Иванов В.П._Фруцкий В.А. Технолог процессы в машиностр. Оборудование и технология высокоэффективных процессов обработки материалов Новополоцк пгу 2009
 Скачать 3.56 Mb.
|
|
Вопросы для самоконтроля 1. Какие документы регламентируют термины и определения, относящиеся к технологическому процессу и его частям? 2. С какой целью унифицируют технологи- ческие процессы? 3. Приведите общие и отличительные признаки типовых и групповых процессов. 4. Приведите структуру СТО. Практическое занятие № 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС Цель занятия – получить практические навыки по разработке техно- логического процесса изготовления детали на предприятии. Индивидуальное задание. Получить у преподавателя рабочий чертеж детали. По рабочему чертежу детали составить схему ее технологического процесса изготовления на предприятии. Порядок выполнения задания. В процессе выполнения задания необ- ходимо ознакомиться с назначением, устройством и материалом детали, условиями ее работы в узле или механизме. Для выполнения задания необходимо: – изучить чертеж узла или механизма, в котором работает деталь; – описать служебное назначение самой детали (какую функцию она выполняет в узле или механизме); – привести данные о материале детали (химический состав, механи- ческие свойства); – составить схему технологического процесса изготовления детали; – оформить отчет. Содержание отчета: название и цель работы; эскизы узла, в кото- рый входит деталь; чертеж изготавливаемой детали; анализ условий рабо- ты детали; схема технологического процесса. 1.4. Базирование и базы при обработке заготовок и сборке изделий 1.4.1. Определение и классификация баз При обработке заготовок добиваются нормативных значений разме- ров, формы, расположения и шероховатости поверхностей. Погрешности размеров и формы элементов обрабатываемых заготовок определяются от- клонениями положений режущих кромок инструментов от траектории за- данного формообразующего движения. Погрешности параметров распо- ложения определяются ориентированием заготовок относительно траекто- рии движения подачи обрабатывающих инструментов. Обеспечение необ- ходимой шероховатости поверхности рассмотрено ранее в общем курсе технологии машиностроения. 21 Базирование (ГОСТ 21495-76) – это придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. База – поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание по- верхностей или точек, принадлежащих заготовке или изделию и исполь- зуемых для базирования. Базы располагаются на предмете труда (заготовке, сборочной едини- це, изделии), они взаимодействуют с опорами, которые находятся на обо- рудовании, приспособлении или средстве измерений. Базы обеспечивают требуемое положение заготовки относительно выбранной системы координат. Это достигается наложением геометриче- ских или кинематических двухсторонних связей 1 – 6 (рис. 1.2). При нало- жении таких связей тело лишается шести степеней свободы и таким обра- зом становится неподвижным в системе OXYZ. Связи 1, 2, 3 лишают пе- ремещения вдоль оси OZ и вращения вокруг осей ОХ и OY. Связи 4, 5 ли- шают перемещения вдоль оси OY и вращения вокруг оси OZ. Связь 6 ли- шает перемещения вдоль оси ОХ. Рис. 1.2. Теоретическая схема базирования: XYZ – система координат, 1 – 6 – двухсторонние связи Базирование необходимо для всех стадий создания изделия: конст- руирования, изготовления, измерения, а также для рассмотрения изделия в сборе. Поэтому базы подразделяют по назначению на три вида: конструк- торские, технологические и измерительные. Комплект баз – совокупность трех баз, образующих систему коор- динат заготовки или изделия. О 22 Конструкторская база – база, используемая для определения поло- жения детали или сборочной единицы в изделии. Конструкторские базы подразделяют на основные и вспомогательные. Основная база – конструкторская база, принадлежащая данной дета- ли или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии. Пример основной базы приведен на рис. 1.3. Рис. 1.3. Основная база: I – поверхность отверстия; II – торец; III – боковая по- верхность шпоночного паза Вспомогательная база (рис. 1.4) – конструкторская база, принадле- жащая данной детали или сборочной