Иванов В.П._Фруцкий В.А. Технолог процессы в машиностр. Оборудование и технология высокоэффективных процессов обработки материалов Новополоцк пгу 2009
 Скачать 3.56 Mb.
|
|
ТЕМАТИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕФЕРАТОВ 1. Роль машиностроительных предприятий в создании и обновлении парка машин; 2. Зависимость организации и оснащенности производства от объе- мов выпуска продукции и ее сложности (на примере предприятия, на кото- ром Вы проходили производственную практику); 76 3. Влияние базирования заготовок при их обработке на производи- тельность труда и качество продукции; 4. Современные способы обработки резанием; 5. Современные инструментальные материалы; 6. Термическая обработка в процессах изготовления деталей; 7. Упрочняющая термическая обработка; 8. Последовательность и особенности расчета технологического ре- жима обработки заготовок резанием; 9. Порядок разработки и оформления технологической карты в опе- рационном описании; 10. Роль технологической унификации в производстве. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СТУДЕНТАМ Студент должен знать: – типы и структуру машиностроительных предприятий; – производственный процесс предприятия и его основные техноло- гические процессы; – виды и особенности механической и термической обработки заго- товок; – технологическую документацию, применяемую на производстве; – технологическую унификацию. Студент должен уметь: – определять тип производства и разрабатывать структуру современ- ного машиностроительного предприятия и его технологическую схему; – назначать технологические базы при обработке заготовок; – выбирать технологическое оборудование для механической и тер- мической обработки заготовок; – назначать технологические режимы обработки заготовок. РЕЙТИНГОВЫЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ МАТЕРИАЛА РАЗДЕЛА После изучения введения и первого раздела студенты пишут реферат на одну из предложенных выше тем. Знания студента оценивает препода- ватель после прочтения реферата с учетом ответов на контрольные вопро- сы, приведенные в конце параграфов. Для высокой оценки необходимы свободное владение материалом, доказательство важности тем и убедительный анализ связей между струк- турой предприятия, его технологическими процессами и их режимами, с одной стороны, и результатами работы предприятия, с другой стороны. 77 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ 2.1. Содержание процесса изготовления деталей 2.1.1. Классификация деталей и их элементов Разнообразные по функциям и исполнению машины как объекты становятся однородными на уровне деталей. Анализ деталей по форме, ма- териалам, размерам и служебному назначению показывает, что они могут быть отнесены к различным типам. Для однотипных деталей разрабатыва- ют типовые технологические процессы изготовления. Каждому типу дета- лей, как правило, соответствует свой участок изготовления, работающий по типовой технологии. Этот вид унификации получил наибольшее рас- пространение в машиностроительном производстве. Разделение деталей на группы с одинаковыми признаками (класси- фикация) сокращает объем технологической и организационной подготов- ки производства путем приведения его к типовому или модульному видам как наиболее прогрессивным в техническом и экономическом отношениях. В машиностроении широко применяют классификацию деталей проф. Ф.С. Демьянюка. При классификации деталей используют различные признаки. Наи- более значимые из них: геометрическая форма детали и ее отдельных эле- ментов, масса, размеры, функции, выполняемые деталью, материал, пока- затели точности и др. В качестве классификационных признаков чаще вы- бирают виды и отношения рабочих поверхностей деталей, на которых соз- дают припуски для последующей механической обработки с сопутствую- щей термической обработкой. Работы по классификации деталей выпол- няют для конкретных ремонтных предприятий. Основные детали, например, двигателя внутреннего сгорания (рис. 2.1) могут быть сведены в следующие группы: 1. Детали с цилиндрическими внутренними единичными и групповыми поверх- ностями с параллельными и перпендикулярными осями, плоскими торцами и стыками, внутренними резьбами: блок цилиндров, крышка распределительных шестерен, голов- ка цилиндров, корпус бензонасоса, картер сцепления. 2. Детали с цилиндрическими внутренними единичными и групповыми поверх- ностями с параллельными осями, стыками, внутренними резьбами: труба впускная, крышка коробки толкателей, патрубок выпускной трубы, коллектор выпускной, кожух сцепления, картер масляный, головка бензонасоса, крышка коромысел, корпус масля- ного насоса, корпус водяного насоса, крышка масляного насоса, корпус карбюратора, крышка карбюратора, смесительная камера. 