ВВЕДЕНИЕ. Технология конструкционных материалов (ТКМ) является учебной дисциплиной, к объектам изучения которой относят конструкционные ма- териалы

Технология конструкционных материалов (ТКМ) является учебной дисциплиной, к объектам изучения которой относят конструкционные ма- териалы, их характеристики и технологические методы формообразования заготовок и деталей машин, реализуемые в рамках производственного процесса изготовления изделий.

При этом понятие технологический метод рассматривается в данном контексте как совокупность правил, определяющих последовательность и содержание действий при изготовлении или ремонте изделия, установлен- ных безотносительно к его наименованию, типоразмеру или исполнению.

Данная книга, «Технология конструкционных материалов. Практи- кум по технологическим методам обработки заготовок», содержит методи- ческие указания по содержанию, организации и методике проведения заня- тий в лабораториях и учебных мастерских механического профиля по тех- нологическим методам обработки заготовок резанием и обработки элек- трофизическими и электрохимическими методами, а также по методам на- несения покрытий на поверхность заготовки.

Перечень видов практических занятий, используемых в рамках изу- чения дисциплины «Технология конструкционных материалов» и реализо- ванных в виде данного практикума, включает: лабораторные работы; уп- ражнения; демонстрационные занятия; занятия в учебных мастерских.

Лабораторные занятия предназначены для углубленного изучения научно-теоретических основ дисциплины ТКМ, элементов технологиче- ской системы, в рамках которой реализуется обработка, применительно к основным технологическим методам обработки заготовок точением, фре- зерованием, сверлением, развертыванием, шлифованием, методам элек- троискровой, электрохимической и ионно-вакуумной обработки.

Выполняя эти работы, студенты знакомятся с таким металлорежу- щим оборудованием, как станки с механическим и гидравлическим приво- дами, станки для обработки лезвийными и абразивными инструментами, станки с разной степенью универсальности и автоматизации. Изучаются

токарный станок с кулачковой системой автоматического управления и то- карный гибкий производственный модуль с числовым программным управлением.

Выполнение некоторых лабораторных работ исследовательскими методами направлено на овладение студентами современными методами и умениями экспериментирования с применением разнообразной технологи- ческой оснастки.

Занятия в учебных мастерских проводятся в виде практических ра- бот студентов на металлорежущих станках токарной, фрезерной, свер- лильной групп и на слесарном участке. Эти занятия не ставят задачу фор- мирования умения студента выполнять трудовые приемы и операции на уровне умений рабочих какого-либо квалификационного разряда, т. е. при- обретения рабочей профессии. Они позволяют:

– формировать наглядно–образное представление о процессах полу-

чения и обработки заготовок, об оборудовании и инструменте;

– включить в процесс запоминания учебного материала моторную память;

– сформировать первичные умения по выполнению элементарных действий на технологическом оборудовании;

– воспитать чувство уважения к труду, к рабочему человеку;

– создать чувственное восприятие процесса получения и обработки заготовок.

Представленные в пособии практические работы структурно унифи- цированы. Они содержат цель и задачи занятия, его теоретические основы, являющиеся практическими дополнениями к теоретическому материалу лекций по дисциплине ТКМ, методику проведения работы, индивидуаль- ные задания и содержание отчета.

Технологические методы получения и обработки заготовок реализу- ются в рамках определенной технологической системы. В связи с этим при постановке практических занятий материал изучения охватывает все эле- менты технологической системы, в том числе оборудование, инструмент, технологическую оснастку, среду обработки, характеристики заготовки и изготавливаемой детали.

Формирование умений в области технологических методов полу-

чения заготовок и их обработки возможно только на основе углубленной

самостоятельной работы студента. В связи с этим каждая представленная в пособии работа подразумевает при наличии общей части определенную самостоятельную работу студента, осуществляемую при подготовке к за- нятию, при выполнении индивидуального задания и при подготовке отче- та. В ходе самостоятельной работы студент может расширить свои знания путем использования основной [1, 2] и дополнительной литературы [3–11], приведенной в разделе «Литература». В тех случаях, когда обращение к дополнительной литературе обязательно, в рамках конкретного материала практической работы дана ссылка на использование соответствующих из- даний из указанного в разделе «Литература» списка для получения необ- ходимых сведений.

