Текст
Ю. А. Боровков, С.Ф Легорнев, ___Б.АЯерепашенец
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК УЧИТЕЛЯ ТРУДА
ЮАБоровков, С.Ф Легорнев, БАЧерепашенец
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК УЧИТЕЛЯ ТРУДА
ПОСОБИЕ ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ IV—VIII КЛАССОВ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
МОСКВА «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1980
ББК 74.268
Б83
Рецензенты? И. С. Анисимов — канд. техн, наук, зав. кафедрой общетехннческих дисциплин Коломенского пединститута иМ. Б. Ханин — канд. пед. наук, ст, научный сотрудник НИИ ТО и ПО АПН СССР.
Боровков Ю. А. и др.
Б83 Технический справочник учителя труда: Пособие для учителей IV— VIII кл./ Ю. А. Боровков, С. Ф. Легорнев, Б. А. Черепашенец.— 2-е изд., пере-раб. и доп.— М.: Просвещение, 1980.— 223 с., ил.
В справочник вошли основные сведения о производстве и элементах машиноведения, свойствах конструкционных материалов — металлов, древесины, пластических масс —и способах их обработки, приведен материал о технологии основных электромонтажных работ.
По сравнению с 1-м изданием справочник значительно переработан с учетом изменения программы по техническому труду в IV— VIII классах, состояния науки и техники, стандартов, а также предложений учителей.
Б 60501—516----213—80 4306011900
103(03)—80
ББК 74.268
6(07)
© Издательство «Просвещение», 1980 г.
ОТ АВТОРОВ
В условиях осуществления в нашей стране перехода ко всеобщему обязательному среднему образованию перед общеобразовательной школой поставлена ответственная задача — значительно улучшить подготовку молодежи к общественно полезному, производительному труду, к обоснованному выбору профессии. Важная роль в решении этой задачи отводится трудовой подготовке школьников, в процессе которой происходит формирование у учащихся умений и навыков, необходимых для работы в народном хозяйстве, воспитание любви к труду, глубокого уважения к людям труда и готовности работать в сфере материального производства.
Предлагаемое пособие призвано помочь учителям труда IV— VIII классов в их большой и нелегкой работе по трудовому обучению и воспитанию школьников. Справочник охватывает все основные разделы программы трудовой подготовки в этих классах. Помещенные в нем теоретические сведения, так же как и справочные таблицы, не претендуют на полноту изложения: авторами сделана попытка отобрать лишь те материалы, которые необходимы учителям для осуществления поставленных перед ними задач по трудовому обучению молодежи с учетом оснащения школьных мастерских.
1-е издание справочника было выпущено в 1971 г. За прошедшие годы техника далеко шагнула вперед, появились новые материалы и оборудование, значительно изменилась технология производственных процессов и заметно улучшились условия труда. Введены в действие новые государственные стандарты. Все это нашло отражение к книге, хотя расположение материала в целом соответствует предыдущему изданию.
Глава I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ
Основной целью производства в СССР является удовлетворение постоянно растущих потребностей социалистического общества, создание материально-технической базы коммунизма.
Ниже изложены основные положения об организации производственного и технологического процессов на машиностроительном предприятии, принципах планирования и технического нормирования, экономике производства и организации труда.
ПОНЯТИЕ О ПРОИЗВОДСТВЕННОМ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССАХ
Производственный процесс на предприятии представляет собой систему действий, направленных на превращение сырья в готовый продукт или полуфабрикат, необходимый народному хозяйству. Он включает в себя основные, вспомогательные, обслуживающие и управленческие процессы. Основные процессы являются технологическими процессами производства изделий. В соответствии с ГОСТ 3.1109—73 под технологическим процессом понимают часть производственного процесса, содержащую действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства.
Вспомогательные процессы обеспечивают бесперебойный ход основных процессов. К ним относятся процессы производства технологического оснащения (технологического оборудования и оснастки), ремонт и наладка оборудования, снабжение электроэнергией, сжатым воздухом и т. п.
Обслуживающие процессы обеспечивают осуществление основных и вспомогательных процессов. Они включают в себя погрузку и транспортировку изделий, контроль качества продукции, а также складские операции.
Технологический процесс состоит из технологических операций.
Технологическая операция представляет собой законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте.
К основным элементам технологической операции относятся уставов, технологический и вспомогательный переходы.
У станов — часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы,
Технологический переход — законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке.
Вспомогательный переход — законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, ра шеров и степени шероховатости поверхностей, но необходимы для выполнения технологического перехода (примеры вспомоги тельных переходов — установка заготовки, смена инструмента и т. д.).
В зависимости от широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий различают трн основных типа про-ишодства: единичное, серийное, массовое.
Единичное производство характеризуется, как правило, широкой номенклатурой изготавливаемых изделий и малым объемом их выпуска.
Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых периодически повторяющимися ппртиями, и сравнительно большим объемом выпуска. В зависимости от количества изделий в партии различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство.
Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой в большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых в течение продолжительного времени.
В зависимости от степени одновременности выполнения смежных операций различают три вида движения предмета труда с одной операции на другую: последовательное, параллельно-последовательное и параллельное.
При последовательном движении каждая последующая операция начинается только после окончания обработки всей партии на предшествующей операции.
Параллельно-последовательное движение предусматривает частичное совмещение времени выполнения смежных операций ни счет передачи предметов труда не целыми партиями, а частями.
При параллельном движении отдельные предметы труда передаются на последующую операцию сразу после окончания предыдущей.
Первый вид движения — наиболее простой, но наименее экономичный. Его применяют в основном при единичном, мелком и среднесерийном производстве.
Второй вид движения широко используется при механической обработке предметов труда в серийном и особенно крупносерийном производстве.
Третий вид движения применяется при массовом и серийном ирон шодсгве. Он позволяет организовать поточный производственный процесс.
При поточной организации производства средства технологического оснащения располагаются в последовательности выполнения операций технологического процесса и осуществляется специализации рабочих мест.
Поточное производство характеризуется тактом выпуска изделий — интервалом времени, через который периодически осуществля
ется выпуск изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения. Такт рассчитывают по формуле;
Т г= —’ п
где Т — календарная продолжительность времени работы поточной линии с учетом режима работ (количество и продолжительность смен), мин; п — программа запуска изделий, шт.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА
Технологическая подготовка производства — это совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую готовность предприятия к выпуску изделий заданного уровня качества при установленных сроках, объеме выпуска и затратах. Она складывается из: разработки технологических процессов; проектирования и изготовления технологической оснастки; выверки, наладки и внедрения технологических процессов.
Основными исходными данными для разработки технологических процессов являются чертежи деталей и узлов и технические условия на них, производственная программа, паспорта оборудования;
Правила и положения по порядку разработки и оформления технологической документации устанавливает комплекс стандартов Единой системы технологической документации (ЕСТД). Выбор вида технологической документации зависит от степени детализации технологического процесса, которая определяется типом производства. В массовом и крупносерийном производствах степень детализации технологического процесса наибольшая, в единичном и мелкосерийном— наименьшая. К наиболее распространенным технологическим документам относятся маршрутные и операционные карты.
Маршрутная карта (МК) содержит описание технологического процесса изготовления изделия по всем операциям в определенной технологической последовательности с указанием данных по оборудованию, оснастке, материальным и трудовым нормативам. Она служит основным технологическим документом в единичном и мелкосерийном производствах.
Операционная карта (ОК) содержит описание технологической операции с указанием переходов, режимов обработки и средств технологического оснащения, она служит основным технологическим документом в серийном и массовом производствах.
ПЛАНИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
В промышленности, как правило, различают два основных вида планирования: технико-экономическое и оперативно-производственное.
Технико-экономическое планирование охватывает техническую, производственную и финансовую деятельность предприятия. Оно сводится к разработке текущего годового плана — техпромфинплана —• с разбивкой по кварталам.
Техпромфинплан включает в себя следующие разделы, которые отражают производственно-техническую и хозяйственную деятель-
пость предприятия: планы производства и реализации, повышения эффективности производства, материально-технического снабжения, ио труду и заработной плате, по прибыли и рентабельности производства, финансового, социального развития коллектива предприятия.
План производства и реализации продукции характеризует долю участия предприятия в удовлетворении потребности социалистического общества. Основным показателем этого раздела плана служит рост нормативной чистой продукции.
План повышения эффективности производства содержит задания по повышению уровня механизации и автоматизации производства, мероприятия по совершенствованию техники, технологии и организации производства.
В плане материально-технического снабжения отражена потребность предприятия во всех видах материально-технических ресурсов. Основное содержание раздела — задания по экономил материально-энергетических ресурсов, потребность в основных и вспомогательных материалах, топливе, электроэнергии и т. п.
В плане по труду и заработной плате устанавливаются показатели роста производительности труда, исчисляемой по нормативной чистой продукции, и фонд заработной платы. Основные показатели плана: выработка продукции на одного работающего, численность работающих, средняя заработная плата и т. д.
В плане по прибыли и рентабельности производства отражены размер затрат на производство, себестоимость отдельных видов продукции, уровень рентабельности (доходности) работы предприятия. Финансовый план обобщает всю производственно-хозяйственную деятельность предприятия. Основными показателями этого раздела служат суммы доходов и расходов предприятия.
Планом социального развития коллектива предприятия устанавливаются задания по повышению квалификации и общеобразовательного уровня работающих, снижению удельного веса ручных, тяжелых и вредных работ, улучшению жилищных условий трудящихся и т. п.
Оперативно-производственное планирование состоит в организации и обеспечении равномерного выполнения государственного плана по выпуску продукции по всей номенклатуре на основе высокопроизводительной ритмичной работы, при эффективном использовании всех ресурсов предприятия.
Указанное планирование включает в себя: разработку производственных программ, определяющих номенклатуру, количество и сроки изготовления продукции, указанной в техпромфинплане; оперативную подготовку к выполнению программы; учет и контроль выполнения программы; оперативное регулирование хода производства.
Производственные задания выдаются участкам цехов подетально. Подетальные задания выдаются и рабочим местам. В зависимости от типа производства оперативные задания внутри месяца устанавливаются для единичного производства на неделю; для мелкосерийного и среднесерийного—на неделю, сутки; для крупносерийного— на неделю, сутки, смену; для массового — на сутки, смену, час.
ПРИНЦИПЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ
Основное назначение технического нормирования — установить норму затрат времени на единицу работы (продукции) или норму производства изделий в единицу рабочего времени в условиях наиболее эффективного использования оборудования, применения прогрессивных технологических процессов и форм организации труда.
Норма труда существует в форме нормы выработки и нормы времени.
Норма выработки представляет собой регламентированное количество изделий, которое должно быть обработано или изготовлено в заданную единицу времени в определенных организационно-технических условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.
Норма времени — установленное время выполнения технологической операции одним или несколькими исполнителями.
В техническом нормировании различают нормируемое и ненор-мируемое рабочее время. К первому относят время на выполнение заданной работы, и поэтому оно входит в техническую норму. Второе составляют потери времени, возникающие из-за организационнотехнических недостатков или нарушения трудовой дисциплины. Не-нормируемое рабочее время не включают в техническую норму.
Нормируемое время состоит из: оперативного времени; времени обслуживания рабочего места; времени перерывов на отдых и естественные надобности; подготовительно-заключительного времени.
Оперативное время делится на основное (технологическое) и вспом огательное.
К основному относится время, в течение которого изменяют форму и размеры заготовок давлением или снятием стружек на кузнечно-прессовом, литейном, металлорежущем, деревообрабатывающем оборудовании, ручным или механизированным инструментом; структуру и свойства материала термической обработкой; внешний вид и качество поверхности изделий путем окраски, полировки, металлопокрытий; взаимное расположение или крепление частей изделий в процессе сборки, пайки, сварки и т. д.
Основное время может быть машинным, машинно-ручным или ручным.
