Билеты по технологии отрасли

№1. История развития и роль машиностроения в обществе.
Человеку необходимы для существования – материальные блага, которые черпают из природы, преобразовывая в полезные предметы. Природа предоставляет мало предметов, которые могут быть использованы без обработки. И часто необходимо переработка, а следовательно и орудия труда. В течении веков двигателем была мускульная сила, затем животные, ветер, вода. Первый существ. шаг, первая промышлен. революция. В 18 веке была изобретена паровая машина (в 1765 г. – первый вариант, 1784 - промышленный). Появился источник энергии, независимый от природы – компактный, передвижной. Сейчас около 1/3 всех ресурсов сосредоточено в области машиностроении. Около 1% работ нынче осуществл. вручную, следоват. сейчас машинная цивилизация. Человек покорил природу и создал: Ноосфера -искусственно созданная сфера, новое состояние биосферы, сейчас человек физически не может существовать без нее. Решающее значение для машиностроения (станкостроение) - машины способны воспроизводить самих себя, как в прошлом (топор), так и в современности (автомобилестроение). Второй шаг - 20 век ознаменовался промыш. революцией. Главное изобретение ЭВМ: автоматизация управления, переход к безбумажной информатике. В 21 веке переход к безбумажной информации и к возможностям глобального управления. Создается единое цифровое поле на основе цифровой формы.
№2. Машины и машиностроение. Понятие технологии машиностроения.
Машина - механич. устройство с согласованно работающими частями и осуществляющее целесообразное движение для преобразования энергии, материалов и информации. Основные направления использования машин: энергетика, математика, информатика. Основное назначение машин: частичная или полная замена экономически целесообразной функции человека с целью облегчения труда и повышения производительности. Существует 3 вида машин (по выполняемым функциям): 1. Энергетические - для получения и преобразования энергии (далее разделяют по видам энергии: химические, тепловые). 2. рабочие машины - осуществл. изменения формы, свойств, состояния, положения (металлорежущ. станки, горнодоб. машины, автомобили). 3. информационные – для сбора, хранения, переработки и использования информации (1945г. хранимая программа машина Фон Неймана). Машиностроение - комплекс отраслей пром-ти, изготовляющий орудия труда, машины. Подразделяется (по структуре) на: топливно-энергетическая, металлургические, химические, агропромышленное, транспортное, электротехнические. Изготовление машин требует умения, т.е. технологии. Технология: tehno- умение, logos – знание. 1.Это наука о способах воздействия на сырье, материалы. 2.Совокупность методов обработки сырья, материалов для получения готовой продукции. Выделяют технологии по отраслям:, общее машиностроение, приборостроение, автомобилестроение и т.д. Уровень развития машиностроения в стране определяет производительность труда в гос-ве в целом , качество продукции, а также темпы НТП. Важнейшие отрасли машиностроения: Отрасли производящие орудия и инструменты: станкостроение, инструментальная, металлорежущая, произ-во кузнечно-прессового оборудования. Произ-во качественных современных машин определяется уровнем технологий в отрасли. И сама технология зависит от уровня применяемого оборудования.
№3. Машина, как объект производства. Составные части машины.
Основных части машины: 1.двигатель (снабжает энергией), 2.передаточный механизм (преобразовывает энергию в работу исполнительного органа, 3.исполнительный орган. Современные тенденции упрощать, уменьшать - глобальное направление техники. 4.Основная неподвиж.: деталь - корпус, станина, рама, где базируются остальные устройства. Подвижные соединения (вал, отверстие): цилиндрические поверхности. Изделие – 1.Машины, детали в процессе производства. 2.Все то, что подлежит изготовлению на предприятии. Различают: . Изделие основного произ-ва – все то, что подлежит реализации на стороне и приносит прямой доход. Стремятся максимизировать. . Изделия вспомогательного произ-ва – изделия, употребл. внутри предприятия. Стремятся минимизировать. От взаимоотношений этих двух производств определяется эффективность. Устанавливают следующие виды изделий:
деталь – из однородного материала ,без применения сборочных операций, простейший элемент машины (вал, шестеренка, втулка, корпус). Сборочная единица, узел - изделие основные части которого, подлежат соединению между собой на предприятии - изготовителе с помощью сборочных операций. Спецификация - документ где определяется состав этой сборочной единицы. Комплекс -два больших специфицированных изделия не соединяемых на заводе- изготовителе, но предназначаемых для выполнен. взаимосвязанных функций. (метеорологический комплекс, пусковая установка ракеты). Комплект - два или более изделия не соединяемых на заводе-изготовителе, представляющие собой набор изделий и имеющие общие эксплутационные предназначения вспомогательного характера (комплект запасных частей). Исходные предметы, материалы. 1. Материалы - совокупность черных и цветных металлов, не металлических материалов определенной номенклатуры и сортамента, предназначенного для переработки. 2. Полуфабрикаты, заготовки – продукты труда, прошедшие обработку на одном предприятии и предназначенные для дальнейшей обработки на другом предприятии. 3. Комплектующие изделия – изделия предприятия поставщика приемлемые как составные части изделия, выпускаемые заводом-изготовителем (изделия выпускаемые заводом производителем: отделочные детали- стекло, сборочные единицы – подшипники, насосы). На представленных изделиях есть Конструкторская документация (кд) - документ, предоставляемый изготовляемому изделию, который определяет состав и устройство изделия, содержит необходимые данные для его изготовления, контроля, приемки, эксплуатации. Существуют стандарты на изделия: Чертеж общего вида - документ, изображающий конструкцию изделия, поясняющий принцип работы. (общий вид судна, автомобиля). Сборочный чертеж - документ, изображающий отдельные сборочные единицы этого изделия и данные, необходимые для сборки. К ним прилагаются спецификации - список составных частей изделия. Чертеж детали (деталировка) – документ, содержащий графическое изображение детали для изготовления. Технические условия (ту) – текстовый документ, содержащий совокупность требований к качеству изделия, его контролю и приемке.
№4. Качество машин (изделий). Критерии и показатели качества.
Качество машин – совокупность свойств, обуславливающих ее пригодность, удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Установлены следующие группы показателей качества: 1). Показатели назначения (ориентировка машин)– характеризует св-ва машины, применительно к области ее использования. 2). Показатели надежностей – характеризует продолжительность эксплуатации без отказов и нарушений функций. 3). Показатели технологичности – характеризуют эффективность производства и эксплуатации машины. 4). Эргономические показатели – отражают удобство для человека при работе с машиной, удобство управления. 5). Показатели стандартизации и унификации – характеризуют в машине степень использования стандартных и унифицированных элементов. Стандартизация –процесс установления и применения правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении условий эксплуатации и требований безопасности (1962г. Медунар. Организация стндарт-ии.) Унификация – рациональное сокращение типоразмеров и видов изделий, имеющих одинаковое назначение. 6). Патентно-правовые показатели – характеризуют степень патентной защищенности изделия. 7). Экономические показатели – отражают затраты на разработку , изготовление и эксплуатацию машины. 8). Показатели безопасности – характеризуют степень опасности эксплуатации машины для человека и окружающей среды. Надежность машин – это свойство машины сохранять во времени в установленных пределах значение всех своих параметров (мощность, производительность), при условии соблюдения заданных режимов и правил эксплуатации. Показатели надежности: 1. Вероятность безотказной работы. 2. Интенсивность отказов. 3. Средняя наработка на отказ. Отказ – это событие, заключающееся в том, что изделие стало неспособным выполнять заданную функцию с установленными параметрами. Вероятность безотказной работы- это вероятность того, что в заданном интервале t отказа не произойдет. [pic], где N(t) – число изд. работающих в конце t, N0 – число изд. работающих в начале испытаний. Средняя наработка на отказ – это усредненная продолжительность работы изделия без отказа.
[pic] Интенсивность отказа -функция времени, показывающая распределение частоты отказов во время эксплуатации. Можно изобразить кривую, которая отражает экономич. сторону пр-ва.
1-выявление дефектов или приработка машины (определяет длительность испытаний), 2-период нормальной эксплуатации (гарантия). 3-износ отдельных деталей. Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность с заданными параметрами до их предельного состояния с учетом ремонта и восстановления работоспособности.
№5.Точность деталей машин, понятие квалитета, допуска. Шероховатость поверхности.
В достижении высокого качества изготовления деталей и сборки машин, наиболее сложной задачей явл. обеспечение заданной точности. Проблема точности появилась в 16 веке при изготовлении пушечных ядер. Абсолютно точного размера не существует. Точность детали – степень соответствия готовой детали требованиям чертежа по размерам, по геометрической точности, по степеням шероховатости. Нет абсолютных требований. Номинальный размер – заданный размер на чертеже конструктором. В машиностроении существуют стандартные размеры: 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40; 50; 63; 100 и т.д. – первый основной ряд. Действительный размер – размер, установленный в процессе измерения с определенной допускаемой прибором погрешностью. Отклонения – разность м/у действительным и номинальным размером.
