Размещено на http://www.allbest.ru/

Конспект на тему:

«Технология Машиностроения»



1. Производство машин и деталей. Машина как объект производства. Точность деталей, точность машин. Технологическая характеристика типов производств

Жизнь современного человека немыслима без машин, которые оказывают ему помощь в труде, перемещают на близкие и дальние расстояния, способствуют удовлетворению его материальных и духовных запросов. Создавая машину, человек ставит перед собой следующие задачи:

- Сделать машину качественной и тем самым обеспечить экономию труда в получением производимой с ее помощью продукции;

- Затратить меньшее количество труда в процессе создания и обеспечения качества самой машины.

Процесс создания машины от формулировки ее служебного назначения до получения в готовом виде четко подразделяют на два этапа: проектирование и изготовление. Первый этап завершается разработкой конструкции машины и представлением ее в чертежах, второй - реализацией конструкции с помощью производственного процесса.

Изготовление машины начинается с момента придания исходным материалам формы, близкой к форме готовых деталей, т.е. с момента получения заготовок для деталей, а завершается сборкой и испытанием готового изделия. В процессе изготовления машины применяют многочисленные процессы обработки.

Под точностью детали понимают степень ее приближения к геометрическому правильному прототипу. Изготовить любую деталь абсолютно точно, т.е. в полном соответствии с ее геометрическим представлением, практически невозможно, поэтому за меру точности принимают величины отклонений от теоретических значений. Эти отклонения после их измерения сопоставляют с отклонениями, допускаемыми служебным назначением детали в машине.

Различие между точностью детали и точностью машин заключается только в том что у детали все показатели точности относятся к поверхностям данной детали, у машины же они относятся к исполнительным поверхностям принадлежащим различным деталям машины, связанным одна с другой, Поскольку исполнительные поверхности машины должны осуществлять относительное движение необходимое для выполнения машиной ее служебного назначения одним из основных показателей, характеризующих точность машины, является точность относительного движения исполнительных поверхностей. Под точностью относительного движения принимается максимальное приближение действительного характера движения исполнительных поверхностей к теоретическому закону движения, выбранному исходя из служебного назначения машины.

Проектирование технологических процессов изготовления деталей и машин ведется в рамках двух строгих требований:

1) неукоснительное соблюдение заданных конструктором параметров деталей и изделия в целом;

2) достижение первого требования с наименьшими затратами.

Различают точность, достигаемую при изготовлении деталей и точность машины или соединения, достигаемые при сборке. Чаще всего имеют дело с точностью геометрических параметров. Поскольку абсолютных значений показателей качества достичь невозможно, оценивают значение погрешностей параметров:

- Допустимая погрешность (разность между наибольшим и наименьшим предельным значением параметра качества, размера)

- Погрешность обработки (отклонение полученного при обработке значения геометрического параметра от заданного).

- Абсолютная погрешность (единица рассматриваемого параметра , где Хд - действительное значение, Хн - номинальное значение параметра)

- Относительная погрешность ( отношение абсолютной погрешности к заданному значению параметра)

Точность размеров различных поверхностей деталей должна соответствовать допускам ( существуют Функциональный, Конструкторский, Технологический допуски).

По назначению размеры относят к различным группам:

- Координирующие размеры (используют для определения взаимного расположения поверхностей деталей)

- Сборочные размеры ( определяют положение одних элементов машин относительно других)

- Точность форм (оценивается отклонением реальных поверхностей деталей от геометрических)

- Точность деталей (отклонение реального расположения поверхностей от номинального)

Каждому методу обработки при изготовлении деталей соответствует опр. Допустимая точность.

Технологическая характеристика типов производств:

Серийное производство - периодическое изготовление машин и их деталей или заготовок повторяющимися партиями по неизменяемым чертежам в течение продолжительного промежутка календарного времени.

Массовое производство - непрерывное изготовление машин, деталей или заготовок в больших объемах по неизменяемым чертежам продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна и та же операция. Для массового производства характерны узкая номенклатура,и, большой объем выпуска изделий.

Единичное производство - изготовление машин, Деталей и заготовок, характеризуемое малым объемом выпуска. При этом считают что, выпуск таких же машин, деталей или заготовок не повторится по неизменяемым чертежам.

Отнесение производства к тому или иному типу определяется не только объемом выпуска, но и особенностями самих изделий. Например, изготовление опытных образцов наручных часов в количестве нескольких тысяч штук будет представлять единичное производство, поскольку повторное изготовление этих же часов не предполагается, В то же время изготовление тяжелых прессов при объеме выпуска менее одной шт. в год можно считать серийным производством, если их выпуск по неизменяемым чертежам будет повторяться. Об условности подразделения производства на три типа свидетельствует и то, что обычно на одном и том же предприятии и в одном и том же цехе одни изделия изготавливают единицами, другие - периодически повторяющимися партиями, третьи - непрерывно, Следовательно, на одном и том же предприятии (в цехе) могут быть совмещены три типа производства.