Теоретический материал, содержащийся в каждой лабораторной ра- боте, каждом упражнении, в демонстрационных занятиях и в учебных мас- терских, является кратким изложением основ реализации технологическо- го метода обработки и строится на базе примерной учебной программы дисциплины ТКМ, утвержденной Научно-методическим советом Мини- стерства образования и науки Российской Федерации по учебной дисцип- лине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».

Характеристики точности обработки и качества поверхности детали. Механизмы машин и приборов состоят из взаимно соединенных узлов и деталей. Конструкции этих соединений должны обеспечить точ- ность их расположения и перемещений, надежность эксплуатации изделия, простоту его ремонта. Поэтому к параметрам соединений предъявляются различные требования. В одних случаях необходимо получить подвижное соединение деталей, например вала с отверстием при наличии зазора опре- деленного размера между ними. В других — неподвижное соединение с натягом, при котором диаметр вала больше диаметра отверстия.

Наличие зазоров или натягов в соединении и их значения определяются соотношением размеров сопрягаемых поверхностей и точностью размеров, под которой понимают степень соответствия действительного, определенного измерением значения размера к его заранее установленному чертежом значе- нию. Точность характеризуется отклонением действительного размера от но- минального. Номинальные размеры являются размерами деталей, получаемы- ми в результате расчетов на прочность, жесткость, износостойкость или назна- чаемыми исходя из конструктивных и технологических соображений.

При изготовлении деталей их размеры выполняются с погрешностя- ми. Таким образом, разброс действительных размеров неизбежен, но при этом должна обеспечиваться работоспособность деталей в соединении. Последнее требует, чтобы действительные размеры годных деталей нахо- дились в некоторых допустимых пределах, называемых наибольшими наименьшим предельными размерами. Алгебраическую разность между предельным и номинальным размером называют отклонением. Соответст- венно наличию наибольшего и наименьшего предельных размеров сущест- вуют верхнее и нижнее отклонения.

Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами детали называется допуском. Допуск на размер является мерой его точно- сти. С уменьшением допуска повышается точность размера и наоборот. Допуски на изготовление детали назначает конструктор исходя из условий ее работы, размеров и технологических возможностей изготовления. При этом различные технологические методы получения и обработки заготовок обладают определенной экономически достижимой точностью. Поэтому задание того или иного допуска на деталь обусловливают выбор и после- довательность применения соответствующих технологических методов.

В соответствии со стандартом ГОСТ 25346-89 установлены ряды до- пусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров и называемые квалитетами. Всего суще- ствует 20 квалитетов точности, которые обозначают порядковым номером, возрастающим с увеличением допуска: 0,1; 0; 1; 2; ...; 18. В машинострое- нии обычно используют 5–14-й квалитеты точности. Сокращенно допуск по конкретному квалитету точности обозначают латинскими буквами IT и номером квалитета, например IT8.

Допуск на изготовление того или иного размера проставляют на чертеже детали в виде указания максимального и минимального отклоне- ний от номинального размера. Предельные отклонения от номинального размера чаще всего указывают на чертеже буквенно-цифровым кодом, например 15h8. В этом коде первые цифры (а) соответствуют значению номинального размера, следующая за ним буква (ы) указывает поле (ме- сто) расположения допуска относительно номинального размера, а цифра характеризует квалитет точности, т. е. величину допуска на номинальный

размер. Для перевода таких кодов в цифровые значения существуют спе-

циальные таблицы.

Допускается указывать на чертеже предельные отклонения и в виде их числовых значений (рис. 1. В). При этом нулевые от- клонения не проставляют.

