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).
