Практикум по технологическим методам обработки заготовок

 

Рекомендовано Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров укрупнённой группы «Металлургия, машиностроение и материалообработка»

 

Санкт-Петербург

УДК 620:621.9 (075.8)

ББК 34.5я73

Т 384

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор Балтийского государственного

технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова Д. В. Васильков

Кандидат технических наук, профессор Санкт-Петербургского

государственного политехнического университета Э. Л. Жуков

 

Авторы:

В. И. Никифоров, Ю. М. Барон, Г. П. Дзельтен,

В. С. Кобчиков, М. Т. Коротких, В. С. Медко

 

Технология конструкционных материалов. Практикум по технологическим методам обработки заготовок: учеб. пособие / В. И. Никифоров и [др.]; под ред. В. И. Никифорова. ‒ СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. 365 с.

 

Приведены материалы, раскрывающие содержание и методику проведения лабораторных работ, упражнений и занятий в учебных мастерских по изучению методов обработки заготовок резанием и обработке с применением электрофизических и электрохимических технологий.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров и специальностям укрупнённой группы 150000 ‒ «Металлургия, машиностроение и материалообработка» при изучении дисциплины «Технология конструкционных материалов». Пособие может быть использовано также в системах непрерывного профессионального образования.

 

Работа выполнена в рамках реализации программы развития

национального исследовательского университета «Модернизация

и развитие политехнического университета как университета нового

типа, интегрирующего мультидисциплинарные научные исследования

и надотраслевые технологии мирового уровня с целью повышения конкурентоспособности национальной экономики».

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

 

 

© Никифоров В. И.,

научное редактирование, 2012

© Санкт- Петербургский государственный

ISBN 978-5-7422-3639-9 политехнический университет, 2012

оглавление

Наименования, обозначения и единицы величин …..………...…
Предисловие ……………………………………………………….
Введение …………………………………………………………...
1. Лабораторные работы …………………….…………..
1.1. Токарные работы, назначение и устройство токарно-винторезного станка ……………….……………………………………..
1.2. Фрезерные работы, назначение и устройство универсальных консольно-фрезерных станков ………………………………..........
1.3. Сверление, зенкерование, развёртывание отверстий и нарезание резьб на радиально-сверлильном станке ………………………...
1.4. Токарный резец, его части и элементы ……………………..
1.5. Экспериментальное определение зависимости главной составляющей силы резания Pz при точении от элементов режима резания ……………………………………................................................
1.6. Экспериментальное определение зависимости температуры резания при точении от элементов режима резания ……………….
1.7. Назначение и устройство токарно-револьверного станка …
1.8. Назначение и устройство токарно-револьверного автомата …………………………………………………………………...
1.9. Назначение и устройство зубофрезерного станка ………….
1.10. Назначение и устройство плоскошлифовального станка и шлифовальный инструмент………………………………………………
1.11. Гибкий производственный токарный модуль на базе станка с числовым программным управлением модели 16А20Ф3…….......
1.12. Назначение и устройство электроэрозионного станка марки Sure First модели ED-203 ……………………………………………..
1.13. Определение зависимостей технологических характеристик электрохимической обработки плоской поверхности заготовки от плотности тока ………………………………………………………...
2. Упражнения …………………………………………………..
2.1. Назначение режима резания при точении …………………..
2.2. Изучение металлорежущего инструмента…..........................
2.3. Разработка технологического процесса изготовления детали……................………………………………………………………
2.4. Покрытия и их характеристики. Выбор марки покрытия....
3. Демонстрации ……………………………………...................
3.1. Демонстрация токарных, фрезерных, сверлильных работ и элементов их технологических систем …………………………………
3.2. Демонстрация автоматизированных технологических процессов ………..………………………………………………………..
4. Учебные мастерские …………………………………...........
4.1. Точение цилиндрических и подрезание торцовых поверхностей, точение канавок и разрезание заготовок ………………………
4.2. Точение конических поверхностей и нарезание резьб …….
4.3. Фрезерование плоскостей и уступов ………………………..
4.4. Слесарная обработка заготовок ……………………………...
Библиографический список …………………………….……
Приложения ………………….………………………………….
Приложение 1. Классификация металлообрабатывающих станков ……………………………………………………………………
Приложение 2. Профилометр MarSurf PS1. Назначение и устройство …………..……........................................................................
Приложение 3. Условные обозначения в кинематических схемах ……………………………………………………………………..

