Методические указания и примеры

Методические указания и контрольные задания к выполнению контрольной работы

по дисциплине

Технологическое обеспечение качества

г. Егорьевск 2016

Составитель: В.А. Макаров, старший преподаватель кафедры технологии, оборудования и автоматизации машиностроительных производств (ТО и АМП)

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» профиль «Технология машиностроения» заочной формы обучения, дисциплина «Технологическое обеспечение качества».

Методические указания обсуждены и одобрены на заседании учебно-методической группы кафедры технологии, оборудования и автоматизации машиностроительных производств

(протокол № 7 от 11.04.16 г.)

Председатель УМГ П.С. Белов

В соответствии с учебным планом направления 15.03.05 студент заочной формы обучения при изучении курса дисциплины «Технологическое обеспечение качества» для формирования практических навыков и умений должен выполнить контрольную работу, которая является одной из форм самостоятельной работы студентов. Контрольная работа – один из основных элементов учебного процесса. Подготовка к выполнению и само выполнение работы способствует углублению теоретических знаний будущего специалиста, формирует умение пользоваться специальной и справочной литературой.

Выполнение работы следует начинать с подбора соответствующей литературы. Работа должна быть оформлена в соответствии с общеустановленными нормами и правилами, предъявляемыми к выполнению контрольных работ.

Контрольная работа должна состоять из следующих составных частей:

- титульный лист;

- последовательное изложение решения задач в соответствии с заданием на контрольную работу.

Контрольная работа состоит из 9 задач. Задания выполняются по вариантам по указанию преподавателя. Общий объем работы 4-6 страниц.

Методические указания и примеры

Наружный слой детали, имеющий макро- и микроотклонения идеальной геометрической формы и измененные физико-химические свойства по сравнению со свойствами основного материала, называют поверхностным слоем. Он формируется при изготовлении и эксплуатации и по глубине может составлять от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров. Поверхностный слой характеризуется геометрическими характеристиками и физико-химическими свойствами.

Под геометрическими характеристиками понимают макроотклонения, волнистость, шероховатость и субшероховатость. Что касается физико-химических свойств поверхностного слоя, то для прикладных задач в настоящее время используют ряд параметров, оценивающих состояние металла и размеры различных зон. Это связано с преобладающим влиянием этой части поверхностного слоя на эксплуатационные показатели деталей машин, а также с тем, что суммарная толщина зон 1, 2 и 3, как правило, на несколько порядков меньше зоны 4 (рис. 1).

Рис. 1 - Схема поверхностного слоя детали:

1 - адсорбированная зона; 2 - зона оксидов; 3 - граничная зона;

4 - зона металла с измененной твердостью, структурой,

фазовым и химическим составом; 5 - основной металл

1.1 Шероховатость поверхности

Параметры шероховатости поверхности для различных условий обработки можно определять по эмпирическим зависимостям, достоверность которых ограничивается областью факторного пространства, исследованного в процессе эксперимента.

Так, при чистовой обработке среднеуглеродистых сталей точением резцами марки Т15К6 среднее арифметическое отклонение профиля Rа можно определить по следующей формуле:

Ra = , мкм, (1)

где t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об;

φ, φ₁ - главный и вспомогательный углы в плане, град.;

V - скорость резания, м/мин;

r - радиус при вершине резца, мм;

HB - твердость по Бринеллю.

При алмазном точении резцами из композита 01 закаленных сталей

Ra = , мкм, (2)

где Raпр - предварительная шероховатость, мкм;

γ - передний угол резца, град.;

ρ_кр - радиус скругления главной режущей кромки, мм.

Приведенные зависимости позволяют прогнозировать ожидаемую шероховатость поверхности и определять элементы режима обработки и геометрические параметры инструментов по заданным значениям шероховатости.

Пример 1. Определить ожидаемую шероховатость поверхности при точении среднеуглеродистой стали твердостью НВ = 180 резцом из Т15К6 с геометрическими параметрами: φ = 60°, φ₁ = 30°, r = 0,8мм и режимами резания: t = 1,2мм, S = 0,12мм/об, V = 80 м/мин.

