Дисциплина «Технология материалов и покрытий» (тМиП) Группа м-39 Специальность 150502(121000)

Во вводной лекции рассматриваются задачи машиностроения по обеспечению народного хозяйства высококачественной продукцией, роль в этом технологических наук, роль инженерных кадров, учитывающих особенности технологических методов изготовления, сборки и экономическую целесообразность.

Предметом дисциплины ТМиП являются современные прогрессивные технологические методы формообразования заготовок и деталей машин литьём, механической обработкой резанием, давлением, сваркой и т. д.

Целью дисциплины – дать будущим специалистам знания по производству конструкционных материалов, выбору и применению методов получения и обработки заготовок деталей машин, нанесения на их поверхности покрытий, обеспечивающих требуемое качество продукции, высокую производительность труда, экономию материалов и энергосбережение, охрану труда и здоровья производителей продукции и экологическую защиту окружающей среды.

Задачи- изучить современные методы производства конструкционных материалов, получения и изготовления заготовок деталей машин, нанесения на их поверхности защитных покрытий, рассмотреть физические явления в процессе технологического воздействия на материалы и покрытия, ознакомить с принципиальными схемами типового оборудования, оснастки, инструмента и приспособлений.

При изучении дисциплины студент должен знать теоретические и технологические основы производства конструкционных материалов, основные технологические методы получения заготовок деталей машин из исходных материалов. Знать методы обработки заготовок и нанесения на поверхности деталей защитных покрытий, обеспечивающих высокие показатели качества деталей по точности размеров, геометрическим и физико-механическим характеристикам поверхностного слоя, экологические проблемы производства материалов, заготовок, деталей и способы их решения, уметь обоснованно выбрать для конкретных условий производства технологический метод, описать в общем виде технологический процесс и технические средства применительно к типовым изделиям машиностроении, приобрести практические навыки по настройке технологического оборудования, наладке приспособлений, инструмента и другой оснастки, включённых в лабораторные занятия.

Технологическая часть дисциплины содержит разделы:

1. Теоретические и технологические основы производства конструкционных материалов.

2. Производство заготовок литьём.

3. Производство заготовок пластическим деформированием.

4. Методы формообразования деталей резанием.

5. Производство неразъёмных соединений.

6. Технология нанесения покрытий.

Рассматриваются материалы, применяемые в машиностроении. Даётся их классификация. 1.По химическому составу – углеродистые, низколегированные, высоколегированные;

2. По способу производства. Группы А, Б, В, Г;

3. По применению - строительные, машиностроительные (конструкционные, общего назначения, инструментальные, специального назначения, с особыми физическими и с особыми химическими свойствами).

Приводится маркировка стали, чугуна.

Рассматривается общая характеристика литейного производства. Физические основы производства литых заготовок (отливок). Литейные формы и процессы, происходящие при их заполнении расплавленным металлом. Дефекты, происходящие при затвердевании металла в форме и способы их предупреждения. Классификация способов литья. Последовательность изготовления отливок в песчаных формах. Формовочные и стержневые смеси. Особенности технологии литья в оболочковых формах. Изготовление отливок по выплавляемым моделям, в постоянных формах: кокиль, под давлением, центробежным литьём. Назначение толщин стенок, уклонов, припусков на последующую обработку резанием при проектировании литых конструкций. Экологические проблемы и перспективы развития литейного производства.

Рассматриваются физические основы обработки конструкционных материалов резанием. Движения при резании. Деформация поверхностного слоя заготовки и стружкообразование. Характеристика режущего инструмента.. Силы резания и мощность резания. Наростообразование и вибрации.

Резание – это процесс срезания режущим инструментом с поверхностей заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаимного расположения и шероховатости поверхностей детали.

Слой металла, удаляемый с заготовки при резании, называется припуском.

Резание металлов – сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся определёнными физическими явлениями, например деформированием срезаемого слоя металла. В начальный момент процесса резания, когда движущийся резец под действием силы вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации, которые накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В прирезцовом слое материала возникает сложное упруго-напряжённое состояние. Рост пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям, т. е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Это происходит, когда возникающие напряжения превосходят прочность обрабатываемого материала. Сдвиговые деформации происходят по плоскости, называемой плоскостью сдвига.

Следовательно, резание – это процесс последовательного упругого и пластического деформирования срезаемого слоя металла, а затем его разрушения, в котором важную роль играют пластическое деформирование. Знание законов пластического деформирования и явлений, сопровождающих процесс резания, позволяет повысить качество обработанных поверхностей деталей машин.