- иисправимый брак, D - номинальный размер ES – верхний предел отклонения. EI – нижний. ES= Dmax-D EI= Dmin- D Допуск- интервал, в котором должны лежать размеры годной детали (действительные): IT=ES-EI, если укладывается в IT – деталь годная. Квалитет – степень точности в зависимости от номинального значения, есть 19 размеров. IT01, IT0, ….. IT17… -международный стандарт, IT – «Допуск ISO». IT7 – допуск по 7му квалитету. Допуск зависит от квалитета: IT5=2 мкм, IT7=35 мкм, IT10=140 мкм. Нормальная экономическая точность IT7-9, высокая точность – 5-6, низкая – 10-14. Посадка – характер соединений , которые определяют разностью размеров отверстия и вала. Ели размер отверстия больше размера вала, то разность между ними называют зазором, если наоборот, то называют натягом. Существуют три вида посадок: посадки с зазором, посадки с натягом и переходные посадки. Качество поверхности -характеризуется ее шероховатостью. Вид пов-ти под микроскопом:
Шероховатость - совокупность микро неровностей , образующих рельеф поверхности на базовой длине. Базовая длина - гостированное расстояние, на кот. определяется шероховатость. Характеристики шероховатости: Ra – средне арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля на базовой (средней) длине. Rz – сумма средних абсолютных значений высот 5-ти наибольших выступов и 5- ти наибольших впадин в пределах базовой длины. Rz (. – обозначение шероховатости пов-ти без указания вида обработки. ….. - обозначение шероховатости пов-ти, кот. должна быть получена уменьшен. слоя материала. ….. - обозначение шероховатости пов-ти без удаления слоя материала. Чем больше цифра, тем ниже качество пов-ти и выше ее шероховатость.
№6. Производственный и технологический процессы. Рабочее место.
Производственным процессом называют совокупность всех действий людей и орудий труда, направленных на превращение сырья, материалов и полу дубликатов в изделия. Производственный процесс состоит из основных и вспомогательных процессов. Основной процесс направлен на непосредственное изготовление изделия, а вспомогательный необходим для подготовки и обслуживания основных.(текущий ремонт, хранение материалов). Различают 3 этапа в машиностроении: 1. Изготовление заготовок 2. Изготовление деталей 3. Сборка изделий Технологический процесс – часть производственного процесса непосредственно связанная с изменением физического состояния формы и размера предметов труда. Технологический процесс представляет собой полностью описание последовательного изготовления изделия, описания применяемого оборудования, материалов, инструментов, а также режимов работы и затраты времени на изготовление изделия. Для единообразного представления процессов описания в различных областях, документы оформляются в соответствии с единой системой технологической документации. Технологический процесс состоит из отдельных операций. Операция - это часть тех. процесса , выполняемая непрерывно на одном рабочем месте над изготовлен. изделия. Тех. операция является основной единицей производственного планирования и учёта. На основе содержания операций определяется трудоемкость изготавливаемого изделия, устанавливается норма времени и расценки, определяется требуемое кол-во оборудования, приспособлений, инструментов, определяется себестоимость продукции и производится календарное планирование производства. Операции различают основные и вспомогательные. Основные операции – непосредственно связаны с изготавливаемым изделием. Вспомогательные операции – обслуживающие основные: наладка оборудования. Каждая операция выполняется на рабочем месте. Рабочее место – часть производственной площади, закреплённое за данной операцией. В составе рабочего места состоит основное и вспомогательное оборудование а также технологическая оснастка. Рабочее место – атом организации производства. Технологическое оборудование основное – комплекс машин, механизированных для выполнения тех. опер: прессы, гальванические ванны. Технологическое оборудование вспомогательное – для организации основного производства. Технологическая оснастка – это тех. ср-во обеспечивающее приспособления имеющегося оборудования для выполнения конкретных операций. Технологическая оснастка включает: . Станочные приспособления (необх. для точного и надежного крепления заготовки в процессе обработки) . Режущие инструменты (сверла, пилы). . Вспомогательные инструменты (для крепления реж. инструментов в рабочем органе стандарта). . Измерительные инструменты (штангенциркуль). Совокупность рабочих мест образует основную организационно технологическую единицу пр-ва – производственный участок. Участок специализируется либо по технологическому либо по предметному принципу. При техн. принципе организации на уч-ках осуществляется однородные технологические операции. При предметной форме организации на уч-ках осущ. пр-во и сборка отдельных деталей, отдельных сборочных единиц. (коленчатых валов, коробок передач). Совокупность уч-ков образует эк. автономную структурно административную единицу предприятия – цех. В основу организации цехов часто может быть положен предметно-технический принцип. В соответствии с 3-мя этапами производственных процессов, на большом предприятии разделяют цеха на группы: 1. Заготовительные(литейн, кузнечн, раскроя готового материала). 2. Обрабатывающие цеха (механич., термические, холодной штамповки). 3. Сборочные ( собственно сборочные, механо-сборочные, сваро-сборочные).
№7. Типы производства, их технологическая характеристика.
В зависимости от номенклатуры и объёма пр-ва различают типы: - Единичное - Серийное - Массовое Основной характеристикой типа производства является коэффициент закрепления операций. Он показывает отношение всех операций, выполняемых в течении планового периода на участке или в цехе, к общему числу рабочих мест. Кзо=О/Р О - операции, Р - раб.места Когда Кзо =1-2 массовое производство
Кзо45. Маркируются и обозначаются цифрами и буквами: 1-ые две цифры – содержание углерода в сотых долях, буквы – легирующие элементы, 2-ые цифры – содержание этих элементов: Mn-Г, Si-С, Cn-Х, Ni-Н, Mo-М, W-В. Напр. 45Г, 10Г2С1, 15Г2Хф, 12Х2МН4А Строительные легированные: 09Г2, 10Г2С1, 16Г2Хф. Из них широко используют 15Х, 20Х; 20Хр-хромованадьевые; 12ХР3А - хромоникелевые (пониженное содержание S & P); 18ХТ – хромо марганцовистые изготовляют ответственные детали машин в самолетах (там где необходима высокая надежность) Высоколегированные. Кррозионостойкие 12ХН19; жаропрочные 10Х14Г14М4Т; жаростойкие (без окисления до 8000С) 08Х17Н15М3.
№11. Цветные металлы и сплавы, характеристика основных марок Сортамент, основные виды.
Алюминий – обладает низким удельным сопротивлением, хорошей теплопроводимостью и хорошей коррозионной стойкостью (покрыт оксидной пленкой). А999 (сод. Al 99,999%), А99,А95. Используют в машиностроении, алюминий применяют в виде сплавов: деформируемые ал. сплавы – выплавляются на основе Al, Mn; литейные ал. славы – изготовление деталей , которые целиком отливаются Al–Si 150-2000, Al-Si-Cu (АЛ3, АЛ5) до 2700, Al-Mg (АЛ8), Al-Mn (АМц), AL-Mg (АМг), Al-Mg-Si (АД), Al-Cu-Mn. Медь и ее сплавы. Хорошо обрабатывается давлением и резаньем, обладает высокой теплопроводностью, электропроводностью, устойчивостью к коррозии. Латунь – сплав меди с цинком, обладающий достаточно хорошей прочностью и коррозионной устойчивостью. Л80 (меди 80%). Применение в машиностроении, приборостроении в химической промышленности. Бронза – сплав, легирующими элементами являются различные металлы, кроме цинка. БрОФ4-0,25 4%- олова 0,25%- фосфора, остальное медь. По сравнению с предыдущим сплавом обладает большей прочностью, высокой коррозионной стойкостью, антифрикционными свойствами. Сплав самый прочный, изготовляют астрономические зеркала. Медно-никелевые сплавы. Конструкционные: изготовление изделий из мельхиора – МНЖМц30-1-1, МН19; нейзильбер МНЦ 15-20 (посуда). Электротехнические: констант МНМц40-45 обладает высокой температурной стойкостью, изготовляют нагревательные элементы; копель МНМц43-05. Титан и его сплавы. Вошел с развитием машиностроения. «+» высокая коррозионная стойкость, ненамагничиваемый, высокая удельная прочность, низкая теплопроводность, низкий коэффициент линейного расширения. Бывают литейные (ВТЛ, ВТ5Л, ВТ9Л- наиб. прочный 5000С), деформируемые. Магний – в чистом виде Мг96, Мг95, Мг90. Подразделяют на литейные (Мл) и арматурные (Ма). Обладают последние повышенной герметичностью, используют при изготовлении самолетов и ракет. «+»очень плотное соединение, «-»магний воспламеняется при физической обработке.
№12. Основные операции термической обработки.
