Технологические процессы обрабатывающего производства.

Важнейшими технологическими процессами обрабатывающего производства в машиностроении являются обработка металлов резанием, термическая и химико-термическая обработка, а также окраска и нанесение защитных покрытий. При этом основным исходным сырьем обрабатывающего производства являются заготовки деталей машин, а готовой продукцией — непосредственно детали будущих машин.

Рассмотрим основные методы и параметры данных процессов.

Обработка металлов резанием(механическая обработка) — технологический процесс снятия режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла для получения обработанной поверхности требуемой точности геометрической формы, размеров и качества.

Точность обработки и показатель качества обработанной поверхности — ее шероховатость (чистота) устанавливаются стандартом.[5,стр.117].

Под точностью обработки понимают степень соответствия действительных размеров детали расчетным (номинальным) размерам, указанным в чертеже на изготовление детали. Точность обработки определяется допуском на размер, т.е. крайними предельно допустимыми размерами. Допуском называется разность между наибольшим и наименьшим размерами.

Повышение точности вызывает увеличение стоимости обработки, снижение производительности металлорежущего станка и другие негативные последствия, поэтому установление степени точности должно быть оптимальным.

Под шероховатостью поверхности понимается совокупность неровностей с относительно малым шагом на базовой длине. Базовая длина – это длина участка поверхности от 0,01 до 25мм, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.

Для осуществления процесса резания необходимо наличие относительных движений между заготовкой и режущим инструментом. Они сообщаются либо инструменту, либо заготовке, либо инструменту и заготовке одновременно.

Процесс резания осуществляется при выполнении рабочего движения (рабочего хода), состоящего из главного движения (движение резания) и движения подачи, которые в современных станках, как правило, совершаются автоматически. Главное движение позволяет осуществлять в процессе резания срезание стружки, а движение подачи дает возможность снимать

В процессе резания используются преимущественно два вида рабочего движения —-вращательное и прямолинейное.

В зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие технологические методы обработки металлов резанием (рис.6):

• точение — главное движение (вращательное) сообщается заготовке, а движение подачи (прямолинейное) — инструменту (резцу);

• сверление — и главное движение (вращательное), и движение подачи (прямолинейное) сообщаются инструменту (сверлу);

• фрезерование — главное движение (вращательное) сообщается инструменту (фрезе), а движение подачи (прямолинейное) — заготовке;

• строгание — главное движение может быть только прямолинейным и сообщается либо инструменту (резцу) (при поперечном строгании), либо заготовке (при продольном строгании);

• шлифование — главное движение (вращательное) всегда сообщается режущему инструменту (шлифовальному кругу), а движение подачи — детали, которая совершает вращательное или прямолинейное движение (движение подачи может осуществляться также и режущим инструментом, одновременно с движением подачи детали).

Перед обработкой заготовки необходимо установить рациональный режим резания, т.е. выбрать скорость, подачу и глубину резания.

Скоростью резания называют путь режущего лезвия инструмента относительно вращающейся заготовки в направлении главного движения за единицу времени.

Подачей называют путь, пройденный точкой лезвия относительно вращающейся заготовки в направлении движения подачи за один оборот.

Глубина резания определяется толщиной снимаемого за один рабочий ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности слоя металла, измеренной по перпендикуляру к обработанной поверхности детали.

Правильное выполнение процессов механической обработки зависит от ряда факторов. Одним из наиболее важных из них является припуск на обработку.

Припуском на обработку называется слой материала, подлежащий удалению с поверхности заготовки для получения требуемого размера. Различают общий припуск на всю обработку какой-либо поверхности и межоперационный припуск, удаляемый в процессе выполнения определенной операции механической обработки. Размер припуска на заготовку зависит от способа ее изготовления и конфигурации, а также от требуемых точности и шероховатости поверхности готовой детали.

В зависимости от вида операции механической обработки, формы заготовки (плоская, круглая цилиндрическая, коническая, фасонная), оборудования выбирают необходимый режущий инструмент, который классифицируется на следующие группы[5,стр.120].

1. Резцы, которые по виду обработки бывают проходные, подрезные, отрезные, расточные, галтельные и фасонные; по характеру обработки —обдирочные (черновые), чистовые и для тонкого точения; по технологическому назначению -токарные, строгальные, долбежные и т.д.

2. Сверла, которые по конструкции подразделяются:

• на плоские, или перовые;

• цилиндрические (бывают спиральными или винтовыми);

• предназначенные для глубокого сверления отверстий.

Длина таких сверл больше диаметра в 8—10 раз и более;

• кольцевые (полые) (для сверления в листовом материале отверстий диаметром более 100 мм);

• центровочные.

3. Зенкеры, которые бывают цилиндрические (цельные и насадные), конические и торцовые.

4. Развертки, которые по конструкции делятся на цилиндрические и конические, а по применению — на машинные и ручные.

5. Фрезы, которые в зависимости от назначения бывают цилиндрические, торцовые, дисковые, концевые, угловые, шпоночные и фасонные.

6. Протяжки, которые подразделяются по применению на используемые для обработки шпоночных пазов (плоские, цилиндрические, круглые, прямоугольные или с другой формой поперечного сечения) и для наружного протягивания.