Решение. Подставляя исходные данные в формулу (1), получим

Ra = 3,65мкм

Пример 2. Определить требуемую подачу при чистовом точении среднеуглеродистой стали резцами Т15К6 при условии обеспечения шероховатости поверхности Rа - 3мкм. Условия обработки: t = 1мм, V = 100м/мин, φ = 60°, φ₁ = 30°, r = 1мм, HB = 200.

Решение. Из формулы (1) определим S:

S = (3)

Подставляя исходные данные, получим S = 0,13 мм/об.

1.2 Наклеп поверхностного слоя

Из физико-химических параметров наибольшее практическое применение нашли параметры, характеризующие наклеп поверхностного слоя, так как они оказывают существенное влияние на многие эксплуатационные свойства. Наклеп поверхностного слоя оценивают, как правило, двумя количественными показателями: глубиной h_н (мкм) и степенью наклепа U_н(%), которая определяется как

U_н = 100, (4)

где Н_μ0 и Н_μисх- соответственно поверхностная и исходная микротвердость материала.

Характеризовать наклеп поверхностного слоя можно и более простым параметром - коэффициентом наклепа k_н= Н_μ0/Н_μисх, который связан со степенью наклепа соотношением:

U_н = (k_н – 1)·100 (5)

Рассчитывать указанные параметры можно с помощью как эмпирических, так и теоретических зависимостей.

Для расчета указанных параметров в случае обработки закаленных сталей различной твердости резцами из минералокерамики ВОК-60 и композита 01 могут быть использованы зависимости вида:

Y = , (6)

где Y – это k_н или h_н.

Значения коэффициентов даны в табл. 1 и 2.

Зависимость для расчета шероховатости поверхности при алмазном выглаживании:

Rа = , (7)

где Rz_исх - шероховатость поверхности после предшествующей операции, мкм;

Р - усилие выглаживания, Н;

R - радиус выглаживателя, мм;

S - подача, мм/об;

V - скорость резания, м/мин.

Значения коэффициентов приведены в табл. 3. Рекомендуется принимать: Rz_исх = 4...6мкм, V = 40...60м/мин, S = 0,06...0,08мм/об.

Таблица 1 - Значения коэффициентов в формуле (6)

Обрабаты-ваемый материал	Материал резца	Определяемый параметр	k₀	k₁	k₂	k₃	k₄
Сталь45 40…44 HRC_Э	ВОК-60	k_н	1,62	0,029	0,014	-0,044	0,032
h_н	0,14	0,16	0,14	-0,091	0,22
Композит 01	k_н	1,52	0,027	0,18	-0,041	0,028
h_н	0,154	0,147	0,015	-0,11	0,26
Сталь65Г 62…64 HRC_Э	ВОК-60	k_н	1,56	0,026	0,017	-0,038	0,029
h_н	0,57	0,028	0,04	-0,044	0,11
Композит 01	k_н	1.75	0,029	0,016	-0,04	0,031
h_н	0,62	0,031	0,037	-0,048	0,121

Таблица 2 - Значения коэффициентов в формуле (6) для условий обработки различных материалов резцами из ВОК-60

Определяемый параметр	Обрабатываемый материал	k₀	k₁	k₂	k₃	k₄
k_н	Сталь 45 нормализованная	2,76	0,122	0,092	-0,084	0,081
Сталь 45 закаленная (32...46 HRC_Э)	1,58	0,029	0,014	-0,044	0,032
Сталь 45 закаленная (52...54 HRC_Э)	1,52	0,026	0,017	-0,038	0,029
Чугун ВП4	1,41	0,031	0,020	-0,032	0,024
h_н	Сталь 45 нормализованная	0,165	0,149	0,151	-0,083	0,194
Сталь 45 закаленная (32...46 HRC_Э)	0,14	0,16	0,14	-0,091	0,22
Сталь 45 закаленная (52...54 HRC_Э)	0,057	0,058	0,04	-0,044	0,11
Чугун ВП4	0,068	0,08	0,039	-0,048	0,068

Таблица 3 - Значения коэффициентов в формуле (7)

Обрабатываемый материал	k₀	k₁	k₂	k₃	k₄	k₅
Сталь ШХ15 термообработанная	0,85	0,74	-0,38	-0,32	0,14	0,052
Латунь	0,78	0,68	-0,26	-0,41	0,08	0,063

Зависимость для расчета параметров наклепа при круглом наружном шлифовании:

Y = , (8)

где Y – это k_н или h_н;

t - глубина шлифования за рабочий ход, мм;

S_пр - продольная подача, мм/мин;

V - скорость круга, м/с;

Z - средняя зернистость круга, мкм.