единице и используемая для опреде- ления положения присоединяемого к ней изделия. Рис. 1.4. Вспомогательная база: I, II и III – разные виды вспомогательных баз вала со шпонкой. Технологическая база – это база, используемая для определения по- ложения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта. От обоснованного выбора технологических баз зависят правильность расположения контура детали в заготовке, точность взаимного расположе- ния поверхностей в обработанной детали, сложность приспособлений и производительность обработки (рис. 1.5). В данном случае вал опирается А - А I III II III I II 23 наружной поверхностью на призму и для предотвращения смещения на не- го действует сила прижима Q, направленная к оси заготовки. Рис. 1.5. Схема фрезерования шпоночного паза: I – технологическая база вала; 1 – призма (элемент приспособления к фрезерному станку); 2 – шпоночная фреза; 3 – заго- товка вала со шпоночным пазом; D r – главное движение резания; D s – движение подачи Измерительная база – база, используемая для определения относи- тельного положения заготовки или изделия и средств измерения. От изме- рительных баз производят отсчет размеров при обработке или измерении, а также при проверке параметров расположения. Пример измерения парал- лельности поверхностей приведен на рис. 1.6. Рис. 1.6. Схема измерения параллельности поверхностей: А – измерительная база детали; 1 – индикаторная стойка, 2 – изделие, 3 – индикатор (средство измерения) В зависимости от количества и видов лишаемых степеней свободы базы делятся на установочные, направляющие и опорные (рис. 1.7), двой- ные направляющие и двойные опорные. 24 Рис. 1.7. Технологические базы: I – установочная база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси ОZ и поворотов вокруг осей ОX и ОY; II – направляющая база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси ОY и поворота вокруг оси ОZ; III – опорная база заготовки, лишающая ее перемещения вдоль оси ОX; 1 – заготовка, 2 – опоры Установочная база лишает заготовку трех степеней свободы – пе- ремещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух дру- гих осей. Направляющая база лишает заготовку двух степеней свободы – пе- ремещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси. Опорная база лишает заготовку перемещения вдоль одной коорди- натной оси или поворота вокруг оси. Двойная направляющая база лишает заготовку четырех степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов во- круг этих осей (рис. 1.8). Рис. 1.8. Двойная направляющая база I, лишающая перемещений заготовки вдоль осей ОY и ОZ и поворотов вокруг осей ОY и ОZ 25 Двойная опорная база лишает заготовку двух степеней свободы – пе- ремещений вдоль двух координатных осей (рис. 1.9). Рис. 1.9. Двойная опорная база I, лишающая перемещений заготовки вдоль осей ОX и ОY: 1 – заготовка; 2 – элемент приспособления Установочные базы должны иметь наибольшую площадь, направ- ляющие – наибольшую протяженность, а опорные – небольшие размеры. Установочные базы делятся по характеру проявления на явные и скрытые. Явной базой называется реальная поверхность, разметочная риска или точка пересечения рисок (рис. 1.10). Скрытой базой называется ось, воображаемая поверхность или точка. Рис. 1.10. Технологические базы: I – установочная явная база заготовки; II – направляющая скрытая база заготовки; 1…6 – опорные точки; 7 – заготовка; 8 – губки самоцентрирующих тисков 26 Смена баз – преднамеренная или случайная замена одних баз други- ми с сохранением их принадлежности к конструкторским, технологиче- ским или измерительным базам. 