Вопросы для самопроверки

1. Назовите имена ученых и механиков Российского государства, внесших большой вклад в развитие российской промышленности.

2. Назовите имена зарубежный ученых и механиков, занимавшихся проблемами механообработки.

3. Назовите инструменты и средства технологической оснастки, применявшиеся в средневековой промышленности и обработке материалов.

4. Технология металлообработки XIX, начала XX века

В начале XIX века русский инженер Е.С. Якоби построил первый электродвигатель. В последствии электродвигатель станет основным элементом привода всех металлорежущих станков.

В 1817 г. англичанин Р. Роберте создает строгальный станок для обработки деталей с плоскими поверхностями. В 1818 г. механики Джеймс Несмит и И. Уитни построили фрезерный станок с многорезцовым режущим инструментом - фрезой со вставными ножами.

В 1822 г появилось сверло с винтовыми канавками (рис. 21). Это было хорошо нам известное спиральное сверло, сохранившее свой внешний вид со времени создания. Время появления такого сверла не случайно. Чтобы изготовить свело со спиральными канавками необходимо владеть токарной обработкой, фрезерной обработкой, шлифовкой и заточкой. При этом спиральное для нарезания спиральных канавок необходимо иметь станок, кинематика которого могла согласовывать продольное перемещение заготовки с ее вращением, а также режущий инструмент - дисковую фрезу. В комплексе такие средства технологического оснащения были получены только к концу 18 столетия.

Рис. 21. Спиральное сверло

С самого начала XIX века темп развития технологии обработки металлов заметно усилился:

1835 г. - инженер Джозеф Уинтворт патентует автоматический то-карно-винторезный станок;

1836 г. - Джеймс Несмит изобретает поперечно-сторгальный станок;

1839 г. - швейцарец И.Г. Бодмер патентует карусельный станок;

1835 - 1840 гг. - совершенствуются долбежные, клепальные и другие станки.

Механообрабатывающие предприятия к тому времени приобрели вполне современный вид (рис. 22).

В этот же период инженерами И. Уитни и С. Нортом на заводах Англии внедряется стандартизация и взаимозаменяемость деталей машин. Также как и в России, этот процесс первоначально происходил на оружейных заводах.

Рис. 22. Машиностроительный завод 19 века

В конце XIX столетия в России на рабочих чертежах деталей впервые появились допуски на размеры. Качество

детали получило количественную оценку. Стал возможен расчет посадок и зазоров сопрягаемых в изделии деталей и их раздельное изготовление. Упростился и ускорился процесс сборки машин, так как отпала необходимость во взаимной подгонке деталей при сборке изделия. Появилась реальная основа для взаимозаменяемости деталей машин без какой-либо доработки по месту.

Принцип взаимозаменяемости деталей машин позволил Генри Форду в начале XX века на своих заводах в США внедрить конвейерную сборку автомобилей и их двигателей. Это мероприятие потребовало децентрализовать технологический процесс сборки на множество мелких операций и связать потоком изделий разные рабочие места. Такой подход дал следующие результаты:

- максимально снизилась трудоемкость и квалификация каждой отдельной технологической операции;

- практически до нуля сократилось время пролеживания деталей в местах промежуточного складирования, т.к. они сразу использовались в изделии;

- высокая скорость движения конвейера задавала темп не только сборке изделий, но и изготовлению деталей, появилась возможность суточного планирования программ выпуска различных деталей, производство стало более ритмичным и организованным.

Таким образом, внедрение взаимозаменяемости деталей и конвейерной сборки снизило себестоимость изделий при увеличении объемов их производства.

К середине XIX века многим исследователям становится понятно, что процесс резания металлов представляет собой совокупность сложных физических явлений. К таким явлениям, прежде всего, стоит отнести пластическую деформацию материала заготовки с его последующим разрушением и тепловые явления резания. Было замечено, что качество обработанных поверхностей детали зависит от

многих, часто противоречивых факторов, в том числе, числа оборотов крепления заготовки на станке и мастерства заточки режущего инструмента.

Впервые результаты исследования процессов резания были опубликованы в 1848 - 1864 г.г. инженерами Кокилье, Кларинвалем и Жосселем.

Однако первыми наиболее полными и обширными материалами по теории резания следует считать труды русского профессора И.А. Тиме, которые он опубликовал в 1870 г. (рис. 23).

Рис. 23. Иван Августович Тиме (1838-1920)

На примере строгания различных материалов И.А. Тиме дал теоретическое обоснование процесса стружко-образования, классифицировал типы стружек на элементную, суставчатую, сливную и надлома (рис. 24).

