Методические указания по выполнению практических работ разработаны на кафедре «Машиностроения и ткм»

4.1. Провести обмер детали; исходя из эксплуатационного назначения поверхностей назначить классы шероховатости и квалитеты точности обработки. Составить эскизный рабочий чертеж детали (от руки).

4.2. Выбрать способ получения заготовки, назначить припуски и выбрать технологические базы.

4.3. Составить маршрут обработки; расчленить его операции на переходы и установы. Выбрать оборудование и оснастку.

4.4. Расчитать режимы обработки (по одному переходу на каждую операцию). Определить штучное время по переходам и просуммировать его.

4.5. Заполнить бланки маршрутной и операционной карт.

4. 
   Содержание отчета
   

1. 
   Цель работы.
   
2. 
   Перечень этапов технологического процесса. Рабочий чертеж детали (эскизный).
   
3. 
   Эскизы обработки, расчет режимов и штучного времени по переходам. На эскизах обработки в условных обозначениях (см., например, [I], т.1, с.49-51, табл.19, 20, 21) должен быть указан способ закрепления и базирования.
   
4. 
   Заполнены карты (маршрутная и операционная).
   

0. 
   Основные этапы разработки технологических процессов.
   
1. 
   Назначение технологических баз, принципы их выбора и использования.
   
2. 
   Последовательность расчета режимов реэания и определения штучного времени.
   

Список использованных источников

2. Воробьев Л.Н. Технология машиностроения и ремонт машин,-М.: Высшая школа, 1981, с.343.

3. Допуски и посадки. Справочник, В 2-х ч. /В.Д. Мягков и др.- М.: Машиностроение, 1982.

4. ГОСТ 3.1102-74.

5. ГОСТ 3.1107-81.

6. Обработка металлов резанием. Справочник технолога. /Под ред. Г.Л.Монахова - М.: Машиностроение, 1974, с.598.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6
ЧИСТОВАЯ УПРОЧНЯЮЩАЯ ОБРАБОТКА ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ (ППД)
1 Цель работы
Целью работы является изучение сущности обработки способами поверхностно-пластического деформирования (ППД) и их влияния на физико-механические свойства обрабатываемых изделий.

Студент должен знать: виды ППД, физическую сущность воздействия их на поверхность обработки, эффективность, влияние на параметры качества изделий, а также методику выбора технологических режимов.

Студент должен уметь: выбирать эффективные режимы обработки, реализовать их на практике, проводить усталостные испытания и определять параметры качества обработки деталей,
2 Оборудование, приспособления, инструмент
- токарный станок 16К20;

- трехроликовая накатка для накатывания образцов;

- машина для испытания на усталость УКИ-10М;

- металлографический микроскоп МИМ-7;

- для определения классов шероховатости - эталоны сравнения;

-динамометр для тарировки шкалы трехроликовой накатки;

- твердомер Роквелла для намерения твердости;

- микрометр 0-25 мм с ценой деления по шкале барабана 0,01 мм.

В практике ремонтного производства внедрение этих способов идет гораздо меньшими темпами, чем это вызывается потребностями ремонтного производства, нужно учитывать, что сгособами ППД можно упрочнять практически все: детали строите лъно-дородных маши, работающих в условиях динамического нагружения и трения. При этом с минимальными затратами достигается высокий технико-экономический эффект, улучшается качество ремонта и долговечность отремонтированных издедлй.

Сущнocтъ ППД заключается в механическом воздействии на поверхностный слой упрочняемой детали элемегтами инструмента-упрочнителя. Некоторые вида отделочно-упречняющих обработок показаны на рис. 1.

Глубина деформированного слоя колеблется в широких пределах (от десятых долей миллиметра при дробеструйной обработке до 5-6 мм и выше при обкатке, чеканке и динамическом упрочнении шариками) и зависит от различных. факторов, главным образом, от усилия воздействия упрочнителя.

Способы ППД преследуют, в основном, две цели:

- повышоние прочности и износостойкости;

- получение высоких налетов шероховатости.

Примеры эффективности способов ППД при упрочнении деталей:

- долговечность рессор и пружин может быть увеличена примерно в 10 раз;

- усталостная прочность деталей повышается в два-три раза, а долговечность - в десятки раз;

- применение раскатки взамен хонингования повышает производительность в 3-4 раза с одновременным повышением износо стойности в 2-3 раза.

Особую значимость способы ППД имеют при требованиях достижения высоких классов шероховатости с минимальными затратами.