3. Детали – тела вращения с наружными соосными и несоосными цилиндриче- скими и профильными поверхностями, торцами, стыками и внутренними резьбами: вал коленчатый, вал распределительный, поршень. 78 Рис. 2.1. Поперечный разрез двигателя внутреннего сгорания: 1 – масляный на- сос; 2 – блок цилиндров; 3 – поршень с шатуном; 4 – прокладка головки цилиндров; 5 – коллектор выпускной; 6 – крышка коробки толкателей; 7 – коромысло; 8 – головка ци- линдров; 9 – штанга коромысла; 10 – фильтр очистки масла; 11 – карбюратор; 12 – ва- лик привода распределителя; 13 – труба впускная; 14 – распределитель зажигания; 15 – указатель уровня масла; 16 – свеча зажигания; 17 – защитный щиток свечей; 18 – тол- катель; 19 – щиток стартера; 20 – стартер; 21 – масляный картер; 22 – маслоприемник 4. Детали – тела вращения с наружными цилиндрическими поверхностями: поршневой палец, ось коромысел, валик водяного насоса, валик масляного насоса, плунжер масляного насоса. 79 5. Детали – тела вращения с наружными и внутренними соосными цилиндрически- ми поверхностями: гильза цилиндра, втулка клапана, корпус привода распределителя. 6. Детали – тела вращения с наружными и внутренними соосными цилиндриче- скими поверхностями, группами отверстий: шкив, маховик, ступица коленчатого вала. 7. Детали с ориентированными отверстиями, выполненными во втулках, торца- ми и стыками: шатун, стойка коромысел, коромысло. 8. Детали с цилиндрическими и сферическими поверхностями: толкатель, штанга. 9. Детали с цилиндрическими и коническими поверхностями: клапан, седло клапана. 10. Зубчатые колеса: шестерни валов коленчатого и распределительного, шес- терни масляного насоса. 11. Остальные детали: шайба упорная, храповик и др. Наибольшее количество поверхностей деталей двигателей внутреннего сгорания приходится на внутренние цилиндры (29,7 %). Наружные цилиндрические поверхности составляют 14,1 %, поверхности сложного профиля (конические и сферические) – 4,9 %. На резьбы внутренние и наружные приходится соответственно 11,6 и 1,7 % поверхно- стей. Внутренние полости трех процентов деталей должны быть герметичными. На трущиеся торцы приходится 14,9 % и на стыки – 18,2 % поверхностей. Наибольшее влияние на надежность агрегатов оказывает качество изготовления таких групп деталей: – неподвижных: станин, корпусов, картеров, гильз; – вращающихся: валов, дисков, зубчатых колес, кулачков, эксцен- триков; – движущихся поступательно: поршней, штоков, ползунов, клапанов; – участвующих в преобразовании движений: рычагов, шатунов, штанг. Около 90 % трудоемкости и себестоимости работ приходится на из- готовление приведенных групп деталей. Технологии их изготовления мо- гут быть разработаны в виде типовых. Многообразие видов объектов со- кращается при переходе от деталей к их элементам и классификации по- следних (табл. 2.1). Элементам деталей соответствуют характерные усло- вия работы и совокупность обеспечиваемых свойств. Организация процессов изготовления деталей, использующая клас- сификацию их элементов, еще больше уменьшает трудоемкость техноло- гической подготовки производства. Технологические модули изготовления одинаковых элементов разнотипных деталей составляют технологии изго- товления конкретных деталей. Ограниченное количество модульных опе- раций изготовления элементов деталей позволяет формировать неограни- ченное количество технологических процессов изготовления различных деталей. 80 Таблица 2.1 Основные элементы деталей, виды нагрузок и свойства Элементы деталей Наименова- ние Виды нагрузок Характер повреждений Определяющие свойства Стенки Удары, гидроста- тическое давле- ние, вибрации Пробоины, тре- щины Прочность, герметичность Шейки Моменты и попе- речные силы, пе- ременные по ве- личине и направ- лению Износ, усталост- ные трещины Износостойкость, расположе- ние, форма, размеры, шерохо- ватость, усталостная прочность Направ- ляющие Осевые силы Износ Износостойкость, расположе- ние, форма, размеры, шерохо- ватость Торцы тру- щиеся Осевые силы Износ Износостойкость, расположе- ние, форма, размеры, шерохо- ватость Стыки Усилие смыкания деталей Деформации Плоскостность, параметры рас- положения Бобышки с гладкими отверстиями Поперечные силы, переменные по величине и на- правлению Деформации, износ Износостойкость, расположе- ние, форма, размеры, шерохо- ватость Отверстия резьбовые Усилие затяжки, вибрации Деформации, износ, разруше- ние резьбы Расположение, форма, размеры, шероховатость Резьбы на- ружные Усилие затяжки, вибрации Деформации, износ, разруше- ние резьбы Расположение, форма, размеры, шероховатость Конические фаски Осевые силы, пе- ременные по ве- личине Износ, наклеп Износостойкость, расположе- ние, форма, размеры, шерохо- ватость Зубья Контактные на- грузки Питинговый из- нос, разрушение Износостойкость, расположе- ние, форма, размеры, шерохо- ватость, усталостная прочность Кулачки, эксцентрики Поперечные силы Износ Износостойкость, расположе- ние, форма, размеры, шерохо- ватость Шлицы Силы, нормаль- ные к поверхно- стям Износ Износостойкость, расположе- ние, форма, размеры, шерохо- ватость Упругие элементы Вибрационные нагрузки Изменение раз- меров, усталост- ные трещины, потеря жестко- сти Размеры, усталостная проч- ность, жесткость 81 2.1.2. Схема технологического маршрута изготовления детали Заготовки деталей поступают с участков заготовительного производства. Заготовка превращается в деталь в результате технологических воз- действий на нее исполнителей и средств технологического оснащения. Эти превращения связаны с изменением структуры материала (в т.