Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙСООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Локомотивы»

Курсовая работа

«Процессы механической и физико-технической обработки материалов»

Выполнил:

Лукьянченкова А.В.

Самара 2017



Аннотация

В данной работе рассмотрены особенности процессов механической и физико-технической обработки; вопросы, касающиеся роли смазочно-охлаждающих жидкостей при резании и износостойких покрытий. Рассмотрен процесс резания - шлифование.



Введение

В настоящее время, повышение производительности обработки при минимальных затратах на производство, с обеспечением требуемых показателей качества являются необходимыми условиями выпуска конкурентоспособной продукции. Решение этих задач возможно за счет оптимизации параметров режима обработки: скорости круга, скорости детали и глубины резания. Скорость круга принято назначать максимальной исходя и технических возможностей станка с целью обеспечения максимальной производительности, скорость детали в наибольшей степени определяет шероховатость шлифованной поверхности, а глубина резания существенно влияет на производительность обработки и качество шлифованной поверхности.

Особый вид обработки металлов резанием является абразивная обработка. Абразивная обработка осуществляется путем снятия слоя металла множеством абразивных зерен.

Шлифованием называют резание металлов абразивными кругами. Шлифовальный круг является пористым телом, состоящим из большого числа абразивных зерен, скрепленных между собой связкой. Между связкой и зернами находятся поры. Зерна представляют собой частицы материала высокой твердости. Все зерна расположены беспорядочно на некотором расстоянии друг от друга, и выступают на различную высоту. Съем стружки большим числом беспорядочно расположенных зерен приводит к ее сильному измельчению. Особенность обработки металла резанием путем шлифования являются высокая скорость резания, размельчение стружки, геометрия режущих зерен шлифовального круга, сильный нагрев шлифуемой поверхности и стружки.

Получаемая в процессе шлифования поверхность представляет собой совокупность рисок, оставленных вершинами абразивных зерен круга. Образование риски результат последовательного внедрения в металл режущей кромки зерна. В первый момент времени происходит сжатие металла, далее следует упругое скольжение, после чего в момент, когда давление кромки зерна становится выше сил сцепления между частицами металла происходит съем стружки.

Целью данной работы является изучение особенностей процессов механической и физико-технической обработки материалов.

Задачи работы:

1) Определить роль смазочно-охлаждающих жидкостей;

2) Рассмотреть износостойкие покрытия поршней, их преимущества и недостатки;

3) расчет режима резания.



1. Роль смазочно-охлаждающих жидкостей

Современные технологии обработки материалов, оборудование высокой мощности позволяют проводить интенсивные процессы резания, выдавливания, прокатки, штамповки, сверления, шлифования и другие. Подводимая высокая мощность, высокие статические и динамические нагрузки вызывают разогрев деформируемых материалов, что может приводить к снижению качества обработки, к порче инструмента, оснастки и оборудования. Эта проблема была решена необходимостью специальной смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ), для уменьшения силы трения, которое возникает между заготовкой и инструментом. и понижения температуры.

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) - сложные многокомпонентные системы, предназначенные в основном для смазки и охлаждения металлообрабатывающих инструментов и деталей. Основное предназначение СОЖ для металлообработки - разделение поверхностей, подвергающихся трению, и снижение температуры инструмента. Эта жидкость образует смазочную пленку на рабочих поверхностях, которая снижает силу трения и силу, необходимую для резания. Введение в состав продукта особых присадок упрощают процесс резания - молекулы жидкости быстро проникают в микротрещины на поверхности металла и как бы вбивают клин между его частицами.

К каждому технологическому процессу нужна СОЖ, свойства которой максимально будут отвечать специфике материала и характеристикам станка.

Обычно в металлообрабатывающем производстве используется несколько видов СОЖ для металлообработки:

1. масляная СОЖ. Ее основа - минеральное или синтетическое масло. Для получения особых свойств жидкости в состав вводят присадки. Такие СОЖ отлично смазывают поверхности, но плохо снижают температуру, поэтому используются для мягких металлов при несложных работах.