Достижение высоких классов шероховатости при обработке лезвийным инструментом и абразивами связано с целым рядом затруднений:

- поверхностные слои металла подвергаются значительному нагреву;

- нарушается целостность волокон металла;

- создаются ослабляющие металл остаточные напряжения растякжения в поверхностном слое;

- весьма затруднительно получить высокие классы шероховатости при обработке сферичесхих и профильных поверхностей, мелких резьб, круговых и винтовых профильных канавок, торцевых поверхностей и т.д.;

- особенно сложно получить высокие классы шероховатости (9-10 классы и выше) при обработке мягких и вязких материалов, таких, как например, малоуглеродистой стали, меди, латуни, .некоторых сплавов титана;

- необходимость мнохопереходной обработки для получения, 10-12 классов, если обрабатываемая поверхность имеет начальную шероховатость 6-7 классов.

Способы ППД в этом случае дают возможность с минимальными затратами получать высокие классы шероховатости {включая 14-й) практически на любых материалах. При этом можно достичь коэффициента отражения поверхности 0,65, т.е. получить практически зеркальную поверхность. Шероховатость поверхности за один проход инструмента может быть снижена на 3-5 классов при одновременном сохранении точности исходных норм и даже её повышения.

В ряде случаев ППД является единственным способом получения высоких классов шероховатости с сохранением требуемой точности (некоторые стали, медь, мягкие алюминиевые сплавы и др.). При этом важно, что в отличие от чистовой обработки резанием, металл нагревается незначительно, его волокна на разрушаются, а в поверхностном слое возникают благоприятные остаточные напряжения сжатия, препятствующие развитию усталостных трещин.

Данные таблицы 1 показывают эффективность ППД по повышению циклической прочности различных автотрантортңых деталей при дробеструйном наклепе (в процентах в долговечности неупрочненных деталей). При анализе данных табл.1 следуeт помнигь, что дробеструйная обработка является далеко не самым креативным способом ППД.

3.4. Точность обработки.

Точность обработки при использовании способов ППД эависит от инструкции обрабатываемой детали и конструкции инструмента, режимов обработки, а также от точности размеров, формы и качества поверхности детали полученных при обработке на предшествующем переходе.

Величина изменения размера детали, обрабатываемой ППД, зависит от состояния исходной поверхности. Некоторые данные об этой зависимости приведены в таблице 2.

В целом точность размеров при обработке способами ППД существенно не меняется. Так, например, при обкатывании раскатывании тонкостенных деталей точность их размеров можно повысить на 10-20%, а отклонение формы при этом составит 10-50 мкм. Наиболее целесообразным обкатыванием и раскатыванием обрабатывать исходные поверхности 7-11 квалитетов точности.
Таблица 2 - Изменение размеров детали после обработки ІІПД.

Способ предварительной обработки	Параметр шероховатости, мкм	Величина, на которую изменяется размер после обработки
Точение	6,3 3,2 1,6	0,03 ... 0,06 0,02. ... 0,04 0,01 ... 0,02
Точение широким резцом	3,2 1,6	0,01 ... 0,02 до 0,01
Шлифование	3,2 1,6	0,01 ... 0,03. 0,005 ... 0,015

4 Режимы обработки
Обкатывание и раскатывание следует проводить так, чтобы заданные результаты достигались за один проход. Но следует использовать обратный ход в качестве рабочего хода, так как повторные проходы в противоположных направлениях могут привести к излишнему деформированию поверхностного слоя. Кроме того, рабочий профиль роликов зачастую предназначен для работы в одну сторону,

Скорость не оказывает заметного влияния на результаты обработки и выбирается с учетом требуемой производительности, конструктвиных особенностей детали и оборудования. Обычно скорость составляет 30-150 м/мин.

Подачу при обкатывании выбирают и пределах 0,2...0,6 мм/об.

Глубина наклепанного слоя при обкатывании приближенно может быть определена по формуле:

Р - усилие накатывания, Н;

δ_Т - предел текучести, МПа.

Значительные усилия обкатывания выбирают в зависимости от цели обработки. Усилие Р (Н) можно определить по формуле:

D_q - диаметр упрочняемой детали, мм.

Существуют и другие зависимости для определения усилий Р_:

Усилие накатывания наружной поверхности роликом можно также определить по формуле:

где P - усилие, Н;

D_q - диаметр детали, мм;

d - диаметр накатывающего. шарика или ролика, мм; .,

b₁- ширина контакта ролика c обрабатываемым изделием, мм;

Е - модуль упругости обрабатываемого материала МПа;

q - удельное давление, МПа. Величину q ориентировочно можно принимать q = (1,8 ... 2,1) δ₁, где δ₁ - прөдел текучести материала, МПа.