Машинным, или машинно-автоматическим, называется время, которое затрачивается на действие, выполняемое машиной при активном наблюдении рабочего (например, снятие стружки на станках с автоматической подачей).
Машинно-ручным, или механизированным, называется время, в течение которого основные (технологические) или вспомогательные операции выполняет соответствующий механизм (машина, агрегат, средство механизации) при непосредственном участии рабочего (снятие стружки на станках с ручной подачей, сверление пневматической и электрической дрелью и т. п.).
Ручное время затрачивают на работу, выполняемую без средств механизации.
К вспомогательному относится время на установку, крепление, раскрепление и снятие детали (узла); управление оборудованием; контроль размеров обработки.
Время обслуживания рабочего места в соответствии с видами обслуживания делится на техническое и организационное,
Под техническим обслуживанием рабочего места, например станков в случае обработки на них заготовок, понимают смену и заточку режущего инструмента, подналадку оборудования, сметание стружек, смазку, регулировку и т. д.
Под организационным обслуживанием подразумевают уборку инструмента и технологической документации после смены, осмотр, чистку, смазку, обтирку и передачу станка сменщику.
Время перерывов на отдых и естественные надобности предусматривают для всех работ.
Подготовительно-заключительное время при работе на металлорежущих станках расходуется на ознакомление с заданием, чертежом и технологическим процессом в начале работы; инструктаж мастера; получение материалов (заготовок), инструмента; установку приспособлений при наладке; определение режима обработки (частоты вращения, подачи); сдачу продукции на склад.
Ненормируемое время—время, расходуемое непроизводительно. Оно включает в себя время хождения за инструментом, приспособлениями и т. д., перерывы, не зависящие от рабочего (ожидание работы, энергии или ремонтника и т. п.), потери, зависящие от рабочего (позднее начало и преждевременное окончание работы, оставление рабочего места, посторонние разговоры).
Штучное время—отношение календарного времени технологической операции к числу изделий, одновременно изготавливаемых на одном рабочем месте.
Штучное время с учетом всех нормируемых элементов определяют по формуле:
Лит = А> "Ь А> "Ь ^обс "Ь Ai >
где to — основное (технологическое) время; tB — вспомогательное время; /обе — время обслуживания рабочего места; /п — время на перерывы.
Норму времени вычисляют по следующей формуле:
Т ___Т I A1.S,
‘ вр 1 шт ' ----
п
где Тшт — штучное время; /п.э — подготовительно-заключительное время; п—количество заготовок или деталей (узлов, изделий) в партии.
ОСНОВЫ экономики СОЦИАЛИСТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Промышленность — важная отрасль народного хозяйства, оказывающая решающее воздействие на уровень развития производительных сил общества. Подразделяется на производство средств производства (группа «А») и производство предметов потребления (группа «Б»),
Социалистическая промышленность является государственной, общенародной собственностью. Для нее характерен новый тип общественной организации труда, более высокий, чем в капиталистической промышленности, что является одним из источников высоких темпов воспроизводства, экономии общественного труда, мобилизации внутрипроизводственных ресурсов.
Э
Социалистическая промышленность развивается планомерно и пропорционально. Она отличается высокой степенью концентрации производства, что способствует внедрению новейших технических средств и эффективному использованию передовой техники.
Для социалистической промышленности характерны непрерывное повышение производительности труда, систематическое снижение себестоимости продукции и увеличение рентабельности производства.
Производительность труда — показатель, характеризующий уровень затрат живого труда на производство продукции, т. е. количество затраченного труда на выпуск единицы продукции.
Рост производительности труда приводит к уменьшению затрат труда и увеличению выпуска продукции в расчете на каждого работника.
-Основные пути повышения производительности труда в социалистической промышленности: широкое внедрение в производство достижений науки и техники (разработка эффективных и экономичных видов продукции, которые можно выпускать с наименьшими затратами труда и материалов); механизация и автоматизация производственных процессов; подъем общеобразовательного и культурного уровня работников; улучшение дисциплины труда и организации производства; последовательное осуществление принципа материальной заинтересованности работников в результатах своего труда; развитие социалистического соревнования и внедрение передового опыта.
Себестоимость продукции — выраженная в денежной форме сумма всех затрат, связанных с изготовлением изделия в процессе производства и его сбытом. Затраты на производство образуют производственную (фабрично-заводскую), а затраты на производство и сбыт — полную себестоимость промышленной продукции.
Затраты на производство складываются из затрат на сырье, основные и вспомогательные материалы, топливо, энергию, амортизацию основных фондов и расходов на заработную плату работников предприятия.
Доходы каждого промышленного предприятия от реализации продукции должны превышать расходы на ее производство. Превышение доходов над расходами характеризует рентабельность предприятия.
Показателем рентабельности служит отношение суммы прибыли (разницы между выручкой от реализации и себестоимостью продукции) к стоимости основных (зданий, сооружений, оборудования, транспортных средств и т. д.) и оборотных (сырье, материалы, полуфабрикаты и т. д.) производственных фондов.
ОСНОВЫ НАУЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ТРУДА
Научная организация труда (НОТ)—система организации трудовых процессов на производстве и управления производством, основанная на учете социальных, экономических, психофизиологических и других факторов.
Целью НОТ является: создание условий для сохранения здоровья трудящихся (снижение до минимума вредных влияний производственного шума, вибрации, воздушной среды, температуры, света и т, д.); правильное использование рабочей силы (совершенствование
ш
форм разделения и кооперации труда, умелый подбор и расстановка кадров, внедрение наиболее целесообразных форм коллективной работы, установление взаимосвязи работников в процессе труда и т. п.); совершенствование Методов и приемов труда; улучшение организации и обслуживания рабочих мест, участков, цехов; повышение квалификации кадров; совершенствование планирования, нормирования и оплаты труда; развитие творческой инициативы рабочих, служащих, инженерно-технических работников.
Научная организация труда должна охватывать все звенья и участки производства — от индивидуального рабочего места до всего предприятия.
НОТ в школе предусматривает комплекс мероприятий, обеспечивающих наиболее эффективную работу учителя и ученика при рациональном использовании их сил и времени. Важнейшие из них: совершенствование учебно-материальной базы для трудового политехнического обучения; выработка у учащихся навыков рационального расходования времени и средств при выполнении практических работ; применение наиболее эффективных методов обучения; знакомство учащихся с основами организации, экономики и планирования социалистической промышленности; систематическая работа по профессиональной ориентации учащихся.
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА
Рабочее место — часть пространства, приспособленная для выполнения работником (группой работников) производственного задания. Рабочее место включает: основное и вспомогательное производственное оборудование, технологическую и организационную оснастку, приспособления, инструмент, транспортные и другие средства, необходимые для высокопроизводительного труда рабочего или бригады рабочих.
Рациональная организация рабочего места определяется таким расположением оборудования, которое обеспечивает соблюдение оптимальных расстояний для передвижений рабочего, способствует максимальной экономии затрат энергии и гарантирует безопасность работающего.
Для деталей, масса которых превышает 32 кг, на рабочих местах должны быть предусмотрены подъемные устройства.
Заготовки и оснастку следует располагать так, чтобы можно было легко и быстро отыскивать нужный предмет. Инструмент необходимо размещать в шкафах, тяжелые оправки, патроны и угольники хранить в нижнем отделении шкафа или в шкафчиках под станиной станка.
Обслуживать рабочие места надо своевременно, квалифицированно и экономно. На участке эту функцию обычно выполняют наладчики, слесарь-ремонтник, смазчик-шорник, транспортный рабочий, уборщики. В цехе организуют диспетчерскую службу, инструментально-раздаточную кладовую, чертежный архив, промежуточные склады (кладовые) материалов, заготовок, готовых изделий.
Организация труда на социалистическом предприятии предусматривает обязательное соблюдение правил безопасной работы, требований промышленной санитарии и охраны труда.
Например, оснащенность рабочего места должна соответствовать нормам для выполнения данного технологического процесса и дости
жения заданной степени точности операций. На машиностроительных заводах, например, нормы освещенности колеблются от 10 лк на погрузочно-разгрузочных работах до 200 лк для ручных работ и приемки изделий. Кроме местного, предусматривают общецеховое освещение.
Отопление и вентиляция в механических и сборочных цехах должны поддерживать температуру + 12...16 °C (независимо от времени года).
Главе II
ТЕХНИЧЕСКИЙ-РИСУНОК, ЧЕРТЕЖ И ЭСКИЗ
Начальной стадией производства любого изделия является разработка его конструкторской документации, в основе которой лежит чертеж. При составлении основного чертежа изделия выполняют технические рисунки, эскизы, чертежи отдельных элементов конструкций, сопровождая их расчетами, составлением технических условий н т. д. ‘
Очень важно научить школьников читать технические чертежи, по ним изготовлять простейшие изделия и представлять взаимодействие отдельных частей механизма нли другого технического устройства.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РИСУНОК
Рис. 1. Технический рисунок.
Под техническим рисунком понимают выполненное от руки изображение предмета при соблюдении направления осей координат и пропорциональности между отдельными частями.
Технический рисунок (рис. 1) рекомендуется выполнять на клеточной (миллиметровой) бумаге мягкими карандашами марки М в аксонометрической проекции. Как правило, рисунок выполняют в изометрической и фронтальной проекциях. Рисунки в центральной проекции (в перспективе) из-за сложности построения и значительных искажений применяются в машиностроении редко.
Изображения кажутся объемными, если на них нанести шрафировку (линии). При этом считают, что свет падает на деталь слева и сверху. Освещенные поверхности шрафируют редкими линиями, расположенными тем чаще, чем темнее поверхность. Направление линий зависит от формы предмета. Так, боковые поверхности конусных предметов покрывают линиями, проходящими через вершину.
ЧЕРТЕЖ И ЕГО ЧТЕНИЕ
Чертеж. Чертеж—графическое изображение изделия или его составной части, выполненное посредством чертежных инструментов с указанием размеров изделия, масштаба н других данных, необходимых для его изготовления и контроля. Правила выполнения чертежей всех видов установлены Единой системой конструкторской документации (ЕСКД).
Под чтением чертежа понимают умение представить по плоским изображениям объемную форму изделия, определить его размеры.
Форматы. Форматы чертежей и других конструкторских документов следует выбирать согласно ГОСТ 2.301—68 (табл. 1).
В случае необходимости пользуются дополнительными форматами, образуемыми за счет увеличения размера- одной или обеих сторон основного формата 11 в целое число раз.
Таблица 1
Обозначение формата 11 12 22 24 44
Размеры сторон листа, мм 297x210 297x420 594x420 594x841 1189x841
Площадь листа, м2 0,0625 0,125 0,25 0,5 1,0
При обозначении дополнительных форматов число, указывающее кратность одной из сторон соответствующим сторонам формата 11, отделяется точкой, например формат 2.11 (594X2313 мм).
Линии чертежа (ГОСТ 2.303—68). Чертежи выполняют различными линиями, толщина которых зависит от величины и сложности изображения, а также от формата чертежа. Толщина линии должна быть одинакова для всех изображений на данном чертеже. Различают четыре основные линии (табл. 2): сплошные (основные, тонкие и волнистые), штриховые, штрнхпунктирные (тонкие и утолщенные) и разомкнутые. Толщина сплошной основной линии s = 0,6...1,5 мм.
Масштабы. В зависимости от размеров и сложности изделия вычерчивают на чертеже в натуральную величину, в масштабе уменьшения (если необходимо выполнить изображение крупных предметов) или в масштабе увеличения (когда надо выполнить изображение мелких предметов). Под масштабом понимают отношение линейных размеров на изображении к действительным размерам предмета.