В зависимости от обрабатываемого материала, условий резания, геометрии режущего инструмента образуется стружка, которая может быть сливная, скалывания, надлома. Стружка, образующаяся в процессе резания, подвергается деформации, проявлением которой является её усадка. Величина усадки характеризуется коэффициентом усадки.

Для снятия с заготовки слоя металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения, Эти движения обеспечиваются рабочими органами станков, в которых устанавливаются и закрепляются инструменты и заготовка. Движения рабочих органов станков бывают рабочие или движения резания, установочные и вспомогательные.

Движения резания – это движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла. К ним относят главное движение резания и движения подачи.

За главное принимают движение, определяющее скорость деформирования материала и отделение стружки. За движение подачи принимают то движение, которое обеспечивает непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть непрерывными, прерывистыми, по своему характеру вращательными, поступательными, возвратно-поступательными. Скорость главного движения обозначают через V, а величину подачи S.

Установочные движения – движения, обеспечивающие взаимное расположение инструмента и заготовки для срезания с неё слоя материала.

Вспомогательные движения – транспортирование заготовки, закрепление заготовки и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов станка и т. п.

Деформирование и срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешней силы резания, прикладываемой со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке.

В результате сопротивлении металла процессу деформирования возникают реактивные силы, действующие на режущий инструмент. Это силы упругого и пластического деформирования, векторы которых направлены перпендикулярно к передней и главной задней поверхности резца Наличие нормальных сил обусловливает возникновение сил трения, направленных по передней и главной задней поверхностям инструмента. Вся система сил приводится к равнодействующей силе, точка приложения которой находится на рабочей части главной режущей кромки инструмента.. Абсолютная величина, точка приложения и направление в пространстве равнодействующей силы под действием ряда факторов являются переменными. Поэтому для расчётов используют не равнодействующую силы резания, а её составляющие, действующие по трём взаимно перпендикулярным направлениям. Сила Рz – вертикальная составляющая силы резания действует в плоскости резания в направлении главного движения. Сила Ру – радиальная составляющая силы резания действует перпендикулярно оси заготовки. Сила Рх -

осевая составляющая силы резания действует вдоль оси заготовки параллельно направлению продольной подачи.

Эффективной мощностью называют мощность, расходуемую на процесс деформирования и срезания с заготовки слоя металла.

Тепловые явления при резании. Изнашивание режущего инструмента. Критерии затупления и период стойкости лезвийного инструмента. Скорость резания и оптимизация режима обработки.

При резании вся механическая работа превращается в тепловую энергию. Образующееся в зоне резания тепло распределяется между заготовкой, стружкой, режущим инструментом и окружающей средой. Причинами образования теплоты является упруго-пластическое деформирование в зоне стружкообразования, трение стружки о переднюю поверхность инструмента, трение задних поверхностей инструмента о заготовку. Теплообразование отрицательно влияет на процесс обработки. Нагрев инструмента вызывает структурные превращения в материале, из которого он изготовлен, снижение твёрдости инструмента, потерю его режущих способностей, изменение геометрических размеров, что влияет на точность размеров и геометрическую форму обработанных поверхностей. Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процесс резания обработку следует вести в условиях применения СОЖ.

При резании пластичных материалов (сталь, латунь) происходит явление, названное наростообразованием, когда на передней поверхности резца у режущей кромки образуется плотное скопление частиц металла. Я.Г. Усачёв впервые тщательно изучил это явление и установил, что нарост – это застой металла на передней поверхности резца. Образование нароста объясняется тем, что при высоких давлениях, значительных температурах на контакте силы трения между передней поверхностью инструмента и срезанным слоем металла становятся больше сил внутреннего сцепления, и при определённых температурных условиях металл прочно оседает на передней поверхности инструмента. Размеры и форма нароста постоянно меняются. Он периодически разрушается, уносится стружкой и обработанной поверхностью, образуется вновь.

Нарост защищает вершину резца и режущую кромку от преждевременного изнашивания. Точность и качество обработки поверхностей при наросте ухудшаются, Шероховатость поверхностей возрастает. Установлено, что интенсивность образования нароста зависит от скорости резания. Наибольшее наростообразование имеет место при скорости резания 18-30 м/мин, а при скоростях резания до 10-12 м/мин и более 50-70 м/мин нарост не образуется. Поэтому чистовую обработку выполняют на повышенных скоростях резания.

