Механическая обработка деталей — это технологический процесс формообразования заготовок различных деталей и придания им заданных свойств посредством снятия слоя материала режущим инструментом.
Компании, специализирующиеся на механической обработке деталей, предлагают широкий спектр услуг — от токарной и фрезерной обработки до сложных видов обработки на высокоточных станках с ЧПУ.
Всю необходимую информацию об услугах механической обработки деталей можно получить на главной странице сайта https://tokar116.ru.
Оглавление
- Понятие механической обработки деталей, определение
- Цели и задачи механической обработки
- Области применения механической обработки в промышленности
- Краткая история развития технологий механической обработки
- Значение механической обработки в машиностроении
- Классификация видов механической обработки
- Лезвийная обработка (точение, сверление, фрезерование, строгание и др.)
- Абразивная обработка (шлифование, хонингование, суперфиниширование)
- Электрофизические и электрохимические методы обработки
- Ультразвуковая и лазерная обработка
- Комбинированные методы обработки деталей
- Сравнительная характеристика различных видов обработки
- Понятие технологического процесса, типы техпроцессов
- Подготовительные операции (заготовительные, разметочные)
- Основные операции механической обработки по видам
- Вспомогательные и заключительные операции
- Маршруты обработки, маршрутные и операционные карты
- Автоматизированное проектирование техпроцессов
- Металлорежущие станки: токарные, сверлильные, фрезерные и др.
- Абразивные станки: заточные, шлифовальные, доводочные
- Режущий инструмент для станков (материалы, геометрия, виды)
- Контрольно-измерительные инструменты и приборы
- Станочные приспособления (оправки, патроны, центры и т.п.)
- Роботизированные технологические комплексы
- Черные и цветные металлы и сплавы
- Конструкционные и инструментальные стали
- Чугуны
- Твердые сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы
- Пластмассы, резины, древесные материалы
- Композиционные материалы
- Параметры шероховатости поверхности (Ra, Rz и др.)
- Допуски размеров, форм и взаимного расположения поверхностей
- Критерии оценки качества обработанных поверхностей
- Влияние режимов резания на точность обработки
- Виды брака при механической обработке и меры по его предупреждению
- Высокоскоростное резание, обработка на оборудовании с ЧПУ
- Микрообработка, нанообработка, аддитивные технологии
- Применение промышленных роботов, гибких производственных систем
- Моделирование, оптимизация и автоматизация процессов обработки
- Безопасность и экологичность современных процессов мехобработки
- Роль и перспективы механической обработки деталей в машиностроении
- Направления совершенствования технологий механической обработки
- Выводы
Цели и задачи механической обработки
Механическая обработка деталей и поверхностей преследует ряд важных целей и решает следующие основные задачи:
- Достижение необходимой точности геометрических размеров и формы обрабатываемых поверхностей в соответствии с заданными параметрами чертежа.
- Получение требуемой шероховатости поверхностного слоя деталей и соблюдение допусков на её параметры.
- Соблюдение заданных допусков и посадок для обеспечения взаимозаменяемости деталей.
- Повышение износостойкости и усталостной прочности поверхностей за счет наклепа при обработке.
- Улучшение декоративных и эксплуатационных свойств изделий за счет высокого качества обработанных поверхностей.
Таким образом, механическая обработка направлена на придание деталям требуемых эксплуатационных свойств с наименьшими затратами.
Области применения механической обработки в промышленности
Мехобработка материалов и деталей широко применяется во многих отраслях промышленности.
Основными областями использования различных методов механической обработки являются:
- Машиностроение — обработка деталей двигателей, подшипников, валов, зубчатых колес и других узлов машин.
- Приборостроение — изготовление высокоточных деталей для приборов, измерительной техники.
- Автомобилестроение и авиастроение — производство ответственных деталей двигателей, трансмиссий.
- Судостроение — обработка корпусных конструкций судов и кораблей.
- Инструментальная промышленность — изготовление режущего и измерительного инструмента.
- Станкостроение — производство станков, оснастки, приспособлений.