Значения коэффициентов приведены в табл. 4.

Рекомендуется принимать: t = 0,003...0,005мм, V = 30...40м/с,

S = 300...500мм/мин, Z = 50...70мкм.

Таблица 4 -Значения коэффициентов в формуле (8)

Обрабатываемый материал	Материал шлифовального круга	Определяемый параметр	k₀	k₁	k₂	k₃	k₄
Сталь 45 нормализо- ванная	23А	k_н	2,39	0,2	0,09	-0,12	0,07
h_н	0,07	0,13	0,092	-0,094	0,052
Сталь65Г 62...64 HRC_Э	23А	k_н	2,28	0,17	0,07	-0,1	0,05
h_н	0,051	0,11	0,084	-0,081	0,044
Сталь65Г 62...64 HRC_Э	АСК	k_н	2,09	0,15	0,069	-0,122	0,062
h_н	0,062	0,15	0,082	-0,11	0,046

При расчете параметров состояния поверхностного слоя после обработки пластическим деформированием используют зависимость для накатывания роликом:

Р_н = 2h_н²σ_тm², (9)

где Р_н - усилие накатывания, Н, обеспечивающее глубину наклепа h_н, мм;

σ_т- предел текучести обрабатываемого материала, МПа;

m - коэффициент.

Коэффициент m рассчитывается по формуле:

m = , (10)

где R – профильный радиус ролика, мм;

R_П – половина диаметра ролика, мм;

R_Д – радиус обрабатываемой детали, мм.

Из уравнения (9) по заданному усилию Р_н определяют глубину наклепа.

При алмазном выглаживании оптимальное усилие, обеспечивающее максимальную степень наклепа, стабильность процесса и стойкость инструмента, рассчитывают по зависимости:

Р_опт = 0,13 HV , (11)

где HV - твердость обрабатываемого материала по Виккерсу;

D - диаметр обрабатываемой детали, мм;

R - радиус выглаживателя, мм.

Варианты контрольных заданий

Задача 1. Определить ожидаемую шероховатость поверхности при точении среднеуглеродистой стали резцом Т15К6.

Таблица 5 - Исходные данные к задаче 1

Вариант	t, мм	S, мм/об	V, м/мин	φ, град.	φ₁, град.	r, мм	НВ
	0,5	0,12				1,5
	0,5	0,12				1,5
	0,5	0,12				1,5
	0,5	0,08				1,5
	0,8	0,08				1,5
	1,5	0,08				2,0
	1,5	0,08				2,0
	1,5	0,08				2,0
	1,5	0.18				2,0
	0,5	0,18				2,0
	1,0	0,18				0,5
	1,0	0,18				0,5
	1,0	0,18				0,5
	1,0	0,10				0,5
	1,2	0,10				0,5
	0,8	0,10				1,2
	0,8	0,10				1,2
	0,8	0,10				1,2
	0,8	0,16				1,2
	1,5	0,16				1,2
	1,2	0,16				1,8
	1,2	0,16				1,8
	1,2	0,16				1,8
	1,2	0,14				1,8
	0,5	0,14				1,8

Задача 2. Определить требуемую подачу при чистовом точении среднеуглеродистой стали резцами T15K6.

Таблица 6- Исходные данные к задаче 2

Вариант	Rа, мкм	t, мм	V, м/мин	φ,град.	φ₁,град.	r, мм	НВ
	1,5	1,5				1,0
	1,5	1,5				1,5
	1,5	1,5				1,5
	1,5	0,5				1,5
	2,0	0,5				1,5
	2,0	0,5				1,5
	2,0	0,5				2,0
S	2,0	0,5				2.0
	2,0	1,0				2,0
	2,0	1,0				2,0
	3,0	1,0				2,0
	3,0	1,0				1,0
	3,0	1,0				0,5
	3,0	0,8				0,5
	3,0	0,8				0,5
	2,5	0,8				0,5
	2,5	0,8				2,0
	2,5	0,8				1,2
	2,5	1,2				1,2
	2,5	1,2				1,2
	1,25	1,2				1,2
	1,25	1,2				0,5
	1,25	1,2				1,8
	1,25	1,4				1,8
	1,25	1,4				1,8

Задача 3. Установить требуемый радиус при вершине r резца Т15К6 при чистовом точении среднеуглеродистой стали твердостью НВ=180.

