Введение

В настоящем учебном издании, посвященном разделам технологии конструкционных материалов, авторы опирались на принципы курса, заложенные в учебниках проф. А. М. Дальского и других авторов. Они заключаются в единстве методов обработки конструкционных материалов: литья, сварки, обработки давлением и резанием, в их слиянии и взаимопроникновении, а также в усилении внимания к физико-химическим явлениям, характеризующим суть рассматриваемых технологий, прежде всего – к термомеханическим процессам.

Раздел I посвящен технологическим способам обработки заготовок резанием. На основе кинематического подхода даны характеристики способов лезвийной и абразивной обработки резанием, определения геометрических характеристик режущих инструментов и режима резания, деформации материала при резании.

Рассмотрено влияние схемы резания (свободного и несвободного, прямоугольного и косоугольного, стационарного и нестационарного) на технологические составляющие силы резания применительно к основным способам лезвийной обработки. Приведены теоретические и эмпирические сведения об удельных силах резания.

Методы технологической теплофизики и термомеханики использованы для определения температур в зоне стружкообразования, на передней и задней поверхностях инструмента.

Рассмотрены геометрические характеристики износа, а также дифференциальные и интегральные характеристики изнашивания режущего лезвия, выяснены связи между ними и влияние условий термомеханического нагружения режущего лезвия на его износ или пластические деформации. Рассмотрены методики определения допускаемых режимов резания по заданным рациональным температурам или по условиям достижения критериев затупления инструмента.

Приведены основные понятия, использующиеся при разработке технологических процессов обработки резанием, методика расчета заготовок и назначения межоперационных размеров деталей, а также примеры проектирования лезвийной обработки при получении заготовок.

Изучив пятый раздел, студент должен иметь представления об условиях образования сливной стружки и вытекающих из них характеристиках (усадке стружки, относительном сдвиге), о деформациях и скоростях деформации при резании, о закономерностях распространения тепла от быстродвижущихся источников, о взаимосвязи температуры и механических характеристик обрабатываемого материала, о влиянии температуры на изнашивание инструмента; знать основные понятия, определения и расчетные формулы, характеризующие способы лезвийной и абразивной обработки резанием, методики расчета сил, температур, режимов резания, выбора рациональных инструментальных материалов и назначения рациональных режимов резания, а также методики оценки точности и шероховатости обработанных поверхностей, размеров заготовок; уметь рассчитывать оптимальные размеры заготовок, выбирать и проектировать рациональные способы обработки резанием, описывать характеристики оборудования и режущих инструментов, рассчитывать на ЭВМ и выбирать по таблицам рациональные параметры режима резания, разрабатывать технологические наладки обработки резанием, обосновывать оптимальные варианты технологических процессов обработки деталей резанием.

В разделе II рассмотрены основные технологические способы обработки металлов давлением, применяющиеся в металлургическом производстве (прокатное производство, волочение и прессование) и в машиностроении (ковка и штамповка), а также основы получения деталей методом порошковой металлургии. Рассмотрение технологических способов обработки металлов давлением предваряется изложением необходимых теоретических сведений о напряжениях, деформациях, механических свойствах и нагреве заготовок. Наряду с описанием технологических характеристик рассмотрены закономерности теплообмена при обработке давлением, а также методы оценки деформаций, расчета сил, работы и мощности деформирования.

Изучив этот раздел, студент должен иметь представление о характеристиках напряженного и деформированного состояния, об изменении механических характеристик материала в зависимости температуры и других условий его деформирования, об основных схемах деформирования материалов и способах обработки давлением, о методах расчета работы и усилий деформирования, о закономерностях нагрева заготовок; знать характеристики технологических процессов и оборудования, применяющихся в металлургическом и машиностроительном производствах для получения продукции прокатного производства, волочения и прессования и заготовок с применением ковки, объемной и листовой штамповки, методы расчета энергетических затрат и усилий деформирования, основные направления повышения качества и производительности; уметь выбирать рациональные технологии и оборудование, оценивать затраты энергии и усилия деформирования, разрабатывать технологические наладки способов обработки давлением, проектировать чертежи поковок (штамповок).

Раздел III посвящен сварочному производству. Здесь приводятся сведения о технологических и физических основах сварки, об основных источниках тепловой энергии, об электрических свойствах сварочной дуги, об источниках сварочного тока. Рассмотрены схематизация и методы расчета температуры при сварке от неподвижных и от движущихся источников тепла, баланс тепловых потоков при дуговой сварке. С применением методов технологической теплофизики к расчету температуры рассмотрены основные способы термической и термомеханической сварки.

Изучив этот раздел, студент должен иметь представление о закономерностях распространения тепла от неподвижных и движущихся источников тепла, о методах расчета температуры и тепловых потоков при осуществлении различных способов сварки; знать характеристики основных технологических процессов и оборудования, применяющихся для сварки, методы расчета энергетических затрат, теплового баланса и производительности сварки, основные направления повышения качества и производительности сварки; уметь проектировать технологические наладки сварочных процессов, выбирать рациональные сварочные технологии и оценивать затраты энергии и времени.

Раздел IV посвящен получению заготовок из композиционных и полимерных материалов и методам электро-физико-химической обработки. Охарактеризованы способы получения порошков, технологии формообразования и спекания заготовок из композиционных материалов, способы формообразования и обработки полимеров в различных состояниях: вязкотекучем, эластичном и твердом. Рассмотрены современные способы электро-физико-химической обработки, водонапорной и водоабразивной струей высокого давления, получения прототипов изделий и самих изделий при использовании процессов наращивания поверхности, а также особенности получения функциональных покрытий на рабочих поверхностях изделий методами химического и физического осаждения.

Изучив этот раздел, студент должен иметь представление о методах получения и обработки заготовок из композиционных материалов и полимеров, о современных электро-физико-химических методах обработки.

Предусмотрено включение в число форм проведения занятий по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» лабораторного практикума, а также курсовой работы и домашних заданий. Решая конкретные технологические задачи, студент может более активно и целенаправленно освоить и закрепить лекционный материал.

По каждому из разделов дисциплины приведены тесты для текущего контроля знаний, ориентированные на содержание данного учебника.