2. Теория и расчет технологических размерных цепей. Основные понятия. Прямая и обратная задача расчета размерности. Методы расчета размерных цепей(2-а метода максимум и минимум, вероятностный метод)

Размерные цепи отражают объективные размерные связи в конструкции машины, технологических процессах, при измерении, которые возникают в соответствии с условиями решаемых задач. Размерной цепью называют совокупность размеров, непосредственно участвующих в решении поставленной задачи и образующих замкнутый контур.

Выявление технологических размерных цепей. Технологические размерные цепи отображают связь операций при получении размера детали поэтому их выявление рекомендуется начинать с последней операции, на которой получается выдерживаемый раз- мер. Могут иметь место два варианта: 1) задача обеспечения точности размера решается в пределах последней операции (в тех, случаях когда в качестве одной из технологических баз используется поверхность, от которой задан размер), при этом точность выдерживаемого размера достигается с помощью размерной цепи технологической системы, используемой на этой операции; 2) выдерживаемый размер будет являться замыкающим звеном трехзвенной размерной цепи, в которой одним из составляющих звеньев является расстояние (поворот) между конечным положением режущего инструмента и технологической базой детали, а другим составляющим звеном - размер, полученный на одной из присутствующих операций. Размерные цепи используются для решения прямой и обратной задач, отличающихся последовательностью расчетов:

Прямая задача. По заданным номинальным размерам всех звеньев, допуску (отклонениям) замыкающего звена определить допуски и предельные отклонения составляющих звеньев размерной цепи. Такая задача относится к проектному расчету размерной цепи.

Обратная задача. По установленным номинальным размерам, допускам и предельным отклонениям составляющих звеньев определить номинальный размер, допуск и предельные отклонения замыкающего звена. Такая задача относится к проверочному расчету размерной цепи.

Методы расчета размерных цепей. Размерные цепи являются одной из разновидностей связей, действующих в машине и производственном процессе ее изготовления. Поэтому все теоретические положения о связях распространяются на размерные цепи в той же степени, что и на другие виды связей.

Метод расчета на максимум-минимум учитывает только предельные отклонения звеньев размерной цепи и самые неблагоприятные их сочетания. Например в размерной цепи А, представленной на рис.1, , предельные отклонения замыкающего звена будут при следующих сочетаниях предельных отклонений(верхнего и нижнего) составляющих звеньев:

Вычитая почленно из первого равенства второе, получим

Разность верхнего и нижнего предельных отклонений какой-то величины есть поле допуска, в пределах которого допустимы её отклонения, поэтому для размерной цепи А допуск на исходное или замыкающее звено будет равен сумме допусков на размеры составляющие цепь: ТА^=ТА1+ТА2.

Вероятностный метод расчета учитывает рассеяние размеров и вероятность различных сочетаний отклонений составляющих звеньев размерной цепи. Теоретическую основу для установления связи между полем допуска замыкающего звена и полями допусков составляющих звеньев размерной цепи дают положения теории вероятностей касающиеся функции случайных аргументов. Согласно этим положениям:

,

Где t - коэффициент риска, характеризующий процент выхода значений замыкающего звена за пределы установленного для него допуска;

л - коэффициент, характеризующий выбираемый теоретический закон рассеяния значений i-го составляющего звена.



3. Основы базирования деталей и заготовок. Базы, классификация, назначение. Выбор масс, принцип постоянства и совмещения баз. Погрешность базирования (погрешность базирования зависит только от систем базирования) l>>d(D) l<d(D).Устанавливаемая база. Двойная опорная призматических тел цилиндрических деталей

3адачи определения положения детали в машине в процессе ее эксплуатации, а также заготовки при обработке на станке или их базирования занимают центральное место в процессе создания машины. От того, как они будут решены, во многом зависит качество деталей и машины в целом. Под базированием в машиностроении понимают придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. Под изделием подразумевают деталь, сборочную единицу, а также режущий измерительный инструмент, приспособления, приборы и другие, объекты, допускающие их представление как абсолютно твердых тел.

Придание детали требуемого положения в избранной с координат осуществляется в реальной ситуации путем соприкосновения ее поверхностей с поверхностями детали или деталей, на которые ее устанавливают или с которыми соединяют.

Применительно к механической обработке на металлорежущих станках под базированием следует понимать придание заготовке требуемого положения относительно элементов станка, определяющих положение и траекторию движения подачи режущего инструмента. При этом базирование заготовки осуществляется с использованием поверхностей самой заготовки называемых базами.

База - это поверхность (или сочетание поверхностей), линия (ось) или точка принадлежащие заготовке (или изделию), которые используются для ее базирования при механической обработке, измерении или сборке. Понятие об определенности положения детали не следует смешивать с понятием о точности ее положения.,детали или заготовке может быть принято положение, которое будет соответствовать условиям решаемой задачи, а может и не соответствовать им.

Классификация баз по назначению:

Конструкторская - база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. (делится на основную и вспомогательную)

Технологическая - база, используемая для определения положения заготовки либо изделия в процессе изготовления или ремонта.

Измерительная - база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения (при оценки точности детали, настройке станка и т.д.).