Таким образом, практически невозможно представить современное изготовление машин, оборудования и деталей без широкого применения разнообразных методов механической обработки.
Краткая история развития технологий механической обработки
Технологии механической обработки материалов развивались на протяжении многих веков.
Первые сведения о обработке металлов восходят к бронзовому веку, когда древние ремесленники использовали примитивные инструменты для ковки и резания металла.
Большой скачок произошел в период промышленной революции 18-19 вв., когда были изобретены металлорежущие станки и началось массовое производство машин.
Интересный факт — первый «промышленный» токарный станок в 1797 году создал Генри Модсли (англ. Henry Maudslay).
В 20 веке появились высокоскоростные станки, обработка на станках ЧПУ, гибкие производства.
Сегодня актуальны аддитивные технологии, высокоточная лазерная и ультразвуковая обработка, нанотехнологии. Технологии механической обработки продолжают стремительно развиваться.
Значение механической обработки в машиностроении
Механическая обработка играет ключевую роль в современном машиностроении и приборостроении:
| Преимущества механической обработки | Значение для машиностроения |
|---|---|
| Возможность изготовления деталей любой сложности | Позволяет создавать машины и механизмы любого назначения |
| Высокая точность обработки | Обеспечивает требуемые зазоры, посадки, точность сборки узлов |
| Широкий выбор методов обработки | Подходит для любых материалов и конфигураций деталей |
| Высокое качество поверхности | Повышает надежность, долговечность, безотказность машин |
| Автоматизация процессов | Позволяет организовать массовое производство |
Таким образом, без технологий механической обработки невозможно современное машиностроение и выпуск конкурентоспособной техники.
Виды механической обработки деталей
Классификация видов механической обработки
Существуют различные принципы классификации видов механической обработки:
- По характеру съема материала:
- Лезвийная обработка — съем материала режущим инструментом.
- Абразивная обработка — съем материала абразивным инструментом.
- Электрофизические и электрохимические методы.
- По кинематическому взаимодействию инструмента и заготовки:
- Точение, сверление, фрезерование, строгание и др.
- По степени механизации и автоматизации:
- Ручная, механизированная, автоматизированная, автоматическая.
- По точности обработки:
- Черновая — с большими припусками.
- Чистовая — окончательная обработка.
- Отделочно-упрочняющая — повышение качества поверхности.
Такая классификация позволяет систематизировать многообразие методов механической обработки и рационально подобрать их для конкретных технологических задач.
Лезвийная обработка
Лезвийная обработка является одним из основных видов механической обработки деталей и изделий.
Лезвийная обработка осуществляется режущим инструментом, к которому относятся резцы, сверла, фрезы, ножи и другие виды инструмента с лезвием. Этот способ механической обработки подразумевает непосредственный контакт лезвия инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки или детали.
К лезвийным методам механической обработки относятся такие широко распространенные процессы, как точение, сверление, фрезерование, строгание, протягивание, долбление, пиление. Эти операции позволяют обрабатывать различные поверхности деталей, снимая припуск и придавая им необходимую геометрическую форму, размеры и качество поверхности. Лезвийная обработка широко применяется в машиностроении при изготовлении деталей.
Абразивная обработка
Абразивная обработка является распространенным видом механической обработки деталей и поверхностей.
Такая обработка производится при помощи абразивного инструмента — абразивных кругов, брусков, лент и других абразивных материалов.
Основные виды абразивной обработки: шлифование, хонингование, суперфиниширование, полирование.
Интересный факт: одним из древнейших абразивных материалов является крокус — минерал, который использовался еще во времена Древнего Египта для полировки каменных изделий.
Абразивная обработка позволяет достичь высокого качества поверхности деталей, минимальной шероховатости и точности размеров. Широко применяется как финишная операция после черновой лезвийной обработки.
