Kopia_kniga_nikiforov_tekhnologia
.pdfФедеральное агентство по образованию САНКТ–ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Приоритетный национальный проект «Образование»
Инновационная образовательная программа Санкт-Петербургского государственного политехнического университета
100-летию создания кафедры «Технология конструкционных материалов» в ГОУ «СПбГПУ» посвящается
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.
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 и специальностям
техники и технологии
Санкт-Петербург Издательство Политехнического университета
2007
УДК 620:621.9 (075.8)
ББК 34.5я73 Т384
Технология конструкционных материалов. Практикум по технологическим методам обработки заготовок: Учебное пособие. Ю. М. Барон,
Г. П. Дзельтен, В. С. Кобчиков, В. С. Медко, М. Т. Коротких, В. И. Никифоров, Л. А. Ушомирская / Под ред. В. И. Никифорова. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. – 304 с.
Рецензенты: профессор, д. т. н. Санкт-Петербургской лесотехнической академии А. М. Кочнев; профессор, к. т. н. Санкт-Петербургского государственного
политехнического университета Э. Л. Жуков.
Пособие соответствует государственным образовательным стандартам направлений подготовки и специальностей в области техники и технологии и содержанию примерной учебной программы дисциплины ОПД.Ф.03 «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».
Содержит сведения по содержанию и методике проведения лабораторных работ, упражнений и занятий в учебных мастерских, относящихся к обработке заготовок технологическими методами резания и обработке с применением электрофизических и электрохимических технологий.
Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям и специальностям в области техники и технологии при изучении дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов». Пособие может быть использовано также в системах непрерывного профессионального образования.
Работа выполнена в рамках реализации Инновационной образовательной программы Санкт-Петербургского государственного политехнического университета «Развитие политехнической системы подготовки кадров в инновационной среде науки и высокотехнологичных производств Северо–Западного региона России».
Печатается по решению редакционно-издательского совета СанктПетербургского государственного политехнического университета.
©В. И. Никифоров
©СанктПетербургский государственный политехнический университет, 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
Условные обозначения физических величин …………………… 5
Предисловие ………………………………………………………. 8 Введение …………………………………………………………... 12
1. Лабораторные работы ………………………………. 19
1.1.Токарные работы, назначение и устройство токарно– винторезного станка ……………….…………………………………….. 20
1.2.Фрезерные работы, назначение и устройство универсального горизонтально–фрезерного станка ……………...………………… 44
1.3.Сверление, зенкерование, развертывание отверстий и нарезание резьбы на радиально–сверлильном станке ……………………… 65
1.4.Токарный резец, его части и элементы …………………….. 77
1.5.Экспериментальное определение зависимости главной
составляющей силы резания Pz при точении от элементов режима резания ……………………………………................................................ 85
1.6. Экспериментальное определение зависимости температуры |
|
резания при точении от элементов режима резания ………………. |
93 |
1.7.Назначение и устройство токарно-револьверного станка … 99
1.8.Назначение и устройство токарно–револьверного
автомата …………………………………………………………………... 113
1.9.Назначение и устройство зубофрезерного станка …………. 126
1.10.Назначение и устройство плоскошлифовального станка и шлифовальный инструмент…………………………………………….... 140
1.11.Гибкий токарный производственный модуль модели
16А20Ф3 М132…………………………………………………….…….. 153 1.12. Назначение и устройство электроискрового станка
модели 57М ………………………………………………………………. 164 1.13. Определение зависимостей технологических характери-
стик электрохимического травления заготовки от плотности тока … 175
2. Упражнения ………………………………………….. 182
2.1.Назначение режима резания при точении ………………….. 183
2.2.Изучение металлорежущего инструмента….......................... 196
2.3.Разработка технологического процесса изготовления
детали……................……………………………………………………… 204
3
2.4. Покрытия, их характеристики и выбор марки покрытия …. 219
3. Демонстрации ………………………………………..... 239