1.4.2. Выбор технологических баз Выбор баз для черновой обработки. Технологическая база для перво- го установа заготовки называется черновой, она обеспечивает «выкраива- ние» из нее будущей детали. При выборе этой базы решается задача рас- пределения припусков между последующими операциями обработки. Черновую базу используют один раз и в качестве нее выбирают по- верхности, остающиеся при изготовлении детали необработанными, отно- сительно которых ориентируются основные поверхности. Если с одной из обрабатываемых поверхностей необходимо снять минимальный припуск, то эту поверхность используют в качестве первой базы. Если технологической базой является сама обрабатываемая поверх- ность, то снимают наименьший припуск. При выборе баз для дальнейшей обработки учитывают принципы их совмещения и постоянства. Принцип совмещения баз заключается в том, что при назначении технологических баз выбирают поверхности, которые одновременно являются конструкторскими и измерительными базами за- готовки, а также используются в качестве баз детали при сборке изделий. Принцип постоянства баз заключается в том, что при обработке заготовки используют одни и те же технологические базы. Однако обработать заго- товку от одних баз или невозможно, или нецелесообразно. Во время этой обработки производят смену баз, т. е. обработку заготовки ведут в не- сколько установов. При решении задачи обеспечения точности взаимного расположения поверхностей сначала обеспечивают точность относительных поворотов, а затем – относительных расстояний. Вначале обеспечивают нужное взаим- ное расположение поверхностей детали, а затем – форму ее геометриче- ских элементов. Параметры расположения поверхностей детали обеспечи- вают ее ориентированием относительно движения подачи. Форму геомет- рических элементов обеспечивают ориентированием заготовки относи- тельно направления главного движения, прямолинейностью направляю- щих станка и его жесткостью. Сущность адаптивного базирования заключается в поиске необхо- димого положения обрабатываемой детали относительно траекторий ре- жущих инструментов, обеспечивающего минимальный суммарный при- пуск на обработку, и закреплении детали в таком положении. При обработ- 27 ке, например, шатунных шеек коленчатого вала производят фиксированный поворот детали относительно оси коренных шеек до получения равных по величине, но противоположных по знаку максимальных отклонений от но- минального углового расположения, по крайней мере, двух шатунных шеек. Реализация способа обеспечивает минимальный суммарный припуск при об- работке всех взаимосвязанных элементов заготовки детали. 1.4.3. Схемы базирования Схема базирования – схема расположения опорных точек на базах заготовки или изделия. Обозначение при виде спереди и сбоку опорной точки по ГОСТ 21495 1 0 6 0 5 а при виде в плане 1 0 1 0 6 0 Теоретическая схема базирования включает схему расположения на ба- зах заготовки опорных точек, позиционные связи заготовки с принятой систе- мой координат (опорные поверхности приспособлений, координатные плоско- сти станка и др.) и саму заготовку. Для приведенного выше примера теоретическая схема базирования выгля- дит следующим образом (рис. 1.11). Выделяют следующие основные виды базирования заготовок в приспособле- нии (табл. 1.1): – с использованием комплекта плоских поверхностей; – двумя плоскостями и наружной цилиндрической поверхностью; – двумя плоскостями и внутрен- ней цилиндрической поверхностью; – плоскостью и двумя цилиндри- ческими поверхностями; – коническими поверхностями. Рис. 1.11. Теоретическая схема базирования при бесцентровом шли- фовании: 1…6 – базирующие точки 5 6 1,2 3,4 3, 4 28 Таблица 1.1 Схемы установки заготовок и их теоретические схемы базирования Схема установки Теоретическая схема базирования Установка втулки на разжимной оправке Установка заготовки по плоскости и двум отверстиям Установка вала в центрах 7 – общая ось центровых отверстий Установка вала на призме А – А А А 6 3, 4 1, 2 5 6 3 1 2 4 5 6 6 3, 4 1, 2 5 7 2 3 1 29 Установка втулки на цилиндрической оправке (с зазором ) Установка вала в трехкулачковом само- центрирующем патроне Вопросы для самоконтроля 1. Какие Вы знаете виды баз, применяемые при проектировании, изготовлении и измерении изделий? 2. Какой признак положен в основу классификации технологиче- ских баз? 3. Как выбирают первую базу при изготовлении детали? 