Технология машин

Содержание

• Введение
• 1. Формирование свойств материала и размерных связей в процессе изготовления станины
• 2. Разработка технологических процессов изготовления. Отливка. Вибрация
• 3. Достижение требуемой точности деталей в процессе изготовления. Жесткость технологической системы
• 4. Задание №2
• Заключение
• Список литературы

Введение

Осуществление производственного процесса включает выполнение ряда технологических процессов изготовления деталей и сборки машины, доставку к рабочим местам технологической документации, заготовок, сборочных единиц, инструментов, технологической оснастки, складирование заготовок и продукции, контроль хода производственного процесса и управление им и прочие действия, обеспечивающие функционирование производственного процесса и изготовление качественной продукции.

Каждый этап процесса изготовления сопровождается своими информационными процессами, цели и содержание которых обусловлены спецификой решаемых задач. Однако на любом этаже при решении конкретных технологических и производственных задач ведут сбор, запрос, поиск, хранение, переработку, преобразование, передачу и использование информации.

Технологическая информация, поступающая на рабочее место, является исходной в информационном процессе, совершаемом при выполнении операции. Как выполнение любой операции, связанное с решением множества технологических задач (установка заготовки, настройка станка, наблюдение за ходом процесса обработки и управления им), так и анализ полученных результатов требует получения, преобразования, передачи и других действий над информацией.

Выполнение производственного процесса связано с решением многих производственных и технологических задач. Любая из них расчленяется на несколько действий, и каждое из них должно быть обеспечено своим информационным процессом. Информационное обеспечение задачи всегда предшествует ее решению.

Если задачу решает человек, то информационный процесс во многом оказывается скрытым и от самого человека, и от наблюдателя за его действиями. Объясняется это тем, что информационный процесс человек осуществляет в результате умственной деятельности и с помощью всех органов чувств, многие действия выполняются подсознательно, но целесообразно.

Если выполнение задачи возлагается на технические средства, то требуется расшифровка содержания, как самой задачи, так и проработка информационного процесса, обеспечивающие ее решение. Технические средства должны выполнить не только механическую, но и умственную деятельность человека.

Цель данной работы - раскрыть сущность технологического процесса изготовления станин.

Задачи:

1. изучить формирование свойств материала и размерных связей в процессе изготовления станины;

2. рассмотреть разработку технологических процессов изготовления;

3. раскрыть достижение требуемой точности деталей в процессе изготовления и жесткость технологической системы.

1. Формирование свойств материала и размерных связей в процессе изготовления станины

Для того чтобы получить качественную деталь необходимо при ее конструировании и изготовлении решить две задачи:

1. обеспечить требуемые свойства материала детали;

2. обеспечить необходимую точность размеров, расстояний, относительных поворотов и формы поверхностей детали.

Материал детали (чугун, сталь, цветной сплав, стекло, гранит и другое) выбирает конструктор исходя из служебного назначения детали, механических свойств материала, физических свойств материала, химических свойств материала, технологических свойств материала.

К механическим свойствам относятся временное сопротивление при растяжении и сжатие, предел текучести, относительное удлинение, структура остаточных напряжений и другие.

К физическим свойствам относятся удельный вес, плотность, модуль объемного сжатия, модуль Юнга, температура плавления, температура кристаллизации, теплопроводность, коэффициент линейного расширения, электрическое сопротивление.

Химические свойства материала, прежде всего, определяются его коррозионной стойкостью.

К технологическим свойствам относятся обрабатываемость резанием, обрабатываемость давлением, свариваемость, упрочняемость.

Требования к свойствам материала должны задаваться системой номинальных значений и допусками, ограничивающими отклонения показателей их номинальных значений.

На машиностроительных предприятиях детали машин изготавливают из полуфабрикатов. Полуфабрикатами в основном являются изделия металлургических предприятий: прокат; заготовки, полученные отрезкой из проката, литьем, пластическим деформированием, сваркой; металлические порошки и др.

При изготовлении детали заготовки подвергаются силовым, тепловым, химическим и другими воздействиями. Вследствие этого на каждом из этапов технологического процесса могут меняться химический состав, структура, зернистость материала заготовки, а, следовательно, механические свойства, физические свойства, химические свойства, состояние поверхностного слоя.

Таким образом, для достижения требуемых свойств материала детали необходимо учитывать следующее:

1. строить технологический процесс изготовления детали так, чтобы обеспечить необходимые свойства материала детали наряду с ее геометрической точностью;

2. исходя из требуемых свойств материала детали и с учетом изменения этих свойств в процессе изготовления, предъявить комплекс требований к материалу заготовки (например, жидкотекучесть, хорошая обрабатываемость);

3. обеспечить соблюдение требований к материалу заготовки в технологическом процессе ее изготовления (литья, ковки, штамповки отрезки).

Для того чтобы осознанно выбрать технологический процесс получения заготовки и обеспечить необходимое качество материала детали в процессе ее, изготовления, необходимо знать, как формируются свойства материала в процессе получения заготовки и в процессе изготовления детали.

Вид заготовки и способ ее получения выбирают с учетом ее последующей обработки на основе технико-экономического анализа.

На выбор заготовки влияет марка материала и конструкции детали. На выбор способа получения заготовки кроме материала и конструкции детали влияют размеры детали, требуемая точность размеров детали, качество поверхности заготовки, объем выпуска, тип производства, характер последующей механической и других видов обработки заготовки.