Классификация баз по лишаемым степеням свободы:

Установочная - называют базу, используемую для наложения на заготовки или изделия связей, лишающих из трех степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей.

Направляющая - называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворота другой оси.

Опорная - называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связи, лишающих их одной степени свободы: перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси.

Двойной направляющей - называют базу, используемую для наложения на заготовки или изделия связей, лишающих их четырех степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг осей, параллельных им.

Двойной опорной - называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей.

Классификация баз по характеру проявления:

Явной называют базу в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок. Скрытой называют базу в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

Так как при обработке заготовки приходится выполнять различные операции (использовать различные станки), то возникает потребность в переустановке детали. Для того чтобы свести к минимуму погрешности связанные с переустановками необходимо исходить из принципа постоянства баз т. е. использовать одну и ту же технологическую базу. Например, использование центровых отверстий на всех операциях обработки заготовки оси колёсной пары.

При выборе баз различного назначения необходимо стремиться использовать одну и ту же поверхность. Это положение определяет принцип совмещения баз.

Погрешности установки зависят от способа установки заготовок.

Для случая установки заготовки в приспособлении эта погрешность складывается:

- из погрешности базирования;

- погрешности вызванной действием зажимной силы;

- погрешности приспособления.

Причиной погрешности закрепления (действия зажимной силы) является различный уровень деформации контактных элементов (точек опор) заготовки и приспособления, через которые передаются силы закрепления.

Погрешность приспособления слагается из погрешности его изготовления, погрешности состояния (изношенности) и погрешности установки приспособления на станке.

Таким образом, общая погрешность установки заготовки с использованием приспособления

,

где - погрешность базирования; - погрешность закрепления; - погрешность приспособления.

Установка заготовок при обработке может осуществляться следующими способами.

1. Установка заготовки непосредственно на столе станка или в универсальном приспособлении, с выверкой её положения относительно стола станка и инструмента. Этот способ требует значительных затрат времени станочника и применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Погрешность установки при выверке заготовок зависит от субъективных факторов и может составлять для заготовок средних размеров, при выверке на биение по необработанной или грубо обработанной цилиндрической поверхности 1-1,5 мм, а при использовании индикатора, для поверхности после чистовой обработки 0,03-0,06 мм.

2. Установка заготовки на столе станка по разметке. Разметкой называются нанесённые на заготовку осевые линии и контуры будущей детали, определяющие положение обрабатываемых поверхностей. Разметка выполняется на разметочной плите, нанесённые линии прокерниваются. При этом затрачивается высококвалифицированный труд разметчика. Применяется способ при обработке крупногабаритных отливок в единичном и мелкосерийном производстве.

3. Установка заготовок в специальных приспособлениях. Этот способ обеспечивает придание заготовке определённого положения относительно режущего инструмента и её закрепление без выверки её положения. Установка обеспечивает достаточно высокую точность с малой затратой времени, но требуется повышенная точность размеров заготовки.

Рис. 2 Базирование по двойной направляющей базе и двум опорным базам

Всякое твердое тело, рассматриваемое в системе трех взаимно-перпендикулярных осей, может иметь шесть степеней свободы: три перемещения вдоль осей OX, OY, OZи повороты относительно тех же осей.

Три координаты, определяющие положение детали относительно плоскости XOY, лишают трех степеней свободы - возможности перемещаться вдоль оси OZ и вращаться вокруг осей OY и OX.

Две координаты, определяющие положение детали относительно плоскости ZOY, лишают ее двух степеней свободы - возможности перемещаться в направлении оси OX и вращаться вокруг оси OZ.

Шестая координата, определяющая положение детали относительно плоскости XOZ, лишаете последней степени свободы - возможности перемещаться в направлении оси OY.

Поверхность детали, несущая три опорные точки, называется главной базирующей поверхностью; боковая поверхность с двумя точками - направляющей; торцовая поверхность с одной точкой - упорной.

В качестве главной базы желательно выбирать поверхность, имеющую наибольшие габариты. В качестве направляющей - поверхность наибольшей протяженности.

Чтобы точно определить положение валика в пространстве, необходимо задать пять координат, которые лишают его пять степеней свободы: возможности перемещаться в направлении осей OX, OY, OZ и вращаться относительно осей OX, OZ.

Шестая степень свободы - вращение вокруг собственной оси - отнимается несколькими способами:

1. если есть у валика шпоночный паз, лыска и т.д. то ориентировка происходит по ним;

2.если валик гладкий, то с помощью силового замыкания (силами трения).