2. водосмешиваемая СОЖ - в составе этих жидкостей могут быть спирты, эмульгаторы, масла, электролиты, присадки и т. д. Хорошо охлаждает инструменты и металлы, но обладают скромными смазывающими характеристиками,

3. минеральная СОЖ - производится из нефтяных продуктов, используется преимущественно для работы фрезерных и токарных станков для резания стали,

4. синтетическая и полусинтетическая СОЖ - эти виды смазочно-охлаждающих жидкостей изготавливаются на основе смеси водорастворимых полмиров с добавлением поверхностно-активных веществ, ингибиторов, биоцидов и т.д.

5. эмульсии СОЖ - составы с большей, по сравнению с водосмешиваемыми, концентрацией дисперсных компонентов. Такие жидкости имеют отличные смазывающие и противоизносные характеристики.

Для производства качественной охлаждающей жидкости с определенных набором параметров необходим тщательный контроль за дозировкой и качеством смешения компонентов. Но особенностью производства охлаждающих жидкостей является тот факт, что этот процесс требует не столько дорогого и сложного оборудования, сколько определенного качества компонентов. Именно от исходного сырья зависит качество продукта.

К смазочным охлаждающим материалом для обработки резанием предъявляют 3- и группы требование, а именно:

а) Функциональное требование

б) Эксплуатационное требование

в) Санитарное

К функциональным свойствам (требованием) относятся:

1)Способность обеспечивает смазывание узлах граничного трения- заготовки инструмент (так называемая смазочная способность)

2) Способность проникать в зону контактного инструмента - стружка - обрабатываемой детали и отводить тепло из этой зоны (охлаждающая способность)

3)Способность удалять с поверхности детали не нужные компоненты (моющие способность).

К эксплуатационным (технологичноские) требования является:

1) Стабильность при хранении эксплуатация это связано с тем что этот «СОЖ» чаще всего используют замкнутой системы;

2) Не должны способствовать коррозирующие действия на элементы станка и обрабатываемой детали;

3) Отсутствие отложений и образование осадка на детали;

4) СОЖ должно исключать образование спеновености;

5) Обладать устойчивости к зарождению грибкам и бактериями;

6) Пожарная безопасность.

К санитарной требование является:

1) Отсутствие вредного воздействия на человека;

2) Отсутствие не приятного или резкого запаха;

3) Простота обеззараживание СОЖ;

4) Минимальное загрязнение станочных вод.

Два последующих пункта позволяет решить замкнутая система использование СОЖ на метало режущих станках.

Основные технологическими функции «СОЖ» и теоретические представление о механизме их действиях стойкость режущих инструментах и сам процесс резание сводит к следующему: тела при соприкосновении с которыми в момент резания образуют внешнюю среду (заготовка, инструмент, стружка).

Изменения свойства СОЖ тем самым изменяют внешнюю среду в которой процесс резание влияет внешней среды как на процесс резания, так и на стойкость режущего инструмента весьма многогранна и разнообразна. Прежде всего внешняя среда признана поглощать (отбирать часть теплоты образующие в процессе резание) что в свою очередь изменяет температурные характеристики обрабатываемой заготовки и инструмента.

Способность обирать теплоту зависит от многих параметров характеризующих СОЖ. Чем ниже вязкость и выше теплопроводность «СОЖ», тем охлаждающие свойства среды будут больше. Чем больше теплоемкость и скрытая теплота парообразования, тем охлаждение больше. На степень охлаждения так же оказывает влияние скорость подвода и отвода «СОЖ», а также значения разности температур охлаждающей среды и охлаждающих тел. И тем указанные характеристики выше тем теплоотвод выше. Охлаждение зону резание на большинстве операции показывает, только полезные действия.

Рис.1.1. Применение смазочно-охлаждающей жидкости.