Электрофизические и электрохимические методы обработки
К электрофизическим и электрохимическим методам обработки относятся:
| Метод обработки | Описание | Применение |
|---|---|---|
| Электроэрозионная обработка | Съем материала происходит под действием электрических разрядов между инструментом и заготовкой | Обработка твердых и хрупких материалов, изготовление формообразующего инструмента |
| Электрохимическая обработка | Основана на анодном растворении материала заготовки | Обработка труднообрабатываемых материалов, получение зеркальной поверхности |
| Лучевая обработка | Используются сфокусированные потоки частиц (электронов, ионов, фотонов) | Резка, сварка, переплавление поверхностей материалов |
| Плазменная обработка | Применение нагретой до плазменного состояния струи газа | Резка, сварка, наплавка поверхностей деталей |
| Ультразвуковая обработка | Используются колебания ультразвуковой частоты | Обработка хрупких материалов, очистка поверхностей |
Эти высокотехнологичные методы позволяют эффективно обрабатывать самые современные материалы с высоким качеством.
Ультразвуковая и лазерная обработка
Ультразвуковая и лазерная обработка являются высокотехнологичными методами механической обработки материалов и деталей.
Они основаны на использовании сфокусированных пучков соответственно ультразвуковых или лазерных колебаний, которые направляются на обрабатываемую поверхность.
При воздействии этих колебаний происходит локальный нагрев и испарение материала заготовки, что приводит к абляции (съему) его тонких слоев.
Интересный факт: с помощью лазерной обработки можно создавать микроотверстия в алмазах для ювелирных изделий.
Ультразвуковая и лазерная обработка находят применение при высокоточной микрообработке хрупких и твердых материалов, например керамики, стекла, алмазов.
Комбинированные методы обработки
Комбинированные методы обработки представляют собой сочетание различных видов механической и физико-технической обработки материалов.
Такие методы позволяют использовать преимущества нескольких процессов обработки для получения оптимальных результатов.
К наиболее распространенным комбинированным методам относятся:
- Электроэрозионная и механическая обработка — сочетает высокую производительность механической обработки и возможность обработки любых электропроводящих материалов.
- Лазерная резка с последующим шлифованием — позволяет получить высокую чистоту и точность кромок реза.
- Ультразвуковое упрочнение с абразивной обработкой — используется для получения износостойких поверхностей с минимальной шероховатостью.
Комбинированные методы обработки активно применяются в современном высокотехнологичном производстве для повышения качества и производительности обработки деталей.
Сравнительная характеристика различных видов механической обработки
Разные виды механической обработки имеют свои особенности и области применения. Для выбора оптимального метода обработки используют сравнительную характеристику:
| Вид обработки | Производительность | Точность | Шероховатость | Обрабатываемые материалы |
|---|---|---|---|---|
| Точение | Средняя | Средняя | Средняя | Все металлы и сплавы |
| Фрезерование | Высокая | Средняя | Средняя | То же |
| Шлифование | Низкая | Высокая | Низкая | То же |
| Электроэрозионная | Низкая | Оптимальная | Низкая | Электропроводящие материалы |
| Лазерная резка | Высокая | Высокая | Высокая | Все материалы |
| Ультразвуковая | Низкая | Высокая | Высокая | Хрупкие материалы |
Выбор конкретного метода обработки зависит от требуемых показателей производительности, точности, качества поверхности и вида обрабатываемого материала.
Технологические процессы механической обработки деталей
Понятие технологического процесса, типы техпроцессов
Механическая обработка деталей и её технологический процесс представляет собой совокупность взаимосвязанных действий людей и производственного оборудования, осуществляемых в определенной последовательности в целях изменения и определения состояния предмета труда.
Основными элементами технологического процесса являются:
- Предметы труда (материалы, заготовки, детали)
- Средства труда (оборудование, инструменты, приспособления)
- Трудовые операции и переходы
Различают следующие типы технологических процессов:
- Единичный — изготовление единичных изделий, применяется в опытном производстве.
- Серийный — изготовление периодически повторяющихся партий продукции небольшими сериями.
- Массовый — крупносерийное и массовое производство, характерно высоким уровнем автоматизации.
Механическая обработка деталей и правильный выбор типа техпроцесса определяет эффективность производства на предприятии.
Подготовительные операции
Подготовительные операции — это операции, которые предшествуют основной механической обработке заготовок и подготавливают их к ней.