4. Точность обработки. Погрешность обработки, их классификация и причины возникновения. Геометрические погрешности технологической системы (СПИЗ - станок, приспособление,инструмент, заготовка). Погрешности от жесткости технологической системы. Влияние внешних сил. Влияние центробежных сил на площадь заготовки. Погрешность от эксплуатационного нагрева. Копирование погрешности предшествующей обработки. Исследование точности обработки

Способы обеспечения заданной точности. При изготовлении деталей сравнительно малыми партиями оправдывает себя метод пробных ходов и измерений. Он состоит в том, что заготовку выверяют на станке, закрепляют, и совершая последовательно ряд пробных ходов режущего инструмента или заготовки, каждый раз с помощью измерительных средств определяют степень приближения параметров точности обрабатываемых поверхностей заготовки к размерам готовой детали. Метод обработки на предварительно настроенных станках используют при большом кол-ве заготовок. Заготовки не выверяют, а закрепляют в приспособлениях, которые определяют положение заготовок относительно оборудования и инструмента. Они совершают один ход, и технологическая система показывает все точностные показатели. Производительность в этом случае повышается, а точностные показатели детали зависят от состояния технологической системы. При использовании обоих методов стараются минимизировать действие субъективных факторов. Различают два способа обеспечения заданной точности заготовок. При единичном производстве точность заготовки зависит от условий, данных оператором(свободная ковка на молотах, формовка единичной заготовки). При автоматическом способе точность заготовок определяется погрешностями регулировок(литье под давлением, штамповка).

Основные погрешности обработки. При изготовлении детали кроме необходимого для формирования поверхности движения системы возникают добавочные относительные смещения детали (заготовки) и инструмента с номинальной траектории. В результате обработанная поверхность будет иметь размер, форму и расположение, отличные от заданных. Появление доп. Смещений элементов технологической системы связано с действием на неё различных тепловых, силовых факторов. Различают след. Основные погрешности:

- установки заготовок в приспособлении с учетом колебания размеров баз, контактных деформаций установочных баз заготовки и приспособления, точности изготовления и износа приспособления.

- колебания упругих деформаций технологической системы под влиянием нестабильности нагрузок ( сил инерции и т.д)

- наладки технологической системы на выдерживаемый размер с учетом точностной хар-ки применяемого метода наладки.

- в результате размерного износа режущего инструмента.

- технологической системы, связанные с геометрическими погрешностями станков динамическими погрешностями, деформациями заготовок под действием различных сил.

- колебания упругих объемных и контактных деформаций элементов вследствие их нагрева при резании, трения, изменения температуры в цехе.

Погрешности обработки, возникающие вследствие геометрических неточностей станка.

Погрешность геометрической неточности станков полностью или частично переносится на обрабатываемые заготовки.

Погрешность обработки возникает вследствие отклонения фактической траектории перемещения инструмента (РИ) относительно обработанной поверхности от траектории предусмотренной кинематической схеме при изготовлении.

С износом станка его геометрическая точность уменьшается.

Геометрические неточности станка вызывают постоянную систематическую погрешность формы и взаимного расположения поверхностей обрабатываемых заготовок. Величина этих системных погрешностей подвергается предварительному анализу и подсчета.

Износ направляющих приводит к изменению положения отдельных узлов станка, что вызывает дополнительные погрешности обработанных заготовок:

- Неравномерный износ передних и задних направляющих - наклон суппорта;

- Смещение вершины резца в горизонтальной плоскости - увеличивается радиус обрабатывающей заготовки;

- Неравномерное износа направляющих по их длине - появление систематической погрешности формы обрабатываемой заготовки.

Жесткость. Способность линейной упругой системы сопротивляться приложенной статической нагрузке характеризует жесткость упругой системы. Жесткость определяют как отношение силы Ру0, направленной по нормали к обработанной поверхности, к смещению у в том же направлении (кН/м; Н/мкм):

Подразумевают, что на систему одновременно с Ру0 действуют и другие составляющие силы резания Р0. Жесткость определяют расчетом(для простых деталей) или экспериментально(для сложных узлов). Но при расчетах точности нелинейную хар-ку на рабочем диапазоне силы резания заменяют линейной т.к. упругие св-ва невозможно определить одним коэффициентом жесткости. Исследования проводят в условиях неработающего станка и коэффициент жесткости не совпадает с действительной жесткостью станка в работе.

Влияние усилия зажима заготовки на погрешность обработки.

Усилия зажима (закрепления) заготовок в приспособлениях, так же как и усилия резания, вызывают упругие деформации заготовок, порождающие погрешности формы обработанных заготовок. При постоянстве размеров заготовок и усилий зажима вызываемые ими погрешности формы деталей являются систематическими и могут быть вычислены по соответствующим формулам.

При закреплении втулки в патроне происходит ее упругая деформация (рис. 3, а, б), причем в местах А приложения кулачков радиус заготовки уменьшается, а в точках В увеличивается.

Рис. 3 Схема возникновения погрешности формы отверстия в тонкостенной втулке

а - упругая деформация втулки при закреплении в 3-х кулачковом патроне; б - форма отверстия после расточки; в - форма отверстия после раскрепления

Погрешность геометрической формы обрабатываемого отверстия втулки определяется разностью наибольшего и наименьшего радиусов (рис. 3в).

Погрешность формы обрабатываемой заготовки, связанная с ее упругой деформацией при закреплении в кулачковых патронах, зависит от числа кулачков.

При форме кулачков, соответствующей форме заготовки, и наиболее полном прилегании зажимных поверхностей кулачков к поверхности заготовки погрешность геометрической формы втулки также снижается.

