ФГБОУВПО «Воронежский государственный

технический университет»

В.И. Корнеев Ю.С. Ткаченко

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2011

УДК 620.22

Корнеев В.И. Технологические процессы машиностроительного производства: учеб. пособие / В.И. Корнеев, Ю.С. Ткаченко. Воронеж: ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2011. 283 с.

В учебном пособии представлены разделы дисциплины «Технологические процессы машиностроительного производства», включающие вопросы по основам металловедения и термической обработки, литейному производству, обработке металлов давлением, сварочному производству и основам размерной обработки заготовок деталей машин. Издание соответствует рабочей программе дисциплины, установленной Советом ВГТУ для специальности 230104 «Системы автоматизированного проектирования».

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word XP и содержится в файле

Пособие ТПМП_2011.doc.

Табл. 2. Ил. 89. Библиогр.: 7 назв.

Научный редактор профессор В.М. Пачевский

Рецензенты:

кафедра технологии конструкционных материалов, метрологии, стандартизации и сертификации Воронежского государственного аграрного университета (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.К. Астанин); канд. техн. наук, проф. Ю.С. Скрипченко

© Корнеев В.И., Ткаченко Ю.С., 2011

© Оформление. ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2011

ВВЕДЕНИЕ

Получение, разработка новых материалов, способы их обработки являются основой современного произ­водства и во многом определяют уровнем своего развития научно-техни­ческий и экономический потенциал страны. Проектирование рацио­нальных, конкурентоспособных изделий, организация их производства не­возможны без должного технологического обеспечения и достаточного уровня знаний в области материаловедения и технологии. Последние явля­ются важнейшим показателем образованности инженера в области техники.

Создавая конструкции машин и приборов, обеспечивая на прак­тике их заданные характеристики и надежность работы с учетом экономических показателей, инженер должен уверенно владеть методами изготовления деталей машин и их сборки. Для этого он должен обладать глубокими технологическими знаниями.

Предметом курса «Технологические процессы машиностроительного производства» являются современные рациональные и распространенные в промыш­ленности прогрессивные методы формообразования заготовок и деталей машин. Содержание курса представлено на принципе единства основных, фундаментальных методов обработки конструк­ционных материалов: литья, обработки давлением, сварки и обра­ботки резанием.

Изучение технологических процессов невозможно без наличия определенной суммы знаний о строении и свойствах конструкционных материалов и методов их получения. Комплекс этих знаний обеспечивает уни­версальный подход к изучению технологии.

1. Основы металловедения

Первое определение металлов дал М. В. Ломоносов: «Металлы суть светлые тела, которые ковать можно». Кроме металлического блеска и пластичности, металлы обладают также высокой электропроводностью и теплопроводностью.

Зная строение и свойства металлов, можно на строго научной основе выбрать металлы и их сплавы для изготовления различных деталей и конструкций, установить наиболее правильные режимы различных технологических процессов термической обработки, ковки, штамповки, литья, сварки и т. д.

1.1. Кристаллические решетки металлов

Металлы — тела кристаллические, атомы которых располагаются в геометрически правильном порядке, образуя кристаллы, в отличие от аморфных тел (например, стекло, смола), атомы которых распола­гаются беспорядочно.

Располагаясь в металлах в строгом порядке, атомы в плоскости образуют атомную сетку, а в пространстве — атомно-кристаллическую решетку (рис. 1.1).

а	б	в
Рис. 1.1. Элементарные кристаллические ячейки: а — кубическая объемноцентрированная; б — кубическая гранецентрированная; в — гексагональная плотноупакованная

Типы кристаллических решеток у различных металлов различные. Наиболее часто встречаются решетки: кубическая объемноцентрированная, кубическая гранецентрированная и гексагональная.

Элементарные ячейки таких кристаллических решеток показаны на рис. 1.1. Размеры кристаллической решетки характеризуются ее парамет­рами, измеряемыми в ангстремах Å

(lÅ = 10 ^-8 см или 1Å = 0,1 нм). Параметр кубической решетки характеризуется длиной ребра куба, обозначается буквой а и лежит в пределах 2,8...6 Å (0,28...0,6 нм). Для характеристики гексагональной решетки принимают два пара­метра — сторону шестигранника а и высоту призмы с.

1.2. Реальное строение металлических кристаллов

Необходимо отметить, что не по всему объему кристалла (кристаллической ре­шетки) сохраняется такой порядок в расположении атомов (упаковка), как это было показано при описании эле­ментарных ячеек кристаллической ре­шетки.

В действительности имеется некото­рое отступление от такого идеального порядка в упаковке атомов в кристаллической решетке. Как известно, атомы находятся в колебательном движении возле узлов решетки. Чем выше температура, тем больше амплитуда этих колебаний. Хотя большинство атомов металла в данной кристаллической решетке об­ладает одинаковой (средней) энергией и колеблется при данной температуре с одинаковой амплитудой, отдельные атомы имеют энер­гию, значительно превышающую среднюю энергию.

Такие атомы имеют не только амплитуду коле­баний, большую, чем средняя, но могут вообще перемещаться из одного места в другое (из узла в междоузлие). Такой, вышедший из нормальной позиции (узла решет­ки) атом, называется дислоцирован­ным (рис. 1.2). Место, где находился такой атом, остается в решетке не­заполненным и называется ва­кансией. Вакансии и дислоцированные атомы представляют собой точеч­ные дефекты и вызывают искажения кристаллической решетки (рис. 1.2). Они не остаются неподвиж­ными, а непрерывно перемещаются.

а б

Рис. 1.2. Искажения кристаллической решетки около

дислоцированного атома (а) и около вакансии (б)

При перемещении по кристаллической решетке вакансии могут встречаться друг с другом и объединяться с образованием пустоты (рис. 1.3, а). Скопления вакансий способны перерождаться в другой вид несовершенства кристаллического строения – так называемые дислокации (рис. 1.3, б).

а б

Рис. 1.3. Один из случаев образования дислокации

из скопления вакансий

Этот дефект является линейным, потому что распространяется в длину, существуют также и винтовые дислокации. Кроме образования из вакансий, дис­локации возникают также при образовании кристаллов и в процессе пластической деформации.

Количество и характер распределения дефектов кристаллической решетки оказывают влияние на физико-механические свойства металлов и сплавов.