Назначение и виды термической обработки. Термическая обработка - изменение физ. св-в или химич. состава материала деталей в результате структурных превращений, происходящих при нагреве и охлаждении его в различных средах. Основные операции: отжиг – терм.опер, которая состоит в нагреве металла до высоких температур и медленном охлаждении его вместе с печью (применяется для возращения металлу пластичных свойств). Нормализация – терм.обр, состоящая в нагреве стальных деталей до средних температур, выдержки при этой t 400-500’C для равномерного нагрева и последующего охлаждения на воздухе (частично восстанавливает свою пластичность и частично сохраняет свою твердость). Закалка – нагрев металла до высоких t 900-1000’C, выдержка при этой t для нагрева и быстром охлаждении в воде (приводит к высокой твердости, жесткости, упругости, но металл при этом почти полностью теряет эластичность). Отпуск – состоит в нагреве металла до разной t (низкий –150-200’C, средний –250-350’C, высокий – 400-500’C), выдержки при последующем медленном охлаждении (производится для снятия внутреннего напряжения в металле, снижения хрупкости при сохранении требуемой твердости). Старение - терм. операция, применяемая для стабилизации св-в и размеров детали на протяжении длительного срока их службы. Различают: 1-естественное - материал оставляется на открытом воздухе на 3-5 лет под навесом, 2- искусственное- при t 100-120’C происходит нагрев в печи в течение 5-7 дней, а затем также медленно охлаждают. Это были основные операции, позволяющие из данного металла получать различные св-ва. Химико-термическая обработка – обработка с целью придания поверхностному слою детали, за счет насыщения различными элементами, высокой твердости, износоустойчивости при мягкой сердцевине. Цементация – поверхностное насыщение малоуглеродных сталей углеродом до 0,8- 0,9%, а последующая закалка и отпуск дадут твердость, высокопрочность, износоустойчивость. Fe2C – карбид, высокая твердость (зубчатые колеса подверг. данной операции). Азотирование – поверхностное насыщение стали азотом в среде аммиака NH3 (поверхностный слой приобретает высокую поверхностную твердость до HRC 70- 72, высокую износоустойчивость и коррозийную устойчивость, нитриды железа обладают высокой твердостью). Цианирование – одновременное поверхностное насыщение стали азотом и углеродом при длительном нагреве в расплаве цианистых солей: NaCn, Ca(CN)2. Диффузионная металлизация – насыщение поверхностного слоя металлами Al - алитирование, хромом – хромирование, кремнием – селицирование, бериллием - бериллизация. За счет диффузии проникают внутрь и дополнительно лигируют. Значит, для конструкции берут достаточно дешевый материал, и с помощью термической обработки (химико-терм.) придают поверхностному слою особые св- ва. Технология обработки. Характер, вид, объем определяется конструктором. (40% сталь, 25% из чугуна и цв. метал.) Формы организуются: в спец. терм. цехах, в терм. отделениях цехов (некрупные изделия, серийное производство), на рабочих местах, непосредственно в цехе на месте обработки детали. Термическая обработка состоит из следующих операций: Подготовка изделий (мойка): очистка поверхности от загрязнений (масло, пыль), которые могут вызвать неконтролируемое насыщение некоторыми элементами. Выполняется в специальных моющих машинах в сочетании с механическим и химическим воздействиями. Сушка осуществляется горячим воздухом. Нагрев заготовки и выдержка при заданной температуре: самая трудоемкая, дорогая и ответственная операция, выполняющаяся в специальных термических печах. Печи делятся по способу нагрева: 1.газопламенные (за счет сгорания природного газа, применимо для крупных деталей), 2.электрические (печи – сопротивления, для деталей средних размеров, похожи на колодца в полу), 3.ТВЧ – токи высокой частоты (нагрев поверхности за счет конвекции, использование индуктора и частоты 1000-10000 Гц, нагревается лишь поверхность детали). Все печи, как правило, имеют соответствующую автоматику, которая обеспечивает определенную скорость нагрева, температуру в зоне печи, соответствующее время выдержки, определенная скорость охлаждения. При нагреве детали при высокой t, в присутствии воздуха, происходи окисление и обезуглероживание, железо окисляется, образуется окалина. Поэтому для предотвращения этого, в рабочем пространстве печи создают газовую защитную атмосферу. Чаще всего применяется сжигание природного газа – метана. В малых объемах печей (в электрических) применяют инертные газы – аргон, гелий. Существуют ванные печи, которые наполняют NaCl. При температуре 800’C происходит быстрый и равномерный нагрев (теплоотдача при непосредственном контакте, отсутствие окисления). Охлаждение с определенной скоростью и в определенной среде. 1.При нормализации – с печью или на воздухе. 2.При закалке – быстрый перенос из печи в охладительную ванну. В качестве охладительной среды применяют: воду, водные растворы солей, минеральное масло. Вода – наиболее дешевый вид, обеспечивает высокую скорость охлаждения, получается самая высокая твердость, но процесс часто нарушается появлением паровой подушки, которая препятствует охлаждению. Минеральное масло – более мягкая закалка, но минеральные ванны значительно дороже водяных, существует опасность воспламенения масла. Водные растворы соли - для повышения теплоемкости, теплопроводности. Очистка от окалины. При образовании окалины – оксида железа (очень хрупкого соединения) выполняются операции для его удаления: механическим путем для крупных (средних деталей), дробеструйная, пескоструйная, химическим, электро-чимическим путем.
№13. Общие сведения о процессах литья. Оборудование для плавки.
Литье – процесс изготовления фасонных (сложной формы) заготовок, путем заливки расплавленного металла в форму, внутренняя полость которых имеет конфигурацию детали. После затвердевания металла форма разрушается, и получается отливка. Литейные цеха - заготовительные. Литье – наиболее простой и дешевый способ формирования заготовки. Масса заготовки может быть от нескольких граммов до нескольких тонн. Около 50% деталей получают литьем. Льются почти все сплавы черных металлов. Литье отличается высоким объемов ручных работ, а также является вредным производством. Технологический процесс литья. 1 – изготовление форм, стержней, 2 – плавка металла из чушек, 3 – отливка металла в данную форму: заливка жидкого металлов форму, охлаждение и затвердевание жидкого металла в формах, извлечение или выбивка заготовки из формы, удаление литников и очистка от формовочной земли. Скарп – Очистка – От точности и качества литейной формы зависит качество отливок. Литейные формы различают: разовые (на каждую отливку каждый раз делают новую форму), полупостоянные (на 10 отливок , потом теряют прочность), постоянные (число отливок 103-105 штук). Оборудование для плавки. Главное оборудование в литейных цехах – печи для расплавления металла. Вагранка. Маленькая доменная печь, для плавки чугуна. 1металлический корпус из чугуна, 2огнеупорный кирпич футеровка - кварцевый кирпич (до t 2300- 2500’C), 3шихта - чередующиеся слои чугуна и кокса, 4дутье – отверстия с помощью которых подача кислорода, 5летка, которая периодически открывается, чтобы выпустить расплавленный металл. Температура в печи 1400-1500’C.
Дуговая электропечь. 1 электроды (из графита, вольфрама), 2 керамическая футеровка, 3 каркас из дешевого материала, 4 заготовки, исходный материал. Температура в печи – 2500’C.расплавленный металл практически без примесей. Расплавленный металл, помещенный в ковши, развозят по цеху.
Индукционные печи. Создается электромагнитное поле высокой частоты, за счет которого происходит плавка особых металлов. Температура в печи – 1500- 1600’C. 1тигель.
Электрические печи сопротивления. Существуют тены - спираль из нихрома. Металл помещается и нагревается за счет потоков излучения, конвекции. Печи применяются для плавления цветных металлов. Печи данное оборудование сложное, дорогостоящее. И процессы плавки – периодические.
№14. Литье в землю. Понятие модели, формы и стержней.
Древнейший способ литья. Два варианта выполнения:1 ручная формовка по деревянным моделям, 2 машинная формовка по металлическим моделям. 1 ручной формовкой по деревянным моделям: используется в единичном и малосерийном производстве, для получения заготовок сложной конфигурации мелких и средних размеров (до 200 т), для черных и цветных металлов. Название происходит из-за того, что материал модели – дерево. Формовочная смесь состоит из земля + глина + песок. Отливка модели отличается:
Припуск – набавляют на обрабатываемые поверхности, чем больше припуск , тем больше механической обработки. Его величина Z=0,5-1 мм до 15-20 мм, средний припуск 3-5мм. Для извлечения деталей из формы перпендикулярно плоскости разъема делают – уклоны (внутренние и внешние), что требует дополнительных расходов. Для упрощения формы - напуски, закрывают сплошным металлом. На острых углах радиус скругления – галтель. Модель – деревянная. Состоит из двух частей:
Чтобы определить нахождение стержня необходим знак – возвышение. Формовка.
Землю уплотняют. Разбирают форму и извлекают модель. В земле пустота, куда вставляют стержень, если предусмотрено отверстие. Для заливки металла – литник, через выпор смотрят степень заливки металлом данного пространства. После остывания, извлекают отливку, земля разрушается и уходит через решетку. Земля идет на повторное использование. Достоинства: получение отливок любой точности и конфигурации, неограниченные размеры, сравнительная низкая себестоимость (опоки многоразовые). Недостатки: низкая производительность, длительный процесс, низкая точность 14-17 кв., низкое качество поверхности Rz = 400000 мм , значительные расходы на литники (отхода до 35%), большие припуски и последующие большие отходы в стружку, тяжелые условия труда. 2 машинная формовка по металлическим моделям. Применяется в серийном производстве и массовом. Отжиг: половинки моделей делают из металла (алюминий) и прикрепляют намертво подмодельной плите. Заполнение формы происходит на формовочных машинах.
