- •Технологическое обеспечение качества
- •Содержание
- •Введение
- •Лекция № 1. Технологическое формирование показателей качества деталей машин
- •1.1 Основные показатели качества деталей машин
- •1.1.1 Геометрические показатели
- •1.1.2 Физико-механические показатели
- •1.2 Технологическая наследственность как база повышения качества машин
- •1.2.1 Технологическая наследственность
- •1.2.2 Свойства детали, наследуемые в ходе технологического процесса
- •1.2.3 Влияние технологической наследственности на качество деталей в ходе их эксплуатации
- •1.3 Методы обработки заготовок деталей машин
- •1.3.1 Общие принципы выбора методов обработки
- •1.3.2 Механические методы обработки
- •1.3.3 Физико-химические методы обработки
- •1.4 Технологическое обеспечение показателей качества деталей машин
- •1.4.1 Типовые технологические процессы
- •1.4.2 Технологическое обеспечение качества деталей типа валов
- •1.4.3 Технологическое обеспечение качества деталей типа колец, втулок, гильз
- •1.4.4 Технологическое обеспечение качества корпусных деталей
- •Лекция № 2. Машиностроительные материалы и способы обеспечения заданных свойств
- •2.1 Обеспечение качества стали и чугуна
- •2.1.1 Обеспечение качества стали
- •2.1.2 Обеспечение качества чугуна
- •Лекция №3. Литые заготовки деталей машин
- •3.1 Основные проблемы литейной технологии
- •3.1.1 Заливка расплава в форму
- •3.1.2 Затвердевание отливки
- •3.2 Технологичность литых деталей
- •3.3 Рекомендации по обеспечению технологичности отливок при различных способах литья
- •3.3.1 Общие рекомендации по обеспечению технологичности отливок
- •3.3.2 Литье в песчаные формы
- •3.3.3 Литье в металлические формы (кокили)
- •3.3.4 Литье под давлением
- •3.3.5 Центробежное литье
- •3.3.6 Литье по выплавляемым моделям
- •3.3.7. Литье в оболочковые формы
- •3.4 Обеспечение требуемой плотности отливок
- •3.5 Точность изготовления отливок
- •3.5.1 Погрешность размеров геометрической формы и массы отливок
- •3.5.2 Размерная точность и шероховатость поверхности отливок
- •3.5.3 Точность конфигурации и пространственные отклонения отливок
- •3.5.4 Массовая точность отливок
- •Лекция № 4. Заготовки деталей машин, получаемые методами пластического деформирования
- •4.1 Механизм пластической деформации и условия ее осуществления
- •4.1.1 Механизм пластической деформации
- •4.1.2 Влияние пластической деформации на прочность и пластичность металла
- •4.1.3 Влияние пластической деформации на физико-химико-механические свойства металла
- •4.2 Ковка
- •4.2.1 Влияние заготовок для ковки на качество поковок
- •4.2.2 Понятие уковки и ее значение для качества поковок
- •4.2.3 Факторы, влияющие на качество поковок
- •4.2.4 Основные операции ковки
- •4.3 Объемная штамповка
- •4.3.1 Понятие объемной штамповки
- •4.3.2 Холодная и горячая штамповка
- •4.3.3 Неполная горячая объемная штамповка
- •4.4 Листовая штамповка
- •4.4.1 Разделительные операции
- •4.4.2 Формоизменяющие операции
- •4.4.3 Общие требования при конструировании деталей, получаемых листовой штамповкой
- •4.4.4 Гибка
- •4.4.5 Вытяжка
- •4.4.6 Отбортовка
- •4.4.7 Раздача
- •4.4.8 Завивка
- •4.4.9 Формовка
- •4.5 Прокатка
- •4.5.1 Факторы, влияющие на качество деталей из проката
- •4.5.2 Методы прокатки
- •4.6 Штамповка деталей из порошков и пористых материалов
- •4.6.1 Методы пластической деформации порошковых и пористых материалов
- •Лекция №5. Сварка
- •5.1 Физические основы сварки
- •5.2 Влияние физико-химических реакций на качество металла шва
- •5.3 Деформации, перемещения и напряжения при сварке
- •5.3.1 Виды деформаций
- •5.3.2 Возникновение деформаций и перемещений
- •5.3.2.1 Продольные деформации и перемещения
- •5.3.2.2 Поперечные перемещения
- •5.3.2.3 Другие виды перемещений в зоне шва
- •5.4 Влияние термодеформационных процессов на качество сварных конструкций
- •5.4.1 Изменение размеров разделки кромок при сварке
- •5.4.2 Изменение формы и размеров конструкции
- •5.4.3 Остаточные напряжения
- •5.5 Уменьшение сварочных деформаций, напряжений и перемещений
- •5.5.1 Рациональное конструирование
- •5.5.2 Рациональная технология сборки и сварки
- •5.5.3 Пластическое деформирование после сварки
- •5.5.4 Термическая обработка
- •5.6 Характерные зоны сварных соединений
- •5.7 Свариваемость и ее показатели
- •5.7.1 Понятие свариваемости
- •5.7.1.1 Физическая и технологическая свариваемость
- •5.7.1.2 Факторы, определяющие свариваемость
- •5.7.1.3 Степени свариваемости
- •5.7.2 Показатели свариваемости
- •5.8.2 Холодные трещины
- •5.8.3 Ламелярные трещины
- •5.8 Виды трещин швов
- •5.8.1 Горячие трещины
- •5.8.4 Трещины повторного нагрева
- •5.9 Хрупкие разрушения
- •Лекция № 6. Обеспечение качества машин на операциях сборки
- •6.1 Сборка и формирование основных показателей качества машин
- •6.1.1 Влияние деформаций и качества соединений на качество сборки
- •6.2 Технологичность машин в сборке
- •6.2.1 Понятие технологичности машин в сборке