Нужно учитывать, однако, что формулы (2.4-5.4) дают возможность определить приближенное значение требуемого усилия Р, которое, как правило, приходится корректировать применительнок конкретным условиям и требованиям обработки

Значительное изменение свойств материала - повышение твердостн, износостойкости, циклической прочности и других параметров обусловелны сложными изменениями, происходящими в поверхностных слоях металла при их деформировании,

Структура и свойства деформированного слоя имеют существенные отличия по сравнению с недеформированным металлом.

Прежде всего, к особенностям внутреннего строения зерна металла в упроченном состоянии относится раздробление его на микрообласти (пластинки-пачки скольжения, мартенситные кристаллики и т.д.). Эти микрообъемы или фрагменты, размеры которых составляют 10^-3 - 10^-4 см, будучи по-разному кристаллографически ориентированы, разбиваются на блоки размером 10^-35- 10^-6 см.

Такие нарушения кристаллического строения зерна вместе с нарушениями периодичности .в строении решетки внутри блока получили название тонкой структуры металлов и сплавов в упрочненном состоянии.

Следовательно; необходимым и наиболее ванным кристаллоструктурным фактором упрочнения при ППД является раздробление зерна на фрагменты и образование внутри фрагментов субмикроскопической блочной структуры.

Некоторые исследователи полагают, что на свойства деформированного слоя определенное влияние оказывают тепловые процессы, сопровождающие ППД, Так, например, при анализе мкроструктуры поверхностного слоя закаленной стали, упрочненной ротационным шариковым упрочнителем, обнаруживаются очень тонкие белые (плохо травящиеся) полосы.

Микротвердость этих участков выше твердости остального металла наклепанного слоя. Появление этих полос вполне может быть обусловлено комплексным воздействием высокой температуры (в микрообъемах) и пластической деформации. Возможно, что при упрочнении в отдельных местах деформированной зоны происходит перераспредаление углерода и переход атомов углерода из одних, менее нагретых участков, в другие, более нагретые.

Нужно, однако, учитывать, что различные трактовки природы упрочнения при ПИД являются, по сути дела, рабочими гипотезами, равно как и многие другие вопросы, связанные с физикой прочности и пластичности, Несмотря на значительные усилия исследователей в этих вопросах, многие явления, факты и обстоятельства не имеют пока что четких объяснений и обнозначной трактовки.

Что касается влияния упрочненного слоя при ППД на механические свойства детали или образца, то однозначно установлено, что он является барьером, препятствующим образованию и, главным образом, развитию трещин.

- накатывание поверхности образцов на различных режимах;

- замер твердости накатанных поверхностей;

- усталостные испытания упрочненных образцов;

- изучение и зарисовка схемы структуры упрочненного образца (шлиф приготавливается заблаговременно лаборантами);

- анализ и обработка результатов экспериментов и составление отчета.

Для выявления усилия накатки на механические свойства металла после ППД необходимо выполнить измерения твердости накатанных поверхностей, сравнивая, ее с исходной твердостью. Измерения твердости накатанных поверхностей следует проводить после испытания на усталость, так как уколы алмазного индактора, нанесенные на рабочую поверхность перед испытаниями на усталость, могут послужить микроконцентраторами напряжений и явиться очагом зарождения усталостной трещины.

Сравнительные замеры шероховатости поверхностей до накатывания и после выполняются при помощи профилометра, либо с помощью образцов-эталонов шероховатости. Эти измерения могут проводиться до и после испытания на усталость.

0. 
   Усталостные испытания,
   

Испытания проводятся в такой последовательности:

- зная марку материала испытываемых образцов, по справочным данным определить предел усталости. Установить нагрузку испытательной машины, обеспечивающую напряжение в образце δ (1.3 … 1.5) δ₁;

- определись долговечность (число циклов до разрушения N_p) ненакатанного образца);

- повторить испытания для накатанного образца и определить процент увеличения циклической долговечности по отношению к ненакатанному образцу.
Используя данные , полученные при выполнении работы, необходимо:

- построить и проанализировать кривые кзменения твердости от величины усилия (НRС = f (Р) и .циклической долговечности N_p = f(P);

- выяснить, пугеv сопоставления графиков (НRС = f (Р) и N_p = f(P) существует ли связь между изменением твердости и долговечностью;

- для кривых (НRС = f (Р) и N_p = f(P) желательно получить приближенные математические зависимости (формулы).

На основании результатов экспериментов и их обработки определить оптимальный режим обработки для данных условий (усилие Р). Дать заключение об эффективности принятой упрочняющей обработки.

Форма отчета по выполненной работе произвольная; оценка по работе будет учитывать как правильносгь выполнения работы; так и полноту и оригинальность исполнения отчета.

