ВВЕДЕНИЕ. Основной задачей дисциплины «Технологические процессы в машиностроении» является начальная подготовка студентов машиностроительных направлений и

Основной задачей дисциплины «Технологические процессы в машиностроении» является начальная подготовка студентов машиностроительных направлений и специальностей в области технологии производства и обработки конструкционных материалов, формообразования заготовок и деталей машин.

Авторы настоящего учебника в значительной мере опирались на принципы изложения курса, заложенные в учебнике проф. А.М.Дальского и др. [10]. Они заключаются в единстве методов обработки конструкционных материалов: литья, сварки, обработки давлением и резанием, в их слиянии и взаимопроникновении.

Дисциплина «Технологические процессы в машиностроении» является основой для специальных дисциплин, изучающихся студентами позже, и охватывает очень широкий спектр разнообразных технологий, огромное множество описаний оборудования, инструментов. Рассмотрение столь большого числа технологических способов обработки конструкционных материалов и формообразования заготовок и деталей неизбежно перегружает дисциплину описательным материалом, зачастую в ущерб углубленному изучению физико-химической сущности этих процессов. Время, предусмотренное новыми учебными планами на изучение технологических процессов в машиностроении, существенно сократилось, а содержание дисциплины и задачи, которые необходимо рассмотреть и решить в рамках этой дисциплины, значительно усложнились.

Дисциплина «Технологические процессы в машиностроении», изучающаяся на первых курсах, представляет возможность проиллюстрировать применение фундаментальных законов, методов, понятий, составляющих содержание естественно-научного и общепрофессионального циклов дисциплин, на прикладных технологических задачах, имеющих прямое отношение к выбранным студентами направлениям образования и специальностям. Это может и должно быть сделано, поскольку изучение физических основ технологических процессов и способов важно не только для усиления фундаментальной подготовки, но и для более глубокого понимания изучаемых процессов и технологий.

Кроме того, учитывалась еще одна современная тенденция – необходимость разработки методов расчета основных технологических и физических характеристик рассматриваемых технологических способов на основе применения вычислительной техники. Для решения этой задачи в настоящем учебнике за счет некоторого неизбежного сокращения технических подробностей быстро развивающихся и изменяющихся технологий усилено внимание к изучению их теплофизических и термомеханических основ.

Еще в 60-х – 80-х годах ХХ в. усилиями отечественных ученых (академика Н.Н.Рыкалина [8], проф. А.Н.Резникова [7], проф. Н.В.Дилигенского, и др.) сложилось и успешно развивалось научное направление – «Технологическая теплофизика», целью которого была разработка единого подхода к описанию теплофизики разнообразных технологических процессов обработки материалов сваркой, резанием, давлением, литьем, и др. На наш взгляд эти исследования, сыгравшие важную роль в совершенствовании машиностроительных технологий, должны найти соответствующее отражение и в дисциплине «Технологические процессы в машиностроении». В связи с этим в настоящем учебнике усилено внимание к теплофизике технологических процессов. Однако для того, чтобы не перегружать дисциплину сложными теплофизическими расчетами, авторы настоящего учебника в большинстве случаев ограничились только качественным анализом, использовав для этого необходимый минимум наиболее простых и важных теоретических решений в области технологической теплофизики.

Создание и развитие технологической теплофизики показали эффективность создания общего подхода к описанию различных технологических процессов. Аналогичный подход принят и в настоящей версии преподавания дисциплины. Он основывается на современных научных представлениях в области технологической теплофизики, механики, термомеханики, и на связи курса «Технологические процессы в машиностроении» с другими естественно-научными и общепрофессиональными дисциплинами.

Содержание дисциплины условно сгруппировано в 4-х основных разделах. В начале каждого раздела приведены теоретические сведения, необходимые для анализа физической сути рассматриваемых процессов.

Первый раздел посвящен металлургии и литейному производству.

Рассмотрение химических превращений и реакций позволило охарактеризовать суть процессов восстановления железа из руд при выплавке чугуна и снижения содержания углерода и примесей при выплавке стали. Процессы затвердевания и кристаллизации металла и строение слитка объяснены на основе анализа закономерностей отвода тепла в изложницу или литейную форму.

Изучая этот раздел, студент должен:

иметь представления об основных закономерностях теплообмена в твердых телах, об уравнении теплопроводности и теплофизических характеристиках материалов, о закономерностях выравнивания температуры и описании их методом точечных источников, в частности, о температуре стержня с постоянной температурой на торце;

знать характеристики технологических процессов и оборудования, применяющихся в металлургическом и машиностроительном производствах для получения металлов и сплавов, методы расчета энергетических затрат, количественной оценки времени остывания отливок или слитков с помощью ЭВМ, основные направления повышения качества отливок и производительности металлургического и литейного производства;

уметь проектировать заготовки, получаемые литьем, выбирать рациональные технологии и оценивать затраты энергии и времени, связанные с производством отливок.