 

Наименования, обозначения и единицы величин

№ п/п	Величина	Единица
Наименование	Обозначение	Наименование	Обозначение

 

	Время	t	секунда	с
	Время вспомогательное	tвсп, Твсп	минута	мин
	Время основное	tо, То	минута	мин
	Время подготовительно-заключительное	tпз, Тпз	минута	мин
	Время штучно-калькуляционное	tшк, Тшк	минута	мин
	Высота	h	миллиметр	мм
	Высота неровностей профиля поверхности по десяти точкам	Rz	микрометр	мкм
	Выход по току	kh	безразмерный	–
	Глубина резания	t	миллиметр	мм
	Диаметр	D, d	миллиметр	мм
	Длина	ℓ, L	миллиметр	мм
	Зазор (межэлектродный)	d	миллиметр	мм
	Заряд электрический	q	кулон	Кл
	Коэффициент полезного действия	kh	безразмерный	–
	Масса	m	килограмм	кг
	Мощность	N	ватт	Вт
	Напряжение электрическое	U	вольт	В
	Объём	V	миллиметр в кубе	мм^3
	Период процесса	Т	секунда	с
	Плотность мощности	rN	ватт на метр в квадрате	Вт/м^2
	Плотность объёмная	rV	килограмм на метр в кубе	кг/м^3
	Плотность тока	rI	ампер на миллиметр в квадрате	А/мм^2
	Площадь	S	миллиметр в квадрате	мм^2
	Погрешность обработки	Δ	микрометр	мкм
	Подача в одну минуту	Sм	миллиметр за одну минуту	мм/мин
	Подача за один оборот	S о	миллиметр за один оборот	мм/об
	Подача на один зуб	Sz	миллиметр на один зуб (режущее лезвие)	мм/зуб
	Припуск	Z	миллиметр	мм
	Производительность:	П
	– по массе	Пm	килограмм в минуту	кг/мин
	– по объёму	ПV	миллиметр кубический в минуту	мм^3/мин
	– штучная	Пшт	штук в минуту	шт/мин
	Радиус	R, r	миллиметр	мм
	Сила	Р	ньютон	Н
	Сила резания	P	ньютон	Н
	Сила электрического тока	I	ампер	А
	Скорость главного движения резания	u	метр в минуту	м/мин
	Скорость подачи	us	миллиметр в минуту	мм/мин
	Сопротивление электрическое	R	ом	Ом
	Среднее арифметическое отклонение профиля поверхности от средней линии	Ra	микрометр	мкм
	Температура	q	градус Цельсия	^0С
	Удельная энергоёмкость	wm	джоуль на килограмм	Дж/кг
	Характеристика делительной головки	N	оборот рукоятки на один оборот шпинделя	‑
	Частота вращения	n	оборот в минуту	об/мин
	Частота периодического процесса (колебаний)	f	герц	Гц
	Число изделий (партия)	N	штука	шт
	Число рабочих ходов	i	ход	ход
	Число режущих лезвий (зубьев), граней многогранника	z	штука	шт
	Ширина	B, b	миллиметр	мм
	Энергия	W	джоуль	Дж

Примечание. При использовании в пособии физической величины с единицей измерения иной, чем указано в столбце 4, после её введения в тексте или после соответствующей формулы приводится принятая размерность величины.