Опоку ставят на плиту и заполняют формовочной смесью, затем упрессовывают землю (аналогично и вторую опоку). Металлические модели не набухают от влаги формовочной земли. Более точные, не прилипают. Достоинства: высокая производительность, хорошая механизация, удовлетворительная точность 12-14 кв. Недостатки: низкое качество поверхности из-за зернистости земли Rz, большие отходы в литниковую систему, ограничение сложности размеров отливки, более тяжелые условия труда (грохочут от механической подачи сдачи).
№15. Литье точных отливок в разовые формы.
Литье в оболочковые формы. Применяется в серийном производстве отливки из черных и цветных металлов с различной массой до 150 кг, сравнительно некрупных. Отливки имеют упрощенную конфигурации, обычно без внутренних полостей. Особенность заключается в формовочной смеси, которая состоит из мелкозернистого кварцевого песка и термореактивной смолы, которая расплавляется при температуре 80-90’C, а при температуре 120’С через несколько секунд полимеризуется и затвердевает. Технический процесс выполняется на специальных машинах. Модель прикрепляют к крышке и нагревают до 80-90”С, затем переворачивают данную установку и смола , попавшая на металлическую модель расплавляется и прилипает, затем снова переворачивают и снова нагревают до температуры 120, и благодаря свойству смолы она затвердевает, получается полу форма. (аналогично вторую половинку)сковыривают корочку и получают форму, в которую можно заливать металл.
Крупные формы иногда ставят в опоку и засыпают землей, чтобы жидкий металл не пробил форму. Достоинства: высокая производительность, промышленная точность отливок 12 кв., удовлетворительное качество поверхности Z = 0,5-1,5мм, резкое сокращение расходов формовочной смеси в 20-30 раз, низкие потребности в производительных площадях, примерно в 5 раз. Недостатки: стоимость одного кг литья выше, чем в землю на 40-50%, ограниченные формы и массы отливок, токсическое воздействие паров смолы. Литье по выплавляемым моделям. Для данного литья модель изготовляется из парафина или стеарина. Модели получают прессованием (пресс-форм), затем модели выплавляются из форм, что не требует разъема формы и обеспечивает высокую сложность и точность литья.
Принимается в серийном производстве для получения мелких и средних заготовок сложной конфигураций (корпуса приборов). Льются детали из высоколегированных сплавов, цветных металлов и трудно обрабатываемых материалов. Масса от 150т до 150кг. Процесс осуществляется на полуавтоматах при температуре 50 градусов. Собственно процесс: Заготовку опускают в емкость , заполненную суспензией (неоднородная грубодисперсная система, состоящая из твердых частиц, равномерно распределенных в жидкости): 70% кварцевого песка, 30% этилселиката. Окупая сборку, получают на поверхности тонкий слой частиц, ее достают и подсушивают горячим воздухом. Этот процесс повторяют несколько раз до образования хрупкой корочки 2-3мм. Затем, на сборку направляют пар 120-150 градусов, и вытекший парафин используют снова.
Парафиновая сборка Для сохранения формы ее обжигают при 500-600’С, происходит спекание и упрочнение, затем вставляют в опоку, засыпают песком (для устойчивости), заливают металлом. Достоинства: высокая производительность, допускающая возможность механизации , автоматизации; высокая точность 10-12кв.;хорошее качество поверхности Rz = 20; сокращение объемов механической обработки до 80% (до 7 кв. и Ra = 1,25). Недостатки: повышенная трудоемкость и стоимость отливки; ограниченность размеров, формы (трудно получить внутренние поверхности).
№16. Литье в постоянные металлические формы (кокиль). Литье под давлением.
Литье в кокиль – разъемная металлическая форма, в которую заливается жидкий металл, изготовляемая из чугуна или стали. Для оформления внутренних поверхностей используют разъемные металлический стержни. Данное литье позволяет получать не очень трудные отливки.
Технология дополнительно требует: для лучшего заполнения формы перед заливкой кокиль нагревают при простых 150-200’С, при сложных 350-400’С; для предотвращения пригорания отливки изнутри кокиль смазывают графитовой смазкой. Это усложняет технологический процесс и требует дополнительных затрат. Преимущества: быстро застывают отливки, образуются малозернистые структуры; высокая производительность и возможность механизации (конвейер); 11-12кв. качество поверхности Rz=20-100мкм; сокращение объема механической обработки за счет уменьшения припусков; плотная малозернистая структура металла; исключение из процесса формовочной земли. Недостатки: высокая стоимость изготовления кокилей; недостаточная стойкость при отливки черных металлов (30-40шт); трудность получения отливок из тугоплавких сплавов и разностных отливок. Применяют данный вид литья в мелкосерийном производстве (из стали 6%, чугуна 11%, цветных металлов 45%). Масса отливок до 7 тонн. Литье под давлением. Применяется для отливок сложной формы, массой до 100 кг из легкоплавких цветных металлов. Это самый высокопроизводительный способ лить позволяет производить 200-400 отливок в час. Процесс литья заключается : расплавленный металл подается в рабочую полость стальной пресс-формы под давлением 300-500 МПа. Весь процесс осуществляется на одной машине, которая работает в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Это наиболее известная форма литья.
Принцип:
Одна часть формы подвижная. Металл подается в специальный мундштук из цилиндра. Чтобы металл не остывал камера сжатия подогревается постоянно. Сложная часть процесса – изготовление пресс формы. Из высококачественных сталей 5ХНМ, внутренняя поверхность шлифуется до 0,1мкм. Каждый цикл литья состоит: смазка пресс формы машинным маслом с графитом; установка стержней; смыкание пресс формы; заливка металла в камеру; впрыск металла в рабочий ход; выдержка или охлаждение; извлечение отливки. Достоинства: высокая производительность; возможность автоматизации, высокая точность 9-10кв; низкая шероховатость Rz = 6,3-10мкм; маленькие припуски на обработку 0,1-0,4 мм. Недостатки: высокая стоимость и сложность изготовления пресс форм; ограничение размеров, сложности внутренних форм; некоторая пористость отлива из-за газовых пузырьков, неуспевающих покинуть пресс формы. Применяют в крупносерийном производстве.
№17. Сущность обработки давлением, основные виды процессов.
Обработка давлением основана на способности металлов получать пластические (остаточные) деформации, под действием воздействующих на них внешних сил, не разрушаясь. При этом заготовка простой формы принимает схожую с деталью форму того же объема. Снижаются отходы. Процесс х-ся высокой производительностью. Но металл в процессе пластической обработки упрочняется. Растет его прочность и уменьшается пластичность, если продолжать его деформировать он может разрушиться. Чтобы восстановить его с-ва заготовку подвергают термической обработке (отжигу). Все процессы обработки металла давлением делятся на: 1) Горячую обработку. Она осуществляется с предварительным нагревом заготовки до достаточно высоких температур (800-900)С, чтобы повысить пластичность 2) Холодную обработку. Осуществляется при комнатной температуре, за счет их естественной пластичности. По х-ру протекания пластической деформации все процессы обработки давлением делятся на: 1) Прокат- обжатие заготовки вращающимися валками, что приводит к изменению поперечного сечения данной заготовки. Получают прокатные изделия длиной от 6 до 12 м разного профильного сечения. На прокатном стане металлического завода.
2) Волочение- протягивание длинной заготовки через сужающееся отверстие в спец инструменте, называемом волок. Процесс может производиться в несколько проходов на волочильном стане. Данным способом получают проволоку, прутки и т.д.
3) Ковка- деформация заготовки ударами инструмента простой формы, при свободном течении металла между бойком и наковальней. Древнейший способ обработки металла, требующий высокого мастерства управления силой удара.
Оборудование- молот. Используется для крупных заготовок, т к не обеспечивает большой точности.
4) Штамповка- обработка давлением с помощью штампа, внутренняя полость которого имеет конфигурацию штампуемой заготовки. Самый распространенный метод, отличающийся высокой производительностью. Разделяется на два процессов: 1.объемная горячая штамповка, 2холодная листовая штамповка.
№18. Оборудование для обработки давлением.
Самый капиталоемкий метод обработки. Необходимо крупное оборудование и большие производственные площади. Основное оборудование: молоты (ударное воздействие), прессы (плавное статическое воздействие). 1) Паро-воздушный молот. Материал деформируется благодаря силе падающих частей, масса которых 1-8 тонн. Масса заготовок 20-350 кг, они обычно простой формы. Самое простое и дешевое оборудование. Но работает с большим шумом и низкой точностью, необходимы большие припуски.
Подается сжатый воздух или пар под давлением
2) Кривошипно-шатунные горячековочные прессы. Используют накопленную механическую энергию маховика, передаваемую на боек через кривошипно- шатунный механизм. Плавно работает с меньшими ударами, усилием до 100МН, но их стоимость в 3-4 раза больше чем у молота.
3) Горизонтально-ковочные машины. Используют энергию моховика, передаваемую через кривошипно-шатунный механизм, позволяющий наносить удары в двух направлениях. Штамп состоит из двух половинок: матрицы и пуансона, формирующего внутренние поверхности.