Разные способы получения заготовок приводят к разным свойствам их материала. Структура и размер зерен материала отливки зависит от многих факторов: количества и свойства примесей в чистом металле или легирующих элементов в сплаве, температуры разливки, скорости охлаждения при кристаллизации, конфигурации, теплопроводности, состояния внутренних поверхностей литейной формы Основы металловедения. / Под ред. Юрьева Р.М. - М.: Металлургия, 2004. - 364с..

От структуры и зернистости материала отливки зависят его механические свойства.

Свойства материала литой заготовки во многом зависит от ее конфигурации. Конструкция отливки должна создавать возможность одновременного или последовательно направленного затвердения ее частей. Нужно стремиться при проектировании к равномерным сечениям стенок или постепенному увеличению массивности стенок в предполагаемом направлении затвердения материала.

Неравномерность охлаждения различных частей отливок, сопротивление формы и стержней свободной усадки металла приводят к образованию трещин, усадочных раковин и остаточных напряжений.

Быстрое охлаждение тонких стенок приводит к «отбелу» поверхностей.

Пластическое деформирование материала, также сопровождается изменением его физико-механических свойств. При прокатке и ковке слитков металла происходит деформирование его дендритной структуры, зерна металла вытягиваются, и его механические свойства в продольном и поперечном направлениях становятся различными, что служит причиной снижения прочности заготовок и появления остаточных напряжений. При пластичном деформировании большое значение имеет температура нагревания. Нарушение теплового режима приводит к образованию трещин, крупнозернистой, дефектной структуре (перегретая сталь) и к неисправимому браку - пережогу (оплавлению и окислению металла по граница зерен). Если деформирование осуществляется без предварительного нагрева, то в металле происходит ряд явлений (возникают остаточные напряжения, разрушаются отдельные кристаллы), в результате которых деталь приобретет наклеп. Наклеп затрудняет пластическое деформирование и приводит к разрушению металла.

Для технологического процесса изготовления детали, большое значение имеет обрабатываемость материала резанием.

Обрабатываемость резанием - способность поддаваться обработке резанием, зависит, от химического состава материала заготовки, его структуры, зернистости, а также от свойств материала режущего инструмента.

К показателям обрабатываемости относятся сила резания (момент вращения) по сравнению с эталонным материалом (сталь 45); эффективная мощность, затрачиваемая на резание; склонность к наростообразованию на инструменте; интенсивность изнашивания инструмента; качество поверхностей (шероховатость, остаточное напряжение на поверхностном слое).

Значения показателей обрабатываемости конструкционного материала данного химического состава и структурного состояния определяются твердостью, пределом прочности, относительным удлинением, коэффициентом трения, свойством изнашивания лезвия инструментов, теплопроводностью и т.д.

Для уменьшения недостатков структуры материала в литых заготовках (особенно в стальных), а также в кованных и штампованных заготовках (крупнозернистого строения в результате перегрева и рано законченной ковки, наклепа, остаточного напряжения) заготовки подвергают термической обработке (отжигу и нормализации).

В результате термической обработки улучшают механические и технологические свойства материала. Формирование значения любого показателя свойств материала заготовки является случайным процессом. Поэтому неизбежные отклонения от номинальных значений необходимо ограничивать допусками. Однако назначение допусков возможно лишь с учетом тех изменений, которые свойства материала претерпевают в процессе изготовления детали Третьякова Н. В. Технология конструкционных материалов. - Иваново: ИГЭУ, 2004. - 266с..

Воздействие механической обработки на свойства материала заготовок определяется действием сил. Теплоты и химических явлений, сопровождающих процесс формирования поверхностных слоев обрабатываемых поверхностей детали.

При обработке резанием под воздействием силы в поверхностном слое материала заготовки возникают упругие и пластические деформации. Пластическое деформирование материала сопровождается его упрочнением (наклепом) и изменением его механических, физических и химических свойств.

При точении степень наклепа увеличивается с ростом сил резания. Чему способствуют увеличение глубины резания и подачи, переход от положительных передних углов резцов к отрицательным, большие радиусы закругления и затупление резцов. Но в то же время изменение режимов обработки, приводящее к увеличению количества теплоты в зоне резания, создает условия для отдыха материала и снятия наклепа с поверхностного слоя.

Общие закономерности образования наклепа характерны для точения, фрезерования, шлифования и других механических способов обработки.

Интенсивность и глубина распространения наклепа зависит также от свойств материала заготовки во взаимосвязи со скоростью резания.

В процессе механической обработки в поверхностных слоях заготовки возникают остаточные напряжения, причинами которых являются различия условий в верхних и нижних соях материала. Под воздействием режущего инструмента в поверхностном слое металла происходит пластическое деформирование. Изменения формы кристаллических зерен. Нагрев поверхностного слоя до высоких температур, структурные превращения. Эти явления могут сопровождаться изменениями в поверхностном слое плотности объема материала, переформирование кристаллических зерен, тепловыми деформациями. Изменениям состояния поверхностного слоя препятствуют нижележащие слои материала. В результате сложного взаимодействия явлений в поверхностных и нижележащих слоях материала возникают остаточные напряжения противоположных знаков (растяжение и сжатие).

Большое значение в формировании остаточных напряжений имеют химический состав материала и его склонность к структурным изменениям, пластичность, твердость. Упругость, теплопроводность и др. механические и физические свойства.

Прямое воздействие на свойства материала поверхностного слоя оказывает теплота, возникающая в зоне резания. Структурные изменения материала поверхностного слоя под воздействием теплоты могут быть различными при разных способах обработки и приводить к дефектам (прижогам, мелким трещинам и т.п.).