Второй раздел, посвященный технологическим способам обработки заготовок резанием, написан с использованием учебника «Резание материалов» [1]. На основе кинематического подхода даны характеристики способов лезвийной и абразивной обработки резанием, определения геометрических характеристик режущих инструментов и режима резания, деформации материала при резании.

Рассмотрено влияние схемы резания (свободного и несвободного, прямоугольного и косоугольного, стационарного и нестационарного) на технологические составляющие силы резания применительно к основным способам лезвийной обработки. Приведены теоретические и эмпирические сведения об удельных силах резания.

Методы технологической теплофизики и термомеханики использованы для определения температур в зоне стружкообразования, на передней и задней поверхностях инструмента.

Определены характеристики износа и изнашивания режущего лезвия, выяснены связи между ними и влияние условий термомеханического нагружения режущего лезвия на его изнашивание и пластические деформации. Рассмотрены методики определения допускаемых режимов резания по заданным рациональным температурам или по условиям достижения критериев затупления инструмента.

Приведены основные понятия, использующиеся при разработке технологических процессов обработки резанием, методика расчета заготовок и назначения межоперационных размеров деталей, а также примеры проектирования лезвийной обработки при получении заготовок.

Изучив второй раздел, студент должен:

иметь представления об условиях образования сливной стружки и вытекающих из них характеристиках (усадке стружки, относительном сдвиге), о деформациях и скоростях деформации при резании, о закономерностях распространения тепла от быстродвижущихся источников, о взаимосвязи температуры и механических характеристик обрабатываемого материала, о влиянии температуры на изнашивание инструмента;

знать основные понятия, определения и расчетные формулы, характеризующие способы лезвийной и абразивной обработки резанием, методики расчета сил, температур, режимов резания, выбора рациональных инструментальных материалов и назначения рациональных режимов резания, а также методики оценки точности и шероховатости обработанных поверхностей, размеров заготовок;

уметь рассчитывать оптимальные размеры заготовок, выбирать и проектировать рациональные способы обработки резанием, описывать характеристики оборудования и режущих инструментов, рассчитывать на ЭВМ и выбирать по таблицам рациональные параметры режима резания, разрабатывать технологические наладки обработки резанием, обосновывать оптимальные варианты технологических процессов обработки деталей резанием.

В третьем разделе рассмотрены основные технологические способы обработки металлов давлением, применяющиеся в металлургическом производстве (прокатное производство, волочение и прессование) и в машиностроении (ковка и штамповка). Рассмотрение технологических способов обработки металлов давлением предваряется изложением необходимых теоретических сведений о напряжениях, деформациях, механических свойствах и нагреве заготовок. Наряду с описанием технологических характеристик рассмотрены закономерности теплообмена при обработке давлением, а также методы оценки деформаций, расчета сил, работы и мощности деформирования.

Изучив этот раздел, студент должен:

иметь представление о характеристиках напряженного и деформированного состояния, об изменении механических характеристик материала в зависимости температуры и других условий его деформирования, об основных схемах деформирования материалов и способах обработки давлением, о методах расчета работы и усилий деформирования, о закономерностях нагрева заготовок;

знать характеристики технологических процессов и оборудования, применяющихся в металлургическом и машиностроительном производствах для получения продукции прокатного производства, волочения и прессования и заготовок с применением ковки, объемной и листовой штамповки, методы расчета энергетических затрат и усилий деформирования, основные направления повышения качества и производительности;

уметь выбирать рациональные технологии и оборудование, оценивать затраты энергии и усилия деформирования, разрабатывать технологические наладки способов обработки давлением, проектировать чертежи поковок (штамповок).

Четвертый раздел посвящен сварочному производству. Здесь приводятся сведения о технологических и физических основах сварки, об основных источниках тепловой энергии, об электрических свойствах сварочной дуги, об источниках сварочного тока. Рассмотрены схематизация и методы расчета температуры при сварке от неподвижных и от движущихся источников тепла, баланс тепловых потоков при дуговой сварке. С применением методов технологической теплофизики к расчету температуры рассмотрены основные способы термической и термомеханической сварки.

Изучив этот раздел, студент должен:

иметь представление о закономерностях распространения тепла от неподвижных и движущихся источников тепла, о методах расчета температуры и тепловых потоков при осуществлении различных способов сварки;

знать характеристики основных технологических процессов и оборудования, применяющихся для сварки, методы расчета энергетических затрат, теплового баланса и производительности сварки, основные направления повышения качества и производительности сварки;

уметь проектировать технологические наладки сварочных процессов, выбирать рациональные сварочные технологии и оценивать затраты энергии и времени.

Предполагается включение в число форм проведения занятий по дисциплине «Технологические процессы в машиностроении» курсовой работы (проекта). Решая конкретную технологическую задачу, студент может более активно и целенаправленно освоить и закрепить лекционный материал.