- •6.2.2 Конструктивная преемственность при конструировании машин
- •6.2.3 Основные требования к технологичности конструкций
- •6.3 Обеспечение качества машин на операциях сборки
- •6.3.1 Методы достижения точности замыкающего звена
- •6.3.2 Особенности сборки при массовом производстве
- •6.3.3 Особенности сборки при серийном производстве
- •6.3.4 Особенности сборки при единичном производстве
- •6.4 Испытания машин на сборке
4.2.3 Факторы, влияющие на качество поковок
Во время ковки в заготовке протекают два противоположно направленных процесса. Первый - результат пластической деформации (дробление зерен, вытягивание их в направлении главной деформации, увеличение плотности дислокации, повышение уровня потенциальной энергии и упрочнение). Второй - результат влияния высоких температур и неоднородного распределения потенциальной энергии (увеличение скорости диффузии, направленной миграции атомов, образование устойчивых центров рекристаллизации, рост новых зерен, снижение плотности дислокаций). Эффективность этих процессов определяется термомеханическим и скоростным режимами ковки. Первый процесс определяется скоростью и значением пластической деформации, а второй - скоростью рекристаллизации. В зависимости от соотношения между скоростью деформации и скоростью рекристаллизации, а также скоростью охлаждения в поковке могут быть получены различные размеры зерен. Известно, что механические характеристики поковки с крупнозернистой структурой ниже, чем с мелкозернистой. Для некоторых марок легированных сталей крупнозернистая структура, сформированная в процессе ковки, не может быть переведена в мелкозернистую при последующей термической обработке. Размеры зерен особенно ухудшают ударную вязкость при низких температурах (-20...-40°С).
Для получения мелкозернистой структуры в поковках термомеханический режим ковки должен устанавливаться с учетом диаграмм рекристаллизации. При ковке распределение деформации в заготовке неравномерное, в результате наблюдается неоднородность макроструктуры. При осадке в центральных слоях заготовки степень деформации наибольшая и соответственно зерно наименьшее. Однако в результате неравномерного охлаждения поковки возможно появление крупнозернистого строения и в центральной части после осадки. Для получения мелкозернистой структуры при повышении температуры горячей обработки необходимо увеличивать степень деформации.
Запас прочности, т.е. способности деформироваться, зависит от природы металла, схемы напряженного состояния, температуры и степени однородности деформации. При ковке слитка на неоднородность схемы напряженного состояния в объеме заготовки существенно влияют условия трения на контактных поверхностях заготовки и рабочего инструмента. В результате в отдельных частях заготовки появляются растягивающие напряжения, что приводит к уменьшению запаса пластичности.
При применении плоских бойков в процессе протяжки по схеме круг-круг или квадрат-круг в осевой части заготовки возникают растягивающие напряжения в поперечном направлении; в результате возможно образование продольных трещин (разрыхления, вскрытие полостей). При ковке заготовок из малопластичных сталей более благоприятная схема напряженного состояния слитка возникает при протяжке в ромбических бойках с углом развала 135°. В этом случае схема напряженного состояния приближается к двухосному сжатию в плоскости поперечного сечения. Наиболее благоприятные условия возникают при протяжке в вырезных бойках, если радиус вырезных бойков приближается к радиусу слитка. Рациональная форма профиля бойка зависит от назначения протяжки.
В зависимости от скорости нагрева, а также внешних условий (в защитной атмосфере или вакууме) окалинообразование или обезуглероживание поверхностных слоев заготовки и возникновение температурных напряжений будут различными. При высоких скоростях нагрева окалинообразование или обезуглероживание будет меньше, однако температурные напряжения выше. Наличие окалины на поверхности заготовки при ковке приводит к ухудшению качества поверхности и увеличению припуска для последующей обработки резанием. Интенсивное образование окалины происходит при температурах, близких и выше температур рекристаллизации (600…700 °С). При этих же температурах пластичность металла повышается. Скорость нагрева заготовки по достижении температуры рекристаллизации повышают до предельно возможной для нагревательных устройств. Скорость нагрева до температуры рекристаллизации определяется в зависимости от пластичности нагреваемой заготовки и ее размеров.
Температурные напряжения наиболее опасны при охлаждении поковок. Это необходимо учитывать при выборе режима охлаждения.
Применение нагрева в защитной атмосфере (безокислительной) или малоокислительного, а также очистка заготовок от окалины перед ковкой позволяют улучшить качество поверхности поковки (толщину дефектного поверхностного слоя) и снизить припуска на механическую обработку.