3.1. Демонстрация токарных, фрезерных и сверлильных работ и элементов их технологических систем ………………………………. 240
3.2. Демонстрация автоматизированных технологических про-
цессов ……………………………………………………………………. 246
4. Учебные мастерские …………………………………...257
4.1. Точение цилиндрических и торцовых поверхностей, канавок и разрезание заготовок ……………………………………………… 258
4.2.Точение конических поверхностей и нарезание резьб ……. 265
4.3.Фрезерование плоскостей и уступов ……………………….. 276
4.4.Слесарная обработка заготовок ……………………………... 289
Литература ……………………………………………….. 301
Приложение. Классификация металлорежущих станков …… 302
4
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
|
Физическая величина |
Единица физической |
|||
№ |
величины |
||||
|
|
||||
п.п. |
|
|
|
|
|
наименование |
обозначе- |
наименование |
обозначе- |
||
|
|
ние |
|
ние |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
Время |
τ |
секунда |
с |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Высота |
h |
метр |
м |
|
3 |
Высота неровностей про- |
Rz |
микрометр |
мкм |
|
|
филя поверхности по де- |
|
|
|
|
|
сяти точкам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Вес (сила тяжести) |
Р |
ньютон |
Н |
|
5 |
Глубина резания |
t |
метр |
м |
|
6 |
Давление |
р |
паскаль |
Па |
|
7 |
Диаметр |
D |
метр |
м |
|
8 |
Длина |
ℓ |
метр |
м |
|
9 |
Емкость электрическая |
С |
фарада |
Ф |
|
10 |
Зазор (межэлектродный) |
δ |
метр |
м |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
Заряд электрона |
е |
кулон |
Кл |
|
12 |
Количество электричества |
Q |
кулон |
Кл |
|
13 |
Коэффициент полезного |
kη |
безразмерный |
– |
|
|
действия |
|
|
|
|
14 |
Масса |
m |
килограмм |
кг |
|
15 |
Момент крутящий |
Мкр |
ньютон–метр |
|
|
|
|
|
Н м |
||
16 |
Мощность |
N |
ватт |
Вт |
|
17 |
Напряжение электриче- |
U |
вольт |
В |
|
|
ское |
|
|
|
|
18 |
Объем: |
V |
метр в кубе |
м3 |
|
19 |
– удельный |
v |
метр в кубе на |
м3/кг |
|
|
|
|
килограмм |
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
Плотность–объемная |
ρV |
килограмм на |
кг/м3 |
|
|
|
|
метр в кубе |
|
5
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
21 |
Плотность мощности |
ρN |
ватт на метр |
Вт/м2 |
|
|
|
в квадрате |
|
22 |
Плотность тока |
ρi |
ампер на метр |
А/м2 |
|
|
|
в квадрате |
|
23 |
Площадь |
S |
квадратный |
м2 |
|
|
|
метр |
|
|
|
|
|
|
24 |
Погрешность обработки |
∆ |
метр |
м |
|
|
|
|
|
25 |
Подача за один оборот |
Sо |
метр за один |
м/об |
|
|
|
оборот |
|
26 |
Подача в одну минуту |
Sм |
метр за одну |
м/мин |
|
|
|
минуту |
|
27 |
Подача на один зуб |
Sz |
метр на один |
м/зуб |
|
|
|
зуб (режущее |
|
|
|
|
лезвие) |
|
|
|
|
|
|
28 |
Припуск |
Z |
метр |
м |
29 |
Производительность: |
П |
|
|
30 |
– штучная |
Пшт |
штук |
шт/с |
|
|
|
в секунду |
|
31 |
– по объему |
ПV |
метр |
м3/с |
|
|
|
кубический |
|
|
|
|
в секунду |
|
|
|
|
|
|
32 |
– по массе |
Пm |
килограмм |
кг/с |
|
|
|
в секунду |
|
33 |
– по площади |
Пs |
метр квадрат- |
м2/с |
|
|
|
ный в секунду |
|
34 |
Работа |
А |
джоуль |
Дж |
35 |
Радиус |
R, r |
метр |
м |
36 |
Сила |
Р |
ньютон |
Н |
37 |
– трения |
F |
ньютон |
Н |
38 |
– нормальная |
N |
ньютон |
Н |
39 |
Сила электрического тока |
I |
ампер |
А |
40 |
Скорость: |
ϑ |
|
|
|
|
|
|
|
41 |
– скорость главного |
ϑ |
метр |
м/с |
|
движения резания |
|
в секунду |
|
|
|
|
|
|
6
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
42 |
– скорость подачи |
ϑs |
метр |
м/с |
|
|
|
в секунду |
|
43 |
Сопротивление электри- |
R |
ом |
Ом |
|
ческое |
|
|
|
|
|
|
|
|
44 |
Среднее арифметическое |
Ra |
микрометр |
мкм |
|
отклонение профиля по- |
|
|
|
|
верхности от средней ли- |
|
|
|
|
нии |
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
Температура |
θ |
градус |
0 С |
|
|
|
Цельсия |
|
|
|
|
|
|
46 |
Частота вращения |
n |
секунда в ми- |
с-1 |
|
|
|
нус первой |
|
|
|
|
степени |
|
47 |
Частота периодического |
f |
герц |
Гц |
|
процесса (колебаний) |
|
|
|
48 |
Число изделий (партия) |
N |
штук |
шт |
49 |
Число режущих лезвий |
z |
штук |
шт |
|
(зубьев) |
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
Число рабочих ходов |
i |
ход |
ход |
51 |
Ширина |
b |
метр |
м |
52 |
Энергия |
W |
джоуль |
Дж |
Примечание. При использовании в пособии физической величины с иной единицей измерения, чем указано в столбце 4, после ее введения в
тексте или после соответствующей формулы приводится принятая размерность величины.