К подготовительным операциям относятся:
- Получение заготовок путем литья, ковки, штамповки, резки, проката и другими технологическими методами. Выбор способа получения заготовки зависит от материала и требований к детали.
- Термическая обработка заготовок — закалка, отпуск, нормализация. Применяется для придания заготовкам необходимых механических свойств.
- Разметка заготовок — нанесение рисок, баз, технологических и контрольных линий, размеров для обеспечения заданной геометрии обработки. Выполняется с помощью разметочных инструментов.
Подготовительные операции в значительной степени определяют качество последующей механической обработки деталей.
Основные операции механической обработки
Основные операции механической обработки — это операции непосредственного формообразования заготовок и придания им заданных размеров и свойств поверхности.
К основным операциям механической обработки относятся:
- Точение — обработка наружных и внутренних цилиндрических поверхностей резанием на токарных станках.
- Сверление — обработка отверстий с помощью сверл. Выполняется на сверлильных станках.
- Фрезерование — обработка различных поверхностей фрезами на фрезерных станках.
- Шлифование — абразивная обработка для достижения высокого качества поверхности.
- Протягивание — обработка плоских поверхностей протяжками на протяжных станках.
- Строгание — чистовая обработка плоских поверхностей на строгальных станках.
- Доводка — финишная абразивная обработка для высокой точности размеров.
Каждая операция выполняется на соответствующих металлорежущих или абразивных станках с использованием режущего или абразивного инструмента.
Маршрутные и операционные карты
Маршрутные карты применяются для описания технологического процесса обработки детали. В маршрутной карте указывается полный перечень технологических операций в их последовательности для конкретной детали.
Маршрутная карта позволяет оптимизировать техпроцесс и исключить ненужные или неправильно расположенные операции.
Операционные карты составляются для каждой отдельной технологической операции обработки детали. В операционной карте подробно описывается:
- Содержание операции, переходы;
- Применяемое оборудование, приспособления, инструмент;
- Технологические режимы обработки (скорость, подача, глубина и др.);
- Требования к точности размеров, качеству поверхности.
Операционные карты используются рабочими-операторами станков непосредственно при выполнении техпроцесса.
Автоматизированное проектирование техпроцессов
Автоматизированное проектирование техпроцессов предполагает использование систем автоматизированного проектирования (САПР ТП) для разработки технологических процессов механической обработки деталей.
Основные возможности САПР ТП:
- Быстрая разработка маршрутных и операционных технологических карт на основе 3D-модели детали.
- Моделирование процессов резания с учетом оборудования, инструмента, материала.
- Расчет и оптимизация режимов резания (скоростей, подач, глубин резания).
- Нормирование технологических операций, расчет трудоемкости.
- Создание управляющих программ для станков ЧПУ.
- Проверка технологичности конструкции детали.
Механическая обработка деталей с применением САПР ТП позволяет в разы сократить время проектирования техпроцессов, повысить их качество, точно рассчитать режимы резания, что в целом оптимизирует производство.
Оборудование и оснастка для механической обработки
Механическая обработка деталей и металлорежущие станки
Основные типы металлорежущих станков, их назначение и особенности:
| Тип станка | Назначение | Особенности |
|---|---|---|
| Токарные | Обработка наружных и внутренних цилиндрических поверхностей | Высокая универсальность. Есть универсальные и специализированные модели |
| Сверлильные | Сверление, рассверливание, зенкование отверстий | Вертикальные — высокая точность отверстий, радиальные — для глубоких отверстий |
| Фрезерные | Фрезерование различных поверхностей | Разные типы в зависимости от обрабатываемых поверхностей |
| Шлифовальные | Абразивная отделочная обработка | Высочайшая точность обработки |
| Протяжные | Протягивание поверхностей | Съем больших припусков |
| Строгальные | Строгание плоских поверхностей | Чистовая обработка плоскостей |
Абразивные станки
Абразивные станки используют абразивный инструмент в виде кругов, головок, лент для обработки поверхностей деталей.
Основные типы абразивных станков:
- Заточные станки — для заточки и доводки режущего инструмента.