Температура в зоне резания влияет и на химический состав материала поверхностного слоя. Если температура нагрева поверхностного слоя превысит температуру плавления какого-либо компонента в сплаве металла, то это может привести к выгоранию легирующего компонента. Нагрев поверхностного слоя интенсифицирует окислительные процессы, происходящие в нем, и приводит к изменению его химического состава.

Основной задачей термообработки заготовок является изменение структуры и свойств их материала, направленные, чаще всего, на получение более мелкого зерна. Термической обработке подвергаются слитки, отливки, поковки, сварные соединении, заготовки, полученные из проката, а также детали, изготовленные из разнообразных металлов и сплавов.

Основными видами термической обработки заготовок из сталей являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг (нагрев дол температуры выше А_с3 на 30-50°С и охлаждение со скоростью 100-200°С/ч для углеродистых сталей и 20-70°С/ч - для легированных) заготовок из сталей проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры.

Нормализация сообщает стали более высокую прочность, чем отжиг, из-за большей скорости охлаждения ( после нагрева заготовку охлаждают на воздухе).

Закалка обеспечивает в заготовках из стали структуры наивысшей твердости (после нагрева охлаждение осуществляется погружением заготовки в воду или масло, имеющих температуру 20-25°С).

Отпуск обеспечивает большую пластичность материала и снятие остаточных напряжений. В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска: низкий (при 120-250°С), средний (при 350-450°С) и высокий (при 500-680°С).

Комбинированную термическую обработку заготовок из конструкционных сталей, состоящую из полной закалки и высокого отпуска называют улучшением.

Получение требуемых свойств материала заготовки, подвергаемой термообработке, зависит от его химического состава, степени его однородности и чистоты, наличия остаточных напряжений, формы и размеров заготовки, правильного выбора и соблюдения режимов термообработки.

Химико-термическую обработку (ХТО) применяют для поверхностного упрочнения и противодействия влиянию на поверхность агрессивных сред. Наибольшее распространение в машиностроении получили процессы: цементации, цианирования и азотирования.

Цементация представляет собой процесс обогащения поверхностного слоя (0,5-2,2 мм) низкоуглеродистой стали углеродом. Последующая закалка сообщает поверхностному слою высокую твердость (HRC 64…66) и вязкость сердцевины и повышает износостойкость и усталостную прочность детали. Цементацию осуществляют в твердом или газообразном карбюризаторе при температуре 920-1050°С. Обычно цементации подвергают не все, а лишь отдельные поверхности заготовок, поэтому нецементируемые поверхности должны быть изолированы. Существуют различные способы изолирования: омеднение, применение специальных обмазок, назначение припусков, удаляемых с заготовки после цементации до закалки. В последнем случае в технологическом процессе изготовления детали на первых этапах обрабатывают поверхности заготовки, подлежащие цементации с припуском под обработку после закалки. Остальные поверхности либо не обрабатывают, либо обрабатывают с припуском в 1,5-2 раза превышающим заданную глубину цементированного слоя. После цементации защитные и цементированные слои с этих поверхностей удаляют, и заготовку направляют на закалку, в результате которой высокую твердость приобретут только цементированные поверхности.

Цианирование, как и цементация, повышает твердость поверхностного слоя, износостойкость и усталостную прочность. Процесс насыщения поверхностного слоя материала углеродом ведут при температуре 820-950°С с применением в качестве карбюризатора цианистых соединений (жидких, газообразных, твердых).Цианирование обеспечивает большую износостойкость, чем цементация из-за содержания в поверхностном слоя азота.

Азотирование применяют для повышения твердости, износостойкости и предела выносливости деталей машин, изготавливаемых из легированных сталей и чугуна. До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску, проводят чистовую обработку заготовки, а после азотирования - отделочную обработку (тонкое шлифование, притирку, доводку и т.п.). Насыщение азотом ведут при температуре 500-600°С в муфелях или контейнерах, через которые пропускают аммиак. Азотированию подвергают лишь отдельные поверхности, все остальные защищают гальваническим лужением. Азотирование более длительный процесс, чем цементация, требующий 50-60 ч выдержки, при толщине азотированного слоя, не превышающего 0,5 мм.

Выбор материала и разработка конструкции должны вестись с учетом условий, в которых ей предстоит работать.

Основными причинами отказов деталей в работающей машине являются изнашивание, коррозия, перераспределение остаточных напряжений, приводящие к потере геометрической точности детали, а также усталостные явления в материале, и как следствие поломка детали.

Конструктор обычно указывает в чертежах марку стали, твердость, шероховатость. Но эти требования не охватывают весь комплекс показателей, определяющих эксплуатационные свойства детали.

Механические, физические и химические свойства материальной детали достигают в процессе ее изготовления через химический состав, структуру его, зернистость, структуру остаточных напряжений, качество поверхностного слоя.

Связь между двумя группами пока в полном объеме не установлена (за исключением отдельных случаев) и является на сегодня важнейшей проблемой для материаловедов и технологов.

Источниками возможных отклонений свойств материала в технологическом процессе являются:

1. Неправильный выбор исходного материала и его дефекты.

2. Выбор способа получения заготовки (не обеспечивающего требуемую структуру, механические и химические свойства материала и возможность получения нужных свойств в технологическом процессе изготовления детали).

3. Дефекты заготовки, затрагивающие свойства ее материала.

4. Несоответствие свойствам материала последовательности, способов и режимов предварительной обработки заготовок (следствием чего является структура изменения материала, остаточные напряжения, трещины).

5. Несоответствие марке материала режимов ТО и ХТО (обезуглероживание, трещины).