Вследствие нежёсткости элементов технологической системы всегда возникают колебания инструмента относительно заготовки, которые называют вибрациями при резании.

Вибрации снижают качество обработанной поверхности; усиливается динамический характер силы резания, а нагрузки на движущиеся детали и сборочные единицы станка возрастают в десятки раз – особенно в условиях резонанса; резко снижается стойкость инструмента. Основными мерами борьбы с вибрациями являются:

- повышение жёсткости технологической системы;

- уменьшение массы колебательных систем;

- применение виброгасителей (динамических, упругих, гидравлических;

- подбор оптимальных режимов резания и геометрии режущего инструмента.

Однако вибрации при обработке могут положительно влиять на процесс резания, в частности, если применять вибрационное резание труднообрабатываемых материалов. Сущность вибрационного резания состоит в том, что в процессе обработки создаются искусственные колебания инструмента с регулируемой частотой и заданной амплитудой в определённом направлении. Источники колебаний – механические вибраторы или высокочастотные генераторы. Частоту колебаний задают от 200 до 20000 Гц, амплитуду колебаний – от 0,02 до 0,002 мм.

Вибрации при резании бывают двух видов:

- вынужденные, когда источником колебаний является периодически действующая возмущающая сила. Возмущающими силами могут быть: неуравновешенные части станка (шкивы, зубчатые колёса, валы), дефекты в передаточных звеньях, неуравновешенность вращающегося инструмента, неравномерный припуск на обработку и другие факторы.

- автоколебания, совершающиеся без действия периодической возмущающей силы (самовозбуждаются процессом стружкообразования). Источниками автоколебаний являются изменение сил резания вследствие изменения механических свойств обрабатываемого материала, появление переменной силы резания за счёт срыва наростов, изменение сил трения на поверхностях инструмента и т. д.

Станки и инструменты для обработки резанием. Классификация металлорежущих станков. Настройка и наладка станка на обработку заготовок. Составные части и элементы лезвийных инструментов, Инструментальные материалы. Современные конструкции станков и инструмента.

Классификация металлорежущих станков.

Технологический метод обработки характеризуется типом станка, видом режущего инструмента и родом обрабатываемых поверхностей. Согласно разработанной классификации станки разделяются на 10 групп, каждая из которых разделена на 10 типов. Каждый тип имеет 10 типоразмеров. Каждому станку присвоен цифровой индекс модели.

Первая цифра модели станка означает его принадлежность к группе, вторая – тип станка. Следующие цифры указывают на одну из технических характеристик станка (высоту центров, наибольший диаметр сверления). Между цифрами или в конце их ставят буквы (А, К, М, Н и др.), которые указывают, что станок является модернизированным ( буква после первой цифры), если же буква в конце цифр – это означает модификацию основной модели станка. Например, модель 1К62 означает: станок относится к группе токарных (1), винторезный (6), высота центров 200 мм (2), модернизированный (К).

По степени универсальности станки делятся на:

1. Универсальные для обработки разных форм и размеров поверхностей деталей многих наименований (токарно-винторезные, фрезерные, сверлильные и др.).

2. Широкого назначения для выполнения определённых операций на деталях многих наименований (токарно-отрезные, многорезцовые, центровочные и т. д.).

3. Специализированные для обработки деталей одного наименования или сходной конфигурации, но разных размеров (станки для обработки коленчатых валов, труб, слитков, фланцев и т. д.).

4. Специальные для обработки одной определённой детали или одной определённой технологической операции.

По степени точности различают станки нормальной точности и станки высокоточные (прецизионные).

По степени автоматизации станки бывают: с ручным управлением рабочим циклом, полуавтоматы, автоматы и станки с программным управлением.

В зависимости от количества рабочих органов станки могут быть одношпиндельные, многошпиндельные, односуппортные, многосуппортные, одностоечные, двухстоечные и т.д.

Обработка на токарных станках. Метод точения и применяемый инструмент. Токарно-винторезные станки и приспособления для токарной обработки. Отличительные особенности револьверных и карусельных станков. Токарные автоматы и полуавтоматы.

Технологический метод формообразования поверхностей заготовок характеризуется наличием двух движений: - вращательным движением заготовки (скорость резания);

- поступательным движением режущего инструмента – резца (движение подачи).