- Шлифовальные станки — для чистовой обработки и придания высокой точности размеров деталей.
- Полировальные станки — для доводки и получения зеркальной поверхности.
- Хонинговальные станки — для обработки отверстий с высокой точностью.
Абразивные станки позволяют получать минимальную шероховатость поверхности и максимальную точность геометрических параметров деталей. Широко применяются для отделочной обработки после черновых операций на металлорежущих станках.
Режущий инструмент
Материалы инструмента:
- Быстрорежущие стали применяются для изготовления режущего инструмента, используемого на черновых операциях механической обработки. Обеспечивают высокую прочность и стойкость инструмента.
- Твердые сплавы используются для чистовой обработки. Отличаются высокой твердостью и износостойкостью, что позволяет получать минимальную шероховатость обработанных поверхностей.
Интересный факт: самым твердым материалом для режущего инструмента являются алмазы природного и синтетического происхождения. Их используют для обработки сверхтвердых материалов.
Геометрия инструмента:
- Резцы, сверла, фрезы, метчики, плашки и др. Форма режущей части инструмента зависит от метода механической обработки.
Виды режущего инструмента:
- Сборный инструмент — режущая часть состоит из многогранных твердосплавных пластин, закрепленных в корпусе. Это повышает стойкость инструмента.
- Цельный инструмент изготавливается полностью из твердого сплава «монолит». Применяется для высокоточной чистовой обработки небольших партий деталей.
Правильный подбор инструментального материала и геометрии режущей части позволяет оптимизировать процесс резания и повысить качество обработки деталей.
Контрольно-измерительные инструменты и приборы
Контрольно-измерительные инструменты применяются для измерения и контроля геометрических параметров обработанных поверхностей деталей.
Основные виды контрольно-измерительных инструментов:
- Штангенциркули — для измерения наружных и внутренних размеров.
- Микрометры — для высокоточных измерений линейных размеров.
- Калибры — для контроля допусков размеров и гладкости поверхностей.
- Индикаторы часового типа — для измерения отклонений формы, биений.
- Профилометры — для измерения параметров шероховатости поверхности.
- Оптические измерительные микроскопы — для высокоточных измерений.
Также применяют универсальные измерительные машины, координатно-измерительные машины для комплексного контроля деталей.
Современные контрольно-измерительные инструменты обеспечивают высочайшую точность измерений до сотых долей микрона. Это позволяет достигать необходимого качества обработанных деталей.
Станочные приспособления
Станочные приспособления предназначены для установки и закрепления обрабатываемых заготовок/деталей на станках.
Основные виды станочных приспособлений:
- Патроны и центры для крепления в токарных станках.
- Кондукторы и шаблоны для точного позиционирования обрабатываемых деталей.
- Призмы, опоры, упоры для базирования и фиксации деталей.
- Столы поворотные, делительные, угловые для обработки сложных поверхностей.
- Кулачковые патроны, планшайбы для закрепления нежестких деталей.
Применение станочных приспособлений позволяет:
- Повысить производительность обработки за счет быстрой смены и точной установки деталей.
- Улучшить качество обработки, точность и повторяемость деталей.
- Обеспечить безопасность работы на станках.
Роботизированные комплексы
Роботизированные технологические комплексы включают:
- Металлорежущие станки с ЧПУ.
- Промышленные роботы для загрузки/разгрузки станков.
- Автоматические транспортные системы.
- Системы технического зрения для контроля.
Применение таких комплексов позволяет максимально автоматизировать процессы механической обработки, повысить качество и производительность, снизить себестоимость продукции.
Материалы, подвергаемые механической обработке
Металлы и сплавы
Металлы и их сплавы являются наиболее распространенными материалами, подвергаемыми механической обработке.
- Черные металлы представлены в первую очередь различными марками сталей и чугунов. Они обладают высокой прочностью и пластичностью.
- Цветные металлы — алюминий, медь, титан, магний и др. обладают особыми физико-механическими свойствами.
- Конструкционные стали применяются для изготовления ответственных деталей машин.
