Глава 1. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Высокоэффективные технологии
И оборудование
Современного машиностроительного производства
Учебное пособие
Допущено УМО АМ в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки
«Техносферная безопасность»
ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН»
Москва, 2015
Рецензенты:
Рогов В.А. – д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой
технологии машиностроения ФГБОУ ВПО РУДН;
Боровский Г.В. – к.т.н., генеральный директор ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ»
УДК 621. 01.00
ББК 17.241
М 14
Маслов А.Р., Федоров С.В.
Высокоэффективные технологии и оборудование современного машиностроительного производства. Учебное пособие. М.: ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН», 2015, 292 с.
Пособие предназначено для подготовки бакалавров технических университетов по направлению подготовки.
В пособии в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по направлению подготовки 280700.62 «Техносферная безопасность» (квалификация «бакалавр)» изложены основы технологии металлов и принципы построения технологических процессов, приведены сведения об обработке материалов резанием. Дано представление об основных технологических процессах и оборудовании таких современных технологических процессов, как электрохимическая, электроэрозионная, плазменная, лазерная и гидроабразивная обработки. Приведены сведения об экономической эффективности и критериях выбора оптимального технологического процесса.
© Маслов А.Р., Федоров С.В., 2015
© ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН», 2015
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение………………………………………………………………………..…………..5
Глава 1.ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ….…………………………………………………. ……………..…..….. 7
1.1. Терминология, основные понятия………………………….………………..……7
1.2. Качество изделий……………………………………………………………...…... 9
1.3. Выбор исходной заготовки и обоснование методов её изготовления ………..14
1.4. Классификация основных методов изготовления деталей………………..….. 22
Глава. 2. СОВРЕМЕННЫЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ……………………………………………………………………………..25
2.1 Чугуны и стали ………………………………………………………………………..25
2.2 Цветные металлы ……………………………………………………………………..30
2.3 Металлы и сплавы с особыми свойствами ………………………………………….36
2/4 Инструментальные материалы ……………………………………………………...39
2.5 Керамические и композиционные материалы ……………………………………..43
2.6 Полимерные материалы ………………………...........................................................45
Глава. 3. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК……………………48
3.1. Способы получения заготовок…………………………………………….………… 48
3.2. Литье…………………………………………………………………………….……. 50
3.3. Ковка и штамповка…………………………………………………………….……. 67
3.4. Резка проката……………………………………………………………………….… 81
Глава. 4.ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙРЕЗАНИЕМ…………………………….………….84
4.1. Основные способы обработки деталей резанием…………………………….……. 84
4.2. Черновые и чистовые операции………………………………………………….…. 84
4.3. Инструмент. Классификация. Физические основы. .……………………………... 85
4.4. Обработка коррозионностойких и жаростойких сталей,
титановых и жаропрочных сплавов……………………………………………………...104
4.5. Методы нанесения износостойких покрытий на инструмент ……..……………....107
Глава 5.ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ………………………………………………………………………………112
5.1. Основные понятия. Классификация………………………………………………...112
5.3. Электроэрозионная обработка (ЭЭО)……………………………………………….115
5.2. Электрохимическая обработка (ЭХО)………………………………………………129
5.4. Ультразвуковая обработка ……………………………………………………..........150
5.5. Магнитноимпульсное формообразование ………………………………………….162
Глава 6.ФИЗИЧЕСКИЕОСНОВЫ, ИНСТРУМЕНТ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ ВИДОВ ОБРАБОТКИ…………………………………………….170
6.1. Плазменная обработка………………………………………………………………..170
6.2. Электронно-лучевая обработка……………………...................................................184
6.3. Лазерная обработка……………………………………………………………...……192
6.4. Гидроабразивная резка ……...…………………………………………………...…..210
Глава 7. ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА………………………………..…..227
7.1. Эксплуатационные свойства деталей……….………………………………..….227
7.2. Контроль качества деталей…… …………………….................................................246
7.3. Эффективность изготовления детали……………………………………….…...255
7.4. Выбор технологического процесса.………………………………….......………277
Заключение…………………………………………………………………………...……290
Библиографический список………………………………………………………...…….291
ВВЕДЕНИЕ
Пособие предназначено для изучения высокоэффективных технологий и оборудования современных машиностроительных производств, предназначенных для решения широкого круга задач – от массового выпуска машин до создания уникальных космических аппаратов.
Технология машиностроения определяет качество изделий: станков и прессов, турбин и электродвигателей, тракторов и комбайнов, поездов и кораблей, вертолетов, самолетов и современного оружия. Оптимальная технология, высокоэффективные материалы деталей, станки и инструменты, средства автоматизации и управления производством позволяют, в конечном счете, создавать необходимые человеку машины и приборы.