Таким образом, основные функции СОЖ следующие: снижает трение между обрабатываемой поверхностью детали и инструментом, эффективный вынос стружки из зоны резания, охлаждение режущей кромки инструмента, предотвращение коррозии на обработанных поверхностях.



2. Износостойкие покрытия поршней

Для повышения работоспособности деталей машин и инструмента широко применяют разнообразные защитные покрытия, которые обеспечивают надежность и долговечность изделия, повышая твердость, износостойкость, коррозионную и эрозионную стойкость.

Для повышения твердости и износостойкости, а также для восстановления деталей машин широко применяют электролитическое хромирование и осталивание (железнение), а также всевозможные износостойкие композиционные покрытия. Композиционные покрытия, включающие частицы оксидов и карбидов, обладают повышенной твердостью и износостойкостью по сравнению с покрытиями чистыми металлами.

В настоящее время для повышения износостойкости и коррозионной стойкости получили применение пленочные покрытия, толщиной 2 - 10 мкм, из нитридов, карбидов, оксидов, обладающих высокой твердостью. Используется как одно- так и многослойные покрытия. Покрытия наносятся двумя основными методами: химическим Chemical Vapor Deposition (CVD) и физическим Physical Vapor Deposition (РVD) (рис. 2.1).

Покрытия CVD используются для пластин с повышенными требованиями к износостойкости, покрытие PVD - при повышенных требованиях к прочности режущей кромки. Процесс нанесения CVD покрытия протекает при температуре от 880° до 1000°С. Покрытие наносят в специальной печи с подачей ряда химически активных газов в строго определенной последовательности. Столь высокая температура нанесения покрытия обеспечивает почти полное обезуглероживание.



Рис. 2.1. Методы нанесения покрытий PVD (1) и CVD (2) и структура покрытия (3), полученная методом CVD.

Обеспечение надежной и долговечной работы двигателей внутреннего сгорания - основная задача двигателестроителей. Главным узлом ДВС является цилиндропоршневая группа (далее ЦПГ), надежная и долговечная работа которой является важным условием для достижения высоких эффективных показателей двигателя в целом.

Основная особенность, отличающая детали ЦПГ от других деталей двигателя - это сложные и тяжелые условия работы, характеризующиеся целым комплексом различных факторов. В процессе функционирования эти детали испытывают воздействие высоких температур, значительных динамических нагрузок, сил трения, различных видов изнашивания и коррозии. Одной из наиболее нагруженных и напряженных деталей ЦПГ является поршень, при этом от его конструкции и качества зависит ресурс и надежность работы всего двигателя. Но из-за тяжелых условий функционирования, поршни часто выходят из строя, а это обычно приводит к поломке всего двигателя. Поэтому один из основных способов обеспечить безотказную и долговечную работу ДВС - повысить надежность поршня.

Основной износ поршней происходит по канавкам, юбке и отверстиям под палец в бобышках. Юбка поршня обычно изнашивается неравномерно и главным образом в зонах наибольших давлений. Эта часть поршня имеет сложную форму, в которой присутствует и бочкообразность, и овальность, и конусность. Основная задача юбки - предохранять поршень от стука и перекосов. Боковые стороны юбки испытывают наибольший износ в процессе работы двигателя (рис. 2.2 - рис. 2.3).

Рис. 2.2 - Износ юбки поршня с антифрикционным покрытием MolykoteD10

Рис. 2.3 - Сильный износ юбки поршня без покрытия

Для повышения износостойкости поршней традиционно используются покрытия, которые можно разделить на два основных класса: молекулярные твердые покрытия и керамика. Твердые покрытия формируются на молекулярном уровне с помощью процесса, подобного металлизации и создают очень жесткую поверхность. Второй тип покрытий - керамика, получил известность благодаря высокой износостойкости и своими теплоизолирующими свойствами. В результате применения керамических покрытий повышается надежность деталей. Для поршней ДВС керамические покрытия обычно используют для защиты днища поршня от прогара и головки поршня от детонации. Однако для защиты юбки поршня от износа керамические покрытия широкого распространения не приобрели. Это связано с тем, что при использовании таких покрытий довольно часто возникают сколы, отслоения из-за недостаточной адгезии к подложке, трещины при температурных напряжениях, кроме этого процесс нанесения таких покрытий технологически сложен.