Масштабы, применяемые при выполнении чертежей, стандартизованы (ГОСТ 2.302—68). Разрешаются следующие масштабы:
для уменьшения: 1:2; 1:2,5; 1:4; 1:5; 1:10; 1:15; 1:20; 1 : 25; 1 : 40; 1 : 50;
для увеличения: 2:1; 2,5:1; 4:1; 5:1; 10:1; 20:1; 40:1; Б0: 1.
Таблица 2
Линии Соотношение толщин Назначение
Название Начертание
основная
Сплошная
тонкая Сплошная
волнистая
Штриховая
Разомкнутая мгаам вжвш
Штрих-
пунктирная
тонкая
Штрих-
пунктирная
утолщенная
S Линии видимого
контура. Линии перехода видимые. Линии контура сечения
от s/2 Линии контура се-
До s/3 чения. Линии размерные и выносные. Линии штриховки. Линии выноски. Линии ограничения выносных элементов на видах, разрезах и сечениях. Оси проекций
от s/2 Линия обрыва. Ли-
до s/3 нии разграничения вида и разреза
от s/2 Линии невидимого
до s/3 контура. Линии перехода невидимые
ОТ S Линии сечений
до l*/«s Линии осевые и
от s/2 центровые. Линии се-
до s/3 чений, являющиеся осями симметрии для наложенных или вынесенных сечений
от s/2 Линии для изобра-
до s/3 жения элементов, расположенных перед секущей плоскостью («наложенная проекция»). Линии, обозначающие поверхности, подлежащие термообработке или покрытию
И
Размеры
линейные у слабые
Длина,ширина идр Диаметр Радиус Хорда Дуга Угол
Рис. 2. Способы указания размеров и простановки размерных линий.
Нанесение размеров на чертеже. ГОСТ 2.307—68 регламентирует правила нанесения размеров и предельных отклонений на чертежах. Общее количество размеров должно быть минимальным, но достаточным для изготовления и контроля изделия.
Каждый размер (в миллиметрах, без указания единицы измерения) следует указывать в чертежах только один раз (рис. 2). Угловые размеры и их предельные отклонения указывают в градусах, минутах и секундах с указанием единицы измерения (например, 12°42'30"±10").
Размеры на чертежах нельзя наносить в виде замкнутой цепи, за исключением случаев, когда один из размеров указан, как справочный, т. е. как размер, не подлежащий выполнению по данному чертежу и приводимый только для удобства пользования документом. Пример нанесения размеров на чертеже приведен на рис. 3.
Нанесение обозначений шероховатости поверхностей, покрытий и термической обработки. Нанесение обозначений шероховатости поверхностей на чертежах регламентировано ГОСТ 2.309—73 н ГОСТ 2789—73, а покрытий и термической обработки—ГОСТ 2.310—68.
Если все поверхности детали должны быть выполнены одной шероховатости, общий знак шероховатости наносят в правом верхнем углу чертежа. При различной шероховатости иа изображении каждой поверхности показывают соответствующий знак шероховатости.
Шероховатость частей одной поверхности или поверхностей повторяющихся элементов детали (стенок отверстий, зубьев и т. п.) наносят на изображении только один раз.
В обозначении шероховатости поверхности всех материалов, кроме древесины (рис. 4), применяют один из знаков, изображен-
ных ниже, втулки на чертеже.
Рис. 4. Нанесение знаков шероховатости поверхности.
Знак \/ наносится на поверхность, вид обработки которой конструктором не устанавлнв ается.
Знак у' указывает, что шероховатость поверхности должна быть образована удалением слоя материала (точением, фрезерованием, шлифованием, полированием, травлением и т. п.).
Знак указывает шероховатость поверхности, подлежащей образованию без удаления слоя материала (литьем, прокатом, штампованием и т. п.). Этим же знаком обозначаются поверхности, не обрабатываемые по данному чертежу. Значение параметра шероховатости по ГОСТ 2789—73 указывают в обозначении шероховатости.
Таблица 3
Метод указания твердости Пример указания твердости на чертежах
Наименование Условия намеренна Обозначение Содержание требования Пример обозначения
По Роквеллу (ГОСТ 9013—59) Шкала А Шкала В Шкала С HRA HRB HRC Твердость по шкале В Роквелла, число твердости от 90 до 96 единиц Твердость HRB 90...96
По Бринеллю (ГОСТ 9012—59) Измерение твердости в нормальных условиях шариком 010 мм под нагрузкой Р== —288 кН (3000 кг) с выдержкой в течение 10 с Измерение твердости в других условиях оговаривают в обозначении в такой последовательности: диаметр шарика, нагрузка и продолжительность выдержки НВ Твердость по Бринеллю в нормальных условиях, число твердости в пределах от 400 до 420 единиц Т вердость по Бринеллю, шарик 05 мм под нагрузкой Р = 2,45 кН (250 кг), приложенной в течение 30 с, число твердости в пределах 200...220 единиц Твердость НВ 400... ...420 Твердость НВ 200... ...220,
Примечание к табл. 3. 1. Если необходимо обусловить твердость на определенной глубине, в обозначении твердости указывают глубину слоя по типу: твердость на глубине 0,5...0,7 HRC 60...65.
2. При необходимости обусловить вид термообработки в обозначение твердости вводят указание, например: цементировать HRC
Покрытие поверхностей иа чертежах обозначают в соответствии с ГОСТ 9.073—77 и ГОСТ 9.032—74, добавляя в технических требованиях чертежа перед обозначением слово: «покрытие». Покрытия, термохимическую и термическую обработку указывают в технических требованиях на поле чертежа. Примеры записи:
«Покрытие: эмаль ХВ-11-00 серая (2) ГОСТ 6993—79 VII Ж» — это означает, что изделие нужно покрыть серой эмалью ХВ-11-00 по ГОСТ 6993—79, в два слоя, по VII классу отделки, Ж—условия эксплуатации изделия (в данном случае изделие можно хранить и эксплуатировать в любом климате, включая -тропический, при любых атмосферных и климатических условиях);
«Цементировать глуб. 0,6...0,8; HRC 50...55». Запись расшифровывают так: деталь нужно цементировать на глубину 0,6...0,8 мм, а затем закаливать до твердости по Роквеллу (шкала С)—50...55.
В табл. 3 приведены обозначения твердости на чертеже.
Изображение и обозначение резьбы. В соответствии с ГОСТ 2.311—68 резьбу изображают на чертежах: на стержне — сплошными основными линиями по наружному диаметру резьбы и сплошными
тонкими — по внутреннему диаметру; в отверстиях — сплошными основными линиями по внутреннему диаметру резьбы и сплошными тонкими линиями — по наружному диаметру (рис. 5).
Условное обозначение относится к наружному диаметру резьбы. Оно включает в себя указание о профиле резьбы, размер наружного диаметра резьбы и класс точности.
а
Виды, разрезы, сечеиия (по ГОСТ 2.305—68). Изображение предметов выполняется по методу прямоугольного проецирования на две и более плоскости проекций.
За основные плоскости проекций принимают шесть граней куба. Изображение на фронтальной плоскости проекций считают главным видом (вид спереди).
Вид — изображение обращенной к наблюдателю видимой части поверхности предмета. Установлены следующие названия видов (рис. 6), получаемых иа основных плоскостях проекций: вид спереди, вид сверху, вид слева, вид справа, вид снизу, вид сзади.
Разрез — изображение предмета, мысленно рассеченного плоскостью или несколькими плоскостями. На разрезе показывают то, что получается в секущей плоскости и что расположено за ней.
В зависимости от положения секущей
6
Рис. 5. Изображение резьбы на чертежах: а — стержня; б — цилиндрического отверстия; в — конического отверстия.
Рис. 6. Схема расположения проекций по отношению к главному виду (виду спереди).
плоскости относительно горизонтальной плоскости проекций различают разрезы: горизонтальные — секущая параллельна плоскости проекций; вертикальные — секущая перпендикулярна плоскости проекций; наклонные — секущая составляет с плоскостью проекций угол, отличный от прямого.
Сечение — изображение фигуры, получающейся при мысленном рассечении предмета плоскостью (или несколькими плоскостями). Сечение показывает только то, что получается непосредственно в секущей плоскости. Сечения, не входящие в разрез, делятся на вынесенные и наложенные.
Приемы выполнения чертежей детален и сборочных единиц. Виды чертежей и других технических документов установлены ГОСТ 2.102—68.
Чертеж детали, кроме ее изображения, должен содержать сведения, необходимые для ее изготовления и контроля: размеры, предельные отклонения, обозначения шероховатости поверхности, данные о материале, термической обработке, отделке и другие технические требования к готовой детали.
Деталь на чертеже рекомендуется изображать в положении, занимаемом при сборке. Шероховатость поверхности и размеры с предельными отклонениями указывают только те, которые необходимо получить по данному чертежу.
Количество видов, разрезов, сечеиий, выносных элементов на чертежах должно быть минимальным, но достаточным для пояснения формы и размеров детали. Если некоторые элементы ие выяснены, рекомендуется поместить дополнительные или местные виды, местные разрезы, сечения или выносные элементы (рис. 7).
Сборочные чертежи в общем случае содержат: изображение сборочной единицы, а при необходимости схему соединения или расположения ее частей;, спецификацию составных частей и ма-
J.* Размеры Зля справок
2. Маркировать Ч и клеймит К-на Вирке к партии,
Лим. \масса\Масш.
;!зм\Пит Разраб. ПроГ~ Тмнтр.
№йокум. Зоёп
гДапл
Двутавр
1,03 1:3
Лист \Листов1
Н.контр. т^г-
warn 11
Рис, 7, Чертеж детали.
1. * Размеры Вля спраВок
2. Места с нарушенным при расклепке покрытием покрыть лаком
В. Маркировать Ч и клеймить К на Вирке к партии
са ES £
5S
лит №Вок.
Разраб. _______
Проб._________
Т контр,
Изм.
ПоВп Пап
.Держатель сборочный чертеж
Лит.
Масса
Мас:’/
1:1
Н. контр.
УтВ.
0,025
Лист | ЛистоВ 1
Формат ТГ.
Рис. 8. Сборочный чертеж.
териалов, необходимых для сборки (для чертежей, выполненных на формате 11); размеры (с предельными отклонениями), контролируемые при сборке; технические требования к готовому изделию или его составной части (если они не записаны в технических условиях).
Размеры и обозначения шероховатости на сборочных чертежах проставляют только для поверхностей, которые
свароч-
Рис. 9. Обозначение на чертеже ных швов:
а — видимого; б —одиночная сварная точка; в — невидимого.
обрабатывают в процессе сборки или после нее. Сборочную единицу необходимо изображать на сборочном чертеже (рис. 8) в том состоя-
нии (а по мере надобности а теми размерами и шероховатостью поверхности), в каком она поступает на последующую сборку.
Неразъемные соединения, образуемые, например, путем сварки,
пайки, запрессовки, обрезинивания, склеивания из нескольких составных частей, показывают иа сборочных чертежах с помощью
условных обозначений.
Условные изображения и обозначения сварных соединений и сварки. На чертежах деталей и сборочных единиц эти условные обозначения установлены ГОСТ 2.312—72. Марки применяемых сварочных материалов (электродов, флюса), требования к качеству сварки, обработке, внешнему виду сварочного шва и методам контроля, как правило, указывают в технических требованиях чертежа. Правила обозначения видимых и невидимых швов на чертежах показаны на рис. 9.
Обозначения пайки и склеивания. При обозначении пайки и склеивания условными знаками последние наносят на линии-выноске:
при панке — J , при склеивании —
Если необходимо, на чертежах деталей и сборочных чертежах оговаривают вид пайки (газовая, погружением, электродуговая, электроиндукционная, электроконтактная, в печах и т. д.), способ пайкн (кислотный или бескислотный) и обозначение. Обозначение включает: слова «паять» или «паять кругом» (при пайке по замкнутому контуру) и обозначение припоя (например, ПОС 40 или ПОС 61, ГОСТ 21931—76). Как правило, оговаривают только бескислотный способ пайки (например, паять припоем ПОС 40 ГОСТ 21931—76 бескислотным способом). Кислотный способ пайки на чертежах не оговаривают.