Таким образом, на погрешности формы обрабатываемых заготовок большое влияние оказывают усилия их зажима в приспособлениях. Вместе с тем в определенных условиях существенными причинами возникновения погрешностей обрабатываемых заготовок могут явиться силы тяжести (деформации заготовок под действием собственной массы), центробежные силы (деформации неуравновешенных масс отдельных частей заготовок в момент их обработки) и остаточные напряжения заготовки. При одностороннем снятии припуска или снятии неравномерного припуска в обрабатываемой заготовке происходит перераспределение внутренних напряжений, образовавшихся в исходных заготовках при их литье, штамповке, термической обработке и других технологических операциях. Упругие деформации заготовок, вызываемые действием перечисленных сил, служат источником возникновения систематических погрешностей геометрической формы деталей.

Влияние температурных деформаций на точность обработки.

Теплота, образующаяся при резании, трении сопряженных деталей станков, а так же внешнее тепловое воздействие приводят к упругой деформации технологической системы, появлению погрешностей обработки. Для обработки заготовок на станках характерен перенос теплоты теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Температурные деформации станков оказываются во многих случаях соизмеримыми с допусками на обрабатываемые детали. Поэтому приходится принимать меры для стабилизации температурных деформаций, которые позволяют в ряде случаев уменьшать их влияние на точность обрабатываемых деталей путем внесения необходимых поправок в настройку технологической системы на требуемую точность.

Копирование погрешностей предшествующей обработки.

Деформация и смещение элементов системы СПИЗ вызывается усилием резания Ру, направленным нормально к обрабатываемой поверхности. В связи с тем что в процессе обработки режущая кромка инструмента перемещается относительно обрабатываемой поверхности, т. е. точка приложения силы резания перемещается, возникает переменная жесткость системы СПИЗ и переменные отжатия. Это приводит к образованию погрешности формы обрабатываемой поверхности. Таким образом, при снятии неравномерного припуска с поверхности обработки сила резания переменна, а следовательно, переменно и смещение системы СПИЗ, что сказывается на точности формы обрабатываемой поверхности.

5. Качество поверхности. Шереховатость поверхности. Влияние методов и режимов на шереховатость поверхности. Физико-механические свойства поверхностного слоя. Влияние факторов. Влияние остаточных напряжений на остаточную прочность. Технологическое обеспечение заданных параметров поверхностного слоя

Под поверхностным слоем детали понимается как сама поверхность, полученная в результате обработки, так и слой материала, непосредственно прилегающий к ней.

Детали работают в разнообразных условиях. В зависимости от назначения изделия и условий его работы детали могут подвергаться коррозионному воздействию, воспринимать большие нагрузки, испытывать контактное взаимодействие с другими деталями и т. д. Поэтому детали должны обладать контактной жесткостью, сопротивлением усталости, коррозионной стойкостью, износостойкостью и другими свойствами, во многом зависящими от качества поверхностного слоя. Например:

-- скорость и характер изнашивания детали в значительной степени зависят от высоты неровностей поверхности, их направления, твердости поверхностного слоя и др.;

--прочность неподвижных посадок сопрягаемых деталей непосредственно связана с шероховатостью сопрягаемых поверхностей;

-- сопротивление усталости деталей зависит от шероховатости их поверхностей, наличия отдельных повреждений, способствующих концентрации напряжений и т. д.

В связи с изложенным наружный слой детали, как правило, по своим физико-химическим свойствам отличается от свойств основного материала детали. 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.

1-макроотклонение

2-волнистость

3-шероховатость

4-субшероховатость

На поверхностях деталей, обработанных режущим инструментом на металлорежущих станках, всегда остаются неровности. Совокупность неровностей, образующихся на поверхности детали, называют шероховатостью поверхности.

Величина шероховатости поверхности оказывает непосредственное влияние на качество неподвижных и подвижных соединений деталей. Детали, изготовленные с грубой поверхностью, при образовании неподвижных соединений могут не обеспечить требуемой точности и надежности сборки, а при образовании подвижных соединений быстро изнашиваются и не выдерживают первоначальных зазоров в соединении деталей. Величина и характер неровностей зависят от обрабатываемого материала, режимов резания, геометрии режущих кромок инструмента и др.

Неровности на поверхности деталей в большинстве случаев являются следами режущих кромок инструмента, расположение которых зависит от величины подачи.

Физико-механические свойства, характеризующие качество поверхностного слоя материала детали, формируются в результате осуществления предшествующих процессов. Например: при обработке шлифованием в зоне обработки реализуются высокие температуры и силовое воздействие круга. На границах зерен возникают карбиды, образуются зоны закалки, возникают остаточные напряжения и возможны мелкие трещины. На рис. 27 приведена схема состояния поверхностного слоя стальной детали после процесса шлифования.

П е р в ы й слой - толщиной 2-3 Е (Е - ангстрем, 1 Е = 10-⁷ мм) представляет собой адсорбированные молекулы газа и влаги. Его образование объясняется действием силового поля молекул металла на молекулы внешней среды. Удаление первого слоя возможно нагревом поверхности в вакууме. При повторном соприкосновении с воздухом слой восстанавливается.