 

 

Предисловие

В учебных планах, реализуемых в образовательных учреждениях высшей школы, важнейшими и основополагающими в становлении выпускников как специалистов широкого профиля являются общепрофессиональные дисциплины. Среди этих дисциплин первичной в области технологической подготовки студентов выступает дисциплина «Технология конструкционных материалов». Эта дисциплина с тем или иным изменением в наименовании входит в большинство учебных планов подготовки бакалавров и специалистов образовательной области «Техника и технологии».

Трудоёмкость изучения дисциплины «Технология конструкционных материалов» в соответствии с государственными образовательными стандартами подготовки выпускников колеблется в весьма значительных пределах: от 50 до 238 часов. Такие различия имеют место даже в образовательных стандартах близких направлений подготовки бакалавров и специалистов. И всё же методические и содержательные основы этой дисциплины для разных направлений подготовки и специальностей инженерной направленности общие, что вытекает из сущности деятельности инженера как творца новой техники и технологий.

Цель дисциплины «Технология конструкционных материалов» в традиционном её содержании состоит в формировании к омпетентности выпускника в области характеристик и назначения конструкционных материалов, технологических методов получения и обработки заготовок, а также следующих обобщённых знаний и умений:

— з нания конструкционных материалов и их свойств, технологических методов получения заготовок и их обработки с целью изготовления изделий заданных форм, размеров и качества поверхностного слоя, физико-химических основ и параметров технологических методов, областей их применения, технологического оборудования и инструментов;

— у мения осуществлять выбор технологического метода получения заготовки и её обработки в зависимости от марки конструкционного материала, заданных характеристик заготовки и детали; назначать припуск на обработку и проектировать заготовку по заданному чертежу детали, читать и изображать технологические схемы, выбирать технологическое оборудование и инструмент для получения и обработки заготовок.

Глубина и степень фундаментальности сформулированных цели и задач для разных направлений подготовки или специальностей будущего специалиста могут широко варьироваться.

Воспитательные и развивающие цели дисциплины «Технология конструкционных материалов» состоят в формировании таких профессионально значимых качеств личности специалиста, работающего в области техники и технологий, как эрудированность, самостоятельность, наблюдательность, обоснованность принятия решений, умение планировать свою деятельность, системное мышление, технологическое мышление, образное и пространственное мышление, долговременная память.

Характеризуя учебную дисциплину «Технология конструкционных материалов» как первую технологическую дисциплину учебных планов подготовки специалистов в области техники и технологии, следует отметить, что в традиционном понимании её содержание не охватывает всю совокупность общепрофессиональных сведений о технологии изготовления изделий. Так, рассматривая аспекты производственного процесса, следует, с одной стороны, говорить о технологических методах получения материала, изготовления и обработки заготовок, а, с другой стороны, о последовательности реализации технологических методов в рамках технологического процесса изготовления изделия. И эта последняя составляющая знаний и умений в традиционные программы дисциплины «Технология конструкционных материалов» не входит.

Учитывая, что для многих направлений подготовки и специальностей образовательной области «Техника и технологии» «Технология конструкционных материалов» является единственной технологической дисциплиной, следует говорить о необходимости расширения области формируемых знаний и умений для таких направлений и специальностей в рамках данного курса. В перечень дополнительного к традиционному содержанию материала в дисциплину «Технология конструкционных материалов» должны включаться элементы, относящиеся к сфере построения технологических процессов. Без владения знаниями и умениями в этой области говорить о формировании системной компетентности выпускника в сфере производственного процесса невозможно.

С учётом этих обстоятельств разработано учебное пособие «Технология конструкционных материалов. Практикум по технологическим методам обработки заготовок». Целью пособия является создание системы учебного материала по практическим занятиям студентов, обеспечивающим формирование их умений в решении технологических задач в области технологических методов обработки заготовок.