Паяные швы иа видах н разрезах можно изображать сплошной
линией толщиной 2s. Шероховатость поверхности паяных швов, как правило, не обозначают.
Сборочные единицы, образованные склеиванием деталей, можно оформлять аналогично сборочным единицам, образованным пайкой.
Местные указания о пайке и склеивании помещают на полках линий-выносок, а общие — в технических требованиях на чертеже. Указания о склеивании надо дополнять наименованием, маркой и номером стандарта или технических условий на клей (например, «склеить, клей БФ-4, ГОСТ 12172—74» или «ставить на клее БФ-4, ГОСТ 12172—74»,
ЭСКИЗ
Эскизом (рис. 10) называют конструкторский документ, предназначенный для разового использования, выполненный без применения чертежных инструментов (от руки) и без точного соблюдения масштаба, но содержащий данные о форме детали, ее размерах, предельных отклонениях, материале, качестве поверхности и т, д. При выполнении эскиза следует соблюдать проекционную связь. Контурные очертания деталей обводят мягким карандашом.
Рис. 10. Эскиз корпуса.
Глава III
ЭЛЕМЕНТЫ МАШИНОВЕДЕНИЯ
В технике постоянно приходится сталкиватьси с механизмами и машинами разнообразного назначения и устройства. Любой механизм состоит из частей, соединенных различными способами. Механизмы и машины имеют неподвижные и подвижные части.
Ниже описаны типовые элементы механизмов, узлы и детали машин, способы их соединения и передачи движения.
Приведены сведения о конструкции и назначении корпусных деталей, классификации приспособлений, а также некоторые данные о двигателях внутреннего сгорания.
СТРУКТУРА МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
Деталь — изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций.
Звено — одна или несколько неподвижно соединенных деталей, не имеющих относительных движений. В качестве примера на рис. 11 показан схематический поперечный разрез двигателя внутреннего сгорания, имеющего следующие звенья: цилиндр 1, поршень 2, шатун 3 и кривошип 4, опора 5. Звено, как правило, состоит из нескольких деталей. Так, шатун имеет вкладыши, болты и гайки, которые
не перемещаются одна относительно другой.
Пара — подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение. Звено, следовательно, является элементом пары. Характер возможного относительного движения звеньев определяется разновидностью их соединения. Двигатель (рио. 11) имеет следующие пары: поршень-цилиндр, поршень-шатун, шатуи-кривошип, кривошип-опора.
Цепь — соединение пар. Показанная на рис. 11 цепь состоит из четырех пар.
Механизм — совокупность подвижно соединенных между собой звеньев, совершающих под действием приложенных сил определенные целесообразные движения. Так, кривошипно-шатунный механизм двигателя обеспечивает вполне определенные движения звеньев: кривошип совершает вращательное движение, а поршень — возвратно-поступательное.
Таким образом, механизм представляет собой сочетание звеньев, предназначенных для преобразования движения Одного или нескольких тел в требуемое Движение других тел (например, в кри-
Рис. 11. Схематический поперечный разрез двигателя внутреннего сгорания:
1 — цилиндр: 2 — поршень;
3 —шатун; 4 — кривошип; 5 — опора.
вошипно-шатунном механизме возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение кривошипа).
Машина — устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов или информации. Основное назначение машин — частичная яли полная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности.
В зависимости'от выполняемых функций различают:
1) энергетические машины, предназначенные Для преобразования энергии;
2) рабочие, которые осуществляют изменение формы, свойств, состояния и положения предмета труда либо предназначаются для сбора, переработки и использования информации.
К энергетическим машинам относят электродвигатели, электрогенераторы, турбины, паровые машины и т. д.
К рабочим машинам относят:
а) технологические машины (металлорежущие станки, строительные, сельскохозяйственные);
б) транспортные (автомобили, тепловозы, самолеты);
в) транспортирующие (конвейеры, элеваторы, подъемные краны, подъемники);
г) вычислительные машины и устройства.
Широкое применение в производстве получают автоматы, которые без участия человека выполняют все операции технологического процесса.
В общем случае машина представляет собой совокупность двигательного, передаточного и исполнительного механизмов.
Некоторые машины состоят из одного механизма (например, двигатели) или сочетания механизмов и других устройств (электрических, электронных и пр.).
Двигательный механизм приводит в действие исполнительный механизм.
Среди передаточных механизмов наибольшее применение получили передачи вращательного движения и механизмы преобразования движения. Первые передают вращение, изменяют его направление, замедляют или ускоряют это вращение. Вторые преобразуют вращательное движение в поступательное, непрерывное — в прерывистое, равномерное — в неравномерное и т. д.
Каждая машина состоит из специальных и типовых деталей. К специальным относятся те, которые встречаются только в данной машине.
Типовые детали встречаются во всех машинах или в большинстве из иих. Типовые детали служат для:
соединения частей машин при помощи резьбы, клиньев, шпонок; передачи крутящих моментов (валы); передачи вращательного движения и преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (шкивы, звездочки, зубчатые колеса, червяки, кривошипы и т. д.); использования в качестве опор и соединительных элементов к валам (муфты, цапфы, подшипники).
основные ВИДЫ СОЕДИНЕНИЙ деталей
Соединение деталей — конструктивное скрепление деталей для образования из них механизмов, агрегатов, приборов и др. Все виды соединения деталей в машине принадлежат к одной из двух больших групп: подвижные и неподвижные соединения.
Подвижные соединения деталей образуют кинематические пары (вал в подшипнике, пята в подпятнике и т. д.); неподвижные соединения образуют сложные элементы конструкции из простых деталей путем их скрепления.
Неподвижные соединения деталей подразделяют на разъемные, которые позволяют разбирать узлы без повреждения деталей (резьбовые, шпоночные, клиновые, шлицевые, штифтовые соединения), и неразъемные, выполняемые при помощи запрессовки, сварки, заклепок и т. д.
Резьбовое соединение. Соединение деталей при помощи резьбы применяется для узлов, которые по условиям эксплуатации требуют разборки.
Ниже описаны основные крепежные детали, применяемые для резьбовых соединений.
Болт — цилиндрический стержень с головкой на одном конце и с резьбой на другом. На рис. 12, а показано соединение двух деталей при помощи болта, вставленного в отверстия деталей с зазором.
Шпилька — цилиндрический стержень с резьбой на обоих концах. Один конец шпильки ввинчивается в одну из соединяемых деталей, а на другой конец устанавливают скрепляемую деталь и навинчивают гайку. На рис. 12, б показано соединение деталей шпилькой.
Винт — цилиндрический стержень с резьбой для ввинчивания в одну из соединяемых деталей и головкой (или нажимным концом) различной формы. Пример соединения деталей винтом показан на рис. 12, в.
Винты диаметром до 20 мм выпускают с различными головками, наиболее прочной из которых является цилиндрическая (рис. 13, а). Если необходимо скрыть головку в детали, применяют винты с потайной (рис. 13, б) или полупотайной (рис. 13, в) головками. Если такие головки нельзя скрыть в детали (например, в тонкой листовой), используют винт с полукруглой головкой (рис. 13, г). Вииты ди-
Рис. 12. Винтовые соединения при помощи: а — болта; б — шпильки; в — винта.
Рис. 13. Винты с головками:
а — цилиндрической; б — потайной; в — полупотайной;
г — полукруглой; д — цилиндрической и в виде сферы.
аметром до 10 мм (рис. 13, д) изготовляют также с цилиндрической скругленной головкой.
Клиновое соедииеиие. Клин — деталь прямоугольного сечения, одна или две рабочие грани которой имеют уклон. У клина с односторонним уклоном (рис. 14, а) только одна грань выполнена в виде наклонной плоскости, у клина с двухсторонним уклоном (рис. 14, б) — две противоположные грани (две другие грани должны быть параллельны). Клин с параллельными гранями, или щеками (рис. 14, в), называют чекой.
Клин устанавливают в отверстие с некоторой силой, обусловли-
в
Рис, 14. Основные виды клиньев:
а — с односторонним уклоном; б —• с двусторонним уклоном; в — с параллельными гранями (чека).
вающеи трение между сопрягаемыми поверхностями. При внешней нагрузке постоянного направления клин удерживается иа месте трением.
Вследствие простоты и дешевизны клин часто используют как предохранительную деталь, т. е. рассчитывают его так, чтобы поломкой клииа предохранить поломку более сложных и ценных частей машины.
Штифтовое соединение. Этот вид соединения широко применяется для фиксирования соединяемых деталей относительно друг друга. Он осуществляется с помощью штифтов, которые представляют собой цилиндрические, конические или фасонные стержни, которые устанавливаются в совместно развернутые отверстия обеих деталей.
Шпоночное соединение. Представляет собой разъемное соединение деталей при передаче крутящего момента н осевых усилий
Рис, 15. Основные виды шпонок: а — клиновые; 6 — призматические.
посредством шпонок. Типовое шпоночное соединение состоит из шпонки (рис. 15), вала и втулки детали, насаживаемой на вал.
Шпоночные соедииеиия могут быть напряженными и ненапряженными. Напряженные соединения создаются клиновыми и тангенциальными шпонками и способны передавать крутящий момент и осевые усилия. Ненапряженные соединения создаются призматическими и сегментными шпонками и передают только крутящий момент.
У клиновых шпонок уклон составляет 1 : 100. Такие шпонки используют в механизмах, разбираемых редко.
Призматические шпонки уклона не имеют, и крутящий момент передается только узкими боковыми гранями; широкие грани остаются нерабочими.
Шлицевое соединение. Этот вид соединения широко применяют для неподвижной и подвижной (вдоль оси) установки деталей иа валах. Оно состоит из шлицевого вала и скрепляемой с ним шлицевой втулки. На валу выполняют выступы, играющие роль шпонок, а во втулке (детали)—впадины (пазы).
Преимущество шлицевого соединения — прочность и надежность в работе и правильное центрирование на валу деталей. Последнее особенно важно для деталей, которые должны перемещаться друг
Рис. 16: Шлицевые валы.
Рио. 17. Виды заклепок:
а—е полукруглой головкой; б — с потайной головкой; в — с полупотайной головкой.
относительно друга в осевом направлении (например, подвижные зубчатые колеса в коробках передач).
Шлицевые соединения могут иметь различное число шлицев (4, 6, 8, 10, 16, 20). Такие соединения выполняют (рис. 16) с посадкой как по выступам и впадинам шлицев, так и по боковым поверхностям.
Заклепочное соедииеиие. Представляет собой неразъемное соединение деталей при помощи заклепок. Наибольшее распространение этот вид соединения получил в конструкциях, работа-
ющих в условиях ударных и вибрационных нагрузок, при небольших толщинах соединяемых деталей, для
соединения деталей из разных материалов или материалов, не до
пускающих нагрева.
Чаще всего используют заклепки с полукруглой головкой (рис. 17, о); если по конструктивным соображениям выступание из детали головки нежелательно, применяют заклепки с потайной головкой (рис. 17, б) или с полупотайной (рис. 17, в).
Заклепки в соединении располагают рядами, которые вместе со скрепляемыми частями образуют заклепочные швы. Различают швы внахлестку и встык с накладкой.
Вследствие недостатков, к которым следует отнести относительно большой расход металла н увеличение массы изделия, заклепочные соединения вытесняются более экономичными сварными и клее-
выми соединениями.
Сварное соединение. Этот вид неподвижного неразъемного соединения образуется путем местного сплавления или совместного деформирования деталей машин. Существуют две основные группы сварки:
плавлением (газовая, аргонно-дуговая, высокочастотная, элект-родуговая);
сварка пластическим деформированием (холодная сварка, точечная, контактная и др.).