В т о р о й слой - состоит из дисперсных частиц окислов и пыли загрязнённых нитридами (соединениями азота с Fе, Mn, Cr, V, W и др).

Т р е т и й слой - это зона деформированного режущим инструментом материала детали. Для шлифованной поверхности, под влиянием давления круга и высоких температур, развивающихся при шлифовании, на границах деформированных зерен образуются карбиды (соединения атомарного углерода с Fe, Mn, Cr, V, W и др.), что делает этот слой твёрдым и более хрупким. Частицы этого слоя, отрываясь при трении, ускоряют процесс износа.

Ч е т в е р т ы й слой - это зона нетронутого обработкой материала детали. Для определения глубины и общей характеристики поверхностных слоёв пользуются методом исследования микрошлифов. Их готовят путём притирки образца под угол , используя пасту ГОИ. Для определения микро-твёрдости используется прибор ПТМ-3 и алмазная пирамида. Образец (косой срез) устанавливается горизонтально. По диагонали отпечатка, используя таблицы, определяют твердость и её изменение по толщине поверхностного слоя.

Так же, на износостойкость обработанной поверхности детали большое влияние, наряду с шероховатостью, оказывает степень и глубина распространения упрочнения и величина остаточных напряжений в поверхностном слое. При этом может иметь местл такое положение, когда изменение элемента режима резания(например увеличение подачи), с одной стороны, приводит к понижению износостойкости(вследствие увеличения шероховатости), с другой стороны, - к повышению износостойкости(вследствие повышения упрочнения). В зависимости от того, какой из этих факторов будет преобладать, износостойкость с увеличением подачи может или увеличиваться или уменьшаться, причем упрочнение поверхностного слоя, полученное в процессе резания, способствует повышению износостойкости только тогда, когда оно не сопровождается уменьшением величины остаточных напряжений. Остаточные напряжения снижают подвижность атомов и повышают сопротивление износу(отрыву отд. частиц металла), причем для повышения износостойкости остаточные напряжения полезны как и напряжения сжатия. Упрочнение и остаточные напряжения в поверхностных слоях обработанной поверхности, наряду с шероховатостью, оказывают влияние и на усталостную прочность(выносливость) детали. Остаточные напряжения сжатия способствуют и снижению влияния коррозии на деталь.

Технологическое обеспечение параметров качества поверхности(шероховатость, волнистость, макроотклонения) и поверхностного слоя(физико-механические св-ва) является одним из определяющих факторов формирования требуемых эксплуатационных свойств деталей на стадии изготовления. Наличие значительного кол-ва случайных факторов в технологической системе(ТС) обработки обуславливает вероятностный характер формирования параметров качества поверхностного слоя (ПКПС) детали, которые являются случайными величинами.

Разработка математической модели взаимосвязи параметров поверхностного слоя (шероховатости поверхности и степени наклепа после мех.обработки) и интенсивности изнашивания контактируемых поверхностей осуществлялась следующим образом. Любое кристаллическое тело обладает внутренней и поверхностной энергией. Изменение внутренней энергии описывается уравнением удельной энергии деформации ?w, накапливаемой в материале за счет образования дислокаций(9):

, (1)

где G - модуль сдвига исследуемого материала;

б0 - параметр междислокационного взаимодействия;

HV - микротвердость поверхностного слоя исследуемой детали на определенной глубине; HV0 - микротвердость недеформированного материала. Результатом взаимодействия контактирующих поверхностей деталей машин является формирование новых поверхностей, сопровождающееся освобождением энергии гэф, затраченной на их образование [10]:

Yэф.=f(F, Rz, HV), (2)

где F - нормальная сила взаимодействия элементов пары трения;

Rz - высота неровностей профиля исследуемой поверхности;

HV - микротвердость поверхностного слоя исследуемой детали на определенной глубине.

В результате приработки сопрягаемых деталей машин материальная поверхность детали приходит к такому физическому состоянию и такой структуре, при которых поверхностный слой обладает минимальной потенциальной энергией, то есть представляет устойчивую систему, допускающую в данных условиях минимальную диссипацию энергии. Образовавшиеся таким образом геометрические (шероховатость) и физико-механические (микротвердость) параметры качества поверхностного слоя называются равновесными. В соответствии с первым законом термодинамики работа силы трения с учетом специфики образования равновесного состояния поверхностей трения равна:

Wтр=f(f, F, Sтр, Vи, Rz равн, HVравн, HV0, a0,G) (3)

где WТР - работа трения;

f - коэффициент трения;

F - нормальная сила взаимодействия элементов пары трения;

SТР - путь трения;

Rzравн - равновесная шероховатость сопрягающихся поверхностей элементов;

HVравн - равновесная микротвердость поверхностного слоя исследуемой детали на определенной глубине;

VИ - объем изношенного материала;

HV0 - микротвердость недеформированного материала;

G - модуль сдвига исследуемого материала;

б0 - параметр междислокационного взаимодействия.