6. Неправильный выбор способов и режимов отделочной обработки заготовок (закалка или отпуск, перенаклеп и шелушение и т.п.).

7. Остаточное напряжение в материале стали, вызывающее ее коробление Колесов И.М. Основы технологии машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов. - М.: Машиностроение, 1997.- 592с..

2. Разработка технологических процессов изготовления. Отливка. Вибрация

Задача разработки технологического процесса изготовления детали заключается в нахождении для данных производственных условий оптимального варианта перехода от полуфабриката, поставляемого на машиностроительный завод, к готовой детали. Выбранный вариант должен обеспечивать требуемое качество детали при наименьшей ее себестоимости. Технологический процесс изготовления детали рекомендуется разрабатывать в следующей последовательности:

1. изучить по чертежам служебное назначение детали и проанализировать соответствие ему технических требований и норм точности;

2. выявить число деталей, подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменяемому чертежу, наметить вид и форму организации производственного процесса;

3. выбрать полуфабрикат, из которого должна быть изготовлена деталь;

4. выбрать технологический процесс получения заготовки, если неэкономично или физически невозможно изготовлять деталь непосредственно из полуфабриката;

5. обосновать выбор технологических баз и установить последовательность обработки поверхностей заготовки;

6. выбрать способы обработки поверхностей заготовки и установить число переходов по обработке каждой поверхности исходя из требований к качеству детали;

7. рассчитать припуски и установить межпереходные размеры и допуски на отклонения всех показателей точности детали;

8. оформить чертеж заготовки;

9. выбрать режимы обработки, обеспечивающие требуемое качество детали и производительность;

10. пронормировать технологический процесс изготовления детали;

11. сформировать операции из переходов и выбрать оборудование для их осуществления;

12. выполнить размерный анализ технологического процесса;

13. выявить необходимую технологическую оснастку для выполнения каждой операции и разработать требования, которым должен отвечать каждый вид оснастки;

14. разработать другие варианты технологического процесса изготовления детали, рассчитать их себестоимость и выбрать наиболее экономичный вариант;

15. оформить технологическую документацию;

16. разработать технические задания на конструирование нестандартного оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента.

При разработке технологического процесса изготовления детали используют чертежи сборочной единицы, в состав которой входит деталь, чертежи самой детали, сведения о количественном выпуске деталей, стандарты на полуфабрикаты и заготовки, типовые и групповые технологические процессы, технологические характеристики оборудования и инструментов, различного рода справочную литературу. Руководящие материалы, инструкции, нормативы.

Технологический процесс разрабатывают либо с привязкой к действующему, либо для создаваемого производства. В последнем случае технолог обладает большей свободой в принятии решений по построению технологического процесса и выбору средств для его осуществления.

Деталь является элементарной частью сборочной единицы. Поэтому, приступая к формулировке ее служебного назначения, необходимо изучить чертеж и служебное назначение сборочной единицы, в которую входит данная деталь.

Формулируя служебное назначение детали, необходимо не только четко сформулировать задачи, для решения которых предназначена деталь, но и описать условия, в которых деталь должна выполнять свое служебное назначение в течение всего срока службы.

Выясняя служебное назначение детали и ее роль в работе СЕ, необходимо разобраться в функциях, выполняемых ее поверхностями, которые могут быть: исполнительными, основными, вспомогательными или свободными.

Для того чтобы деталь могла экономично выполнять свое служебное назначение, она должна обладать необходимым качеством. Важнейшим и самым трудоемким при достижении показателем качества детали, как и СЕ, является ее точность. Характеризуется она рядом технических требований.

Учитывая значимость технических требований, служащих основанием для принятия важнейших решений при проектировании технологического процесса изготовления детали, необходимо каждое техническое требование проанализировать с учетом решений, принятых при разработке технологического процесса сборки СЕ, в которую входит данная деталь. Таким образом, при анализе технических требований на деталь необходимо учитывать: СН сборочной единицы, технические требования на СЕ, методы достижения требуемой точности по каждому техническому требованию на СЕ, ТП сборки СЕ.

Анализ и корректировку ТТ на деталь удобно выполнять в несколько этапов. На первом этапе анализируется и корректируется номенклатура ТТ, которая условно состоит из 2 групп. К одной группе относятся показатели, характеризующие точность каждой поверхности детали: точность размеров (длина, , высота и т.п.); точность формы (макроотклонение, волнистость, микроотклонения); твердость, покрытие и т.п.

Ко второй группе относятся показатели, характеризующие относительное расположение всех поверхностей детали (параллельность, симметричность, соосность и т.п.).

Выявленные неточные или неправильные формулировки ТТ корректируются, а недостающие ТТ формулируются заново.

На втором этапе анализируются и корректируются, в случае необходимости, численные значения всех ТТ.

Основными факторами, влияющими на решения, принимаемые на этапе выбора заготовки разработки технологического процесса изготовления детали, являются: конструкция детали, материал, служебное назначение, технические требования, программы выпуска в год (N_г) и по неизменным чертежам (N_н.ч.); тип производства, вид и форма организации производства, стоимость материала (полуфабриката), себестоимость исходной заготовки, получаемой тем или иным методом; расход материала, себестоимость изготовления детали из исходной заготовки.

Выбор исходной заготовки и метода ее получения должен обеспечивать минимальную себестоимость детали. Исходная заготовка - заготовка перед первой технологической операцией механической обработки.

Для того чтобы проще представить последовательность выбора исходной заготовки, на рис. 1 приведена схема.



