Технология механической обработки деталей машин

Однако в конце XIX в. мировая выплавка стали резко возросла с 0,5 млн. т в 1870 г . до 28 млн. т в 1900 г . Еще в большем объеме растет металлургическая промышленность в XX столетии.

Наряду с увеличением выплавки стали появилась необходимость организовать в больших масштабах получение меди, цинка, вольфрама, молибдена, алюминия, магния, титана, бериллия, лития и других металлов.

Металлургическое производство подразделяется на две основные стадии. В первой получают металл заданного химического состава из исходных материалов. Во второй стадии металлу в пластическом состоянии придают ту или иную необходимую форму при практически неизменном химическом составе обрабатываемого материала. Для изготовления отдельных деталей и изделия в целом исполь зуют различные способы обработки металлов и других материалов.

Наиболее распространенные виды обработки металлов будут рассмотрены ниже.

Сварка Сваркой называют технологический процесс получения неразъ емных соединений из металлов (или пластмасс), осуществляемый ус тановлением межатомных (у пластмасс — межмолекулярных) связей между свариваемыми частями изделия при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или при совместном действии этих двух факторов. Между свариваемыми частями изделия образуется сварной шов.

Сварка является одной из распространенных технологических операций, широко применяемой в машиностроении, на транспорте и в строительстве.

Объясняется это значительной экономией металлов по сравнению с болтовыми и заклепочными соединениями, вы сокой прочностью и низкой стоимостью сварных конструкций. В зависимости от состояния металла в сварочной зоне все виды сварки можно разделить на две группы: по способу соединения сва риваемых частей изделия и по виду используемой энергии. В первом случае различают сварку плавлением и сварку давлением. При сварке плавлением сварной шов образуется из общей сварочной ванны расплавленных металлов соединяемых частей изделия. При сварке дав лением, для повышения пластичности металла в зоне сварки, соеди няемые части изделия нагревают и сдавливают. К сварке плавлением относятся: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая, термитная; к сварке давлением — контактная, диффузион ная, электрозвуковая , трением, взрывом и др.

Электрической дугой можно производить не только дуговую сварку, но и резку металлов.

Однако образующаяся при этом поверхность разреза имеет неровно сти с наплывами.

Поэтому электродуговую резку обычно применяют. Для разделки металлолома и отделения прибылей и литников в дета лях, полученных при литье в песчано-глинистые формы. По виду используемой энергии сварку подразделяют на термиче скую (сварка дуговая, плазменная, газовая и др.), термомеханиче скую (сварка контактная, диффузионная и др.) и механическую (сварка взрывом, трением, ультразвуковая и др.). При сварке плавлением образуется литой сварной шов с харак терным дендритным строением. При сварке давлением образуется Шов, представляющий собой зону сросшихся кристаллитов металла соединяемых частей изделия. Зону, непосредственно примыкаю щую к сварному шву, называют зоной термического влияния. Она имеет крупнозернистое строение и является наиболее механически слабой в сварном соединении. Этот дефект можно устранить от жигом.

Наиболее распространенные виды сварных соединений — сты ковые, внахлестку, угловые и тавровые. При сварке вна хлестку свариваемые элементы изделия накладываются друг на дру га с перекрытием, равным 3—5 толщинам пластин. При этом не требуется подготовка кромок.

Угловые и тавровые соединения так же не всегда требуют подготовки кромок. При стыковой сварке ха рактер подготовки кромок зависит от толщины свариваемых эле ментов. Пайка Пайка — это процесс получения неразъемных соединений в ре зультате расплавления припоя, смачивания им металла, растекания припоя по поверхности металла и заполнения зазора между соединяемыми заготовками (деталями) и, наконец, затвердевания припоя. В отличие от сварки при пайке не требуется расплавления основ ного металла, что позволяет производить распай деталей.

Наиболее широко пайку применяют в электро - и радиотехнике и приборо строении. В этих отраслях промышленности пайку производят для создания механически прочного, иногда герметичного, шва или для получения постоянного (нескользящего или разрывного) электриче ского контакта с небольшим переходным сопротивлением.

Литейное производство Литейным производством называют процесс получения литых за готовок, называемых отливками, путем заливки расплавленного металла в рабочую полость литейной формы.

Полученные отливки приобретают конфигурацию и размеры рабочей полости. Литье является наиболее простым и дешевым промышленным способом получения заготовок, в том числе имеющих сложную гео метрическую форму. Все виды литья, применяемые в промышленности, можно разделить по материалу, литейной форме, способу заливки металла в форму, требуемых точности размеров и шероховатости поверхности отливок и по другим признакам.