ч. дислока- ционной), химического состава поверхностных слоев, внутренних напря- жений в них, а также значений геометрических параметров. Технологические воздействия на изготавливаемую деталь образуют в дальнейшем такие блоки операций: размерную и структурную стабили- зацию элементов в виде предварительной термической обработки; черно- вую обработку резанием, термическую (химико-термическую) обработку; чистовую обработку резанием; поверхностное пластическое деформирова- ние; отделку; уравновешивание; очистку от технологических загрязнений; контроль и консервацию. Качество деталей определяют следующие показатели: химический и структурный состав (следовательно, и твердость) материала поверхност- ных слоев элементов деталей, участвующих в трении; взаимное располо- жение и форма элементов; линейные и угловые размеры; шероховатость рабочих поверхностей; прочность элементов, воспринимающих статиче- ские нагрузки; усталостная (циклическая) прочность; жесткость; герме- тичность стенок; масса и ее распределение относительно осей вращения и инерции; коррозионная стойкость; чистота поверхностей. Значения этих показателей регламентированы чертежами деталей. Эти значения являются ограничениями, которые в свою очередь обеспечивают установленную долговечность агрегатов, собранных из изготовленных деталей. При выполнении технологического процесса требуемые значения параметров достигают путем последовательного уточнения применением более точных способов обработки. Уточнение ε значения отдельного гео- метрического параметра обработки определяют отношением з о з и , (2.1) где Δ и.з и Δ о.з – погрешности параметра исходной и обработанной загото- вок, соответственно. Износостойкость трущихся поверхностей обеспечивают получением необходимого состава поверхностного слоя, термической обработкой, по- верхностным пластическим деформированием и обработкой резанием. Не- обходимые химический состав материала поверхностного слоя и его структуру достигают модификацией поверхности или нанесением покры- 82 тий из соответствующих материалов в защитных или активных средах в заданных температурных условиях. Большое значение при этом имеет по- следующая термическая обработка. Вид и свойства поверхностного слоя должны быть совместимы со способом его обработки. Считалось, что качество поверхностей деталей обеспечивается на последних операциях. Однако объективно предположить, что свойства детали формируются в те- чение всего процесса ее изготовления. Но одни из них сохраняются и передаются от операции к операции, а другие не передаются. Это относится как к положительным, так и к отрицательным свойствам изготавливаемых деталей. Очередность технологических операций в процессе изготовления де- тали подчинена накапливанию и усилению необходимых свойств детали под влиянием вложенных материалов и энергии в заготовку. Перед неже- лательными свойствами ставятся технологические «барьеры». Явление технологической наследственности выражается влиянием предшествую- щих операций на конечные свойства изготавливаемых деталей. Первые операции обычно влияют на эти свойства слабее, чем заключительные. Однотипные операции (термическую и механическую обработку и др.) при обеспечении различных свойств детали объединяют в блоки опе- раций и выполняют вместе. Все технологические операции, связанные с вложением тепла в материал детали, объединяют в одной части технологи- ческого процесса и отделяют от последующих операций термической об- работкой. Эта операция после нанесения покрытия служит технологиче- ским «барьером» для внутренних напряжений, роста зерна материала и деформации детали. За взаимное расположение и форму поверхностей в наибольшей сте- пени отвечают первые операции обработки резанием, за размеры и шеро- ховатость – последние, за износостойкость – материалы, операции терми- ческой обработки, за усталостную прочность и жесткость – термические операции и поверхностное пластическое деформирование. Технологиче- ская наследственность по шероховатости поверхности, например, проявля- ется на операциях предварительной и черновой обработки, на заключи- тельных операциях копирование исходной шероховатости угасает. Пара- метры