Рис. 1. Схема выбора исходной заготовки

Основанием для выбора технологических баз является служебное назначение поверхностей детали и установленные между ними размерные связи.

Выбор технологических баз зависит: от технологических требований, характеризующих точность размеров, расположения и макрогеометрию поверхностей детали (за исключением случаев их обработки мерным инструментом); от возможностей существующего парка оборудования и технологической оснастки.

Выбор технологических баз выполняют в два этапа:

1. выбирают технологические базы, необходимые для получения наиболее ответственных показателей точности детали и используемые при обработке большинства поверхностей заготовки;

2. выбирают технологические базы на первой (первых) операции технологического процесса.

Выбор технологических баз для обработки большинства поверхностей заготовки определяет те поверхности, с которых необходимо начинать ее обработку. Выбор технологических баз на первой (первых) операции связан с решением двух групп задач:

- установлением связей между обрабатываемыми и остающимися необработанными поверхностями;

- распределением припусков между обрабатываемыми поверхностями.

Обычно возможны несколько вариантов. Каждый вариант базирования обеспечивает прямое (кратчайшее), т.е. наилучшее решение лишь одной задачи из всей совокупности. Поэтому нужно выбрать тот вариант, который обеспечивает все технологические требования в пределах допускаемых отклонений и менее сложен в реализации схем базирования.

Выбранный вариант базирования служит основой при определении последовательности обработки поверхностей заготовки. Вместе с тем, определяя последовательность обработки, учитывают: конструктивные особенности детали; требования к ее качеству; методы получения размеров, свойства заготовки (материал, масса, размеры, припуски на обработку); возможности оборудования, необходимость в термической обработке; организацию производственного процесса и др.

Обработку заготовки начинают обычно с подготовки технологических баз. В комплекте баз в первую очередь обрабатывают поверхность (или сочетание поверхностей), лишающую заготовку большего числа степеней свободы (установочная или двойная направляющая база). Базирование заготовки по необработанным поверхностям в направлении выдерживаемых размеров допустимо лишь один раз.

В начале технологического процесса обычно стремятся снять с заготовки наибольшие припуски с тем, чтобы создать лучшие условия для перераспределения остаточных напряжений в заготовке и вскрыть возможные дефекты на ранней стадии обработки.

Высокие требования к точности формы, размеров и относительного положения поверхностей детали заставляют вести обработку заготовки в несколько переходов. В отдельных случаях предварительную и окончательную обработку поверхности выполняют последовательно при одной установке заготовки. Чаще эти этапы разделяют, относя окончательную обработку поверхностей на конец технологического процесса. В конец технологического процесса выносят обработку легкоповреждаемых поверхностей.

На последовательность обработки поверхностей заготовки влияют термическая (ТО) и химико-термическая обработка (ХТО). Неизбежное деформирование заготовки в результате такой обработки вынуждает предусматривать в технологическом процессе предварительную и окончательную обработку и начинать последнюю с «правки» технологических баз. Поверхности, исправление которых после ТО затруднительно (например, крепежные отверстия в корпусных деталях), обрабатывают после ее выполнения. Некоторые виды ХТО усложняют процесс механической обработки. Так, при цементации, если требуется науглеродить только отдельные поверхности заготовки, остальные защищают либо омеднением, либо дополнительным припуском, удаляемым после цементации, но до закалки.

Влияет на последовательность обработки поверхностей и необходимость соблюдения очередности в образовании различных конструктивных элементов детали. Например, крепежные резьбовые отверстия нужно обрабатывать после того, как будет окончательно обработана поверхность заготовки, с которой они сопряжены. В противном случае резьбы в отверстиях будут испорчены.

Все перечисленное служит основой для разработки технологического процесса механической обработки заготовки Маталин А.А. Технология машиностроения: Учебник для вузов. Л.: Машиностроение. - 1985. - 512с.

Проектирование технологического процесса изготовления отливки включает разработку необходимой технологической документации: чертежей, расчетов, технологических карт и др. Объем технологической документации зависит от типа производства (единичное, мелкосерийное, серийное, массовое). В условиях единичного и мелкосерийного производства все технологические указания наносят непосредственно на чертеж детали. При серийном и массовом производстве на основании анализа технический условий на деталь и ее конструкции, расчетов и справочных данных разрабатывают чертеж отливки, чертежи моделей, стержневых ящиков, модельных плит и т.д.

Прежде чем приступить к проектированию технологии изготовления отливки, необходимо оценить возможности и целесообразность выполнения заказа на данном предприятии, руководствуясь техническими возможностями различных способов литья, общими принципами классификации отливок по их характерным признакам, сведениям о мощности подъемно-транспортных средств, наличии необходимого технологического оборудования, опок, материалов и др.

Технологичной называют такую конструкцию изделия или составных ее элементов (деталей, узлов, механизмов), которая обеспечивает заданные эксплуатационные свойства продукции и позволяет при данной серийности изготовлять ее с наименьшими затратами. Технологичная конструкция характеризуется простотой компоновки, совершенством форм. При наличии отклонений от указанных требований должен быть поставлен вопрос о внесении в конструкцию детали необходимых изменений.

При определении положения отливки в форме нужно руководствоваться несколькими правилами, подтвержденными многолетней практикой.

1. Наиболее ответственные рабочие части, плоские поверхности большой протяженности, места, подлежащие механической обработке, нужно, по возможности, располагать внизу; в крайнем случае - вертикально или наклонно. При вынужденном расположении обрабатываемых поверхностей вверху нужно обеспечить такие условия, при которых песчаные и газовые раковины могли бы образоваться только в удаляемых при обработке частях отливки.

