неравномерность снимаемого слоя металла.
Самовозбуждающиеся колебания или автоколебания возникают потому, что любая автоколебательная система обладает способностью преобразовывать энергию постоянного источника в периодические импульсы, возбуждающие и поддерживающие колебательное движение. Основными причинами возникновения автоколебаний при резании металлов являются или периодические изменения сил трения режущих поверхностей инструмента о стружку и поверхность заготовки, или периодический характер пластических деформаций металла при отделении стружки.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 784; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!