расположения и формы поверхностей наследуются значительно. При черновой механической обработке снимают основную часть операционного припуска. Если условно разделить эту операцию на две части, то вначале обеспечивают нужное взаимное расположение поверхно- стей детали, а затем – форму ее геометрических элементов. Параметры расположения поверхностей детали обеспечивают ее базированием (ори- ентированием относительно движения подачи), при этом вначале добива- 83 ются точности углового расположения поверхностей, а затем – точности расстояний. Это объясняется тем, что точность относительного поворота поверхностей обеспечивают методами взаимозаменяемости, что практиче- ски исключает возможность последующей коррекции, а точность расстоя- ний – методами регулирования, при котором возможна компенсация от- клонений. Форму геометрических элементов обеспечивают ориентирова- нием заготовки относительно направления главного движения, прямоли- нейностью направляющих станка и его жесткостью. Черновая обработка обеспечивает равномерный по толщине припуск на последующую обра- ботку. Черновая обработка обычно лезвийная, она выполняется на токар- ных, расточных, фрезерных и строгальных станках. Реже она бывает абра- зивной. Точность взаимного расположения поверхностей обеспечивают вы- бором технологических баз и ориентированием детали относительно дви- жущегося инструмента, а точность формы – жесткостью и точностью обо- рудования, выбором инструмента и режимов обработки. Взаимное распо- ложение шеек валов может быть уточнено и пластическим деформирова- нием их материала путем правки. В результате чистовой обработки достигают заданную точность раз- меров и шероховатость поверхностей, близкую к нормативной. Чистовая обработка для шеек валов – это, в большинстве случаев, абразивная обра- ботка, а для отверстий – тонкое растачивание и хонингование. Назначение отделочных операций (полирования, суперфиниширова- ния, хонингования и др.) заключается в снятии разупрочненного слоя в ре- зультате обработки резанием и обеспечении требуемой шероховатости по- верхностей. Усталостную прочность элементов, воспринимающих циклическую нагрузку, и жесткость детали обеспечивают, соответственно, поверхност- ным и объемным пластическим деформированием материала. Назначение поверхностного пластического деформирования – закрыть микротрещины и создать наклепанный слой с внутренними напряжениями сжатия. Объем- ное пластическое деформирование создает наклеп в рабочем объеме дета- ли. Пластическое деформирование реализуется механическими или термо- механическими способами. Необходимое значение массы детали и ее распределение относи- тельно осей вращения и инерции достигают установкой уравновешиваю- щих грузов необходимой массы в определенных местах детали или соот- ветствующим удалением части ее материала. 84 Герметичность стенок детали контролируют подачей в ее замкнутый объем сжатого воздуха и помещением ее в воду. Выходящие пузырьки воздуха укажут место и размер течи. Течи устраняют сваркой или пропит- кой трещин герметизирующими составами. Коррозионную стойкость детали обеспечивают нанесением защит- ных покрытий (металлических или лакокрасочных). На обработанных деталях находятся технологические загрязнения (стружка, зерна абразивного инструмента, остатки СОЖ, полировальные пасты и др.), которые способны в течение нескольких минут работы вы- звать отказ системы смазки отремонтированного агрегата или агрегата в целом. Детали, направляемые на сборку, должны быть очищены от этих загрязнений. Особое внимание уделяют очистке масляных каналов и внут- ренних полостей. Операция контроля заключается в установлении соответствия пара- метров детали требованиям технической документации (чертежа или кар- ты технического контроля). Контрольная операция оснащена средствами для измерения геометрических параметров, механических характеристик и др. По результатам контроля принимают решение о годности детали. Консервационную защиту деталей до 3…5 дней обеспечивают тех- нические моющие средства, применяемые для очистки деталей от техноло- гических загрязнений. Для более длительного хранения (это относится к деталям, предназначенным для продажи) необходима специальная консер- вация маслами, промасленной бумагой, парафиносодержащими и другими средствами. Таким образом, процесс изготовления деталей включает операции получения заготовок с припуском на обработку, термической и механиче- ской обработки, поверхностного или объемного пластического деформи- рования, обеспечения значения массы, уравновешивания, нанесения за- щитных покрытий, контроля и консервации. Технологические операции указанных типов выполняются на лю- бом машиностроительном предприятии, однако, число освоенных видов каждой операции зависит от мощности и технического уровня отдельно- го завода. |