Мощность до 30МН, позволяют получать более точные и сложные заготовки. Но стоят они в 1,5 раз больше чем горячековочные прессы. 4) Гидравлические штамповочные прессы. Машины условно статического действия. Усилие создается с помощью жидкости или газа под давлением 20-30 Мпа. Похожи на молоты. 100МН. Получаются самые крупные и точные заготовки: корпуса лодок, кузова автомобилей. Самое дорогое и громоздкое оборудование высотой до 10-15 метров. 5) Печи для нагрева и отжига: газопламенные, электрические.
№19. Горячая объемная штамповка.
Это формообразование заготовок нагретых до температуры 1000-1200 градусов в фасонных полостях штампов, сдавленных со значительным усилием. Нагрев снимает сопротивление металла деформированию, обеспечивает хорошее заполнение сложной формы. Однако точность заготовок и качество поверхностей не высоки. Что требует значительной последующей механической обработки. Высокопроизводительный процесс, широко применяется в машиностроении (горячештамповочные цеха). Производство осуществляется на одном рабочем месте и состоит из 2 операций нагрев (печь) и штамповка (молот). Технологическая подготовка ГШП состоит: 1. Проектирование чертежа штамповки 2. Проектирование технологического процесса штамповки 3. Проектирование и изготовление штампов Чертеж отличается наличием припусков и напусков, штамповочных уклонов и радиусов скругления. Сами штампы изготовляют из дорогих сталей 3Х2В8Ф, 7Х3.
Изготовление их отличается сложностью и трудоемкостью, это причина их высокой стоимости. Стоимость штампов переводится на стоимость получаемых в них заготовок. В процессе работы штампы изнашиваются. Они могут использоваться для изготовления 3000-5000 до 10000-15000 заготовок. Технологический процесс состоит: 1.Нагрев заготовок определяет качество, производительность и стоимость продукции. Нагрев должен быть равномерным; осуществляться в специальных печах (газопламенных, электрических, соляных). Нагреть до нужной температуры и выдержать , а за тем быстро подать на штамповку. 2.Штамповка: нагретая заготовка из печи переносится в штамп, включ. рабочий ход молота или пресса, за 1-2 удара формируется простая заготовка.
3.Обрезка заусенца: когда полости штампов смыкаются, часть металла может выступать (2-3%) и образуется заусенец, который нужно обрубить (в специальном прессе с отверстием)
4.Правка применяется для сложных заготовок, искривляющихся в процессе штамповки или охлаждения. Выполняется в этом же штампе в холодном или подогретом состоянии(600-500). 5.Отжиг применяется для возвращения металлу пластичных св-в (возвращается исходное состояние металла). 6.Очистка от окалины проводится мех. путем на дробеструйных установках или мет. щетками, и химич. путем (травление) 7.Калибровка - холодное обжатие заготовки в спец. точных штампах для придания необходимой точности размерам, чистоты поверхности за счет пластичности основного металла.
№20. Холодная объемная штамповка.
Формообразование деталей в штампах пластическим деформированием при комнатной температуре за счет естественной пластичности. Особенности: Процесс обеспечивает высокое качество поверхности, высокую точность и невысокую шероховатость поверхности при малых отходах и высокой производительности. Материал заготовки должен обладать высокой пластичностью. (>10%, (>12%. Заготовки не могут быть слишком сложной формы Металл при холодной штамповке сильно упрочняется, что требует промежуточного отжига для восстановления пластичности заготовки. Главный инструмент - штамп, который изготовляется из высокопрочных дорогих сталей, сплавов, что вызывает сложности изготовления, стоимость штампов переносится на количество деталей. Холодная штамповка отличается точностью, качеством, применяется в крупносерийном и массовом производстве. Основные разновидности операций ХОШ. 1.Высадка - получение местных утолщений из заготовок малого диаметра (головок болтов, винтов, заклепок). Исходной заготовкой служит прокат в виде проволоки или прутка.
[pic] Заг-ка подается в матрицу, прочно удерживается. Внутренняя полость пуансона соответствует форме необходимой высадки - он формирует головку. 2.Выдавливание - форма образования изделий путем пластического истечения из полости штампа через отверстие соответствующей формы. а)прямое: в матрицу укладывается заготовка, входит пуансон. Под действием усилия металл вытекает из формы. а)[pic][pic]б) б)обратное: матрица глухая, пуансон входит в матрицу с зазором, под него кладется заготовка. Под давлением заготовка вытекает в зазор.
3.Холодная формовка - формообразование деталей путем заполнения полости штампов за счет перераспределения объемов. а) открытых штампов: излишки металла образуют заусенцы, объем заготовки примерно равен объему детали
б) закрытых штампов: весь мет. получается в заг-ке, объемы детали и заготовки равны (строгие требования), а также повышенная точность
Инструментом является штамп. Изготавливают из высокопрочной стали – дорогие штампы. И их стоимость полностью переносится на стоимость готовых деталей. Данный способ штамповки отличается высокой точностью, качеством, использование металлов 95%. Применяется в крупносерийном и массовом производстве.
№21. Листовая холодная штамповка.
Особенности . Исходной заг-кой является лист (полоса) металла толщиной менее 10-15мм
(чаще всего 0.5 - 1.5мм) . Толщина изделий значительно меньше всех остальных размеров и не отличается от толщины заготовки (деформация не по всему объему - местная). . Металл заготовки должен обладать выс. пластичностью (низкоуглеродистые стали, медь, латунь, алюминий, метан, кожа, целлюлоза). . Операция сопровождается упрочнением и иногда требует промежуточного отжига. . таким способом получают коробки, коробч. шасси, быт. изделия - вилки, ложки, кастрюли. Основные операции: 1.Вырубка и пробивка выполняется в спец. выруб. штампах следующей конструкции:
Пуансон оформляет внутренние, матрица - наружные поверхности. Пуансон под действием силы пытается протолкнуть через отверстие матрицы часть листа; лист прижимают, чтобы не прогибался. Пуансон преодолевает сопротивление листа, входит в матрицу и вырезает деталь, которая проваливается в отверстие матрицы; пуансон отходит назад; лист продвигается на следующий шаг. 2.Гибка - заключается в придании заг-ке объемной формы за счет местной деформации. Берется матрица, кладется лист, и соответствующей формы пуансон его изгибает - заготовка принимает соответствующую форму. Получение ребер жесткости:
3.Вытяжка из листа сложной формы изделия (на рис - вытяжка стакана)
Изготовляют кастрюли колпачки, осуществляют вытяжку из менее в более глубокую форму. 4.Высокоскоростная листовая штамповка. Характеризуется тем, что кратковременное приложение нагрузки (например, взрыв) разгоняет заготовку до скорости 150-200м/с. При такой высокой скорости деформации обгоняют образование трещин, т.е. появляется возможность деформировать малопластичные металлы. Штамповка взрывом:
Изготовляется матрица сложной фасонной формы, на ее поверхность кладут лист металла, подвешивается взрывчатое вещ-во, это все в воде, закрывается прочной крышкой. После взрыва за счет высокой жесткости воды передается удар и под действием ударной волны заготовка принимает форму матрицы, не требуется пуансона. Спец. каналы отсасывают воздух. Размер получаемых деталей 2-3м. Достоинства: возможность получения изделий мин. массы и небольших габаритов при удовлетвор. прочности и жесткости; достаточно выс. точность размеров и качества поверхности; обработка за одну операцию; высокий уровень механизации, автоматизации, высокая производительность (30-40 тыс. деталей за смену); применяется в крупносерийном и массовом производстве. Недостатки: выс. трудоемкость и сложность изготовления штампов, их износ и выс. стоимость.
№22. Общая характеристика сварочного производства. Понятие сварки плавлением и сварки давлением.
Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений в результате частичного оплавления соединяемых деталей. Дешевый процесс легко механизируется, простое оборудование. Особенность: сварка позволяет заменить сложную цельнометаллическую тяжелую конструкцию на сборную, состоящую из простых элементов, полученных прокаткой. Это позволяет снизить трудоемкость и себестоимость продукции. Сварные соединения на 20-30% менее прочны, чем литой металл. Процесс сварки бывает двух типов давлением и плавлением. Плавлением.
электрод
Температура 200`С. при охлаждении объем уменьшается, а этому препятствует напряжение. Прочность соединения на 1/3 Операции: 1.разделка кромок соединяемых деталей.
2.установка и закрепление сварочных деталей в спец. сварочных стендах для придачи прочного и неизменного положения. 3.собственно сварка 4.контроль сварного шва Сварка давлением. Образование соединений происходит за счет диффузии атомов металлов, соединяемых вместе (при условии , что поверхности соединены друг с другом плотно). Технологический процесс состоит: 1.Очистка механическим или физическим путями. 2.Сжатие пов-ти с определенным усилием, иногда с помощью подогрева для более эффективного дифундирования атомов. 3.Выдержка для достаточно пластичных металлов, низкоуглеродистых (платина, золото).
№23. Основные разновидности сварки плавлением.