Основное преимущество сварных соединений перед заклепочными состоит в экономии на 10...30% металла, достигаемой главным образом благодаря полному использованию сечения свариваемых деталей, и в большей непроницаемости швов, что особо важно при изготовлении баков, резервуаров, газохранилищ, а также в судо-
строении, самолетостроении и т. д.
ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ
Валы и оси. На валах и осях размещают вращающиеся детали— зубчатые колеса, шкивы, барабаны и т. д. По конструкции валы и оси .мало отличаются между собой, но условия выполняемой ими работы существенно различны. Валы передают крутящий момент двигателя к исполнительным органам. Оси не передают крутящего момента и работают только иа изгиб. По форме геометрической оси различают валы прямые, эксцентриковые, коленчатые
гибкие. Наибольшее распространение получили прямые валы. Коленчатые валы применяют в двигателях внутреннего сгорания. Гибкие валы допускают передачу вращения при больших перегибах
оси.
По форме и конструктивным признакам различают гладкие, фасонные, или ступенчатые, а также сплошные и полые валы.
Ступенчатые валы могут быть со шлицами иа одной или нескольких ступенях, с резьбой, как правило, иа крайних ступенях., Полыми валы изготовляют в тех случаях, когда необходимо умень-
шить массу или пропустить сквозь вал другую деталь.
Валы и оси должны обладать достаточной прочностью, жесткостью и износоустойчивостью поверхностей, работающих на исти-
рание.
Прямые валы изготовляют преимущественно из углеродистых и легированных сталей (Ст 5 — для валов без термообработки, сталь 45 или 40Х — для валов с термообработкой, сталь 20 или 20Х — для быстроходных валов на подшипниках скольжения, у которых цапфы цементируют для повышения износоустойчивости).
Опорная часть вала или оси называется цапфой. Диаметр ее меньше диаметра вала, благодаря чему уменьшаются потери на трение. Цапфа, расположенная на торце вала или оси, называется пятой.
Муфты. Муфтами в технике называют устройства, которые служат для соединения концов валов (ведущего, передающего крутящий момент, и ведомого), тяг, труб и т. и. Различают муфты соединительные, которые обеспечивают прочность соединения, герметичность и т. д., и муфты приводов машин и механизмов, передающие крутящий момент с одного вала на другой или с вала иа свободно сидящую на нем деталь. Среди муфт приводов наиболее распространены муфты глухие для жесткого и неподвижного соединения валов; компенсирующие жесткие муфты для работы с валами, имеющими отклонение от соосности; упругие муфты, которые позволяют компенсировать несоосность валов, изменять жесткость системы в целях устранения резонансных колебаний при периодически изменяющейся нагрузке, снизить величину кратковременных перегрузок узлов машины; муфты управляемые или сцепные, позволяющие со
единить или разъединить валы при помощи механизма управления; муфты автоматические или самоуправляемые, предназначенные для разъединения валов в критических случаях (частный случай — предохранительная муфта, служащая защитой машины от перегрузки).
Каждая муфта должна обе-
спечивать вращение ведомого вала с угловой скоростью ведущего вала и обладать достаточной прочностью для передачи требуемого крутящего момента.
Простейшей по конструкции является глухая втулочная муфта (рис. 18) — стальная втулка, охватывающая концы соединяемых валов.
Такие муфты соединяются с валами коническими штифтами, шпонками или шлицами.
Рис. 18. Глухая втулочная муфта:
1 — втулка; 2 — штифт.
Рис. 19. Подшипник скольжения:
1 — масленка; 2 — болт крышки; 3— крышка;
4— верхний вкладыш; 5 — корпус подшипника;
6 —нижний вкладыш; 7 — болт корпуса.
Подшипники. Подшипники служат частью опоры оси или вала, воспринимающей от него радиальные, осевые или радиально-осевые нагрузки и допускающей его вращение. По принципу работы различают подшипники скольжения, в которых шейка вала скользит непосредственно по опорной поверхности, и подшипники качения, в которых между поверхностью вращающейся детали н опорой расположены шарики илн ролики.
При эксплуатации подшипника скольжения изнашивается лишь
его опорная поверхность, вследствие чего в корпус подшипника
а
Рие, 20.
Радиальные шипиики:
а — шариковый однорядный; б шариковый двухрядный (са-моустаиавливающнйся); в — роликовый.
устанавливают сменный тонкостенный цилнидр — вкладыш. Его выполняют из материала, отличного от материала корпуса подшипника. Обычно вкладыш делают из бронзы, которая мягче чугунного корпуса и поэтому скорее прирабатывается к валу. Кроме того, коэффициент треиия стали по бронзе меньше, чем стали по чугуну. Наилучших результатов достигают при иаиесеиии на внутреннюю поверхность вкладыша слоя баббита.
На рис. 19 показан подшипник скольжения. Верхний 4 и нижний 6 его вкладыши расположены между корпусом 5 и крышкой 3, соединенными двумя болтами 2. К месту установки подшипник прикрепляют двумя болтами 7. Из масленки 1 смазка поступает к поверхностям трения через каналы в крышке и верхнем вкладыше.
В зависимости от направления
Рис. 21. Упорные подшипники: а — однорядный; б — двухрядный.
а 5
Рис. 22. Радиально-упорные подшипники: а — шариковый; б — роликовый.
воспринимаемых нагрузок подшипники качения бывают: радиальные, которые воспринимают радиальные нагрузки, перпендикулярные к оси вала; упорные, предназначенные для осевых нагрузок; радиально-упорные, воспринимающие осевые нагрузки.
Среди подшипников качения в зависимости от формы тел качения различают шариковые и роликовые подшипники. По числу рядов тел качения подшипники делятся на однорядные, двухрядные и миогорядные. Кроме колец и тел качения, в подшипнике имеется сепаратор, удерживающий тела качения на определенном расстоянии одно от другого.
Для одного и того же диаметра каждого вида подшипников качения установлены серии, отличающиеся размерами колец и тел качения. На рис. 20—22 показаны виды подшипников качения.
Шкивы. Шкив — деталь ременной передачи, представляющая собой колесо с широким ободом, охватываемым ремием. Для обычных небыстроходных передач (скорость до 12 м/с) используют чаще нссго чугунные литые шкивы, реже — стальные сборные или сварные.
К основным конструктивным разновидностям относятся шкивы с короткой ступицей (рис. 23, а) и шкивы с длинной ступицей
С
Рис. 23. Шкивы: а — с короткой ступицей; б — ,с длинной ступицей.
Рис. 24. Прямозубые цилиндрические колеса.
Рис. 25. Косозубое цилиндрическое колесо.
бывают гладкими под плоский ремеиь,
(рис. 23, б). Ободы шкивов трапецеидальными под клиновидный ремеиь, с одним или несколькими ручьями.
Ступицу шкива выполняют с гладким цилиндрическим отверстием, имеющим шпоночную канавку, со шлицевым или конусным отверстием. Размерные группы устанавливают по наружному диаметру: первая — 50...200 мм, вторая — 201...300 мм, третья — 301... ...500 мм, четвертая — 501 мм и выше.
Зубчатые колеса. Зубчатое колесо—основная деталь зубчатой передачи, выполняется в виде диска с зубьями, входящими в зацепление с зубьями другого колеса. По форме различают цилиндрические и конические зубчатые колеса: с прямыми, косыми, винтовыми и шевронными зубьями.
У прямозубых
Рис. 26. Шевронное цилиндрическое колесо.
цилиндрических зубчатых колес (рис. 24) зубья параллельны оси и имеют одинаковый про-. филь. Прямозубые колеса используют обычно при окружных скоростях 2...3 м/с.
У швозубых цилиндрических колес (рис. 25) зубья направлены под углом к оси колеса. Благодаря плавной работе такие колеса можно использовать при окружных скоростях до 15 м/с.
У правых и левых половин шевронных цилиндрических зубчатых колес (рис. 26) зубья наклонены в разные стороны, вследствие чего осевое давление на опоры отсутствует. Шевронные колеса применяют . обычно для мощных зубчатых передач с окружными скоростями около 30 м/с.
Цилиндрические зубчатые колеса изготовляют из цементируемых углеродистых сталей марок 15 и 20, хромистых (марки . 20Х) и хромоникелевых, а также закали-
Рис. 27. Конические прямозубые колеса.
вающихся сталей: углеродистых—» марки 45, хромистых — 40Х.
Размеры цилиндрических зубчатых колес приведены в табл. 4.
Конические прямозубые колеса (рис. 27) устанавливаются на валы, оси которых пересекаются под прямым углом (ортогональная передача) или под углом, отличным от прямого (неортогональиая передача). Эти колеса используют при тех же окружных скоростях, что и прямозубые цилиндрические колеса; при работе передач с коническими прямозубыми колесами возникают значительные осевые нагрузки на опоры.
Конические косозубые колеса (рис. 28) используют в передачах с окружными скоростями свыше 2 м/с.
Конические колеса изготовляют из
Рис. 28. Конические косозубые колеса.
Рис. 29. Червячная передача с цилиндрическим червяком.
тех же материалов, что и ци-
линдрические.
По размеру наружного диаметра конические колеса можно разделить на группы, приведенные в табл. 5.
Для передачи движения между скрещивающимися осями (обычно угол скрещивания равен 90°) применяют червячную передачу с цилиндрическим червяком (рис. 29). Червяк имеет винтовые зубья,
Таблица 4
Группа I II III IV V
Размер, мм До 50 51...200 201,..300 301...500 Свыше 500
8 Зак. 8379
33
Таблица 5
Группа I II ш IV V
Диаметр, мм До 50 51...200 201...300 301...500 Свыше 500
или витки. Червячная передача получила большое распространение благодаря возможности передачи значительных мощностей (до 200 кВт), а также плавности хода и бесшумности работы.
По размеру червячные колеса делятся на шесть групп (табл. 6).
Таблица 6
Группа Диаметр, мм Группа Диаметр, мм
I I До 300 IV 1001...1500
и 301...500 V 1501. . .3000
111 1 501...1000 VI 3001.. .5000
Червячные зубчатые колеса изготовляют из бронзы и антифрикционного чугуна, а червяки — из малоуглеродистых сталей марок 15, 12ХН2, 12ХНЗ. Червяки подвергают цементации и закалке до твердости HRC 60...62,
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ
В качестве примера специальных деталей рассмотрим корпусные детали. Корпуса машин, приборов, приспособлений несут на себе другие элементы конструкции, поэтому их форма и габаритные размеры зависят от необходимого взаимного расположения этих элементов. Так как корпуса воспринимают все силы, действующие на детали и отдельные части машины, они должны быть не только прочными, но и жесткими, чтобы избежать лишних вибраций. Все это вызывает необходимость делать корпуса массивными или усложнять их форму ребрами жесткости.
Конструкцию корпуса разрабатывают, ориентируясь иа выбранный способ изготовления его заготовки. Различают следующие способы изготовления заготовок: отрезка от сортового материала, ковка, литье, сварка из отдельных частей, сборка из отдельных частей с помощью винтов. Сортовой материал (листы, плиты, прутки) идет обычно на открытые корпуса — плиты или корпуса небольших размеров. Из них также изготавливают части сварных заготовок. Ковкой придают заготовке конфигурацию корпуса, чтобы снизить объем последующей обработки резанием. Отливкой получают корпуса или части корпусов крупных размеров и сложной конфигурации. Сваркой из отдельных частей простой формы получают заготовки корпусов сложной конфигурации. Сборкой из отдельных частей на винтах
получают корпуса закрытого типа с целью упрощения процесса обработки труднодоступных мест. Кроме того, этот способ применяют для получения заготовки корпуса из стандартных элементов,
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Под передачами понимают механизмы, служащие для передачи движения, как правило, с преобразованием скорости и соответственным изменением крутящего момента. При помощи передач решают задачи понижения (реже повышения) скорости; ступенчатого пли бесступенчатого регулирования скорости в широком диапазоне; и (мечения направления движения; преобразования вращательного движения в поступательное, винтовое и другие виды.