7
ПРЕДИСЛОВИЕ
Вучебных планах высшей школы важнейшим и основополагающим
встановлении выпускников как специалистов широкого профиля является цикл обшепрофессиональных дисциплин. Среди этих дисциплин первичной в области технологической подготовки студентов выступает дисциплина «Технология конструкционных материалов» (ТКМ). Эта дисциплина с тем или иным изменением в наименовании входит в большинство учебных планов подготовки бакалавров и специалистов образовательной области «Техника и технологии».
Трудоемкость изучения дисциплины ТКМ 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 все же методические и содержательные основы этой дисциплины для разных направлений подготовки и специальностей инженерной направленности общие, что вытекает из сущности деятельности инженера как творцановой техники и технологий.
Цель дисциплины «Технология конструкционных материалов» в традиционном ее содержании может быть представлена в виде следующих обобщенных знаний и умений выпускника.
Знания конструкционных материалов и их свойств, технологических методов получения заготовок и их обработки с целью изготовления изделий заданных форм, размеров и качества поверхностного слоя, физикохимических основ и параметров технологических методов, области их применения, технологического оборудования и инструмента.
Умения осуществлять выбор технологического метода получения заготовки и ее обработки в зависимости от марки конструкционного материала заготовки, заданных характеристик заготовки и детали; умения назначать припуск на обработку и проектировать заготовку по заданному чертежу детали, читать и изображать технологические схемы, выбирать
8
технологическое оборудование и инструмент для получения и обработки заготовок.
При этом глубина и степень фундаментальности сформулированных цели и задач в соответствии с направлением подготовки или специальностью будущего специалиста могут широко варьироваться.
Воспитательные и развивающие цели ТКМ 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 ТКМ как первую технологическую дисциплину учебных планов подготовки специалистов в области техники и технологии, следует отметить, что в традиционном понимании ее 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 ТКМ не входит.
Учитывая, что для многих направлений подготовки и специальностей образовательной области «Техника и технологии» ТКМ является единственной технологической дисциплиной, следует говорить о необходимости расширения области формируемых знаний и умений для таких направлений и специальностей в рамках курса ТКМ. В перечень дополнительных знаний и умений 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 учетом этих обстоятельств создано учебное пособие «Технология конструкционных материалов. Практикум по технологическим методам обработки заготовок». Целью пособия является создание системы учебного
9
материала по практическим занятиям студентов, обеспечивающим формирование их умений в решении технологических задач.
Учебное пособие «Технология конструкционных материалов. Практикум по технологическим методам обработки заготовок» содержит систему лабораторных работ по технологическим методам обработки заготовок резанием, электрофизическими и электрохимическими методами, а также по методам нанесения покрытий на поверхность заготовки.
Перечень приведенных в этом пособии учебных работ охватывает все разделы учебной дисциплины ТКМ практическими занятиями, представляет их в разнообразии организационных форм и по своему объему значительно перекрывает те объемы трудоемкости изучения дисциплины ТКМ, которые характерны сегодня для содержания государственных образовательных стандартов. Это позволяет вузам, решающим задачу создания системы практических занятий, в зависимости от объема часов, выделенных в ГОС на конкретную специальность или направление подготовки, от профиля деятельности будущих выпускников, от наличия и состава учеб- но-материальной базы, выбрать из приведенного 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, проведенное в г. Ярославль 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 методические материалы по проведению учебных мастерских.
В профессиональной школе России все большее распространение получают системы непрерывного образования. В сфере профессиональной деятельности молодого человека непрерывность профессионального образования реализуется через комплекс профессиональных образовательных учреждений, включающих учреждения начального–, среднего– и высшего
10