Основным направлением развития технологий машиностроения на современном этапе является повышение качества изделий и эффективности производства во всех его отраслях.
В связи с этим основными технологическими задачами являются изготовление деталей в строгом соответствии с технической документацией и разработка новых оптимизированных технологических процессов.
Технологический процесс представляет собой совокупность технологических операций над однородными изделиями (заготовками) с указанием их последовательности выполнения.
Частью технологического процесса является технологическая операция, выполняемой на одном рабочем месте (то есть на одном станке). Технологическая операция включает в себя установки, переходы и проходы. Установкой называют каждое изменение положения заготовки на металлорежущем станке, переходом — получение каждой новой поверхности одним режущим инструментом, проходом — часть перехода, за который снимается один слой материала заготовки.
В системе подготовки производства проектирование технологических процессов занимает важное место. Разработка технологического процесса изготовления изделия представляет собой решение сложной комплексной задачи, охватывающей процессы сборки изделия и изготовления деталей, входящих в ее состав.
Последовательность разработки технологического процесса изготовления изделия в целом, как решение прямой проектной задачи, направлена от конечного результата, то есть от изделия в сборе к изготовлению отдельных его деталей. Необходимость такой последовательности обусловлена тем, что построение деталей подчинено процессу сборки изделия в целом. Задачей каждого технологического процесса является изготовление изделий, отвечающих их служебному назначению.
Технологический процесс разрабатывается при проектировании новых и реконструкции существующих заводов, а также при организации производства новых объектов на действующих заводах. Кроме того, в связи с текущими конструкторскими усовершенствованиями объектов производства и необходимостью систематического использования новейших достижений науки и техники, корректируют или разрабатывают новые технологические процессы на действующих заводах.
При проектировании новых и реконструкции существующих заводов, разработанные технологические процессы являются основой всего проекта. Они определяют потребные оборудование, рабочую силу, производственные площади, технологическую оснастку (приспособлении и инструмент), материалы, энергетику, транспортные средства и другие. Аналогичное назначение у технологических процессов при постановке производства новых объектов на действующем заводе. При этом выделяют возможность использования имеющегося и необходимость приобретения нового технологического оборудования и оснастки.
Глава 1. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Терминология, основные понятия
Деталью называют изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Конструктивная форма детали образуется сочетанием объемов материала, ограниченных простыми геометрическими поверхностями - плоскостями, цилиндрами, конусами, сферами и т.д.
Cвойства деталей условно можно разделить на 5 основных, несводимых друг к другу категорий, которые универсальны и могут быть оценены с единых позиций. К таким свойствам относятся: свойства материалов, форма, размеры, точность, свойства поверхности (шероховатость). Эти свойства определяются служебным назначением детали.
Под служебным назначением детали понимают максимально уточненную и четко сформулированную задачу, для решения которой в сборочной единице предназначена деталь. Для выявления и описания служебного назначения детали полезно, а иногда необходимо, иметь чертеж сборочной единицы, в которую рассматриваемая деталь входит. Уяснение служебного назначения детали позволяет выявить функциональное назначение поверхностей деталей и провести анализ их размерного описания.
Методически выявление функционального назначения поверхностей детали и анализ их размерного описания эту работу технолога осуществляют следующим образом:
Выявление исполнительных поверхностей детали и их размерного описания.
Исполнительными поверхностями изделия называют те поверхности составляющих её деталей, которыми она выполняет своё служебное назначение. Такие поверхности имеют детали, являющиеся кинематическими звеньями, такие как шестерни, червяки, звездочки, шкивы и т.д. Этими поверхностями деталь передает (получает) движение и нагрузку. Для исполнительных поверхностей необходимо уяснить и описать условия их работы – характер взаимодействия с поверхностями работающих с ними в паре деталей (характер нагрузки, наличие трения скольжения, качения и т.д.
Свободные поверхности предназначены для ограничения материала, объединяющего в одно целое первые три группы поверхностей (см. рис. 1.1,а). Они не сопрягаются с поверхностями других деталей, как правило, к их точности предъявляются невысокие требования.
При изготовлении детали технолог должен воспроизвести в заданном материале конструктивную форму, описанную совокупностью размеров, которые, с точки зрения описания, могут быть разделены на три группы:
- размеры и технические требования к форме и качеству каждой отдельно взятой поверхности (допустимые погрешности формы, шероховатость, особые требования к качеству поверхностного слоя материала);
- размеры и технические требования взаимного расположения поверхностей одного функционального назначения, например, диаметр D делительной окружности (см. рис. 1.1);
- размеры и технические требования взаимного расположения поверхностей разного функционального назначения (например, несоосность е делительного цилиндра и базового отверстия шестерни на рис. 1.1,а).