4. Обязательно ли лишать заготовку шести степеней свободы при базировании? Практическое занятие № 3 ВЫБОР БАЗ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗАГОТОВОК Цель занятия – получить практические навыки по разработке мар- шрута обработки деталей и выбору технологических баз на различных операциях механической обработки. Индивидуальное задание. По рабочему чертежу изготовленной дета- ли выбрать маршрут механической обработки. На каждой операции вы- брать технологические базы для обработки детали. Порядок выполнения задания. В процессе выполнения задания необ- ходимо ознакомится с наличием и возможностями технологического обо- рудования на предприятии, оснащением станков приспособлениями для закрепления и обработки деталей. Для выполнения задания необходимо: – изучить чертеж детали; 30 – описать порядок механической обработки различных поверхностей детали, присвоить каждой поверхности детали условное обозначение, опи- сать назначение основных поверхностей детали, выявить влияние точности взаимного расположения и формы, размеров, шероховатости поверхностей детали; – назначить технологическое оборудование и оснастку для обработ- ки основных поверхностей; – определить технологические базы для обработки основных по- верхностей на выбранном оборудовании; – привести свои соображения относительно выбора баз для обработ- ки поверхностей детали; – разработать технологический маршрут обработки детали; – разработать чертежи детали с нанесением технологических баз на каждой операции; – оформить отчет. На чертеже необходимо привести: изображение детали, обрабаты- ваемые поверхности, технологические инструменты, описать технологиче- ские переходы, нанести теоретическую схему базирования на деталь. Содержание отчета: название и цель работы; маршрут технологиче- ской обработки; чертеж детали с нанесенными базами на каждой операции. 1.5. Механическая обработка заготовок 1.5.1. Определение механической обработки и ее виды Обработка (ГОСТ 3.1109-82) – это действие, направленное на изме- нение свойств предмета труда при выполнении технологического процесса. В зависимости от содержания процесса и вида энергии, затрачивае- мой на изменение свойств предмета труда, различают обработку механиче- скую, термическую, электрофизическую, электрохимическую и нанесение покрытий. Наибольшее применение нашла обработка первых двух видов. Механическая обработка – это обработка давлением или резанием. Обработка давлением – обработка, заключающаяся в пластическом деформировании или разделении материала заготовки (без образования стружки). Обработка резанием – обработка, заключающаяся в образовании но- вых поверхностей отделением поверхностных слоев материала с образова- нием стружки. Стружка (ГОСТ 25762-83) – деформированный и отделенный в ре- зультате обработки резанием поверхностный слой материала заготовки. 31 Лезвийная обработка – обработка резанием, осуществляемая лез- вийным инструментом. Абразивная обработка – обработка резанием, осуществляемая абра- зивным инструментом. 1.5.2. Обработка давлением Обработка заготовок давлением основана на использовании пласти- ческих свойств их материала – способности под действием внешних сил пластически деформироваться с изменением формы. При обработке давлением используют свойство пластичности – способность твердых тел изменять свою форму и размеры под действием внешних сил и сохранять их в виде остаточной деформации после снятия нагрузки. Пластическая деформация кристаллических тел проявляется в результате смещения атомных слоев по плоскостям сдвига под действием внешних сил. Чем более пластичен материал, тем больше плоскостей сдви- га образуется в его объеме при нагрузке, тем при меньших напряжениях происходит деформирование заготовки. Степень и усилие деформирования материала зависят от его химиче- ского состава и температуры нагрева, структуры, скорости деформирова- ния и схемы главных напряжений. Наибольшую пластичность имеют чистые металлы. Введение в со- став металла легирующих элементов уменьшает его способность к пласти- ческому деформированию. Неоднородность структуры и неравномерность распределения примесей также приводят к уменьшению пластичности. Пластичность материала увеличивается при его нагреве. Различают холодное и горячее деформирование в зависимости от соотношения тем- ператур процесса и рекристаллизации. При холодном деформировании температура обработки меньше температуры рекристаллизации, а при го- рячем деформировании – наоборот. Нагрев до температуры ковки уменьшает в 10...15 раз сопротивление деформи- рованию по сравнению с процессом в холодном состоянии. Нагрев заготовок из угле- родистых сталей до 350 о С снижает пластичность, а нагрев свыше 700 о С приводит к появлению окалины. Поэтому нагрев таких заготовок целесообразен в указанном от- резке температур. Чем меньше размер зерна, тем прочнее металл и ниже его пластич- ность. При этом размер зерна существенно влияет на пластичность при хо- лодном деформировании и незначительно – при горячем. Увеличение скорости деформирования приводит к снижению пла- стичности и увеличению сопротивления деформированию. Влияние фак- тора велико в условиях горячего деформирования. 