2. Формы для отливок, имеющих конфигурацию тел вращения (гильзы, барабаны, шпиндели и др.) с обрабатываемыми наружными и внутренними поверхностями, лучше заливать в вертикальном положении или центробежным способом. Иногда целесообразно формовку выполнять в одном положении, а заливать форму в другом.

3. Для отливок, имеющих внутренние полости, образуемые стержнями, выбранное положение должно обеспечивать возможность проверки размеров полости формы при сборке, а также надежное крепление стержней.

4. Для предупреждения недоливов тонкие стенки отливки следует располагать в нижней части полуформы, желательно вертикально или наклонно, причем путь прохождения металла от литниковой системы до тонких стенок должен быть кратчайший.

5. Отливки из сплавов с большой усадкой располагать в положении, удобном для питания их металлом верхних или боковых отводных прибылей.

6. Формы для станин, плит и других отливок с большим числом ребер должны быть при заливке расположены так, чтобы имелась возможность направить металл вдоль стержней и выступов формы.

Важным является определение оптимального числа отливок в форме. В условия единичного и мелкосерийного производства отливок в песчаных формах желательно в форме размещать одну отливку.

Выбор поверхности разъема формы подчинен выбору положения формы при заливке. При определении поверхности разъема формы необходимо руководствоваться следующими положениями:

- форма и модель, по возможности, должны иметь одну поверхность разъема, желательно плоскую горизонтальную, удобную для изготовления и сборки формы;

- модель должна свободно извлекаться из формы;

- всю отливку, если позволяет её конструкция, нужно располагать в одной (преимущественно в нижней) полуформе в целях исключения перекоса;

- при формовке в парных опоках следует стремиться к тому, чтобы общая высота формы была минимальной Колесов И.М. Основы технологии машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов. - М.: Машиностроение, 1997.- 592с..

Технологическая система с ее упругими свойствами и процессами резания, трения, процессами, протекающими в приводах, представляют собой сложную и замкнутую динамическую систему. Ее замкнутость обусловливается связями между звеньями системы, благодаря которым всякое воздействие на систему извне или возникшее в ней воспринимается всей системой. Часты случаи, когда процесс спокойного резания нарушается, звенья системы начинают совершать колебательные движения, не предусмотренные схемой обработки. Установившиеся колебания значительной частоты, называют вибрациями.

С возникновением вибрации колеблются станок, приспособление, инструмент и заготовка, в результате на поверхности заготовки возникают волны, повышаются значения параметров шероховатости. Вибрации сопровождаются характерным шумом, снижением стойкости инструмента, и даже нарушением соединений деталей станка и приспособления. Возникновение вибраций снижают производительность процесса обработки, т.к. заставляет работать на пониженных режимах.

Различают два вида вибраций: вынужденные и автоколебания.

Причинами вынужденных вибраций обычно являются колебания, передаваемые извне; динамическая неуравновешенность быстро вращающихся деталей станка, режущего инструмента или заготовки; дефекты передач в станке; наличие зазора между деталями; прерывистый характер резания и т.п. Во всех этих случаях возникновение вибрации легко объяснимо, т.к. налицо источник вибрации.

В отличие от вынужденных колебаний автоколебания представляют собой незатухающие колебания, вызываемые переменной силой, действующей в осуществляемом процессе. Автоколебания возникают в процессе резания при определенных условиях и продолжаются пока эти условия не будут изменены или не прекратится процесс резания.

При исследовании автоколебаний используется механическая модель технологической системы.

Существуют следующие меры по повышению устойчивости технологической системы к вибрациям.

1. Повышение жесткости технологической системы - всех ее составляющих звеньев, включая заготовку. Увеличение жесткости повышает частоту собственных колебаний системы и уменьшает их амплитуду.

2. Уменьшение центробежных сил в технологической системе путем лучшей балансировки быстровращающихся деталей.

3. Выбор режимов резания, при которых обработка заготовки будет идти при отсутствии вибраций.

4. Выбор инструмента, геометрия которого повышает виброустойчивость технологической системы. С этой целью рекомендуется применять инструменты, имеющие углы в плане больше 45^o, передние углы - положительные, малый радиус при вершине, возможно малый задний угол, не работать сильно затупившимся инструментом.

5. Изоляция технологической системы от внешних воздействий в виде колебаний других станков, молотов, работающих двигателей и т.п. средствами изоляции служат виброопоры, на которые устанавливают станок.

6. Применение виброгасителей гидравлических, механических, ударного действия и т.д., поглощающих энергию колебательного движения и снижающих интенсивность вибраций Суслов А.Г.Технология машиностроения. - М.: Машиностроение. - 2004. - 400с..

3. Достижение требуемой точности деталей в процессе изготовления. Жесткость технологической системы

Статическая настройка технологической системы - первоначальное предание требуемого положения режущего инструмента относительно исполнительных поверхностей станка. Для настройки технологической системы необходимо знать рабочий настроечный размер (АР). При этом необходимо различать обработку одной детали или партии деталей.

При настройке технологической системы на обработку одной детали рабочим настроечным размером выбирается размер, находящейся в границах поля допуска, например А_ср.:

.

Рабочий стремится придерживаться безопасной границы поля допуска, смещая рабочий настроечный размер в ее сторону.

Если при настройке режущую кромку инструмента расположить на расстоянии А_р относительно технологической базы заготовки, то размер, полученный в результате обработки, будет отличаться от АР на величину размера динамической настройки системы А_д. Поэтому размер А_с (размер статической настройки) технологической системы определяется, как:

 или

в зависимости от знака.