Рассмотрим две основные груп пы литья: литье в песчано-глинистые формы и специальные виды литья. Литье в песчано-глинистые формы. Для изготовления литейной формы служит формовочная смесь, представляющая собой многоком понентную систему, состав которой определяется типом и массой отливки и природой металла.

Основными компонентами формовочной смеси являются кварцевый песок и формовочная глина. Глина является связующим и при оптимальном содержании воды (4—5%) придает формовочной смеси необходимую прочность и пластич ность. Песок увеличивает пористость и, следовательно, газопрони цаемость формовочной смеси. Кроме того, в формовочную смесь вводят противопригарные добавки (каменноугольную пыль, графит), защитные присадочные материалы (борную кислоту, серный цвет) и другие ингредиенты. Для изготовления стержней используют стержневые смеси, состоящие из кварцевого песка и самотвердеющихся не органических (жидкое стекло с добавкой 10% раствора NaOH ) или органических (фенолформальдегидная или карбамидофурановая смолы) связующих.

Специальные виды литья. К специальным видам литья относятся: литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям, ли тье в металлические формы, литье под давлением и центробежное литье. Эти методы позволяют получать отливки повышенной геомет рической точности, с малой шероховатостью поверхности, мини мальным припуском на механическую обработку или исключающую ее полностью и имеющие высокую производительность.

Центробежное литье — это литье в быстровращающиеся литей ные формы: металлические, песчаные, оболочковые, по выплавляе мым моделям. Под действием центробежных сил расплавленный металл оттесняется к наружной поверхности формы, где затвердевает ровным слоем.

Легкие примеси и газы оттесняются к внутренней поверхности отливки. В результате этих процессов металл в отливке уплотняется и ее механические свойства улучшаются. Этим методом получают водопроводные и канализационные трубы, колеса, шкивы, зубчатые колеса и т.п.

Преимущества те же, что и при литье в кокили , однако качество внутренней поверхности по причинам, изложен ным выше, хуже, чем наружной.

Обработка металлов давлением Обработка металлов давлением основана на их пластической де формации под действием внешних сил, в результате которой метал лическая заготовка приобретает определенную форму и размеры. В ходе пластической деформации зерна измельчаются, структура ме талла в целом улучшается и, как следствие, улучшаются механиче ские свойства.

Основными видами ОМД являются: прокатка, прессование , волочение, ковка, объемная и листовая штамповка . Прокатка заключается в пластической дефор мации металла в результате обжатия заготовки между двумя вращающимися валками. Силы трения P w втягивают заготовку между валками, и под действием сил Р, нормальных к поверхности валков, уменьшается толщина заготовки. Цель прокатки — получение продукции разнообразной формы и различными размерами поперечного сечения. Форму поперечного сечения прокатанной продукции назы вают профилем.

Перечень разных профилей, имеющих различные геометрические размеры, составляет сортамент проката.

Сортамент прокатываемых профилей разделяют на следующие пять основных групп: сортовой прокат, листовой, трубный, специальный и перио дический.

Прессование — это технологическая операция, заключающаяся в продавливании заготовки, находящейся в фор ме, через отверстие матрицы с помощью давящего пуансона. Форма и размеры поперечного сечения получаемого профиля соответствуют форме и размерам отверстия матрицы. Чем выше темпе ратура металла, тем легче протекает процесс прессования. Этим методом получают прутки, трубы и другие изделия более сложных профилей.

Волочение.

Процесс волочения состоит из про тягивания заготовки через сужающееся отверстие матрицы (воло чильной доски). В результате площадь поперечного сечения заго товки уменьшается, и она приобретает профиль и размеры отверстия (глазка) волочильной доски; длина заготовки при этом увеличивается.

Сортамент изделий, изготавливаемых волочением, разнообразен: проволока диаметром 0,002—10 мм и различные фасонные профили. Для получения стальной проволоки диаметром до 0,5 мм используют волочильные доски со вставными глазками (фильерами) из твердых сплавов, а для получения тонкой медной или вольфрамовой прово локи диаметром до 0,25 мм — алмазные глазки.

Волочение применяют также для калибровки прутков различного профиля.

Полученные изделия имеют точные размеры и гладкую поверхность.

Свободная ковка.

Различают ковку свободную и в штампах (штамповка). При свободной ковке заготовка не ограничивается стенками специальных форм (штампов), и формообразование происходит свободно в пространстве между бойками мо лота путем пластической деформации металла заготовки. Этот процесс и качество поковки во многом зависят от искусства оператора-кузнеца.

Свободная ковка делится на ручную и машин ную.

Штамповка — это процесс получения поковок, заключающийся в пластической деформации металла в закрытой полости специальной формы, называемой штампом. Форма и размеры полости штампа со ответствуют форме и размерам будущей детали с учетом припуска на механическую обработку, если таковая предусмотрена.