В настоящее время развивается и получает широкое распространение для упрочнения деталей из алюминиевых сплавов метод микродугового оксидирования (далее МДО). Технология МДО позволяет получать на поверхности композиционное наноструктурное покрытие, прочно сцепленное с основой и характеризующееся высокими механическими, теплостойкими и износостойкими свойствами. Суть метода заключается в формировании на поверхности детали под воздействием микродуговых разрядов высокопрочного покрытия (МДО-слоя), состоящего преимущественно из a-Al2O3 (корунда) и других окислов алюминия [3]. В результате на поверхности образуется керамический высокотвердый износостойкий слой (рис.2.6). Большая толщина МДО-слоя обеспечивает необходимый ресурс покрытия, а высокая микротвердость гарантирует значительное повышение износостойкости по сравнению с другими типами покрытий, используемых для упрочнения юбки поршней.



Рис.2.4 Поршень двигателя: 1 - без покрытия; 2 - с МДО-покрытием

Микродуговое оксидирование повысит износостойкость поршня ДВС и удовлетворит всем дополнительным требованиям, предъявляемым к поверхности юбки поршня: интенсивность изнашивания юбки, обработанной методом микродугового оксидирования, уменьшится в 2,5 раза по сравнению с необработанной юбкой поршня.

Применение метода микродугового оксидирования для формирования на поверхности юбки упрочненного слоя, является перспективным направлением повышения надежности поршня, и как следствие обеспечения долговечной и безотказной работы ДВС. Однако для гильзы цилиндра в этом случае необходимо использовать либо специальные износостойкие сплавы, либо методы поверхностного упрочнения.

3. Расчет режима резания

Шлифованием называется процесс обработки заготовок с помощью шлифовальных кругов.

Разработку режима резания при шлифовании начинают с установления характеристики инструмента. Существуют следующие основные схемы шлифования: наружное круглое, внутреннее круглое и плоское.



Рис. 3.1. Схемы шлифования:

а - наружное круглое; б - внутреннее круглое; в - плоское

При наружном круглом шлифовании (рис. 3.1, а) круг, вращаясь вокруг оси, совершает главное движение. Во время внутреннего круглого шлифования (рис. 3.1, б) шлифовальный круг и обрабатываемая заготовка вращаются вокруг параллельных осей. При плоском шлифовании (рис. 3.1, в) шлифовальный круг, вращаясь вокруг своей оси, совершает главное движение резания.

В нашем случае, мы рассмотрим круглое внутреннее шлифование методом продольных подач цилиндрических поверхностей деталей (Приложение 1).

В первом случае рассчитаем режим резания для стали 38Х2Ю с пределом прочности у_в=900 Мпа.

Глубина шлифования t, мм равна поперечной подаче S_поп., мм и зависит от размеров заготовки, свойств обрабатываемого материала и характера шлифования. В справочнике [2, табл. 55] приведены параметры резания, а в [2, табл. 56] приведены значения коэффициента и показателей степени в формулах мощности при шлифовании; t = S_поп.=0,0025 - 0,01 мм.

Продольная подача S_пр, мм - это перемещение обрабатываемой детали вдоль ее оси за один оборот. Она определяется по формуле, мм/об или ход: S = B, где B - ширина шлифования в мм, равная длине шлифуемого участка заготовки и равна В=81 мм.