Таблица 7 - Исходные данные к задаче 3

Вариант	Ra, мкм	t, мм	V, м/мин	φ, град.	φ₁, град.	S, мм/об
	2,0	1,5				0,16
	2,0	1,5				0,08
	2,0	1,5				0,08
	2,0	1,5				0,08
	2,0	0,5				0,08
	1,5	0,5				0,08
	1,5	0,5				0,12
	1,5	0,5				0,12
	1,5	0,5				0,12
	1,5	1,0				0,12
	1,25	1,0				0,12
	1,25	1,0				0,18
	1,25	1,0				0,18
	1,25	1,0				0,18
	1,25	0,8				0,18
	3,0	0,8				0,18
	3,0	0,8				0,10
	3,0	0,8				0,10
	3,0	0,8				0,10
	3,0	1,2				0,10
	2,5	1,2				0,10
	2,5	1,2				0,16
	2,5	1,2				0,16
	2,5	1,2				0,16
	2,5	1,4				0,16

Задача 4. Определить ожидаемую шероховатость поверхности после тонкого точения закаленной стали 45 резцами из композита. Предварительную шероховатость установить по соответствующему варианту из табл. 5.

Таблица 8 - Исходные данные к задаче 4

Вариант	S, мм/об	V, м/мин	γ, град.	r, мм	ρ_кр, мм
	0,06			0,4	0,06
	0,08			0,4	0,06
	0,08			0,5	0,06
	0,08			0,5	0,06
	0,08			0,5	0,06
	0,02			0,5	0,04
	0,02			0,5	0,04
	0,02			0,7	0,04
	0,02			0,7	0,04
	0,02		-5	0,7	0,04
	0,04		-5	0,7	0,08
	0,04		-5	0,4	0,08
	0,04		-5	0,2	0,08
	0,04		-5	0,2	0,08
	0,04			0,2	0,08
	0,06			0,2	0,02
	0,06			0,7	0,02
	0,06			0,1	0,02
	0,06			0,1	0,02
	0,06		-10	0,1	0,02
	0,08		-10	0,1	0,05
	0,08		-10	0,4	0,05
	0,08		-10	0,8	0,05
	0,08		-10	0,8	0,05
	0,08			0,8	0,05

Задача 5. Определить степень и глубину наклепа при обработке тонким точением.

Таблица 9 - Исходные данные к задаче 5

Вариант	Материал заготовки	Материал инструмента	t, мм	S, мм/об	V, м/мин	r, мм
	Сталь 45 нормализованная	ВОК-60	0,1	0,05		0,6
	Сталь 45 закал.(32…46 HRC_Э)	ВОК-60	0,1	0,05		0,6
	Сталь 45 закал.(52…54 HRC_Э)	ВОК-60	0,2	0,05		0,6
	Сталь 45 закал.(40…44 HRC_Э)	ВОК-60	0,2	0,16		0,6
	Сталь 45 закал.(40…44 HRC_Э)	Композит 01	0,2	0,16		0,6
	Сталь 65Г закаленная	Композит 01	0,3	0,16		0,4
	Чугун ВП4	ВОК-60	0,3	0,12		0,4
	Сталь 65Г закаленная	Композит 01	0,3	0,12		0,4
	Сталь 65Г закаленная	Композит 01	0,4	0,12		0,4
	Сталь 65Г закаленная	ВОК-60	0,4	0,14		0,4
	Сталь 45 нормализованная	ВОК-60	0,4	0,14		0,8
	Сталь 45 закал.(32…46 HRC_Э)	ВОК-60	0,5	0,14		0,8
	Сталь 45 закал.(40…44 HRC_Э)	ВОК-60	0,5	0,10		0,8
	Сталь 45 закал.(52…54 HRC_Э)	ВОК-60	0,2	0,10		0,8
	Сталь 45 закал.(40…44 HRC_Э)	Композит 01	0,2	0,10		0,8
	Сталь 65Г закаленная	Композит 01	0,2	0,08		1,0
	Сталь 65Г закаленная	ВОК-60	0,4	0,08		1,0
	Чугун ВП4	ВОК-60	0,4	0,13		1,0
	Сталь 65Г закаленная	Композит 01	0,4	0,13		1,0
	Сталь 65Г закаленная	ВОК-60	0,4	0,09		1,0
	Сталь 45 нормализованная	ВОК-60	0,5	0,09		1,2
	Сталь 45 закал.(32…46 HRC_Э)	ВОК-60	0,5	0,09		1,2
	Сталь 45 закал.(52…54 HRC_Э)	ВОК-60	0,5	0,12		1,2
	Сталь 45 закал.(40…44 HRC_Э)	ВОК-60	0,3	0,12		1,2
	Сталь 45 закал.(40…44 HRC_Э)	Композит 01	0,3	0,12		1,2