Обычно штампованные поковки механически обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями: эта обработка может сводиться только к шлифованию. Штамп — это дорогостоящий инструмент и пригоден для изготовления только какой-то одной, конкретной дета ли.

Поэтому штамповку используют только при массовом изготовле нии поковок.

Различают штамповку объемную и листовую.

Обработка металлов резанием Обработка металлов резанием заключается в срезании с поверхно сти заготовки слоя металла, называемого припуском, с целью получения изделия требуемых геометрической формы, размеров и шероховатости поверхностей.

Срезание припуска производят с помощью режущего инструмента. В большинстве случаев изделия, полученные литьем, прокаткой, ковкой, штамповкой, сваркой и другими методами, подвергают об работке резанием.

Удаляемый при этом припуск превращается в стружку, которая является характерным признаком всех процессов обработки металлов резанием (ОМР). ОМР бывает механической, когда припуск срезают на металлорежущих стенках, и слесарной, когда припуск удаляют вручную с помощью соответствующего слесар ного инструмента. ОМР применяют и как самостоятельный способ изготовления деталей.

Основными видами механической ОМР являются: точение; строгание; долбление; сверление (зенкерование, развертывание и зенкование ); фрезерование и шлифование , — производимые на металлорежущих стенках соответствующей группы.

Станки различают токарной группы, строгальной и долбежной, сверлильной и расточной, фрезерной, шлифовальной и др. При ОМР используют различный режущий инструмент: резцы, сверла, зенкера, развертки, фрезы, которые имеют специально за точенную режущую часть, а также применяют шлифовальные абразивные круги, зерна которых обладают острыми гранями и углами.

Режущий инструмент изготавливают из материала повышенной твердости, прочности, термо - и износостойкости, различных форм и размеров.

Долбление. Эта операция является разновидностью строгания и производится на долбежных станках. На них главный вид движения (возвратно-поступательный) осуществляет резец в вертикальной плоскости, а движение подачи s — заготовка в горизонтальной плоскости.

Долбление применяют для получения канавок, плоских и фасонных поверхностей небольшой высоты, но зна чительных поперечных размеров.

Сверление. При сверлении (зенкеровании, развертывании, зенко вании ) обычно главное движение и движение подачи s сообщают режущему инструменту. При сверлении главное дви жение сообщают заготовке.

Сверление применяют для получения сквозных и глухих цилиндрических отверстий.

Зенкерование — для увеличения диаметра отверстия, предварительно полученного лить ем, штамповкой или сверлением, и придания ему более правильной геометрической формы, достижения наименьшей шероховатости по верхности, чем при сверлении или рассверливании.

Развертывание обеспечивает получение отверстий с высокой точностью размеров и высоким качеством поверхности; его применяют в основном для окончательной обработки отверстий.

Зенкование — получение отвер стий под потайные и полупотайные головки болтов и заклепок.

Фрезерование. При фрезеровании главное движение сообщает ся многолезвийному режущему инструменту — фрезе, а движение подачи s — заготовке.

Существуют схемы фрезеро вания, когда главное движение и движение подачи сообщают фрезе.

Фрезерование применяют при обработке горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостей, фасонных поверхностей, пазов и канавок различного профиля, при изготовлении зубчатых колес.

Особенность процесса фрезерования заключается в прерывистости резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы вступает в контакт с заго товкой и выполняет работу только на некоторой части своего оборота. Затем зуб фрезы, продолжая движение, не касается заготовки до следующего врезания; в этот момент он охлаждается, что удлиняет срок службы фрезы.

Каждый зуб фрезы имеет такие же элементы и углы, что и токарный резец.

Поэтому фрезу можно рассматривать как набор токарных резцов.

Шлифование.

Процесс шлифования применяют как отделочнодоводочную операцию с получением размеров деталей с точностью по 6—7-му квалитетам и шероховатостью поверхности R 2 = 0,08— 0,32 мкм.

Используют шлифование и как обдирочную операцию при очистке литья, поковок и т.д.

Шлифование — это обработка поверхностей изделия шлифовальными абразивными кругами. Для обдирочной обработки применяют крупнозернистые абразивы, а для чистового шлифования — мелкозернистые.

Используют абразивы естественные — наибольшее применение получили минерал корунд и алмаз, и искусственные — электрокорунд с различными добавками, карбид кремния, нитрид бора и др.

Заключение Развитие народного хозяйства страны в значительной мере определяется ростом объема производства металлов, расширением сортамента изделий из металлов и сплавов и повышением их качественных показателей, что в значительной мере зависит от условий механической обработки.