Трудность настройки заключается в том, что заранее неизвестно отклонение (?_д) размера А_д, так как оно является случайной величиной. Поэтому до сих пор очень широко используется метод пробных проходов.

Задача настройки технологической системы для обработки партии заготовок заключается в придании такого положения щ_т относительно границ поля допуска Т, при котором можно получить наибольшее число годных деталей до поднастройки системы.

Для определения АР необходимо знать: мгновенное поле рассеяния щ_т размеров и характер совокупного воздействия систематических факторов на положение центра группирования М(х) и его смещения во времени.

Если степень влияния систематических факторов, смещающих М(х) (вверх и вниз) равноценна, то рабочим настроечным размером избирается средний размер:

Необходимость определять значения М (х) и его положения относительно А_р привела к появлению следующих методов настройки по пробным деталям.

1. Настройка с помощью универсальных измерительных средств. Универсальные измерительные средства позволяют измерить размеры деталей, составляющих группу, вычислить А_гр.ср. и определить местоположение М (х) относительно А_Р. Недостатком метода является высокая трудоемкость.

2. Настройка по жестким предельным калибрам. При использовании предельных калибров можно установить лишь находятся или нет размеры пробных деталей в пределах поля допуска.

3. Настройка по суженным предельным калибрам. При этом методе наладчик использует специальные калибры, охватывающие допуск на погрешность настройки технологической системы. В этом случае наладчик в состоянии придать требуемое положение, и качественно настроить станок.

4. Настройка по наблюдению за знаками отклонений. Наладчик использует калибр, размер которого равен А_р. Настройку начинают с получения минусового и плюсового отклонений размеров деталей от размера А_р. Настройку ведут до тех пор, пока не будут получены отклонения «--++» или «---++» или «--+++». Метод используется при изготовлении простых и дешевых деталей, так как большой расход заготовок при настройке Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения. В 2-х кн.- М.: Машиностроение, 1982..

Настройка технологической системы начинается с установки приспособлений. Для упрощения процесса установки приспособлений на исполнительных поверхностях станков делают пазы. Центрирующие пояски, посадочные гнезда и т.п., а у приспособлений - шпонки, выточки, цилиндрические или конические хвостовики и т.д.

Наиболее простым средством сокращения затрат времени на настройку станка является ранее изготовленная деталь или специальный эталон. Особенно часто этот способ применяют при обработке заготовок несколькими инструментами. Заключается он в том, что инструмент режущими кромками приводят до соприкосновения с эталоном и закрепляют.

При обработке заготовок сложного профиля, больших габаритных размеров и массы используют, для настройки, специально изготовленные габариты. Габарит представляет собой профиль детали, который изготовляют в виде отливки или сварной конструкции небольшой толщины. Рабочие поверхности защищают калеными накладными пластинками.

При изготовлении деталей простых форм иногда для настройки используют плоскопараллельные меры, которые устанавливают на специальные площадки приспособлений.

Для защиты поверхностей используются щупы или папиросная бумага. Точность настройки по эталонам и габаритам невысока (0,05--0,10 мм). Для повышения точности настройки станки снабжают специальными измерительными средствами. В большей степени точность настройки зависит от квалификации оператора.

Необходимость поднастройки возникает из-за того, что под воздействием систематических факторов точность первоначальной настройки теряется и возможно появление брака.

Поднастройка - восстановление требуемого положения режущей кромки инструмента относительно системы координат станка. Самым сложным при проведении поднастройки является определение момента поднастройки. При изготовлении деталей в больших количествах периодически берут выборку, состоящую из нескольких деталей, определяют А_гр.ср, сопоставляют с допуском и отображают на диаграмме групповых средних размеров. На диаграмме наносятся границы поля допуска на выдерживаемый размер А и контрольные границы, которые не должны переступать значения А_гр.ср размеров. Достижения значения А_гр.ср одной из контрольных границ служит сигналом для поднастройки. Технологические системы поднастраивают с использованием различных методов достижения точности.

Наибольшее применение имеют методы полной и неполной взаимозависимости регулирования и пригонки.

Методами полной и неполной взаимозависимости осуществляется поднастройка при обработке мерным инструментом (сверлом, разверткой, протяжкой и т.п.). Весь мерный инструмент взаимозаменяемый. Поднастройка сводится к замене износившегося инструмента новым.

Широко применяем метод регулировки с использованием подвижных компенсаторов. Роль подвижных компенсаторов выполняют различные устройства (подвижные суппорты, бабки и т. п).

Характерным примером метода пригонки является метод пробных проходов. Для перехода от размера заготовки А к размеру детали А₁ в процессе настройки или поднастройки выполняется несколько ходов. Припуск А₂ в данном случае является компенсатором.

При врезании режущих кромок инструмента в материал заготовки, технологическая система подпадает под воздействием сил резания, перемещающихся масс ее деталей, узлов и заготовки, а также теплоты. Под действием сил, из-за зазоров в стыках деталей технологической системы, контактного и упругого деформирования заготовка и режущий инструмент начинают перемещаться в пространстве в направлениях, не предусмотренных кинематикой процесса обработки.

Перемещение происходит до тех пор, пока силы сопротивления, создаваемые упругими свойствами материала деталей, слоями СОЖ, силами трения, силами тяжести деталей не уравновесят действие внешних сил и пока в технологической системе не создается натяг, необходимый для съема слоя материала с заготовки.