1. 
   В чем заключается сущность ППД?
   
2. 
   Перечислить основные способы ППД.
   
3. 
   Какие цели преследует ППД?
   
4. 
   Привести примеры эффективности способа.
   
5. 
   Какие затруднения возникают при получении высоких классов шероховатости обработки лезвийным и абразивным инструментами?
   
6. 
   Какие достоинства имеют способы ППД при получении высоких классов шероховатости?
   
7. 
   Как изменяется размер детали после обработки ППД и от чего это изменение зависит?
   
8. 
   Какие параметры входят в режим обработки ППД, как они выбираются?
   
9. 
   Как изменяется структура упрочненного слоя по сравнению с исходной ?
   
10. 
    Какую роль играет упрочненный слой?
    

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

2 Справочник технолога машиностроителя. /Под ред.А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова). –М., 1985 (том 2^й).

3 Упрочнение деталей машин маханическим наклепыванием (Сборник трудов). – М., 1970.

4 Гуттер Р.С, Овчинский Б.В. Элемент численного анализа и матаматической обработки результатов опыта. – М., 1970.

5 Лахтин Ю.М. Материаловедение. – М., 1984.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7

Работа оформляется в виде реферата с последующей защитой.

В настоящее время среди методов порошковой плазменной наплавки наибольшее распространение в России имеет способ, при котором используется сжатая прямая дуга, горящая между электродом и изделием. В то же время за рубежом наиболее активно используется метод порошковой плазменной наплавки, получивший название РТА - процесс (plasma transferred arc). При этом методе действуют одновременно основная дуга (горящая между электродом и изделием) и косвенная или пилотная дуга (горящая внутри плазмотрона между электродом и плазмообразующим соплом). В связи с тем, что процесс нанесения покрытий только косвенной плазменной дугой в России называется плазменным напылением, новая технология получила название плазменная наплавка-напыление.

Таким образом, процесс плазменной наплавки-напыления - это метод нанесения порошковых покрытий толщиной 0,5 - 4,0 мм с гибким регулированием ввода тепла в порошок и изделие плазмотроном с двумя дугами - основной и пилотной.

Поскольку покрытия наносимые методом плазменного напыления ограничены толщиной порядка 1 мм, за пределами которой проявляется тенденция к отслаиванию (вследствие высоких внутренних напряжений), а покрытия, наносимые плазменной наплавкой традиционным способом с использованием только основной дуги связаны с большим проплавлением основного металла и его перемешиванием с присадочным материалом (соответственно, с отсутствием необходимых свойств покрытия в первом наплавленном слое), то данная технология плазменной наплавки-напыления относится к гибридным процессам, совмещающим положительные характеристики процессов наплавки и напыления.

Качество нанесенных покрытий методом плазменного напыления зависит от большого числа входных параметров. При этом в настоящий момент не существует количественных неразрушающих методов контроля качества плазменных напыленных покрытий. Поэтому получение беспористых покрытий с максимальными адгезионными свойствами за счет использования второго источника тепла - основной дуги, позволило значительно повысить качество и эксплуатационные характеристики покрытий. Основные сравнительные характеристики плазменных процессов приведены в таблице.

Свойства покрытий, нанесенных различными методами

Процесс плазменной наплавки-напыления (РТА - процесс) обеспечивает использование пилотной (косвенной) дуги для расплавления присадочного порошка и основной дуги (переносимой) для поддержания необходимой температуры частиц порошка осажденной на детали. При этом увеличение времени нахождения частиц порошка при высокой температуре способствует максимальному сцеплению и уплотнению частиц с минимальным перегревом поверхности детали. Оптимизация основных характеристик процесса (токов основной и пилотной дуги, расстояния до изделия, скорости подачи порошка и скорости перемещения плазмотрона) выявило минимальную чувствительность к скорости подачи порошка и в определенных пределах к скорости перемещения плазмотрона. Ручной и механизированный плазмотроны для реализации процесса плазменной наплавки-напыления показаны на рисунке.

При анализе микроструктуры самофлюсующихся покрытий, нанесенных методом плазменной наплавки-напыления, было отмечено получение литой структуры (в отличие от слоистой структуры, типичной для процессов плазменного напыления), а также отсутствие пористости (около 0,3 %). Микротвердость покрытия составила HV 800. Зона термического влияния зафиксирована порядка 0,5 мм, в то время как при плазменной наплавке она составляет около 3-4 мм.

2 Выполнение работы
Кроме материалов, приведенных в данной работе, необходио проработать другие материалы в различных источниках, включая Интернет.

Работа оформляется в виде реферата с последующей защитой.