По источникам тепловой энергии: Электрическая дуговая сварка. Максимальная t = 6000`С для любых металлов. Для питания используют сварочные генераторы, трансформаторы.
Обмазка защищает пов-ть от контакта с кислородом. По степени механизации: 1.Ручная сварка - осуществляется сварщиком (вертикальные, горизонтальные, потолочные швы), качество шва определяется квалификацией сварщика. 2.Полуавтоматическая сварка – процесс зажигания в ручную. движение вдоль шва осуществляется автоматически. 3.автоматическая – все опер. автоматически (автомат С ЧПУ). Газопламенная. Источник тепла – сгорание ацетилена в струе кислорода (t = 300`С). используют в тех местах, где нет источников электрической энергии. Электрошлаковая. Тепловую энергию получают за счет сопротивления тока при прохождении его через сварочную ванну. Нужны источники для работы в режиме короткого замыкания. Этот вид сварки используют для сварки крупных деталей, толщиной не менее 30 мм. (напр. сварка броневых листов).
Рис: образуется электромагнитное поле, и его энергия превращается во внутреннюю энергию электрода, благодаря чему металл плавится.
Электроннолучевая сварка. Тепло образуется за счет ударов потока электронов, движущихся с высокой скоростью до 150км/с в атоме. t=5000-6000`C. Шов получается высокого качества, т.к. процесс протекает в атоме, этот способ применяется для сварки тугоплавких и химически активных металлов Mb, Mo, Ti, Ta, Zi. При электронной сварке возникают рентгеновские лучи, для безопасности персонала процесс происходит в толстостенных вакуумных камерах. Лазерная сварка. Основана на использовании лазерных генераторов. Лазер – оптически квантовый генератор , создающий мощные , узконаправленные , когерентные пучки монохроматического излучения. ОКГ – остросфокусированный поток фотонов, диаметром 0,02-0,2мм. Температура в луче 6000-8000`С. «+» можно варить в камере через прозрачное стекло, в недоступных местах. Позволяет широко использовать. «-» низкий КПД вакуумных генераторов = 10%. Применяют в электронике, радиотехнике, приборостроении.
№24. Основные разновидности сварки давлением.
Контактная электрическая сварка:
В месте соединения при прохождении электрического тока возникает процесс расплавления металла, с уменьшением площади соприкосновения увеличивается сопротивление, а, следовательно, увеличивается выделяемое кол-во теплоты (по закону Джоуля-Ленца). Соединяемые пов-ти сдавливают и получают прочное соединение. Используется для сваривания рельс, стержней, для соединения разнородных материалов. (напр. буровые коронки привариваются к хвостовикам). Контактная точечная сварка. Используется для соединения листовых конструкций
Применяется в автомобиле-, вагоностроительстве. Шовная сварка.
Герметическое соединение Оборудование – контактные сварочные машины. Сварка трением.
Частота вращения равна 1500 вр/мин. В процессе сухого трения механическая энергия преобразуется в тепло. Зона контакта разогревается до 1000`С, во время трения происходит самоотчистка, после завершения вращения свариваемые поверхности прижимают и получают прочные сварочные соединения диаметром от 1до 140мм. «+» высокая производительность и малая трудоемкость. Холодная сварка давлением. Соединение деталей происходит без подогрева, только за счет пластической деформации:
Предварительно требуется тщательная очистка для возникновения диффузии.
№25. Пайка металлов. Припои и флюсы, технология.
Пайка – технологический процесс соединения метал. заготовок без их расплавления за счет вводимого между ними расплавленного металла. Припой – (температура плавления припоя должна быть = Пайка используется при различных электромонтажных работах, в производстве радио аппаратуры. «+»Отличается низкой ценой, но «-» дороги припои. Процесс пайки включает операции: 1. Подготовка поверхности: очистка механическим или физическим способом, создание определенной шероховатости поверхности. 2.Лужение поверхности: покрытие соединяемых поверхностей тонким слоем припоя; нагревание соединяемых поверхностей до t плавления припоя; их соединение с небольшим давлением. 3.Очистка места пайки от остатков флюса. Бывают следующие виды припоев: Мягкие - t плавления Твердые – t плав. > 400`: медные (1100`), медно-свинцовые (900`), серебряные (600-800`). Для очистки поверхности от окиси и для улучшения смачиваемости применяют спец. примеси – флюсы. Виды флюсов: 1.Кислотные (на основе хлористых соединений): ZnCl2, NH4O. Хорошо очищают поверхности, но остатки окиси флюсов вызывают коррозию, поэтому необходимо их удалять. 2.Конефольная смесь из смоляных кислот из сока дерева обладает мягким очищающим действием при t = 150`С, может служить хорошим изолятором. 3.Кмслотные флюсы: бура Na2B4O7, борная кислота B(OH)3. Остатки флюсов нужно удалять –опасность коррозии. Оборудование и инструменты: Основной инструмент – паяльник. Использование меди дает высокую эффективность за счет высокой теплопроводности, особенно для мягкого припоя. Для твердых припоев используется электрическая печь (устройство ТВЧ).
№26. Процесс резания металлов. Основные понятия и определения. Физические явления в процессе резания.
Механическая обработка – основной вид обработки , достигает высоких степеней точности и с помощью ее обрабатывается основной объем детали. 1. Мех. обр-ка – самый объемный вид обр-ки. 2. Мех. обр-ка позволяет достичь наивысшую точность, высокого кач-ва. Обработка (обр-ка) резанием – процесс срезания режущим инструментом слоя металла в виде стружки. (для получения необходимой формы тела, точности и шероховатости) Для процесса необходимы металлорежущие станки, в рабочих органах которых закрепляется инструмент и заготовка и осуществляются сложные движения. Движения резания – основные движения, при которых с заготовки снимается слой металла, стружка. К этому движению относят: главные движения – движение, совершаемое с наибольшей скоростью, хар-ся скоростью резания Vр. [м/мин] (шлифование [м/с]). движение подачи – перемещение режущей кромки инструмента, обеспечивает непрерывность обр-ки и обработку всей поверхности. Sо=мм/об, Sм=мм/мин, Sz=мм/зуб. Технологический эскиз для основных видов обработки: 1. точение патрон
- глубина резанья 2. сверление
стол
3. фрезерование
Hз – толщина заготовки Нd – толщина детали - t глубина резанья Sm=n*Sz , n – об/мин режимом работы - совокупность определенных значений глубины резания (t), подачи (So)и скорости резания (Vp) называется. Эти параметры устанавливаются технологом на основе данных, справочной литературы. Чтобы инструмент обладал способностью резать металл, его затачивают определенным образом. Режущий клин стружка
( - задний угол, ( - передний угол Режущий клин врезается в заготовку и срезает метал. Стружка бывает трех типов. 1. Сливная, от вязких пластичных материалов.
2. Стружка скалывания. При обр-ке материалов средней твердости. 3. Сыпучая При обработке хрупких материалов. Объем стружки при механической обработке ~30% по массе идет в стружку, основная проблема: нужно организовать сбор стружки. Процесс резания осуществляется с определенными силами: сила резания: Pz=f(t, s, v, km). Она достигает значительных величин до нескольких тыс. кН. И нужна соответствующая Мощность: N=Pz*V/(60*103) кВт Работа, затрачиваемая на процесс резания, расходуется: на упругую и пластическую деформацию металла; на его разрушение; а также на преодоление сил трения при сходе стружки по передней поверхности. По стальной пов-ти: f=0,1-0,2. Большая часть этой работы ~95% превращается в тепло. В среднем стружкой отводится 30-80% тепла, в заготовку 30-40%, в инструмент 5-10% Из-за этого режущие кромки инструмента нагреваются 1000-1200(C, что вызывает износ инструмента. Износ протекает по двум поверхностям: - по задней поверхности коэффициент износа =0,8-1,0 (образуется ленточка). - по передней поверхности (луночка) Чаще всего инструмент заменяю, когда износ по задней поверхности достигает определенного значения. Стойкость режущего инструмента – определяется в минутах непрерывного резания. В среднем 45- 60 мин.
Зависимость себестоимости от скорости резания.
№27. Инструментальные материалы.
Режущий инструмент работает в условиях больших нагрузок, высоких температур, высоких коэффициентах сухого трения. И они должны обладать особыми свойствами: - Твердость должна быть на 20-30% выше твердости обрабатываемого материала. - Красностойкость – способность материала сохранять высокую твердость при высоких температурах. Инструментальные стали. 1.углеродистые инструментальные C (углерод)=0,9-1,3% (У10А, У11А, У12А). У них твердость в закаленном состоянии HRC 60-62, но низкая красностойкость 200-250(C., Vр=15-18м/мин. Используются для изготовления ручного режущего инструмента (метчики, напильники). 2.легированные инструментальные.: Сr, W, Vo, Ni, C (добиваются повышенных режущих св-в. (XBГ, 9XC, XГ); HRC 62-64; красностойкость 250-300(C; Vр=15- 25м/мин. применяются для сложного фасонного режущего инструмента. 3.быстрорежущие до 19% W,Co,Cr; HRC 62-65; красностойкость 600-700(C; Vр до 80 м/мин. Применяются в виде пластинок, насажденных на державку. Металло- и минералокерамика. Металлокерамические твердые сплавы. Это твердый раствор карбидов WC, TiC, TaC в кобальте Co. Получаются методом порошковой металлургии. В основном используются в виде пластинок разных форм, которые насаживаются на державку.