Обрабатывают заготовки на станках токарной группы. Обрабатывают в основном наружные и внутренние поверхности, имеющие форму тел вращения, а также плоские (торцовые) поверхности. Обработка на токарных станках лишь черновая или получистовая.

На токарных станках можно выполнять точение в патроне, в центрах и на планшайбе; растачивание; торцовое точение, отрезку и подрезку; точение конусов, фасонных поверхностей; нарезание резьбы и другие виды работ с применением соответствующих инструментов и приспособлений.

Токарные резцы классифицируют по ряду признаков:

- по виду выполняемой работы резцы бывают проходные, подрезные, расточные, отрезные, резьбовые и др.;

- по форме головки резца – прямые, отогнутые, изогнутые, оттянутые;

- по направлению подачи бывают правые, левые;

- по материалу режущей части – из быстрорежущей стали, твёрдого сплава и др.;

- по конструкции режущей части резцы бывают цельные и составные.

Любой режущий инструмент состоит из двух частей, крепёжной и режущей. На режущей части различают главное режущее лезвие и вспомогательное режущее лезвие, а также поверхности: переднюю, по которой сходит стружка; главную заднюю поверхность, примыкающую к главному режущему лезвию; вспомогательную заднюю поверхность, примыкающую к вспомогательному лезвию; вершину резца.

Взаимное расположение поверхностей и режущих лезвий в пространстве определяется при помощи углов, которые и составляют геометрию резца. Различают геометрию резца в статике и в процессе резания. Рассматривается назначение углов резца.

Обработка на фрезерных станках. Метод фрезерования и типы фрез. Отличительные особенности процесса резания. Виды фрезерования. Форма зубьев инструмента и их разновидность. Фрезерные станки и приспособления.

Технологический метод формообразования поверхностей фрезерованием характеризуется главным вращательным движением инструмента и поступательным движением подачи заготовки. Особенностью процесса фрезерования является перывистость резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы находится в контакте с заготовкой и выполняет резание только на некоторой части оборота, а затем продолжает движение, не касаясь заготовки, до следующего врезания.

В зависимости от направления вращения фрезы и направления подачи заготовки фрезерование можно выполнять двумя способами:

- встречным фрезерованием (против подачи), когда направление вращения фрезы и перемещение заготовки не совпадают;

- попутным фрезерованием (по подаче), когда направление вращения фрезы совпадает с направлением перемещения заготовки.

Преимуществом встречного фрезерования является работа зубьев «из под корки».

Обработка отверстий на сверлильных станках. Характеристика процесса сверления. Применяемый инструмент – сверла. зенкеры, развёртки – универсального и специального исполнения. Типы сверлильных станков и приспособлений.

Сверление – метод получения отверстий в сплошном материале. Сверлением получают сквозные и несквозные отверстия и обрабатывают предварительно полученные с целью увеличения их размеров, повышения точности и снижения шероховатости.

Сверление осуществляют при сочетании вращательного движения инструмента вокруг оси – главного движения и поступательного его движения вдоль оси – движения подачи.

На сверлильных станках выполняют сверление, рассверливание, зенкерование, развёртывание, цекование, зенкование, нарезание резьбы и обработку сложных отверстий.

Отверстия на сверлильных станках обрабатывают свёрлами, зенкерами, развёртками.

По конструкции и назначению свёрла подразделяют на спиральные, центровые и специальные.

Строгание, долбление и протягивание поверхностей заготовок. Отличительные особенности этих процессов, используемый инструмент. Обработка на шлифовальных станках. Абразивный инструмент и процесс шлифования. Характеристика шлифовальных станков. Основные типы станков и схемы шлифования.

Технологический метод формообразования поверхностей заготовок строганием характеризуется двумя видами движений: - поступательным резца, или заготовки (скорость резания) – и прерывистым поступательным подачи, направленным перпендикулярно вектору главного движения.

Заготовки обрабатывают на поперечно-строгальных или продольно-строгальных станках.

Разновидностью строгания является долбление на долбёжных станках. На них заготовки обрабатывают при возвратно-поступательном движении режущего инструмента (долбяка), совершаемом в вертикальной плоскости и движении подачи заготовки в горизонтальной плоскости.

Процесс резания при строгании прерывистый, и удаление припуска происходит только при прямом ходе (рабочем). При обратном ходе (холостом) резец работу резания не выполняет.