Принимая далее во внимание, что выражение (VИ / SТР) представляет собой величину интенсивности изнашивания JV [11], получили взаимосвязь интенсивности изнашивания с равновесными параметрами шероховатости и степени наклепа поверхностного слоя деталей машин.

Полученное на основе энергетического подхода к проблеме определения взаимосвязи интенсивности изнашивания контактируемых поверхностей деталей машин с параметрами качества поверхностного слоя обобщенное уравнение взаимосвязи интенсивности изнашивания с геометрическими (шероховатость) и физико-механическими (степень наклепа) параметрами качества поверхностного слоя деталей машин в условиях нормальной работы узла позволяет рассчитать интенсивность изнашивания в равновесном состоянии сопрягаемых де- талей машин с учетом технологических условий механической обработки.



6. Припуски на обработку. Понятие припусков. Методы определения припуска(опытно-статический метод и расчетно-аналитический)

Технологический процесс изготовления конкретной детали начинается с получения искомой заготовки. Следовательно на первую операцию (механической обработки или термическую) поступает исходная заготовка, которая превращается в готовую деталь путем снятия лишнего материала, т.е. общего припуска, Так как в большинстве случаев заготовка проходит через несколько технологических систем или операций, прежде чем из нее получат готовую деталь, то возникает необходимость расчета промежуточных припусков межоперационных размеров и допусков.

Под припуском на обработку следует понимать слой материала заготовки, удаляемый в процессе её механической обработки для получения требуемых точности и параметров поверхностного слоя готовой детали. По мере снятия с заготовок припуска используется понятие промежуточного припуска - один технологический переход(разность двух размеров - поверхности заготовки на предыдущей операции и размер этой же заготовки полученный при выполнении этого перехода)

Существуют понятия припуска:

Операционный припуск- толщина слоя материала, удаляемого с конкретной поверхности заготовки в процессе одной операции.

Общий припуск-сумма всех межпереходных припусков по всему технологическому маршруту мех.обработки.

Припуск на обработку не может быть постоянной величиной, так как размеры поверхности до и после выполнения перехода могут колебаться в пределах допуска на выполнение предшествовавшего и данного перехода.

Различают понятия минимальный, номинальный и максимальный припуск и на обработку.

Минимальный припуск, т. е. наименьший слой металла, снимаемый при обработке, есть разность между наименьшим размером после выполнения данного перехода.

Номинальный припуск на обработку есть разность между номинальными размерами поверхности после предшествовавшего и после данного перехода.

Максимальный припуск есть разность между наименьшим размером поверхности после выполнения предшествовавшего перехода и наибольшим ее размером после выполнения данного перехода.

Таким образом, минимальный припуск равен номинальному минус допуск на выполнение данного перехода.

Для того чтобы обеспечить получение качественной поверхности после выполнения определенного перехода, необходимо удалить некоторый минимальный слой металла (гарантийный или минимальный припуск). Его величина зависит от толщины дефектного слоя, оставшегося после предшествовавшей обработки, высоты микронеровностей, погрешностей в положении поверхности после предшествующей обработки, а также погрешности в установке детали при данной обработке.

Существуют нормативные данные для определения величин факторов, обусловливающих численное значение припуска на обработку, суммируя которые можно рассчитать величину минимального припуска. Имеются также ГОСТы на значения общих припусков на обработку отливок и поковок.

Величина общего припуска на обработку зависит от многих факторов, основные из которых следующие: размеры и конструктивные формы заготовки; материал заготовки; способ изготовления заготовки; величина дефектного слоя на обрабатываемой поверхности; степень деформации заготовки при ее термической обработке; величина погрешности установки, зависящая от способа установки заготовки на станке.

Припуски на обработку должны быть наименьшими, чтобы расход металла и затраты на обработку были минимальными, но в то же время эти припуски должны быть достаточными, чтобы обеспечить нужную форму детали и нужное качество ее поверхностей после обработки.

Как известно, в настоящее время существуют 2 метода определения припусков: расчетно-аналитический и опытно-статистический.

Расчетно-аналитический метод является более точным и дает большую экономию металла по сравнению с опытно-статистическим. Поэтому сначала рассмотрим это метод. Как известно, в расчетно-аналитическом методе Z _{i, min} рассчитывается по формуле:

Z _{i, min}=Rz _i-1+T _i-1+( _i-1^k1+ _у,i ^k1) ^k

где Rz _i-1, T _i-1 и _i-1 - соответственно высота неровностей профиля, глубина дефектного слоя и суммарное значение пространственных отклонений для элементарной поверхности на предшествующем переходе;

_y,i Размещено на http://www.allbest.ru/

- погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Для плоских поверхностей k=1, k1=1, а для поверхностей вращения k=0.5, k1=2.

Исходя из приведенных формул исходными данными при расчете припусков являются:

-характеристики качества поверхности, полученной на предшествующем переходе;

-погрешности формы поверхности;

-способ установки заготовки.

Несмотря на перспективность применения расчетно-аналитического метода его использование встречает ряд трудностей.