1) вольфрамовые ВК ВК2 ВК6 ВК8 ВК15 (содержание Со). Обр-ка чугунов, тв. металлов. 2) титановольфрамовые ТК Т30К4 Т15К16 Т5К10 . Обр-ка сталей. 3) титано-танталовольфрамовые ТТК ТТ17К2 ТТ10К8 Пластинки твердых сплавов обладают высокой твердостью. HRC 86-92. (по шкале А), красностойкость 800-1000(С, Vр до 400 м/мин. Большой недостаток – высокая хрупкость.
Поворачивают
Выпускаются сменные многогранные пластинки СМП. Бывают 4-гранные, пяти. Крепят механическим способом. Для повышения стойкости наносят специальные пленки. Твердые сплавы – основной инструментальный материал для самого широкого круга инструментов. Позволяет обрабатывать самые вязкие и стойкие стали и сплавы. Минералокерамика Синтетический материал на основе глинозема Al2O3. Получают пластинки большой твердости HRC 91-93, высокая красностойкость 1200(С, высокая износостойкость. Применяется в пластинках СМП, но очень хрупкий материал, только в чистовой обработке (в основном точение), без ударов и вибрации. ЦМ- 322. Синтетические сверхтвердые материалы (СТМ). В их основе лежит кубический нитрид бора с добавлением Al2O3. Композит: эль бор, гексанит. При высоком давлении и высоких температурах происходит спекание нитридов, которые синтезируются в виде столбиков h=4-6мм. Эти материалы по твердости близки к алмазу ~на 10% меньше. По красностойкости превосходят алмаз 1300- 1400(С. Vр около 500м/мин (сталь). Vр около 1000м/мин (цв. сплавы) Но большая хрупкость. Абразивные материалы Применяются для изготовления абразивных инструментов, применяемых при абразивной обработке, которая обеспечивает получение наивысшей точности и чистоты поверхности. 0,5-1 мкм, Rа 0,06 мкм Их получают в виде хрусталиков, все искусственные. Материал имеет высокую твердость, красностойкость 1800-2000(С, Vр=100м/с Электрокорунд. Al2O3, Недорогой, светлого вида, средней твердости. Применяется для обработки сталей. Карбид кремния SiC. Получается искусственным путем. Порошок зеленого цвета (или черного). Более твердый материал, но менее прочный. Применяется для обработки чугунов, для заточки твердосплавного инструмента. Синтетический алмаз Мелкие кристаллы. Порошок светло-серого цвета. Применяются для механической обработки, шлифования твердых и хрупких материалов, заточки твердосплавного инструмента. Но низкая красностойкость 700(С Нитрид бора. Синтетический сверхтвердый. Применяется для обработки стальных, вязких деталей.
№28. Металлорежущие станки, классификация.
Это машина для обработки изделий из металлов путем снятия стружки режущим инструментом. Это основное средство производства в механических цехах. Деталь должна пройти обработку не на одном, а на нескольких станках. (от 3- 5 до 20-30 разнообразных станков). Станки применяются в определенном сочетании, различаясь технологическим методом обработки. Качество парков металлорежущих станков решающим образом определяют качество продукции и эффективность производства. Все фирмы совершенствуют оборудование. Уровень станкостроения определяет технический прогресс государства. В основу классификации МРС положен метод обр-ки, который характеризуется видом обрабатываемых поверхностей и применяемых режущих инструментов. 1.Токарные: Обрабатываются разнообразные тела вращения, валы. Инструмент – Разнообразные резцы. 2.Сверлильные и расточные: Для обработки отверстий. Сверление для расточения и расширения отверстий. Инструмент – сверла, зенкеры. 3.Шлифовальные и доводочные. Поверхности всех видов. Абразивный инструмент. 4.Комбинированные: Электро-физические методы обработки. 5.Зубо-резьбо-обрабатывающие. Для обработки зубчатых колес, шестеренок, очень сложные пов-ти. 6.Фрезерные. Плоские поверхности. Фрезы. 7.Строгальные, долбежные, протяжные 8.Разные. Разрезные, токарные и др. для резки металла в заготовительных цехах. 9.Разные.Балансировочные. Каждый из этих классов разделяются на 10 типов (токарные, револьверные, винторезные). А внутри типов существует подразделение на типы размеров. Согласно классификации станки имеют цифровой код: Х Х А Х Х А класс тип модернизация
(ХХ) типы размеров модификация Пример: 16К20 – токарный винторезный 200мм высота.; 2Н125 – сверлильный вертикальный с мах диаметром отверстия 25мм; 6Н81 – фрезерный с 100*800 размер стола. По степени точности станки делятся на определенные классы. Основные: Н – нормальной П – повышенной точности Инструментальные: В – высокой, А – особо высокой, С – особо точные станки (мастер) По степени специализации различают: 1.универсальные – для выполнения разных операций над разными деталями. 2.специализированные – для выполнения ограниченного числа операций на деталях широко номенклатуры. 3.специальные – одна операция над одной деталью. Станки различают по степени автоматизации: 1) станки с ручным управлением (токарные). 2) полуавтоматы – загрузка заготовок ручная 3) автоматы с жестким циклом управления (револьверно-кулачковые автоматы). 4) станки с числовым программным управлением (быстрая переналадка).
№29. Обработка на токарных станках.
Самая многочисленная группа оборудования, встречающаяся на самых различных заводах и предприятиях. (до 30%). Широкий спектр работ и преобладание пар вращения в машинах и механизмах. Основной вид обработки точение, обтачивание деталей форм вращения (валы и др.) Самый древний тип станков.
Перемещение с помощью винта. Основной вид применяемого инструмента – резец. 1 проходной прямой. 2 проходной, 3 упорный, 4 отрезной. Стрелка направление S.
Резец характеризуется поперечным сечением державки, bxh – 16*16mm,30*40mm. Основное приспособление: Патрон
С ручным приводом, пневматическим. Для зажима длинных заготовок - задний центр.
Для обработки полых заготовок(втулок) применяются оправки
Рассмотрим некоторые типы токарных станков. 1.токарные одно-шпиндельные автоматы (11) Предназначены для автоматического изготовления мелких деталей из длинного прутка, в приборостроении, часовой промышленности. Автоматическое перемещение всех рабочих органов станка осуществляется от одного распределительного вала с набором кулачков. Сложные в наладке (от 3-3 часов до 2-8 смен). Обеспечивают высокую производительность 100-150 дет/час. Высокая точность деталей. 3.Револьверные станки. В место задней бабки станки имеют револьверную головку. Она шестигранная с вертикальной осью и несет очень много инструментов для обр-ки.
Наличие дополнительных инструментов позволяет расширить объем работ, и поэтому они второй тип по распространенности. 6.Токарно-винторезные станки Наличие ходового винта, обеспечивающего согласованное перемещение супорта с вращением шпинделя, что позволяет получить сложные винтовые поверхности. 2.Токарные многошпиндельные станки В крупносерийном и массовом производстве. 5.Карусельные станки. У стола вертикальная ось вращения. D (диаметр) до 12м. Тяжелые детали. 7.Токарные многорезцовые полуавтоматы. Суппорт несет до 10-15 инструментов. Обрабатывает сразу, применяются в крупносерийном производстве.
№30. Обработка на сверлильных и расточных станках.
Сверление – метод получения отверстий в сплошном металле с помощью специальных инструментов – сверл. Наиболее широко используются вертикально-сверлильные станки.
Основной инструмент: 1.сверла – d=1-40мм, из быстрорежущих материалов, сплавов, 11-12 квалитет.
2.Зенкеры для увеличения диаметра уже имеющихся отверстий – 9-10 квалитет, d=6-30мм, большие d=20-120 мм. 3.Развертка – многозубый инструмент, 7-8 квалитет, z=6-12
4.Метчик – для прорезния резьбы в отверстиях, М4 - М 14 (метрическая резьба). Расточные станки – используются для круглых отверстий в больших деталей с большим диаметром 100-1000мм. Наиболее часто встречаются: Горизонтально-расточные станки
Стол станка устанавливается на салазках. Вращение обеспечивает обработку со всех сторон. Основной горизонтальный инструмент – борштанга:
Хвостовик – часть инструмента, в который вставляется шпиндель.
Координатно-расточные
– особенность заключается в том, что столб перемещается с высокой точностью по координатам X Y. Предназначены для обработки деталей с очень точно расположенными отверстиями.
Отличаются высокой точностью 0.001мм, дорогие, напоминают вертикально-расточные станки, должны использоваться при t:
20С(0,2С,нужно выдержать очень
№31. Обработка на фрезерных станках.
Фрезерование –высокопроизводительный способ обработки многолезвийным инструментом – фрезой (для обр-ки плоских поверхностей, открытых, уступов, канавок, фасонных поверхностей).