Учебное пособие «Технология конструкционных материалов. Практикум по технологическим методам обработки заготовок» содержит систему лабораторных работ, ряд упражнений и практических занятий в учебных мастерских по технологическим методам обработки заготовок резанием, электрофизическими и электрохимическими методами, а также по методам нанесения покрытий на поверхности заготовки.

Перечень приведённых в этом пособии учебных работ охватывает все разделы учебной дисциплины «Технология конструкционных материалов» практическими занятиями, представляет их в разнообразии организационных форм и по своему объёму значительно перекрывает те объёмы трудоёмкости изучения дисциплины, которые указаны в государственных образовательных стандартах. Это позволяет вузам, решающим задачу создания системы практических занятий, в зависимости от объёма часов, выделенных в образовательном стандарте на конкретное направление подготовки или специальность, от профиля деятельности будущих выпускников, от наличия и состава учебно-материальной базы, выбрать из приведённого перечня практических занятий именно те, организационные формы, виды и содержание которых решают как методические, так и организационные проблемы постановки этой важнейшей общепрофессиональной дисциплины.

Решение Всероссийского совещания заведующих кафедрами материаловедения и технологии конструкционных материалов, проведённое в городе Ярославле 17–19 сентября 2002 г., констатировало в части ведения практических работ необходимость «… наличия в учебных планах курсовых проектов (работ), необходимого количества лабораторных работ, сохранения и организации в вузах учебных мастерских». С целью реализации этого решения и акцентирования внимания на значимости учебных мастерских для формирования наглядно-образного мышления студентов в практикум включены материалы по проведению учебных мастерских.

В профессиональной школе России всё большее распространение получают системы непрерывного образования. В сфере профессионального становления молодого человека как специалиста непрерывность профессионального образования реализуется через комплекс профессиональных образовательных учреждений, включающих учреждения начального профессионального, среднего профессионального и высшего профессионального образования (НПО, СПО, ВПО). Содержание учебного пособия и реализуемый в основном феноменологический уровень представляемого в дисциплине «Технология конструкционных материалов» материала позволяет использовать пособие для изучения и в образовательных учреждениях НПО и СПО.

Учебное пособие рекомендуется для студентов, обучающихся по направлениям подготовки и специальностям образовательной области «Техника и технологии». В то же время его можно использовать и при подготовке специалистов других групп направлений подготовки и специальностей ВПО. К ним можно отнести педагогические специальности, ориентированные на подготовку педагогов в области техники и технологии в системах НПО и СПО; инженерно-экономические специальности, ряд направлений подготовки и специальностей сельскохозяйственного профиля и других образовательных областей, в рамках которых готовятся специалисты для применения и ремонта используемой в данной отрасли техники и механосборочных технологий.

В содержании учебного пособия нашел отражение опыт, накопленный кафедрой «Технология конструкционных материалов и материаловедение» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПбГПУ), основанной профессором В. В. Савиным в 1907 году. При создании пособия использованы особенности методологии преподавания дисциплины, сложившиеся в СПбГПУ (ранее — Ленинградском политехническом институте имени М. И. Калинина) в результате разработок известных отечественных ученых Я. Г. Усачева, А. И. Челюсткина, А. М. Вульфа, Л. С. Мурашкина, В. Г. Подпоркина, М. А. Шатерина.

Пособие подготовлено коллективом преподавателей СПбГПУ. Работы 1.5, 1.7 и 1.10 написаны докт. техн. наук, профессором Ю. М. Бароном; работа 2.1 — канд. техн. наук, доцентом Г. П. Дзельтеном; работы 1.2, 1.3, 1.11, 2.3, 4.3 — канд. техн. наук, доцентом В. С. Кобчиковым; работы 2.2, 2.4, 3.1, 3.2 — докт. техн. наук, профессором М. Т. Коротких; работа 4.4 и приложения 1, 2, 3 — канд. техн. наук, доцентом В. С. Медко; введение, предисловие, работы 1.1, 1.4, 1.6, 1.8, 1.9, 1.12, 1.13, 4.1, 4.2 — канд. техн. наук, профессором В. И. Никифоровым.