Сложность формирования базы для определения припусков расчетно- аналитическим методом заключается в том, что данные, приведенные в справочниках, являются неполными и не очень точными, т.к. наблюдается разброс в рекомендуемых значениях по разным источникам. Кроме того, часть параметров системы СПИД определить достаточно трудно. Например, сложно определять суммарное значение пространственных отклонений для элементарной поверхности на предшествующем переходе. Эмпирические формулы составлены не для всех случаев и не являются достаточно точными. В эти формулы входит податливость системы СПИД. Податливость станка зависит от модели станка и степени его изношенности. Учесть эти факторы практически невозможно.

Поэтому при автоматизированном проектировании ТП большее применение получил опытно-статистический (табличный) метод. Этот метод более прост и не содержит трудноопределяемых факторов. Для этого метода имеется ряд государственных стандартов.

Расчет на первом уровне автоматизации проектирования осущетсвляется в режиме диалога, при этом используется ИПС технологического назначения или табличный процессор.

На втором уровне автоматизации кроме режима диалога может выполнятся и автоматизированный поиск. Для этого поисковое предписание встраивается в унифицированный переход, что позволяет автоматически рассчитывать припуск. Если некоторых переменных не удалось обнаружить, то выполняется запрос на их ввод.

7. Производительность и экономичность технологических процессов. Общие понятия, определения. Технико-экономические показатели, основные и дополнительные. Технико-экономическая оценка технологического процесса. Основы технического нормирования (техническая норма времени,норма определения)

К основным и наиболее объективным критериям целесообразности выбора наиболее подходящего для конкретных условий варианта обработки относятся его производительность и экономичность.

В общем случае производительность это количество деталей, сборочных единиц или изделий, изготавливаемых или собираемых в единицу времени. Производительность тесно связана с трудоемкостью и себестоимостью посредством штучно-калькуляционного или штучного времени, которое определяется при техническом нормировании.

Техническое нормирование в широком смысле этого понятия представляет собой установление обоснованных норм расхода производственных ресурсов (энергии, сырья, материалов, инструмента, рабочего времени и т.д.). Особенно важной задачей, решаемой при проектировании технологических процессов, является задача технического нормирования рабочего времени, т.е. нормирования труда. Одной из основных задач нормирования является определение меры труда и соответствующего вознаграждения.

Существуют следующие методы нормирования труда: опытно-статистический метод; расчетно-аналитический метод (техническое нормирование); метод укрупненного нормирования.

Опытно-статистический метод и метод укрупненного нормирования используются в единичном и мелкосерийном производстве. Расчетно-аналитический метод используется в мелкосерийном (при использовании станков с ЧПУ), среднесерийном, крупносерийном и массовом производстве.

Опытно-статистический метод не предполагает аналитического расчета трудоемкости отдельных элементов выполняемой работы и их суммирования. Норма времени устанавливается на всю операцию в целом путем сравнения с нормами и фактической трудоемкостью выполнения в прошлом аналогичной работы. Основой этого метода являются статистические данные о фактической трудоемкости аналогичных операций в прошлом и опыт нормировщиков и мастеров.

Недостатки опытно-статистических норм заключаются в том, что они узаконивают на будущее существовавшие в прошлом недостатки в технологии и организации труда и производства, являются заниженными и не отвечают задачам вскрытия резервов производства и повышения производительности труда.

В условиях единичного и мелкосерийного производств экономически нецелесообразно расчленять операции на дифференцированные элементы для определения норм времени. В этом случае определение норм времени производится по укрупненным нормативам (на технологические переходы) или по типовым нормам, составленным расчетно-аналитическим методом для типовых ТП.

Использование расчетно-аналитического метода (технического нормирования) позволяет: выявить резервы рабочего времени; улучшить организацию труда на предприятии; установить правильную меру труда; повысить производительность труда и увеличить объем производства.

Нормы времени, определенные расчетно-аналитическим методом, называются технически обоснованными нормами или просто техническими нормами.

Технически обоснованная норма времени (техническая норма) - это время, необходимое для выполнения единицы работы, установленное расчетом исходя из рационального использования в данных условиях производства труда рабочего (живого труда) и орудий труда (овеществленного труда) с учетом передового производственного опыта.

Техническая норма устанавливается с учетом наличия рационального ТП, правильной для данных производственных условий организации труда и выполнения работы рабочим соответствующей квалификации, производительность труда которого выше средней производительности труда рабочих на аналогичной работе.

Технические нормы служат основой для определения производительности труда, требуемого количества и загрузки оборудования, производственной мощности участков и цехов, расчета основных показателей по труду и заработной плате, проведения оперативного (календарного) планирования.

Достоинство технических норм в том, что они предусматривают использование передового производственного опыта, а также более полное использование имеющихся средств производства и рабочего времени, так как они установлены исходя из рационально построенных технологических и трудовых процессов, определяют производительность труда выше среднего достигнутого уровня и являются поэтому прогрессивными, подтягивающими отстающих рабочих к передовым, являются однородными по жесткости, что исключает появление неоправданно высокой или чрезмерно низкой оплаты труда, в обоих случаях приводящей к дезорганизации производства, устраняют конфликты и споры о правильности норм, имеющие место при опытно-статистическом нормировании.

...