Режущий инструмент –фрезы: -Цилиндрическая для обработки плоских поверхностей. -Торцевая- режущая часть из дорогих инструментов (для обр-ки крупных деталей) - самый многочисленный вид. -Концевая – обраб-ет уступы, универсальные инструмент. -Дисковые:
Основные типы станков. Горизонтально-фрезерные:
Горизонтально-фрезерный станок состоит из следующих основных узлов: Станина - служит для крепления всех узлов и механизмов станка. Некоторые из них расположены внутри станины и не видны (электродвигатель, коробка скоростей). Хобот - предназначен для поддержания свободного конца фрезерной оправки. Хобот может выдвигаться на различные расстояния от станины в зависимости от длины используемой оправки. Консоль - представляет собой жёсткую чугунную отливку, установленную на направляющих станины. Консоль может перемещаться по направляющим вверх и вниз, и служит для закрепления стола. Стол - станка предназначен для закрепления обрабатываемой детали и сообщения ей движения подачи. Стол может перемещаться в продольном и поперечном направлениях, а также в вертикальном вместе с консолью. Шпиндель - станка служит для закрепления фрезерной оправки и передачи вращения фрезе. Коробка скоростей - предназначена для передачи вращения шпинделю и изменения числа его оборотов. Вертикально-фрезерные - применяются торцевые и кольцевые фрезы.
Вертикально-фрезерный станок отличается от горизонтального только вертикальным расположением шпинделя и отсутствием хобота.
Продольно-фрезерные (в массовом и крупносерийном производстве)
Детали ездят на подвижном столе, и когда деталь проходит мимо фрезы срезается слой материала.
№32. Обработка на шлифовальных станках.
Шлифование - процесс обработки заготовки резанием специальным инструментом – абразивном кругом. При изготовлении абразивных кругов абразивные зерна равномерно размешивают в связке и спекают. При вращении круга каждое зерно срезает с поверхности тоненькую стружку, их очень много (100 млн в мин) За счет этого и достигается высокая точность 6-7кв, низкая шероховатость Ra=0,1-1мкм. Шлифование – чистовой отделочный метод обработки и шлифовальные станки заканчивают технологический процесс. Это единственный метод, которым можно обрабатывать деталь после закалки с высокой твердостью, можно обработать поверхности любой формы. Но наиболее часто встречается шлифование внутренних и наружных цилиндрических поверхностей. Круглое наружное шлифование.
Стружка вылетает в виде искр, за каждый двойной ход осуществляется глубина резания. Процесс происходит медленно, но точно. Глубина срезания t=0,0002- 0,01, Vk=30-50 м/с. Абразивный круг быстро изнашивается, тупиться. Но возможно самозатачивание: затупившиеся зерна будут вырываться, а на их место будут появляться новые острые, но этот процесс неуправляем. Поэтому необходимо останавливать станок и править алмазным карандашом. Чем точнее обработка, тем чаще приходится править круг. Основные типы станков. 1) круглошлифовальные - для наружноние цилиндрических пов-стей. Круг –
Dк=700-1500мм. 2) Внутришлифовальные станки – для внутренних точных отверстий. Dк=5-60мм, частота вращения – n=10-12тыс. об/мин. 3) плоскошлифование – для больших плоских поверхностей, Dк=400-700мм. 4) Зубошлифовальние и резьбошлифовальные. Все станки отличаются высокой точностью, качеством. Они очень дорогие, самые дорогие. Их выделяют в отдельную группу, помещают в отдельное помещение, т.к. часть абразива попадает в воздух. Работа высокой вредности.
№33. Основные принципы программного управления технологическим оборудовантем. Технологические возможности станков с ЧПУ.
Изобретение механического привода позволило освободить человека от физического труда, но управление осуществлялось в ручную. Развитие производства привело к автоматизации. К середине нашего века сложилась система: САУ - система автоматического управления механического типа, т.е. программа управления осуществляется в виде реально существующих аналогов. Кулачки (муз. Шкатулка):
Физическим носителям информации свойственны 2 недостатка: 1. Информация чертежа детали из цифровой превращается в аналоговую в виде сложной криволинейной поверхности, это преобразование связано с потерей информации, а такая материальная форма связана с износом программы- носителя. 2. Необходимо изготавливать программы-носители в металле с высокой точностью, и останавливать оборудование на длительный период для осуществления его наладки. Цифровые системы электронного управления: ЧПУ - такая система, в которой программа перемещения рабочих органов и технологии команды передаются в управляющую ЭВМ в виде цифровых алфавитных кодов. Система ЧПУ на всем пути подготовки передачи информации имеет дело только с цифровой ее формой. Эта форма информации позволяет применять все современные средства микропроцессорной техники, т.е. автоматизировать подготовку самой программы, и быстро менять программное управление. Переналаживание на новую программу станка ЧПУ занимает 1-2 мин. ! Генеральное направление современного прогресса -замена всех мех. систем электронными и создание единого цифрового поля. Конструктивно ЧПУ представляет автономный электронный агрегат, состоящий из: БТК - блок технологических команд; МП - микропроцессор управляет двумя координатами (сейчас до 20).
Различают: - NC(Numeral Control) - числовое управление; система с покадровым чтением перфоленты. - SNC(Stored Numeral Contral) - хранимая программа; управляющая команда считывается 1 раз и по ней осуществляются циклы обработки. - CNC(Computer NC) - устройство ЧПУ со встроенной ЭВМ, которое может хранить одновременно несколько десятков программ, корректировать, редактировать их. - DNC(Director NC) - прямое управление станком от ЭВМ. Управление порядком опер., целым участком. - HNC(Handed NC) - оперативное програмное управление; ручной набор данных на пульте управления. По принципу управления движением различают 3 группы оборудования: 1. С позиционной системой ЧПУ, управляется автоматически инструментом от точки к точке, на пути осущ. обработка:(сверлильные станки). 2. С контурной системой ЧПУ; перемещение по сложной траектории происходит непрерывно (фрезерные станки).
3. С комбинированной системой ЧПУ, сочетает в себе 1 и 2 системы управления, поэтому самая дорогая. По кол-ву используемого инструмента различают станки: 1. С одним инструментом 2. Много инструментальные с РГ (револьверная головка управления инструментом) до 12 штук. 3. Многоцелевые; снабжены спец. магазином инструментов и манипулятором для смены инструментов (от 12 до 80-120 шт.) Индексация станков с ЧПУ: Ц- цикловое управление. Ф1- цифровая индексация, станок. снабжается простыми устройствами, на экране читается информация (мало используется). Ф2-позиционное ЧПУ. Ф3-контурное. Ф4-комбинированное, также в обозначении используют: Р-ЧПУ с револьвером. М-ЧПУ при наличии магазина инструментов (сохраняется индикация точности) П.В.А.(П - повышенная точность, В - высокая точность, А - особая высокая точность) Пример: 6Б76ПМФ4(6-на фрезерном многоцелевом станке, П -повышенная точность, М-с магазином инструментов, 4-комбинированная сис-ма управления). ! Главная технологическая особенность станков ЧПУ - на одном станке на одном рабочем месте происходит высокая концентрация обработки. Следовательно, число операций уменьшается в 10-15 раз, за 2-3 операции происходит выполнение всего технологического процесса, длительность операций уменьшается на несколько часов. Эти особенности накладывают дополнительные условия организации для станков ЧПУ. Сейчас 15-20% от парка составляют станки с ЧПУ. Ограничение применения ЧПУ: дорогое оборудование со сложной механикой и электроникой. В современном производстве – 15-20% от парка станков с ЧПУ.
№34. Промышленные роботы.
Самыми трудоемкими, неквалифицированными являются погрузочно-разгрузочные транспортные операции. Они плохо поддаются автоматизации. Вторая революция НТР привела к появлению роботов. Промышленный робот - автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и программированного устройства управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций человека. Благодаря быстрой переналадке они обеспечивают наибольший эффект, т.к. робот может работать 3 смены подряд не ошибаясь и не уставая с высокой точностью выполняя монотонные и однообразные операции. Основные структурные элементы промышленного робота: 1. Исполнительное устр-во - манипулятор 2. Сис-ма ПУ 3. Информационная сис-ма, датчики, которые снабжают робота данными об окружающем мире В зависимости от выполняемых функций пром. роботы делятся на 3 группы: 1. Подъемно-транспортные Для выполнения действий типа: взять-положить, используются при обслуживании технологического оборудования для операций транспортировки, установки заготовок, снятия готовых деталей, замене инструмента. «+»: повышенная мощность, грузоподъемность «-»: низкая точность 2. Производственные (технологичные) Для выполнения некоторых технич. операций: сварочные, сборочные. «+»: высокая точность, поэтому дорогие и сложные. 3. Универсальные Наиболее сложные и дорогие, выполняют операции 1-го и 2-го. Для любых операций. Возможности робота определяются типами программного управления: позиционные СУ—подъемно-транспортные (от точки к точке), контурные СУ—производственные роботы, комбинированные – универсальные. . По грузоподъемности роботы делятся на : 1. Сверхлегкие