По способу передачи вращательного движения механические передачи подразделяют на передачи трением (ременные, фрикционные) и передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, винтовые) .
Зубчатые передачи. Зубчатые передачи получили наибольшее распространение в машиностроении. Основные достоинства их: высокий КПД (до 0,98), постоянное передаточное отношение (отсутствие проскальзываний), компактность.
На рис. 30 изображены находящиеся в зацеплении элементы цилиндрической зубчатой пары. Угол наклона а, образуемый линией зацепления MN с перпендикуляром к линии центров О}О2, равен 20“ и называется углом зацепления. Диаметры делительных окружно-по другой без скольжения, обозначают
стей колес, катящихся одна соответственно dt и d2. Расстояние между осями сцепляющихся колес называется межцентровым расстоянием А. Оно равно сумме радиусов делительных окружностей. Длину делительной окружности можно выразить через диаметр и число зубьев: nd=PfZ, где Pt — окружной шаг зубьев, г — число зубьев.
Отсюда диаметр начальной окружности:
. Pt ' и — ——2..
п
Отношение Pt/n называется модулем зубчатого зацепления и обозначается буквой т.
Если частоты вращения колес зацепляющейся зубчатой пары равны nt и и г, то передаточное отношение:
Рис. 31. Элементы конической зубчатой пары.
Рис. 32. Червячная передача,
и= ”« = = А,
n2 dj zi
где 2i и г2 — числа зубьев соответствующих колес. Рекомендуется применять передачи с целыми передаточными числами.
Для конической зубчатой передачи (на рис. 31 показан случай пересечения валов такой передачи под прямым углом) передаточное отношение определяют по формуле:
z2 n2 sin е2
г, л2 sin 8(
где 81 и е2 — углы при вершине делительных конусов, причем 81 + +е2=е — углу между осями колес.
Червячная передача состоит из винта-червяка и червячного колеса.
Основные параметры червячной передачи (рис. 32): Рг— ход червяка, мм (шаг одной и той же винтовой линии червяка); Рх=. •=лтх—осевой шаг червяка, мм, где тх— осевой модуль, мм; d>— диаметр начальной окружности червяка, мм; Zi — число заходов червяка (показывает, сколько зубьев червячного колеса одновременно зацепляются с червяком); d2— диаметр начальной окружности колеса, мм; z2— число зубьев колеса; X — угол подъема винтовой линии червяка, вычисленный по диаметру червяка; п1 — частота вращения червяка; л2 —частота вращения червячного колеса в минуту. Передаточное отношение червячной передачи:
л, d2 z9
И= _i- — *— = —2_.
п, dt tg Л Zj
Рис. 33. Втулочио-ро-ликовая цепь.
Передаточное отношение может находиться в пределах 4...300, однако наиболее употребительны передаточные отношения 6...100.
Цепные передачи. Используют для передачи вращения между Параллельными валами при помощи двух заклиненных на них зубчатых колес — звездочек, через которые перекинута бесконечная цепь. Расстояние между валами может достигать 8 м.
Передаточное отношение цепной передачи:
«а *1
где г, и z2 — числа зубьев звездочек.
Эти передачи используют в приводах различных машин, в том числе мотоциклов и велосипедов. Недостатки передач — быстрый износ цепей, шум, большие эксплуатационные расходы.
Наиболее распространены передачи втулочно-роликовыми зубчатыми и пластинчато-зубчатыми цепями. Первые (рис. 33) состоят из внешних и внутренних пластин, шарнирно соединенных валиками. Для повышения износостойкости внутренние пластины сажают на втулки. Вторые (рис. 34) состоят из набора зубчатых пластин, шарнирно соединенных валиками. С целью повышения износостойкости шарниры снабжают вкладышами.
Ременные передачи. Основные достоинства: плавность и бесшумность в работе, возможность передачи движения при различных расстояниях между осями валов. Недостатки: громоздкость при больших мощностях, проскальзывание ремня при перегрузках, необходимость значительных натяжений, создающих большие нагрузки па валы и опоры, непостоянное передаточное отношение. В технике применяют, как правило, плоские и клиновидные ремни.
Рис. 34. Зубчатая цепь.
Различают следующие впДы ременных передач: открытые с параллельными осями (рис. 35, а), перекрестные (рис. 35, б), полу-перекрестные (рис. 35, в).
Передаточное отношение:
Рис. 35. Ременные передачи: а — открытая с параллельными огя-ми; б — перекрестная; в — полупере* крестная.
и=-^
«2
d2
_ е---,
Di
где Di и D2 — диаметры ведущего и ведомого шкивов, мм; п\ и и2— частоты вращения ведущего и ведомого шкивов, об/мин; е — коэффициент, учитывающий проскальзывание ремня (обычно е= = 1,02...1,05).
Использование клиновидного ремня улучшает условия работы передачи, так как за счет, возрастания поверхности контакта сила сцепления ремня со шкивом резко увеличивается, уменьшаются на
грузки на валы и опоры, допускаются большие передаточные отношения.
КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ
Кривошипио-шатунный механизм (рис. 36) преобразует враща тельное движение в поступательное, и наоборот. Вращающее звено кривошипного механизма выполнено в виде кривошипа. Длину хода пальца 2 регулируют, изменяя радиус R ведущего кривошипа 1. Скорость кривошипа обычно постоянна, а скорость пальца непрерывно меняется. В конце каждого хода палец останавливается, в середине хода его скорость увеличивается до максимальной, а в момент прихода в другое крайнее положение снова уменьшается до нуля.
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Рис. 36. Схема кривошипно-шатунного механизма: -
I — кривошип; 2 — палец.
Двигатели внутреннего сгорания — это разновидность теплового двигателя, у которого топливо сжигается в камере сгорания, находящейся внутри двигателя, а теплоносителем служат газообразные продукты сгорания. Эти двигатели имеют три разновидности: поршневые двигатели, газовые турбины, ракетные двигатели.
В поршневых двигателях
весь рабочий процесс осуществляется полностью в цилиндрах, в газотурбинных рабочий процесс последовательно совершается в воздушном компрессоре, камере сгорания и расширительной машине (газовой турбине); в ракетных расширение продуктов сгорания происходит в реактивном сопле.
Термином «двигатель внутреннего сгорания» обозначают преимущественно поршневые двигатели. В зависимости от применяемого топлива поршневые двигатели разделяются на Двигатели, работающие на газообразном топливе (газовые двигатели), на легком жидком топливе (бензине, керосине, лигроине), на тяжелом жидком топливе (дизельном топливе) и на бинарном (двойном) топливе — природном газе и жидком топливе.
В зависимости от способа воспламенения различают двигатели с принудительным зажиганием (например, при помощи электрической искры) и двигатели с воспламенением от воздуха, нагреваемого в процессе его сжатия в цилиндре (дизели).
По числу цилиндров двигатели внутреннего сгорания бывают одноцилиндровые и многоцилиндровые, в которых цилиндры могут располагаться в ряд (рядные), вокруг коленчатого вала в виде звезды (звездообразные) и др.
Основные конструктивные элементы двигателя. В состав двигателя входят картер, станины (или фундаментные рамы), блоки и головки цилиндров, кривошипно-шатунный механизм.
Картеры двигателей представляют собой жесткую монолитную коробку, отлитую из серого чугуна СЧ24—44 или алюминиевого сплава АЛ4. В поперечных стенках картера кольцевые приливы образуют опоры коренных подшипников коленчатого вала. В верхней части картера расположены гильзы цилиндров, которые сверху закрываются головками цилиндров. Отвод теплоты от гильз и головок двигателей с водяным охлаждением производится водой. У двигателя с воздушным охлаждением 'Применяют головки н цилиндры с ребрами.
Головки (крышки) цилиндров образуют вместе с поршнем я стенками цилиндра камеру сгорания. Материал головок цилиндра серый или легированный чугун или сплавы цветных металлов. Конструкция головок зависит от типа и назначения двигателя. Блок цилиндров, поршни с пальцами и кольцами, шатуны, коленчатый вал с подшипниками, маховик и картер составляют кривошипно-шатунный механизм двигателя, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Поршни воспринимают усилия от давления газов и передают их через шатун на коленчатый вал. Материалом поршней чаще всего служат алюминиевые сплавы и чугун. Назначение шатуна — передавать движение от поршня коленчатому валу. К нему предъявляются требования высокой прочности, жесткости, износоустойчивости и малой массы. Изготавливают из легированных сталей марок 40ХН, 40ХНМА и др. Коленчатый вал должен обладать высокой прочностью и жесткостью, высокой износоустойчивостью трущихся поверхностей шеек. Размеры и форма вала зависят от числа цилиндров, частоты вращения и других факторов. Валы изготавливают из углеродистых сталей марок 35, 40, 45, 50Г и легированных сталей марок 40Х, 40ХНМА, 50ХФА. По способу заполнения цилиндра свежим зарядом двигатели внутреннего сгорания делятся иа четырехтактные и двухтактные.
Принцип работы четырехтактного двигателя. Во время работы двигателя поршень перемещается в цилиндре из одного крайнего положения в другое (положения в так называемых мертвых точках), совершая возвратно-поступательное движение. Положение поршня, наиболее удаленного от оси коленчатого вала, называют положением в верхней мертвой точке (ВМТ), соответственно менее удаленного — положением в нижней мертвой точке (НМТ). Совокупность процессов, последовательно протекающих в цилиндре, называется рабочим циклом. Во время рабочего цикла четырехтактного двигателя совершаются процессы: впуск, сжатие и воспламенение рабочей смеси, рабочий ход, выпуск отработавших газов.
Часть рабочего цикла, соответствующая перемещению поршня из одной мертвой точки в другую, называют тактом. Во время впуска поршень дизеля перемещается нз ВМТ в НМТ и воздух через впускной клапан попадает в цилиндр. Затем при обратном движении поршня нз НМТ в ВМТ происходит сжатие воздуха. В конце такта впрыскивается и самовоспламеняется топливо. Выделение внутренней энергии при сгорании рабочей смеси вызывает значительное повышение температуры и давления внутри цилиндра. Под действием повышенного давления поршень перемещается из ВМТ в НМТ и совершается рабочий ход (внутренняя энергия топлива преобразуется в механическую). Затем наступает такт выпуска, при котором поршень, перемещаясь из НМТ в ВМТ, выталкивает отработавшие газы из цилиндра. Тактом выпуска заканчивается рабочий цикл, а затем процесс повторяется в той же последовательности.
Принцип работы двухтактного двигателя. Основное отличие двухтактного двигателя от четырехтактного заключается в способе газообмена — очистке цилиндра от продуктов сгорания и зарядке его свежим воздухом или горючей смесью. У четырехтактного двигателя поршень рабочего цилиндра действует подобно насосу, выталкивая продукты сгорания и засасывая воздух или горючую смесь. У двухтактных двигателей в конце такта расширения и в начале такта сжатия через органы газораспределения в цилиндр нагнетается сжатый воздух или горючая смесь, которые вытесняют продукты сгорания и занимают их место. Эти процессы называют продувкой и зарядкой цилиндра.
Воздух или горючая смесь для продувки предварительно сжимаются в картере при движении поршня к НМТ отдельным продувочным насосом. Органами газораспределения у двухтактных двигателей могут быть щели (окна) в гильзе цилиндра, перекрываемые поршнем, клапаны или золотники.
В качестве примера рассмотрим принцяп действия двухтактного дизеля со щелевым газораспределением. В конце такта сжатия в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое воспламеняется и сгорает. Вследствие выделения тепла повышается давление и температура газов в цилиндре и начинается такт расширения. При повороте коленчатого вала на угол в 65...70° до НМТ начинается открытие выпускных щелей и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра. Давление в цилиндре быстро понижается.