К тому же, по мере нагрева деформируются детали системы СПИД, что также приводит к изменению относительного положения, достигнутого при статической настройке. Перемещения происходят до достижения уровня теплового равновесия.

В процессе обработки заготовки равновесное состояние технологической системы непрерывно нарушается. Причинами являются: непостоянство припуска, колебание свойств материала, изменение режимов обработки, изнашивание режущего инструмента и др.

Это приводит к дополнительным перемещениям в пространстве режущей кромки инструмента и заготовки, к изменениям степени деформирования элементов технологической системы.

Отклонения, возникающие в процессе обработки заготовки, называются погрешностями динамической настройки.

Одним из мощных факторов динамического характера является сила резания Р и ее колебания. Из известных формул можно определить, что значительное влияние на силу резания оказывает глубина (t) и свойства материала заготовки, характеризуемое коэффициентом К_М. Глубина резания определяется припуском на обработку, колебания значений которого является одним из решающих факторов, влияющих на точность детали.

Отклонения припусков на обработку. Значения и колебания значений припусков зависят в основном от точности заготовок, поступающих на обработку. Причем колебания припуска наблюдаются не только у различных заготовок данного наименования, но и в пределах одной поверхности. Поэтому силы резания могут меняться не только при переходе к обработке другой заготовки, но и при обработке разных участков поверхности одной и той же заготовки. Неравномерный припуск на отдельной поверхности приводит к отклонениям формы поверхности. Колебания припусков в партии заготовок является причиной рассеяния размеров деталей. Избыточный и неравномерный припуск заставляет назначать дополнительные рабочие ходы, что ведет к снижению производительности процесса изготовления детали и повышению ее себестоимости. Необходимо стремиться к уменьшению припусков.

Отклонения свойств материала заготовок. Также как и припуски, неоднородные свойств материала заготовок влияют на точность деталей через изменения сил резания. Связь сил резания принято учитывать коэффициентом К_М, поставленным в зависимость от твердости материала. Например: для горячекатаных и отожженных сталей - К_М=1, для алюминия и силумина - К_М=2 и т. д.

Значения припусков и характеристики свойств материала в технологическом процессе изготовления детали выступают как случайные величины. Поэтому и сила резания является случайной.

Связь точности изготовления деталей с припусками и свойствами материала заготовок сводится к следующему. Значение припуска и характер свойств материала заготовок определяет значение силы резания.

Сила резания через жесткость технологической системы трансформируется в относительное упругое перемещение режущего инструмента и заготовки, являющееся основной частью щ_д.

Использование понятия эквивалентной силы объясняет непонятные явления, получившие название «отрицательной» и «бесконечной» жесткости.

Жесткость технологической системы переменна. Значения характеристик жесткости станка в статическом состоянии и во время его работы не одинаковы. Таким образом:

1. Под жесткостью СЕ и технологической системы следует понимать их способность оказывать сопротивление перемещению выбранной точки в направлении действия силы, порождающей это перемещение.

2. Жесткость следует измерять отношением:

.

3. Жесткость является случайной величиной и не может быть отрицательной или бесконечно большой.

4. Условия измерения жесткости требуют строгой регламентации - указания координат точек измерения, приложенных нагрузок, t° и т.д.

5. Величина обратная жесткости, получила название податливости:

.

это способность СЕ или технологической системы изменять относительное положение двух избранных точек под воздействием приложенной силы в направлении ее действия.

Вследствие рассеяния значений припусков и характеристик свойств материалов заготовок (например, твердости) значения силы резания будут также рассеиваться от Р_мм до Р_мG. Если при этом учесть, что значения жесткости технологической системы случайны и подлежат рассеянию от J^мм до J^мG, то, даже при стабильном рассеянии значений силы резания, значения поля щ_y рассеяния упругих перемещений и координаты ?щ_y его середины не будут оставаться постоянными.

При изготовлении в больших количествах одноименных деталей одновременно с жесткостью технологической системы, могут изменяться и значения характеристик рассеяния припусков и твердости. Такие изменения повлекут за собой изменения значений сил резания, что отразится на поле щ_y рассеяния упругих перемещений и координате ?щ_y его середины и приведет к изменению точности деталей.

Увеличение поля рассеяния значений твердости (припуска) заготовок вызовет увеличение поля рассеяния значений силы резания, которое, в свою очередь, вызовет увеличение поля рассеяния упругих перемещений и, в конечном счете, приведет к расширению мгновенного поля рассеяния размера валов.

Неравномерный припуск, снимаемый с поверхности заготовки, неоднородные свойства материала в различных частях заготовки, неодинаковая жесткость технологической системы при обработке заготовки в разных ее сечениях приводят к отклонениям формы обработанной поверхности детали. Например, удаление неравномерного припуска с поверхности заготовки вызовет отклонения формы обработанной поверхности в продольном сечении детали, в определенной мере повторяющие форму поверхности заготовки.

Повышение жесткости технологической системы является одним из средств сокращения погрешности щ_д динамической настройки и увеличения производительности обработки. Существуют следующие основные пути увеличения жесткости технологических систем.

1. Повышение собственной жесткости конструкции станков, приспособлений и режущего инструмента за счет сокращения числа звеньев в конструкторских размерных цепях, большей жесткости самих деталей и применения устройств, обеспечивающих предварительный натяг наиболее ответственных элементов технологической системы.

2. Обеспечение максимально достижимой жесткости станка, приспособлений и инструментов в процессе их изготовления. Особое внимание нужно уделять контактной жесткости поверхностей стыков деталей и качеству сборки элементов технологической системы.