Методы обработки заготовок, деталей машиностроительного производства

Формообразование

Методы обработки заготовок, деталей

машиностроительного производства.

1.Понятие и сущность метода обработки.

Операция (О), как основной элемент технологического процесса(ТП) характеризуется используемой в ней физико-химическим методом обработки (МО).

Понятие МО следует рассматривать в виде двух подсистем: энергетической и информационной. Из них первая доставляет и преобразует энергию, которая необходима для физико-химического воздействия на заготовку (предмет труда) с целью отделения или нанесения материала, изменения его физико-механических свойств. Эта подсистема определяет вид процесса обработки. Вторая подсистема управляет потоками энергии и материалов, обеспечивая их доставку в заданном виде и количестве в рабочее пространство (к поверхности заготовки) с целью преобразования «заготовока→деталь». Эта подсистема определяет процесс формообразования. В итоге понятие МО можно определить как совокупность процессов обработки и формообразования заготовки, направленных на изменение формы, размеров, качества поверхности и физико-механических свойств. Процесс обработки (ПО) представляет собой цепочку преобразования энергии:

                                                           ,

где - рабочая энергия, создаваемая оборудованием и подводимая к заготовке;                   - энергия воздействия на предмет производства, образующаяся при подводе к заготовке; - вид физико-химического механизма, определяющий сущность ПО. Например, при лазерной обработке в качестве используется лучевая энергия, преобразуемая на поверхности заготовки в тепловую энергию , которая создаёт ФХМ обработки в виде плавления, испарения материала (металла) или его структурных преобразований. В общем случае ПО характеризуется несколькими , но один из них (как правило) является доминирующим.

В свою очередь  процесс формообразования может  быть охарактеризован: 1) способом подвода энергии в рабочее пространство (СПЭ);2) видом распределения энергии во времени (ВРЭ);3) схемой движения формообразования (СФО).

 

СПЭ-точечный, линейчатый, поверхностный, объёмный.

ВРЭ-непрерывный, пульсирующий, импульсный

СФО-неподвижное; прямолинейное, вращательное, вращательно-поступательно.

2.Формообразование процесса обработки.

Преобразование энергии при  реализации ПО происходит в несколько этапов.                       На первом этапе первичная энергия Э₁(обычно электрическая) преобразуется в Э_раб с помощью оборудования (например, станки-МРС). Виды Э_раб: механическая, тепловая, электрическая, электромагнитная, лучевая, химическая, ультразвуковая, ядерная (рис.1)

На втором этапе  и число видов энергии сокращается до четырёх: механической, тепловой, химической, ядерной. При резании металлов ( метод обработки резанием – МОР) переход   механическая энергия сохраняет свой вид, но только часть её переходит в тепловую энергию. Лучевая энергия полностью переходит в тепловую.

На третьем этапе Э_возд приводит к образованию обработки, вид которого зависит от вида Э_возд (рис.1).

Виды : деформация с разрушением(МОР); деформация без разрушения (без отделения материала); плавление; испарение; спекание; структурное преобразование; анодное и химическое растворение; химическое соединение; диффузия; ядерное преобразование вещества.

3.Кинематические схемы обработки.

Реализация метода обработки требует  наличия относительного движения заготовки  и инструмента, задаваемого принципиальной кинематической схемой. Она определяет траекторию движения, а в итоге-контур(форму) обработанной поверхности. В зависимости от кинематического соотношения движений заготовки и инструмента устанавливается величина скорости относительного движении, определяющая производительность ПО. Исходя их двух элементарных движения: прямолинейного и вращательного и их возможных сочетаний, можно выделить восемь групп движений:1) прямолинейное; 2) два прямолинейных; 3) одно вращательное; 4) одно вращательное и одно прямолинейное; 5) два вращательных; 6) два прямолинейных и одно вращательное; 7) два вращательных и одно прямолинейное; 8) три вращательных. Наибольшее применение находят шесть первых групп. При сочетании нескольких элементарных движений необходимо выделить два главных, определяющих скорость обработки и величину подачи. Два и более элементарных движений могут иметь произвольные направления и скорость.

К группе 1, можно отвести следующее  МО, строгание, долбление, протягивание и др. В процессе формообразования могут участвовать и дополнительные движения-прерывистые, сообщаемые заготовке или инструменту в промежутках между рабочими циклами и во время цикла (колебательные движения).

4.Классификация МО.

Структура классификации содержит 4-ре уровня: класс Х₁, подкласс Х₂, вид Х₃ и разновидность Х₄. На рис. 2, 3 и 4 соответственно для МО – без съёма материала, со съёмом материала и с нанесением материала.

5.Выбор МО.

Исходное положение: каждый МО имеет свою область применения и обладает различными показателями, в частности, по производительности, точности и стоимости обработки. При выборе МО необходимо учитывать:

-признаки  предмета производства (характеристики  заготовки и детали

-вид  и размеры обрабатываемой поверхности 

-вид  материала и его механические  свойства

-точность  детали

-шероховатость  поверхности

-свойства  поверхностного слоя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- обрабатываемость  материала, существенно влияющая  на производительность обработки  и себестоимость детали.