В тех случаях, когда размер или размеры детали выполняются с относительно низкой точностью буквенно-цифровой код или просто

Рис. 1, в. Простановка размеров отклонения на эти размеры не про- и параметров шероховатости ставляют. Для указания на квалитет поверхности на чертеже точности таких размеров внизу чер- тежа ставят буквенно-цифровые индексы, например H14, h14, ±IT14/2. Они обозначают, что размеры, у которых не проставлены отклонения, выполняются по 14 квалитету точности. При этом отклонения для охва- тываемых размеров (валов) следует выполнять по h14, охватываемых (отверстий) – Н14, прочие размеры должны иметь симметричные откло-

нения ± IT14/2.

Реальная поверхность детали, полученная в процессе обработки заготовки, отличается от идеальной геометрической поверхности детали, изображаемой на чертеже. Она всегда имеет неровности различной формы и высоты в виде выступов и впадин с небольшими расстояниями между ними. Эта совокупность неровностей представляет собой шероховава- тость поверхности. Данную характеристику поверхности принято опре- делять по ее профилю, который образуется в сечении поверхности перпен- дикулярной к ней плоскостью (рис. 2, в).

Получаемый профиль рассматривают на некоторой длине базовой линии, используемой для выделения неровностей и количественного опре- деления их параметров. В качестве базовой линии служит средняя линия профиля. Выступы и впадины профиля представляют собой части профи- ля, ограниченные контуром реальной поверхности и средней линией про- филя. Шероховатости оценивают на любом участке обработанной поверх- ности, который имеет длину не менее базовой длины ℓ.

Рис. 2, в. Профиль шероховатости и его характеристики

ГОСТ 2789–73 устанавливает шесть параметров шероховатости. Из них в машиностроении наибольшее распространение получили высотные критерии Rz и Rа.

Высота поверхности профиля по десяти точкам Rz, мкм, представля- ет собой сумму средних абсолютных значений высот пяти наибольших вы- ступов профиля и пяти глубин наибольших впадин профиля в пределах ба-

зовой длины ℓ:

1 ⎛ 5 5 ⎞

⎝

H i max

+ ∑

i =1

H i min ⎟ .

Значения величин Rz находятся в пределах 0,025–1600 мкм.

Среднее арифметическое отклонение профиля Rа, мкм, представляет собой среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля

в пределах базовой длины ℓ:

1 A

Ra = A ∫

0

y( x ) dx ,

где у — расстояние между любой точкой профиля и средней линией.

Значения величин Ra находятся в пределах от 0,08 до 100 мкм. При-

близительное соотношение параметров Rz и Ra составляет Rz ≈ 4Ra.

Для характеристики шероховатости поверхности на чертежах в соот- ветствии с ГОСТ 2.309-73 используется один из знаков, представленных на рис. 3, в.

Рис. 3, в. Обозначение шероховатости поверхностей: а — полученных литьем, ковкой, прокатом и т. д., т. е. без удаления материала; б — образо- ванных удалением слоя материала резанием; в —полученных не устанав- ливаемым способом обработки; г, д — с установленным способом

и параметром обработки

Требования к шероховатости поверхности устанавливают, исходя из функционального назначения деталей конкретных изделий и их конструк- тивных особенностей. От шероховатости поверхности во многом зависят: износостойкость деталей, точность и прочность их сопряжения, контактная жесткость, коррозионная стойкость и усталостная прочность.

Следует отметить, что качество поверхности детали помимо ее ше- роховатости определяется также отсутствием трещин, структурой припо- верхностных слоев материала, наличием здесь пластических деформаций и остаточных напряжений. Чем более ответственной является деталь, тем выше, как правило, требования к ее точности и качеству обработанной по- верхности. В связи с этим выбор тех или иных методов изготовления де- тали определяется требованием не только обеспечения точности, но и со- ответствующей шероховатости ее поверхности. Однако здесь, как и в слу- чае назначения той или иной точности размера детали, не следует необос- нованно стремиться к низкой шероховатости ее поверхности, поскольку это увеличивает трудоемкость изготовления и стоимость детали.