При .повороте коленчатого вала на угол 45.„50° до НМТ начинают открываться продувочные окна. В этот момент давление газов в цилиндре примерно равно давлению продувочного воздуха. Через открывающиеся продувочные окна в цилиндр поступает свежий воздух, вытесняющий продукты сгорания. Продувка продолжается до
тех пор, пока поршень при обратном ходе не закроет продувочные окна. Так как выпускные окна еще открыты, то прн дальнейшем движении поршня к ВМТ он выталкивает часть воздуха н остаточных газов в атмосферу. После закрытия выпускных окон начинается сжатие.
Глава IV
ДОПУСКИ, ПОСАДКИ, ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Современные машины и механизмы должны быть высокого качества, надежны в работе и долговечны. Выполнять этн требования можно только прн высокой точности изготовления деталей машин и определенной шероховатости поверхностей.
Точность изготовления деталей, узлов и машин контролируют при помощи технических измерений на всех промышленных предприятиях, чем обеспечивают установленные чертежами размерные и другие характеристики деталей, сборочных единиц, машян, а также предотвращают и ликвидируют брак в ходе технологического процесса.
Все вопросы, связанные с измерениями, регламентированы стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений. Различают методы измерений: абсолютный (непосредственная оценка действительного значения измеряемой величины), относительный (определение отклонения действительного значения измеряемой величины от известной величины — эталона), прямой (измеряется ие-лосрёдственно заданная величина), косвенный (искомая величина определяется путем прямых измерений других величин, связанных с искомой определенной зависимостью), контактный (прн измерении имеет место соприкосновение поверхностей измеряемого предмета и измерительного средства), бесконтактный (поверхности измеряемого предмета и измерительного средства не соприкасаются),
ПОНЯТИЕ О ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ
Под взаимозаменяемостью понимают такой принцип конструирования производства, и эксплуатации промышленных изделий, при котором установка их в процессе сборки или замена осуществляются без подгонки, подбора нлн дополнительной обработки.
Примеры взаимозаменяемых деталей: запасные части к машинам и приборам, стандартные крепежные детали (болты, гайки, шайбы). К взаимозаменяемым сборочным единицам относятся шариковые и роликовые подшипники, свечи зажигания к двигателям внутреннего сгорания, объективы фотоаппаратов и т. д.
Взаимозаменяемость может быть полной (для всех изделий) и неполной, или частичной.
Для обеспечения полной взаимозаменяемости необходимо, чтобы размеры деталей и узлов выполнялись с точностью, позволяющей производить сборку (или замену прн ремонте) любых сопрягаемых деталей и узлов без дополнительной обработки или пригонки. При неполной (частичной) взаимозаменяемости допускают подбор деталей прн сборке путем предварительной рассортировки их на группы по сопрягаемым размерам и другим параметрам, используют также
компенсаторы. В процессе производства требуемые размеры (числовое значение линейной величины в выбранных единицах измерения) деталей нельзя выдержать абсолютно точно. Поэтому говорят о точности обработки, под которой понимают степень приближения действительных размеров к расчетным, т. е. поминальным.
Действительным называется размер, полученный в результате измерения готовой детали с допустимой степенью погрешности.
Предельными называются два граничных значения размера, между которыми должен находиться действительный размер. Большее из этих значений называется наибольшим предельным размером, меньшее — наименьшим предельным размером.
Алгебраическая разность между действительным значением размера и его номинальным значением называется действительным отклонением размера. Оно положительно, если действительный размер больше номинального, или отрицательно, если действительный размер меньше номинального.
Алгебраическая разность между наибольшим предельным размером и номинальным называется верхним предельным отклонением, между наименьшим предельным размером и номинальным — иижннм предельным отклонением.
ДОПУСКИ И ПОСАДКИ
Допуск размера — разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами.
Поле, ограниченное верхним и нижним предельными отклонениями, называют полем допуска, причем его верхняя граница соответствует наибольшему, а нижняя — наименьшему предельному размеру.
В соединении двух деталей, входящих одна в другую, различают охватывающую и охватываемую поверхности соединения. Охватывающая поверхность называется отверстием, а охватываемая — валом.
Сборку двух деталей можно осуществить с зазором (одна деталь свободно входит в другую) или с натягом (для соединения деталей затрачивают усилие). Характер соединения двух деталей, определяемый величиной получившихся в нем зазоров или натягов, называется посадкой. Посадка (рис. 37) характеризует, большую или меньшую свободу относительного перемещения соединяемых деталей или степень сопротивления их взаимному смещению. Под зазором понимают положительную разность между предельными размерами отверстия и вала (размер отверстия больше размера вала). Если разность отрицательная, говорят о натяге.
В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадка может быть: с зазором, с натягом, переходной (возможно получение как зазора, так и натяга).
Стандарты СЭВ: СТ СЭВ 144—75; СТ СЭВ 145-75 и СТ СЭВ 177—75 определяют Единую систему допусков и посадок СЭВ (ЕСДП СЭВ) для гладких соединений (цилиндрических и плоских по параллельным плоскостям), а также допуски и предельные отклонения для несопрягаемых элементов.
Основу ЕСДП СЭВ составляют ряды допусков, называемые квалитетами — совокупность допусков, соответствующих одинако-
Поля допусков валов
Поле дописка основ-кого отверстия Поля допусков Валов
‘У
i-
5?
<3
Поля допусков отверстий
I линия
Поле 'допуска основного вала
Поля допусков отверстий
5
а
Рис. 37. Система допусков и посадок:
а — примеры посадок в системе отверстия; б — примеры посадок в системе вала.
вой степени точности для всех номинальных размеров. Всего установлено 19 квалитетов в порядке убывания точности (01, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17). Положение поля допуска относительно поминального размера обозначается буквами латинского алфавита, прописной для отверстия и строчной для валов.
Например, валы: а, в, с, cd, е, ef, f, fg, g, h, j, k, m, n, p, r, s, t, u, v, x, y, z, za, zb, zc.
Отверстия: А, В, C, CD, D, E, EF, F, G, H, J, К, M, N, P, R, S, T, V, Y, Z, ZA, ZB, ZC.
Таким образом, размер, для которого указывается поле допуска, обозначается числом (номинальным размером), за которым следует условное обозначение, состоящее из буквы (или двух букв) и цифры. Например: 40^6, 40/77, 407/11.
В обозначение посадки входит номинальный размер, общий для обоих соединяемых элементов (отверстия и вала), за которым следуют обозначения полей допусков для каждого элемента, начиная с отверстия. Пример: 40//7/g'6.
Поля допусков для гладких соединений деталей с номинальными размерами до 3150 мм как в посадках, так и для несопрягаемых элементов регламентированы стандартом СЭВ — СТ СЭВ 144—75 «Единая система допусков и посадок СЭВ. Поля допусков и рекомендуемые посадки».
Для деталей нз древесины действует ГОСТ 6449—76 «Изделия из древесины и древесных материалов. Допуски и посадки».
КАЧЕСТВО ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Эксплуатационные качества сопряженных деталей в значительной степени зависят от степени обработки их поверхностей, т. е. от размеров микронеровиостей, оставшихся после обработки. Совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности иа некоторой базовой длине, характеризует ее шероховатость.
Таблица 7
Класс шероховатости Параметры шероховатости, мкм
Разряд я -и я о S « я я q СД <
1 2 3 — — От От От 320 до 160 160 до 80 80 до 40 8,0
4 5 — — От От 40 до 20 20 до 10 2.5
6 а б в От 2,5 до 2,0 , От 2,0 до 1,6 От 1,6 до 1,25 0,80
7 а б в От 1,25 до 1,0 От 1,0 до 0,80 От 0,80 до 0,63
8 а б в От 0,63 до 0,50 От 0,50 до 0,40 От 0,40 до 0,32 0,25
9 а б в От 0,32 до 0,25 От 0,25 до 0,20 От 0,20 до 0,16
10 а б в От 0,160 до 0,125 От 0,125 до 0,100 От 0,100 до 0,080
И а б в От 0,080 до 0,063 От 0,063 до 0,050 От 0,050 до 0,040 — 0,25
12 а б в От 0,040 до 0,032 От 0,032 до 0,025 От 0,025 до 0,020
13 а б в — От От От 0,100 до 0,080 до 0,063 до 0,080 0,063 0,050 0,08
14 а б в — От От От 0,05 до 0,04 0,04 до 0,032 0,032 до 0,025 0,08
В качестве критериев шероховатости (рис. 38) установлены два основных параметра: среднее арифметическое абсолютное значение отклонений профиля в пределах базовой длины Ra н сумма средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины Rt.
Рис. 38. Рельеф обработанной поверхности.
п . .+ Л,)-(Лг-|-Л.+ . . .+Л,„).
ГОСТ 2789—73 устанавливает 14 классов шероховатости поверхности (табл. 7). Классы от 6 до 14 разделены на разряды.
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra в мкм дано в табл. 8. Высота неровностей профиля по 10 точкам Rz в мкм дана в табл. 9.
Таблица 8
100 10,0 1,00 0,100
80 8,0 0,80 0,080
63 6,3 0,63 0,063
50 5,0 0,50 0,050
40 4,0 0,40 0,040
32 3,2 0,32 0,032
25 2,5 0,25 0,025
20 2,0 0,20 0,020
16,0 1,60 0,160 0,016
12,5 1,25 0,125 0,012
— 0,010
— — — 0,008
Таблица 9
1000 100 10,0 1,00 0,100
— 800 80 8,0 0,80 0,080
— 630 63 6,3 0,63 0,063
— 500 50 5,0 0,50 0,050
—— 400 40 4,0 0,40 0,040
— 320 32 3,2 0,32 0,032
—— 250 25,0 2,5 0,25 0,025
200 20,0 2,0 0,20 —_
1600 160 16,0 1,60 0,160
1250 125 12,5 1,25 0,125
Шероховатость древесины и древесных материалов (файеры, шпона, древеспослоистых пластиков, древесностружечных и древесново-' локнистых плит и изделий из них) регламентирована ГОСТ 7016— 75, Значения параметров Ra равны 100...0,5 мкм; Ri—1600...2,5 мкм,
ПОНЯТИЕ ОБ АВТОМАТИЧЕСКОМ КОНТРОЛЕ
В современном производстве процессы измерения занимают большое место. При измерениях и контроле вручную, особенно в серийном и массовом производствах, сдерживается рост производительности труда, возникает необходимость содержать большой штат контролеров.
Автоматические измерительные средства классифицируют по степени механизации и назначению. По степени механизации различают контрольные средства ручные и механизированные с автоматическим сигналом, предназначенные для проверки одного или нескольких размеров: автоматы, в которых контроль автоматизирован, начиная от загрузки и кончая распределением деталей по группам точности; полуавтоматы, где на измерительную позицию деталь устанавливают вручную.
По назначению автоматические измерительные средства делятся иа пассивные — для контроля готовых деталей и активные — для контроля деталей в процессе изготовления.
Главнейшие части автоматических измерительных средств — загрузочные устройства, транспортные системы, измерительные системы, исполнительные органы. С помощью загрузочного устройства обеспечивается запас деталей и узлов для бесперебойного контроля и установка их в положение, удобное для подачи в измерительную систему.
Транспортная система служит для перемещения деталей и узлов от загрузочного устройства в измерительную систему. Измерительная система — важнейшая часть автомата, осуществляющая измерение деталей и узлов.
Исполнительный орган в активных автоматах осуществляет регулировку режима обработки детали.
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
Все средства измерения и контроля можно разделить на три основные группы: меры, калибры, измерительные ниструмеиты и приборы.
Меры предназначены для воспроизведения физической величины измеряемого размера. Различают меры однозначные (например, плоскопараллельные концевые меры длины), многозначные (линейка с миллиметровыми делениями) и наборы мер (набор плоскопараллельных концевых мер длины).