Он же дал описание явления усадки стружки, вывел формулу силы резания, впервые, принимая понятие угла скалывания стружки, определил его зависимость от переднего угла режущей части инструмента. Дальнейшее развитие теория резания получила в трудах русского ученого К.А. Зворыкина (рис. 25). На примере процесса строгания он обосновал схему сил, действующих на резец, установил

аналитическое выражение удельной силы резания и угла сдвига стружки в зависимости от факторов стружкообразования. Это позволило в дальнейшем создать методику прочностных расчетов режущего инструмента и создать науку о конструировании исполнительных механизмов металлорежущих станков.

В 1885 г. Профессор И.А. Тиме издает первый в Росси и за рубежом капитальный труд по технологическим основам металлообработки. Этот труд в трех томах вышел под названием "Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство в них работ".

а) б) в)

а) сливная; б) стружка скалывания; в) стружка надлома

Рис. 24. Типы стружек по И.А. Тиме

В конце XIX века русский профессор Я.П. Гавриленко сформулировал и проложил теоретические основы технологии и металлообработки в курсе "Технология металлов".

В 1912-1915 гг. русский ученый Я.Г. Усачев (рис. 26) исследовал физические процессы, происходящие при стружкообразовании. Исследуя вопросы тепловых явлений процесса резания металлов, он измерил температуру на лезвии режущего инструмента. На основании металлографического анализа процесса стружкообразования разработал теорию наростообразования. Обнаружил и описал явление наклепа обработанной поверхности детали.

Рис. 25. Константин Алексеевич Зворыкин (1961-1928)

Рис. 26. Яков Григорьевич Усачев (1873-1941)

Рост требований к прочностным, износостойким, жаропрочным и другим эксплуатационным характеристикам изделий машиностроения привел к появлению высокопрочных материалов, в том числе легированных сталей, жаропрочных сплавов, а также к применению нетрадиционных материалов - таких как титан и другие. В связи с этим появилась необходимость в новых инструментальных материалах, способных обработать прочные и особо прочные кон-

струкционные материалы. Внимание исследователей в начале 20-х годов нашего столетия привлекли методы резания металлов твердосплавными инструментом.

Так, в 1926 г. впервые были изготовлены металлокерамические карбидо-вольфрамовые сплавы. Основу таких материалов составляют кристаллы карбида вольфрама, погруженные в связующее вещество - твердый раствор карбидов вольфрама в кобальте. Режущий инструмент стал оснащаться пластинами твердого сплава, которые получали методом порошковых компонентов.

В 1931 г. Были обнаружены двухкарбидные вольфрамо-титановые и трехкарбидные вольфрамо-титано-танталовые сплавы на кобальтовой связке.

К вольфрамо-кобальтольвым твердым сплавам относятся сплавы типа ВК6, ВК8, ВК10 и другие. К техкарбидным - твердые сплавы типа ТТ7К12, ТТ10К8А и другие.

В 1930 - 1932 г.г. советским ученым А.П. Соколовским были опубликованы первые в Советском Союзе труды по технологии машиностроения.

В 1933 г. Советским ученым, профессором Б.С. Балакшиным была создана теория размерных цепей.

В конце 30-х годов нашего века профессором А.П. Соколовским впервые были сформулированы принципы типизации технологических процессов: А.П. Соколовский говорил: "Типизацией технологических процессов называется такое технологии, которое заключается в классификации технологических процессов деталей машин и их элементов и затем в комплексном решении всех задач, возникающих при осуществлении процессов каждой классификационной группы".

Идея типизации нашла широкое применение направление в доле изучения и построения на предприятиях машиностроения. Типизация коснулась технологических процессов, технологических операций, приспособлений, наладок к приспособлениям, режущего инструмента и других средств технологического оснащения. Были придуманы различные системы классификации деталей и оснастки, различные поисковые системы и т.п.

В итоге типизация технологических процессов сыграла положительную роль на предприятиях автотракторной и станкостроительной промышленности, где высок уровень группируемости обрабатываемых деталей. На предприятиях с высокой, часто меняющейся номенклатурой деталей типизация технологических процессов, к сожалению, эффекта не дала. Но идея типизации процессов была развита в идею групповой технологии и именно она лежит в основе идеологии гибкоструктурной технологии, о которой речь пойдет дальше.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите имена ученых и механиков Российского государства, внесших большой вклад в развитие теории и практики обработки материалов

2. Назовите имена зарубежный ученых и механиков, занимавшихся проблемами механообработки.

3. Назовите инструменты и средства технологической оснастки, применявшиеся на рубеже XIX – XX веков.