7. Резьбонарезной инструмент, применяемый для наружной (резцы и гребенки, круглые плашки (лерки), резьбонарезные головки, резьбовые фрезы (дисковые и гребенчатые), а также резьбонакатные плашки (роликовые и плоские, с помощью которых наружную резьбу получают без снятия стружки) и для внутренней резьбы (резьбовые резцы и гребенки, метчики, резьбовые концевые фрезы (для нарезания резьб в отверстиях больших диаметров).

8. Зуборезный инструмент, к которому относятся дисковые и пальцевые зуборезные фрезы, червячные фрезы, долбяки, резцы, дисковые и реечные фрезы для обработки конических зубчатых колес, шевера.

9. Абразивный инструмент (шлифовальные круги различной формы, абразивные бруски, головки, сегменты).

Обработка заготовок осуществляется на металлорежущих станках.

По технологическому методу обработки металлорежущие станки подразделяются на токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные и др.(всего 10 групп).

По степени универсальности различают:

1)Универсальные станки;

2)Станки широкого применения;

3) Специализированные станки;

4)Специальные станки.

По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы и станки с программным управлением.

По точности: нормальной точности (Н); повышенной (П); высокой (В); особо высокой (А); особо точные (С).

Для обеспечения высокой производительности и низкой себестоимости продукции в последнее время в механообработке используются особые типы станков, обладающие наряду с автоматическим циклом обработки способностью быстрой переналадки на изготовление других, значительно отличающихся деталей. Такими станками являются обрабатывающие центры и станки с ЧПУ.

Технологическое оборудование механообрабатывающего производства подразделяется на следующие группы:

• основное: металлорежущие станки различных типов в зависимости от вида выпускаемой продукции (токарные, сверлильные, фрезерные, строгальные, шлифовальные и др.);

• дополнительное: транспортирующие, грузоподъемные и грузонесущие машины и механизмы (конвейеры различных типов, мостовые краны, кран-балки, электротали и др.), станки для заточки инструментов, а также робототехнические комплексы, предназначенные для обслуживания металлорежущих станков;

• вспомогательное: оснащение для очистки воздуха, удаления газов в механообрабатывающих цехах (вентиляторы, воздуходувки, вытяжные зонты и др.).

Свойства конструкционных материалов, используемых в машиностроении, зависят главным образом от их состава и структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру материалов, а следовательно, и их свойства при неизменном химическом составе, является термическая обработка.

Технологический процесс термической обработки представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и хлаждения, проводимых в определенной последовательности с целью изменения внутреннего строения материалов (преимущественно металлических сплавов) и получения необходимых свойств.

В основе термической обработки лежит явление аллотропии (полиморфизма), т.е. способность некоторых материалов (в частности, сплавов на основе железа) иметь несколько кристаллических форм при различных условиях их образования (в частности, изменении температуры)[5,стр.123].

Термическая обработка осуществляется в специальных печах. По источнику используемой тепловой энергии печи подразделяются на работающие на жидком, газообразном топливе и электрические.

В зависимости от режимов термической обработки различают следующие её разновидности.

Отжиг – процесс термической обработки, заключающийся в нагреве материала выше температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решётке, выдержке и очень медленном охлаждении всеемте с печью.

Нормализация- процесс термическойобработки, заключающийся в нагреве материала выше температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решётке, выдержке и охлаждении на воздухе.

Закалка – процесс термической обработки, заключающийся в нагреве материала выше температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решётке, выдержке и очень быстром охлаждении в специальных закалочных средах(воде, минеральном масле и др.).

В машиностроении также широко используется поверхностная закалка, когда достигается высокая прочность и твёрдость поверхностных слоёв детали при пластичной сердцевине.

Отпуск - процесс термическойобработки, заключающийся в нагреве материала ниже температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решётке, выдержке и охлаждении на воздухе.

Для изменения структуры, химического состава, а значит, и свойств поверхностных слоёв деталей применяется химико-термическая обработка,сочетающая термическое и химическое воздействие.

Рассмотрим основные виды химико-термической обработки.

Цементация(науглероживание) – насыщение поверхности стльных деталей углеродом.

Азотирование – диффузионное насыщение поверхности стальной заготовки азотом.

Цианирование – диффузионное насыщение поверхностного слоя углеродом и азотом одновременно.

Диффузионная металлизация – насыщение поверхности стальных деталей металлами и другими элементами (алюминием, хромом, кремнием, бором и др.).

Оборудование термических цехов подразделяется на следующие группы:

• основное: для выполнения операций термической и химико-термической обработки, связанных с нагревом и охлаждением деталей (термические печи, печи-ванны, устройства нагрева токами высокой частоты, охлаждающие устройства, установки для обработки холодом, закалочные машины и баки);

• дополнительное: для правки и очистки деталей (правильные прессы и машины, травильные ванные, дробеструйные и пескоструйные установки, моечные машины и т.д.);

• вспомогательное: средства механизации и подъемно-транспортное оборудование (подъемники, толкатели, краны, тали, электротельферы, рольганги, транспортеры, различного типа конвейеры и т.д.), вентиляторы, воздуходувки и др.