32 Поле главных напряжений оказывает большое влияние на параметры деформирования. Чем больший объем заготовки нагружен сжимающими напряжениями, тем большую деформацию допускает материал без разру- шения. Максимальная деформация может быть получена при всесторон- нем неравномерном сжатии. Расчет значений технологических режимов при пластическом де- формировании заготовок, усилий и самих деформаций, а также размеров технологических устройств основан на следующих положениях: – пластическая деформирование наступает тогда, когда напряжения сдвига в материале заготовки превышают предел его текучести. Используя это положение, можно определить усилие деформирования; – пластическая деформация заготовки сопровождается упругой де- формацией, поэтому размеры заготовки в конечный момент нагружения отличаются от размеров после снятия нагрузки. Это положение необходи- мо учитывать при повышенных требованиях к размерам детали; – объем заготовки до пластического деформирования равен объему ее после снятия нагрузки. Закон постоянства объема позволяет рассчитать деформацию в нужном направлении; – если возможно перемещение какой-либо точки деформируемого материала в разных направлениях, то эта точка будет перемещаться в на- правлении наименьшего сопротивления. Если ограничить деформации за- готовки в каких-либо направлениях, то она будет деформироваться в том направлении, в каком нет внешних препятствий. Материал заготовки деформируют посредством удара или статиче- ского давления с усилием, при котором возникают напряжения, превы- шающие предел текучести. Исходные заготовки для обработки давлением – это слитки и прокат. Обработка давлением обеспечивает высокую производительность, улучшенные свойства металла, получение в ряде случаев деталей без дальнейшей обработки и малую массу отходов. Эта обработка изменяет как форму заготовок, так и структуру металла, а, следовательно, повыша- ет его физико-механические свойства. Упрочнение металла при обработке давлением позволяет уменьшить размеры поперечных сечений деталей и массу машин. Основные виды обработки металла давлением: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка объемная и листовая. Прокатка заключается в пропускании металла в зазор (который меньше толщины заготовки) между вращающимися валками. Масса слит- 33 ков достигает 25 т. Стальной прокат делят на группы: сортовой, листовой, трубный, специальный и периодический. Для прокатки применяют прокатные станы разных видов и мощно- сти, инструментом в них служат прокатные валки. Волочение – процесс протягивания обрабатываемой заготовки через отверстие, размеры которого меньше размеров сечения заготовки. При во- лочении площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, приобретая постоянное сечение по всей длине, а длина увеличивается. В качестве оборудования применяют волочильные станы с фильерами. Прессование заключается в выдавливании металла, заключенного в замкнутую полость, через отверстие меньшего сечения, чем площадь сече- ния исходного материала. Прессованием получают прутки, трубы и изде- лия сложной формы. Свободная ковка – способ обработки давлением, при котором инст- румент оказывает многократное прерывистое давление на нагретую заго- товку, в результате чего она, деформируясь, приобретает заданную форму и размеры. Основные операции ковки: осадка (высадка), вытяжка, про- шивка, гибка, закручивание, рубка и кузнечная сварка. Штамповка – процесс обработки металлов давлением в штампах. Штамповка бывает открытая (с заусенцем) и закрытая (без заусенца), объемная и листовая. Штамповка листовая делится на разделительную и формоизменяющую. |