- Инструментальные стали отличаются высокой износостойкостью, используются для режущего инструмента.
- Металлические сплавы на основе железа, алюминия, титана, меди обладают комплексом улучшенных свойств по сравнению с чистыми металлами.
Металлы и сплавы являются наиболее технологичными материалами для механической обработки благодаря своим физико-механическим характеристикам.
Твердые и сверхтвердые материалы
| Материал | Описание | Применение |
|---|---|---|
| Твердые сплавы | Сплавы на основе карбидов WC, TiC. Отличаются высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью | Используются для изготовления режущего инструмента |
| Алмаз | Самый твердый природный материал | Применяется в инструменте для обработки сверхтвердых материалов |
| Кубический нитрид бора | Синтетический сверхтвердый материал | Альтернатива алмазу, используется в режущем инструменте |
| Керамика | Неорганические неметаллические материалы, получаемые спеканием | Применяется для изготовления режущего инструмента |
| Минералокерамика | Композиционный материал на основе оксидов алюминия и других минералов | Используется для режущего инструмента, а также подвергается механической обработке |
Твердые и сверхтвердые материалы активно применяются в современном машиностроении благодаря уникальному сочетанию высокой твердости, теплостойкости и износостойкости.
Полимерные материалы
Полимерные материалы также активно используются в машиностроении и подвергаются различным видам механической обработки.
- Термопласты (полиамиды, полиэтилен, фторопласты) обладают способностью размягчаться при нагревании, что облегчает их обработку.
- Термореактивные пластмассы (эпоксидные, фенольные) после отверждения не плавятся и не размягчаются.
Интересный факт: самый распространенный термопласт — полиэтилен — был получен академиком С.В. Лебедевым в 1933 году.
- Резины и эластомеры обладают высокой эластичностью, что затрудняет их механическую обработку.
- Древесные материалы отлично поддаются механической обработке резанием благодаря волокнистой структуре.
Полимерные материалы активно применяются благодаря легкости, прочности, долговечности и низкой стоимости.
Композиционные материалы
Композиционные материалы представляют собой многокомпонентные материалы, сочетающие лучшие свойства составляющих компонентов.
- Композиты на основе полимерной матрицы, армированной волокнами (стеклянными, базальтовыми, углеродными), отличаются высокой удельной прочностью.
- Металломатричные композиты содержат армирующие включения карбидов, оксидов, нитридов в металлической матрице. Обладают комплексом улучшенных характеристик.
- Керамоматричные композиты на основе керамической матрицы перспективны благодаря жаропрочности и жаростойкости.
Композиционные материалы обрабатываются алмазным или эльборовым инструментом. Их применение в машиностроении постоянно расширяется.
Таким образом, современные композиты значительно расширяют возможности и области применения механической обработки материалов.
Механическая обработка деталей — точность и качество
Параметры шероховатости обработанных поверхностей
Механическая обработка деталей и параметры шероховатости являются важнейшими критериями качества обработанных поверхностей деталей.
Основные параметры шероховатости:
- Ra — среднее арифметическое отклонение профиля;
- Rz — высота неровностей по десяти точкам;
- Rmax — наибольшая высота профиля.
Эти и другие параметры шероховатости нормируются в зависимости от функционального назначения поверхностей деталей.
Режимы резания, в частности подача и скорость, оказывают непосредственное влияние на шероховатость обработанной поверхности. Правильный выбор режимов позволяет получить заданные параметры шероховатости.
Контроль параметров шероховатости в процессе механической обработки деталей имеет большое значение для обеспечения качества продукции.
Допуски размеров и геометрических параметров деталей
Допуски на размеры и геометрические параметры деталей имеют принципиальное значение для обеспечения качества сборки и надежности машин.
К ним относятся:
- Допуски линейных размеров деталей — диаметров, длин и т.д.
- Допуски угловых размеров, например конусности отверстий.
- Допуски формы — отклонения от плоскостности, круглости, цилиндричности.
- Допуски взаимного расположения поверхностей — соосности, симметричности, параллельности.
Интересный факт — самые жесткие допуски в 10-100 нанометров применяются в оптике, приборостроении, нанотехнологиях.