Задача 6. Определить предельно допустимую скорость тонкого точения закаленной стали 65Г по заданной степени наклепа U_н и условиям обработки.

Таблица 10 - Исходные данные к задаче 6

Вариант	U_н, %	Материал инструмента	t, мм	S, мм/об	r, мм
		ВОК-60	0,2	0,12	0,4
		ВОК-60	0,3	0,12	0,4
		ВОК-60	0,3	0,12	0,4
		Композит 01	0,3	0,14	0,4
		Композит 01	0,4	0,14	0,4
		Композит 01	0,4	0,16	0,6
		Композит 01	0,5	0,16	0,6
		ВОК-60	0,5	0,16	0,6
		ВОК-60	0,5	0,10	0,6
		ВОК-60	0,1	0,10	0,6
		ВОК-60	0,1	0,10	0,6
		Композит 01	0,1	0,08	0,6
		Композит 01	0,2	0,08	0,8
		Композит 01	0,2	0,16	0,8
		Композит 01	0,4	0,16	0,8
		ВОК-60	0,4	0,16	0,8
		ВОК-60	0,4	0,16	0,8
		ВОК-60	0,5	0,16	0,8
		ВОК-60	0,5	0,12	1,0
		Композит 01	0,5	0,12	1,0
		Композит 01	0,3	0,12	1,0
		Композит 01	0,3	0,05	1,0
		Композит 01	0,2	0,05	1,0
		ВОК-60	0,2	0,05	1,0
		ВОК-60	0,2	0,09	1,0

Задача 7. Определить усилие обкатывания роликом вала из нормализованной стали 45 (σ_т = 400 МПа) для получения заданной глубины наклепа h_н по условиям обработки.

Таблица 11 - Исходные данные к задаче 7

Вариант	Глубина наклепа h_н, мм	Профильный радиус ролика R, мм	Половина диаметра ролика R_П, мм	Радиус детали R_Д, мм
	0,20
	0,20
	0,20
	0,20
	0,30
	0,30
	0,30
	0,30
	0,15
	0,15
	0,15
	0,15
	0,10
	0,10
	0,10
	0,10
	0,40
	0,40
	0,40
	0,40
	0,35
	0,35
	0,35
	0,35
	0,20

Задача 8. Определить ожидаемую глубину наклепа при обкатывании латунного плунжера (σ_т = 330МПа) для заданных условий обработки.

Таблица 12 - Исходные данные к задаче 8

Вариант	Р_н, Н	R, мм	R_П, мм	R_Д, мм	Вариант	Р_н, Н	R, мм	R_П, мм	R_Д,мм

Задача 9. Рассчитать требуемое усилие при алмазном выглаживании детали из стали ШХ15, термообработанной до различной твердости для заданных условий. Определить шероховатость полученной поверхности.

Таблица 13 - Исходные данные к задаче 9

Вариант	Твердость материала HV	Диаметр детали D, мм	Радиус сферы R, мм	Вариант	Твердость материала HV	Диаметр детали D, мм	Радиус сферы R, мм
			2,0				1,0
			1,0				1,5
			1,0				1,5
			1,0				1,5
			1,5				1,0
			1,5				1,0
			1,5				1,0
			1,5				2,0
			1,5				2,0
			1,5				2,0
			1,0				2,0
			1,0				2,0
							1,5