Для разных МО влияние свойств материала  на обрабатываемость проявляется по-разному. Например, материалы с низкой обрабатываемостью  резанием, хорошо обрабатываются электрофизическими МО.

Обрабатываемость  материала обычно оценивается относительным коэффициентом. За единицу принимается обрабатываемость стали 45. Коэффициент обрабатываемости                          , где , – допустимые скорости обработки (резания).

Кроме допустимой скорости резания, для оценки обрабатываемости материала используют показатели интенсивности  износа инструмента преимущественно для черновых операций, качества обрабатываемой поверхности (для чистовых операций) и возникающих силы резания и температуры, которые определяют долговечность отдельных частей станка, степень деформации инструмента и детали, а также дают представление количестве энергии, расходуемой при обработке.

Для оценки материалов по обрабатываемости применительно  к определённым процессам обработки  устанавливаются относительные коэффициенты обрабатываемости(табл.1). Представленные табличные данные убедительно показывают, что обрабатываемость материалов для различных процессов обработки существенно отличаются. Это связано с принципиальным отличием физико-химических механизмов воздействия на заготовку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Каждый  метод обработки имеет определённую область рационального использования. Выход из этой области по показателям  обрабатываемости материала, обеспечение  требуемого качества поверхности и  другим показателям приводит к нарушению  процесса обработкию Предложено понятие  критических условий для метода обработки (обрабатываемый материал, режимы резания, конструкция инструмента, геометрия его заточки) , при которых  его практическое использование  по техническим и экономическим  параметрам становиться невозможным.

 Для  механической обработки резанием  основными факторами, определяющими  критические условия, являются: соотвношение  прочностых характеристик инструментального  и обрабатываемого материала  (предел прочности при изгибе  и сжатии, ударная вязкость); параметры  износостойкости и красностойкости  (теплостойкости) инструментального и обрабатываемого материала.

Из сказанного можно сделать вывод о том, что для выбора методов обработки  необходимо определить границы рационального  использования метода, при переходе которых должны приниматься качественно  новые процессы обработки. Для примера  в табл.2 приведены характеристики возможностей отдельных видов обработки. Структурные изменения поверхностного слоя для различных методов обработки  определились с помощью оценочных  баллов: 1 – заметно ухудшается структура  на некоторую глубину; 2- ухудшаются единичные показатели, зависящие  от качества; 3 – почти не изменяется структура, но возможны дефекты; 4 –  структура остается практически  неизменяемой или улучшается; 5 –  улучшается большинство показателей.

 

 

 

 

 

 

В целях  автоматизации процесса выбора Мо при создании наиболее прогрессивных ТП используют автоматизированные банки данных. При формировании информационного обеспечения АБД-технологий необходимо проводить систематизацию информации о методах обработки на единой методологической основе. Наиболее удобной формой портов МО. В качестве примера приведена часть паспорта метода электроискровой обработки (табл. 3)

Это технологические  документы включают ряж разделов, описывающих различные признаки МО: наименование МО, код МО, вид инструмента, типовой представитель оборудования, вид обрабатываемой поверхности, виды обрабатываемых материалов, предельные размеры обрабатываемых поверхностей, режимы обработки, характеристики качества исходной заготовки, характеристики точности и качества поверхности детали после обработки , вид используемой энергии, вид физико-химического механизма, способ и характер подвода энергии, схема формообразования, интенсифицирующие факторы, математические модели описания МО, схема обработки, литература.

 Разнообразие  и полнота информации, включаемой  в паспорт МО, позволяет решать  различные по характеру задачи, возникшие при технологическом  проектировании с использованием  АБД и САПР. Среди этих задач  основными являются следующие.

1. Выбор метода обработки по определённым конструкторско-технологическим требованиям: по одной из характеристик качества изготовления детали (точности, шероховатости, физико-механическим свойствам); по группе характеристик качества изготовления детали; по виду обрабатываемого материала; по виду обрабатываемой поверхности; по размерам обрабатываемой поверхности.
2. Оптимизация выбора методов обработки по критериям: минимуму производительности, обрабатываемости, качеству обработки.
3. Построение математических моделей методов обработки.
4. Создание комбинированных методов обработки
5. Формирование информационных описаний для изучения возможностей методов обработки.
6. Поиск описания методов в литературе.
7. Проектирование технологических процессов в САПР ТП: проектирование маршрутных ТП; проектирование операционных ТП; выбор оборудования; проектирование перехода; выбор инструмента; выбор режимов обработки.

6.Синтез методов обработки

Создание  новых МО-один из важнейших факторов развития научно-технического прогресса. Во многих работах рассматривались методики поиска новых процессов обработки и кинематических схем формообразования. Однако в условиях ручного проектирования эти методики до настоящего времени не нашли применения. Применительно к процессам размерного формообразования выявлены функциональные связи и отобраны классификационные признаки, определяющие сущность различных процессов обработки. Все признаки были разбиты на 11 групп, характеризующих различные стороны МО:

1. Энергия, непосредственно подводимая к объекту;
2. Энергия на границе объекта и среды;
3. Энергия, определяющая съем материала и образования формы;
4. Распределение энергии во времени;
5. Подвод и распределение энергии в пространстве, занимаемом объектом;
6. Основной физический процесс, определяющий размерное формообразование.