Частота вращения детали круга. Прежде чем рассчитать частоту вращения детали, необходимо определить ее расчетную скорость вращения, м/мин:

где D_Д - диаметр шлифуемой поверхности, мм; Т - стойкость шлифовального круга (30…45 мин). Расчетная частота вращения детали, мин-¹:

Определяется скорость вращения шлифовального круга, м/мин:

где D_К - диаметр шлифовального круга, мм; n_К - частота вращения шлифовального круга, мин-¹ (принимается по паспорту внутришлифовального станка 3К227В: n_К = 9000..22000 об/мин). Скорость перемещения стола определяется по формуле, м/мин:



Силы резания и мощность. Тангенциальная сила резания, Н:

Эффективная мощность на вращение шлифовального круга определяется по формуле, кВт:

Потребная мощность на вращение шлифовального круга, кВт:

где - КПД шлифовального станка по паспортным данным станка: .

В втором случае рассчитаем режим резания для чугуна ЖЧХ16 с твердостью НВ3700 МПа.

Глубина шлифования t, мм равна поперечной подаче S_поп., мм: t = S_поп.=0,0025 - 0,01 мм.

Продольная подача S_пр=S = B=81 мм/об

Частота вращения детали круга. Прежде чем рассчитать частоту вращения детали, необходимо определить ее расчетную скорость вращения, м/мин:



где D_Д - диаметр шлифуемой поверхности, мм; Т - стойкость шлифовального круга (30…45 мин). Расчетная частота вращения детали, мин-¹:

Определяется скорость вращения шлифовального круга, м/мин:

где D_К - диаметр шлифовального круга, мм; n_К - частота вращения шлифовального круга, мин-¹ (принимается по паспорту внутришлифовального станка 3К227В: n_К = 9000..22000 об/мин). Скорость перемещения стола определяется по формуле, м/мин:

Силы резания и мощность. Тангенциальная сила резания, Н:

Эффективная мощность на вращение шлифовального круга определяется по формуле, кВт:



Потребная мощность на вращение шлифовального круга, кВт:

где - КПД шлифовального станка по паспортным данным станка: .



Заключение

поршень резание шлифование металлический

В курсовой работе были рассмотрены особенности процессов механической и физико-технологической обработки материалов.

Изучили особенности применения смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые предназначены для смазки и охлаждения металлообрабатывающих инструментов и деталей, а основным предназначением является СОЖ для металлообработки - разделение поверхностей, подвергающихся трению, и снижение температуры инструмента. Главными функциями являются снижение трения между обрабатываемой поверхностью детали и инструментом, эффективный вынос стружки из зоны резания, охлаждение режущей кромки инструмента, предотвращение коррозии на обработанных поверхностях.

Рассмотрели и изучили необходимость износостойких покрытий и конкретно износостойкого покрытия поршня. Износостойкое покрытие необходимо для повышения работоспособности деталей и инструмента, потому что обеспечивает надежность и долговечность изделия, повышая твердость, износостойкость, коррозионную и эрозионную стойкость.

Рассчитали режим резания при шлифовании. Расчет производился для материалов двух видов: стали марки 38Х2Ю с пределом прочности у_в=900 Мпа и чугуна марки ЖЧХ16 с твердостью НВ3700 МПа. Произведен расчет частоты вращения детали круга, частоту вращения детали. Рассчитали скорость резания, тангенциальную силу резания, определили эффективную и потребную мощности станка.



Библиографический список

1. Косилова А.Г. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

2. Кокорин В.Н. Учебное пособие. Применение смазочно-охлаждающих технологических жидкостей в производстве. / под ред. Кокорин В.Н., Титов Ю.А., 2003.

3. Суминов И.В., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов А.М. Микродуговое оксидирование: теория, технология, оборудование. М.: Экомет, 2005. 368 с.

4. Процессы механической и физико-технической обработки: методические указания к выполнению курсовой работы для обучающихся по специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» специализации «Технология производства и ремонта подвижного состава» очной и заочной форм обучения / составители: А.Ю. Балакин, А.Д. Росляков, С.Г. Фролов, Т.В. Щербицкая. - Самара: СамГУПС, 2015. - 30 с.

5. Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. - М.: Машиностроение, 1976.

Размещено на Allbest.ru