Соблюдение посадок подвижных сопряжений (с зазором или натягом) критично для безотказной работы узлов машин.
Таким образом, точное выдерживание всех допусков при механической обработке крайне важно для качества деталей.
Критерии оценки качества обработанных поверхностей
Критерии оценки качества обработанных поверхностей деталей имеют большое значение для обеспечения надежности и долговечности изделий, полученных методами механической обработки.
| Критерий | Характеристика |
|---|---|
| Шероховатость | Параметры шероховатости Ra, Rz и др. в соответствии с требованиями чертежа |
| Волнистость | Отклонение реального профиля поверхности от номинального |
| Наплывы | Неровности на поверхности в виде наметенного металла |
| Задиры | Мелкие раковины и царапины на поверхности |
| Микротрещины | Микроскопические трещины в поверхностном слое |
| Наклеп | Упрочнение и изменение структуры поверхностного слоя при обработке |
| Остаточные напряжения | Напряжения сжатия или растяжения в поверхностном слое после обработки |
Помимо геометрических параметров оценивают физико-механические свойства обработанной поверхности, влияющие на эксплуатационные характеристики деталей. Контроль перечисленных критериев при механической обработке позволяет обеспечить высокое качество и надежность деталей машин.
Влияние режимов резания на точность мехобработки
Режимы резания оказывают существенное влияние на точность механической обработки деталей.
К основным режимам относятся:
- Скорость резания — чем выше скорость, тем ниже точность обработки.
- Подача — увеличение подачи может привести к снижению точности.
- Глубина резания — чем она больше, тем выше погрешности обработки.
Поэтому для чистовых операций используют невысокие скорости и подачи, а также небольшие глубины резания, чтобы обеспечить требуемую точность обработки.
Оптимальные режимы резания устанавливают на основе анализа условий обработки с учетом обеспечения необходимой точности размеров, формы и взаимного расположения поверхностей.
Виды брака при механической обработке деталей
При механической обработке деталей возможно возникновение различных видов брака, снижающего качество продукции.
Основные виды брака:
- Несоблюдение допусков на размеры, отклонение от заданной формы — приводит к нарушению взаимозаменяемости и точности сборки.
- Дефекты обработанной поверхности — царапины, задиры, волнистость, неравномерный износ режущего инструмента.
- Нарушение заданных параметров шероховатости поверхности.
Для предупреждения брака осуществляются: контроль режущего инструмента, оптимизация режимов резания, технический контроль качества, а также соблюдение технологической дисциплины.
Тщательный контроль и соблюдение технологии механической обработки позволяют минимизировать брак и стабильно выпускать качественную продукцию.
Современные тенденции в механической обработке деталей
Высокоскоростное резание и станки с ЧПУ
Высокоскоростное резание и использование станков с ЧПУ — важные тенденции развития современной механической обработки.
- Применение высоких скоростей резания (до 1000 м/мин) повышает производительность в 2-3 раза при сохранении качества.
Интересный факт: рекордная скорость резания 4250 м/мин была достигнута в лабораторных условиях.
- Станки с ЧПУ позволяют гибко переналаживать обработку под различные детали, реализовывать сложные 3D траектории инструмента.
- Использование CAD/CAM систем обеспечивает быструю подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ.
Таким образом, высокоскоростная обработка на станках ЧПУ значительно повышает гибкость производства и качество обработки деталей.
Микро- и нанообработка
Микро- и нанообработка — современные направления высокоточной механической обработки.
- Микрообработка позволяет получать микродетали размером до 100 мкм с точностью порядка 1 мкм.
- Нанообработка обеспечивает нанометровую точность при обработке материалов.
Основные области применения:
- Приборостроение — детали точных приборов и механизмов.
- Электроника — производство чипов, микросхем.
- Медтехника — микроинструменты, имплантаты.
- Машиностроение — высокоточные детали, подшипники.
Микро- и нанообработка активно внедряются в высокотехнологичных отраслях и играют важную роль в развитии производства.