Авторы выражают искреннюю признательность рецензентам доктору технических наук, профессору Василькову Д. В. и кандидату технических наук, профессору Жукову Э. Л., а также кандидату технических наук, доценту Ю. С. Дмитриевской за конструктивные замечания и предложения, высказанные при прочтении рукописи книги.

Введение

«Технология конструкционных материалов» является учебной дисциплиной, к объектам изучения которой относят конструкционные материалы, их характеристики и технологические методы формообразования заготовок и деталей машин, реализуемые при изготовлении изделий.

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

Учебное пособие «Технология конструкционных материалов. Практикум по технологическим методам обработки заготовок» содержит методические указания по содержанию, организации и методике проведения занятий в лабораториях и учебных мастерских механического профиля по технологическим методам обработки заготовок резанием и обработки электрофизическими и электрохимическими методами, а также по методам нанесения покрытий на поверхности заготовок.

Перечень видов практических занятий, используемых при изучении дисциплины «Технология конструкционных материалов» и реализованных в представленном практикуме, включает лабораторные работы, упражнения, демонстрационные занятия и занятия в учебных мастерских.

Лабораторные занятия предназначены для углублённого изучения научно-теоретических основ дисциплины «Технология конструкционных материалов», элементов технологических систем, в рамках которых реализуется обработка заготовок технологическими методами точения, фрезерования, сверления, развёртывания, шлифования, методами электроискровой и электрохимической обработки.

Выполняя эти работы, студенты изучают металлообрабатывающее оборудование разной степени универсальности и автоматизации, имеющее электромеханический и гидравлический приводы, станки для обработки лезвийными и абразивными инструментами. Некоторые лабораторные работы выполняются исследовательскими методами, что направлено на овладение студентами современными методами и умениями экспериментирования с применением разнообразной технологической оснастки.

Занятия в учебных мастерских проводятся в виде практических работ на металлорежущих станках токарной, фрезерной, сверлильной групп и на слесарном участке. Эти работы не ставят задачу формирования умения студента выполнять трудовые приёмы и операции на уровне умений рабочих какого-либо квалификационного разряда, т. е. приобретения рабочей профессии. Они позволяют:

— формировать наглядно-образное представление о процессах получения 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 унифицированы. Они содержат цель и задачи занятия, его теоретические основы, являющиеся дополнениями к теоретическому материалу лекций по учебной дисциплине «Технология конструкционных материалов», методику проведения работы, индивидуальные задания и содержание отчёта.

Технологические методы получения и обработки заготовок реализуются в рамках определённой технологической системы. В связи с этим при постановке практических занятий материал изучения охватывает все элементы технологической системы, в том числе оборудование, инструмент, технологическую оснастку, среду обработки, характеристики заготовки и изготавливаемой детали.

Формирование умений в области технологических методов получения заготовок и их обработки возможно только на основе углублённой самостоятельной работы студента. В связи с этим каждая представленная в пособии работа предусматривает при наличии общей части определённую самостоятельную работу студента, осуществляемую при подготовке к занятию, при выполнении индивидуального задания и при составлении отчёта. В ходе самостоятельной работы студент может расширить свои знания путем использования основной [1, 2] и дополнительной литературы [3–12], приведённой в разделе «Библиографический список». В тех случаях, когда обращение к дополнительной литературе обязательно, в рамках конкретного материала практической работы дана ссылка на использование для получения необходимых сведений соответствующих изданий из указанной в разделе «Библиографический список» учебной литературы.

Теоретический материал, содержащийся в каждой лабораторной работе, каждом упражнении, в демонстрационных занятиях и в учебных мастерских, соответствует примерной учебной программе дисциплины «Технология конструкционных материалов», утверждённой Научно-методическим советом Министерства образования и науки Российской Федерации по учебной дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», и является кратким изложением основ реализации изучаемого технологического метода обработки.