Аддитивные технологии
Аддитивные технологии — инновационное направление в производстве деталей.
- Детали изготавливаются путем послойного наплавления материала по 3D модели.
- Используются методы селективного лазерного сплавления, электронно-лучевой плавки, струйной печати.
Преимущества аддитивных технологий:
- Возможность создания сложных геометрических форм, которые невозможно изготовить традиционными методами.
- Сокращение расхода материалов, отсутствие отходов.
- Уменьшение времени и стоимости производства.
Аддитивные технологии активно внедряются в авиакосмической, автомобильной, медицинской и других отраслях промышленности.
Автоматизация и роботизация
Автоматизация и роботизация коренным образом меняют процессы механической обработки деталей.
- Внедряются гибкие автоматизированные производства, что позволяет оптимизировать и ускорить обработку.
Интересные факты:
- Первый промышленный робот Unimate был установлен на заводе GM в 1961 году.
- В Японии уровень роботизации производства в 30 раз выше, чем в России.
- Применение промышленных роботов для загрузки-разгрузки станков, контроля, сварки и других операций.
- Использование «умных» систем управления и машинного обучения оптимизирует процессы.
Автоматизация существенно повышает качество и производительность обработки, сокращает издержки.
Безопасность и экологичность
При развитии технологий мехобработки большое внимание уделяется вопросам безопасности и экологичности:
- Станки оснащаются защитными ограждениями, датчиками, блокировками для исключения травматизма.
- Применяются вытяжки и фильтры для удаления вредных паров СОЖ и мелкодисперсной стружки.
- Внедряются замкнутые системы подачи СОЖ для минимизации отходов.
- Разрабатываются безопасные технологические процессы обработки сложных материалов.
- Проводится анализ промышленной безопасности и экологических рисков.
Благодаря этому достигаются комфортные и безопасные условия труда, снижается негативное воздействие на окружающую среду.
Заключение
Роль механической обработки деталей в машиностроении
Механическая обработка играет фундаментальную роль в современном машиностроении.
- Позволяет изготавливать детали практически любой геометрической формы, в том числе со сложными криволинейными поверхностями.
- Обеспечивает высокую точность размеров деталей (до долей микрона) и их взаимного расположения.
Интересный факт: точность изготовления лопаток авиадвигателей достигает 2-3 микрон.
- Гарантирует заданные параметры шероховатости, физико-механические свойства поверхностного слоя.
- Является основой для сборки механизмов, обеспечения взаимозаменяемости деталей и надежности машин.
Таким образом, мехобработка критически важна для всего машиностроительного производства.
Перспективы совершенствования технологий мехобработки
Перспективы совершенствования технологий механической обработки связаны с развитием новых методов и средств.
- Повышение производительности за счет высокоскоростной обработки и внедрения гибких автоматизированных комплексов.
Интересный факт: производительность обработки на станках с ЧПУ в 5-10 раз выше, чем на универсальных.
- Расширение применения обработки на высокоточных станках с ЧПУ с использованием мультикоординатной обработки.
- Активное развитие микро- и нанотехнологий для высокоточной обработки.
- Внедрение гибких аддитивных технологий позволит расширить возможности получения сложных деталей.
- Снижение себестоимости за счет оптимизации и повышения экологичности процессов.
Механическая обработка деталей будет и дальше активно совершенствоваться на базе новейших достижений науки и техники.
Выводы
Механическая обработка деталей занимает ключевое место в современном машиностроении и имеет большие перспективы дальнейшего развития.
- За последние десятилетия производительность мехобработки выросла в 5-10 раз благодаря высокоскоростному резанию и станкам с ЧПУ.
- Доля деталей, изготавливаемых методами мехобработки в машиностроении, составляет 60-80% по стоимости.
- Ежегодно разрабатываются сотни новых видов конструкционных и инструментальных материалов, расширяющих возможности мехобработки.
- Активно внедряются цифровые технологии моделирования, проектирования и управления процессами мехобработки.
Таким образом, можно утверждать, что механическая обработка будет и дальше быстро развиваться и иметь стратегически важное значение в высокотехнологичном машиностроении.