Калибры — бесшкальные измерительные инструменты для контроля размеров, формы и взаимного расположения частей изделия. Калибрами определяют отклонение от заданных размеров, ие устанавливая величину отклонения.
Измерительные инструменты и приборы служат для прямого н косвенного сравнения измеряемой величины с единицей измерения.
По принципу действия и конструкции измерительные инструменты бывают штриховые — с линейным нониусом (штангенийсгрумент); микрометрические, рычажно-механические, рычажно-оптические; огр тико-механические, пневматические; электрические. Ниже приведен^ основные характеристики средств измерения.
Пределы измерения —наибольшая и наименьшая величины, определяемые данным средством измерения.
Цена деления шкалы — значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы.
Точность отсчета количественно характеризуется предельной погрешностью показаний. Предельная погрешность измерения —- практически наибольшая По абсолютной величине возможная разность между показанием измерительного средства и истинным значением измеряемой величины.
Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, способное вызывать изменение показаний.
Погрешность измерения — разность между показанием средства измерения и действительным значением измеряемой величины. Поправка равна погрешности измерении, взятой с обратным знаком.
Измерительная сила — сила, возникающая при контакте рабочих поверхностей средства измерения с измеряемыми поверхностями.
Особое значение для практики имеют погрешности измерения. Каждое измерение, даже самое тщательное и наиболее точное, всегда отличается от истинного значения, имеет погрешность (ошибку).
Погрешности измерения вызываются субъективными и объективными причинами и делятся на систематические и случайные.
Систематические погрешности входят постоянной величиной во все результаты измерений.
Случайные погрешности неопределенно меняются по величине и знаку.
Рассмотрим кратко характеристику основных средств измерения длины. Расстояние между поверхностями проще всего измерять концевыми мерами длины.
Плоскопараллельные концевые меры длины изготавливают из стали в виде плиток, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда. Мерные плитки служат для непосредственного измерения, контроля и настройки измерительных инструментов. Установлены наборы плиток с интервалами 100; 50; 25; 10; 1; 0,5; 0,1; 0,01; 0,001 мм. Промышленность выпускает наборы из 83; 112; 10; 12; 43; 74; 11; 38 плиток четырех классов точности (0; 1; 2; 3).
Шероховатость измерительных поверхностей концевых мер всех классов должна быть /?»^0,063 мкм иа базовой длине 0,08 мм, твердость их не ниже HRC 62.
Измерительной металлической линейкой (рис. 39) пользуются для приближенных измерений. Линейки изготовляют с верхним пределом измерений 150, 300, 500 и 1000 мм. Ширина их 18...40 мм (зд-
г з 4 5 6 ? 8 9 10 11 12 13 14 15
Рис. 39. Измерительная линейка.
висит от пределов измерений). Расстояние между серединами соседних штрихов (цена деления) — 1 мм. Торцевые грани, служащие началом или концом шкалы, прямолинейны и перпендикулярны ребру линейки. Отклонения от перпендикулярности не должны превышать ±10'. Возможные отклонения от прямолинейности помещены в табл, 10,
Таблица 10
Пределы измерения линеек, мм Допустимые отклонения от прямолинейности, мм
До 300 +0,10
От 300 до 500 +0,15
От 500 до 1000 +0,20
Щупами определяют расстояние между двумя близко лежащими поверхностями (зазоры). Материал щупов, размеры, предельные отклонения и технические условия на изготовление установлены ГОСТ 882—75. Толщина щупов 0,02...! мм, длина их 100 и 200 мм, ширина 10 мм. Классы точности щупов 1 и 2. Номинальная толщина щупов 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95, 1,0 мм.
Щупы поставляются наборами: 1-й набор—11 пластинок, 2-й набор— 17 пластинок, 3-й н 4-й наборы—по 10 пластинок, а также отдельными пластинами. Шероховатость рабочих поверхностей щупов (7?а) на базовой длине 0,25 мм не менее 0,32.
К многомерному, раздвижному измерительному инструменту с прямолинейной шкалой и нониусом относятся штангенциркули, штан-генглубнномеры, штаигенрейсмусы, штангензубомеры.
Штангенциркулем ШЦ-I с двухсторонним расположением губок (рис. 40) измеряют наружные и внутренние размеры и
Рис. 40. Штангенциркуль с двухсторонним расположением губок:
1 — штанга; 2 — измерительные губки, 3 — рамка; 4 — зажимный винт рамки; 5 — нониус; b — римейка глубиномера.
определяют глубину. Штангенциркуль ШЦ-П с двусторонними губками служит для измерения и разметки, а ШЦ-Ш с односторонними губками — для наружных измерений.
Данные табл. 11 характеризуют величину отсчета и пределы измерений штангенциркулем, а табл. 12 — вылет и длину губок.
Таблица 11
Типы штангенциркулей Пределы измерений штангенциркулей, мм Величина отсчета по нониусу, мм
ШЦ-1 O...125 0...200) 0,1
ШЦ-П 0...3001 0...500J 0,05 и 0,1
Таблица 12
Пределы измерений штангенциркулей. мм Вылет губок, мм Длина губок, мм
Не iv еяее
0...125 35 14
0...200 45 6
0...300; 0...500 60 8
Измерительные поверхности штангенциркулей должны быть закалены до твердости HRC 46—58. Погрешности показаний штангенциркулей (в мм) приведены в табл. 13.
Таблица 13
Измеряемые размеры, м.м Погрешность штангенциркулей по величине отсчета по нониусу
0.05 мм 0,1 мм
±, не более
До 300 От 300 до 500 0,05 0,05 0,1 0,1
Штангенциркуль состоит из штанги с нанесенной на ней основной шкалой и ноннуса.
Нониус (рис. 41) представляет собой вспомогательную шкалу, по которой отсчитывают дробные доли миллиметра. Шкалу нониуса
if К+1 К+2 К+3 К+4 к+5 К+5 К+7 К+8
| [ | | | | | | Штвира
I I Д Т 1 I Т Т I' Нрница
0 12^45678 9
Рис. 41. Ноииус.
наносят на рамке штангенциркуля, начиная от 0, в том же направлении, что деления штанги. Интервал делений нониуса (расстояние между соседними штрихами) выбирают так, чтобы п его делений было равно (п— 1) делений шкалы штанги.
Обозначив интервал п основного деления (иа штанг?) через, Сш, а интервал деления ноииуса через Сн> можно получить!
п — 1
п Си = (п - 1) сш, откуда Сн = -у- . Сш.
Следовательно,
ti — 1 / и — 1 \ ___ ^ni
, ш Ьи-'ЬШ ---------- — 1 —--------- сш' '
П \ П J fl
т. е. разность между основным делением и делением нониуса равна 1/п основного деления. Значение п, называемое знаменателем ноииуса, для линейных измерений обычно берут равным 10, 20 или 50. При интервале нониуса 1 мм разность интервалов делений составит соответственно 0,1; 0,05; 0,02 мм, а расстояние между штрихами нониуса соответственно 0,9; 0,95 и 0,98 мм.
Штангенглубиномером измеряют глубину отверстий и высоту выступов; штангенрейсмус используют для разметки; штангензубомером измеряют толщину зубьев зубчатых колес..
Микрометрическим инструментом проводят наружные и внутренние измерения, определяют высоту выступов и глубину отверстий и пазов. К этому типу инструмента относятся микрометры (в основном для наружных измерений), микрометрические штихмассы и глубиномеры.
Рис. 42. Микрометр;
/ — скоба; Г—пятка; 3 — микрометрический винт; 4 — стопор; S — стебель; 6 — барабан; 7 — трещотка.
Микрометры (рис. 42) изготовляют с пределами измерений 0...25; 25...50; 50...75; 75...100; 100...125; 125...150; 150...175; 175...200; 200...225; 225...250; 250...275; 275...300; 300...400; 400...500; 500...600 мм.
На стебле 5 нанесена шкала с Ценой делений 0,5 мм. Круговая шкала на барабане 6 насчитывает 50 делений. В микрометре использован принцип простого винтового движения, при котором осевое перемещение точки пропорционально углу поворота, т. е,
2п
где I — шаг резьбы, мм; <р — угол поворота, рад.
Поворот барабана на одно деление, т, е. на полного оборота, 50
дает осевое перемещение его на длину;
S = I -£ = t. — = 0,02/. 2л 50
Шаг микрометрического виита 3, как правило, равен 0,5 мм. Следовательно, осевое перемещение иа одно деление круговой шкалы составит 0,02X0,5 = 0,01 мм. Таким образом, цена деления круговой шкалы составляет 0,01 мм. Деление же линейной шкалы — 0,5 мм — соответствует одному полному обороту барабана.
В табл. 14 приведены погрешности показаний и отклонений от параллельности плоских измерительных поверхностей микрометров.
Таблица 14
Верхние пределы измерений, мм Допускаемая погрешность показаний, мкм Допускаемое отклонение от параллельности плоских измерительных поверхностей, мкм
5; 10; 15; 25 50 75; 100 125; 150 175; 200 ±4 +4 +4' +5 +5 2 2,5 3 4 4
Калибры — бесшкальные измерительные инструменты для контроля размеров, формы и взаимного расположения частей изделия. Различают калибры жесткие и устанавливаемые на необходимый размер. Наиболее распространены двусторонние предельные калибры-пробки— для проверки отверстий и калибры-скобы — для проверки цилиндрических деталей. У предельного калибра-пробки (рис. 43), например, пробка одного конца имеет наименьший предельный размер — проходная сторона, а с другого — наибольший предельный размер — непроходиая сторона. Предельные калибры-скобы (рис. 44) также имеют проходную и непроходную стороны.
Стандартные калибры также широко применяются для контроля конусов и конических втулок, внутренней и наружной резьбы, выступов, впадин, радиусов закруглений и т. д. По назначению ка-
либры делят на рабочие, приемные и контрольные. Рабочими калибрами проверяют детали на рабочем месте, приемными пользуются контролеры, контрольными калибрами проверяют эксплуатируемые рабочие калибры.
Установлены следующие буквенные обозначения калибров: Р — ПР (илн ПР) — проходная сторона рабочих калибров; Р — НЕ (или НЕ) — непроходная сторона рабочих калибров; П — ПР—проходная сторона приемных калибров; П — НЕ — непроходная сторона приемных калибров; К — ПР — контрольные калибры для проходной стороны рабочих калибров; К—НЕ — контрольные калибры для непроходной стороны рабочих калибров.
Рычажно-мехаиические инстру
менты широко используются в тех-
Рис. 44. Калибр-скоба. нике измерений. Принцип их действия основан на преобразовании передаточным механизмом незначительных перемещении измерительного стержня в значительное перемещение стрелки на шкале.
Средн рычажно-механических инструментов различают: собственно рычажные; зубчатые; рычажно-зубчатые; сочетающие микрометрическую пару с рычажно-зубчатой передачей; пружинные механизмы. Передаточные механизмы могут быть также рычажно-оптнческимн, пневматическими, рычажно-электрическими н комбинированными. Наибольшее применение получили зубчатые измеритель-
ные инструменты.
Индикаторы часового типа (рис. 45, а) — наиболее распространенные инструменты с зубчатой передачей, предназначенные для относительных измерений.
Схема передаточного механизма индикатора показана на рис. 45, б. На измерительном стержне 11 нарезана рейка с шагом 1, с которой сцепляется малое зубчатое колесо 15 (z1=16). На одной оси с последним сндит большое зубчатое колесо 14 (z2=100). С большим зубчатым колесом сцепляется трибка 19 (г3=10). На оси трнбки насажена стрелка 16. Зубчатое колесо 17 со спиральной пружиной 18 устраняют мертвый ход. Один конец пружины закреплен на колесе, а другой — в стойке штифтом. Измерительная сила создается пружиной 18, прикрепленной одним концом к ушку 13, другим — к корпусу индикатора.
Шаг рейки:
г2 100
Zt • г, = 1640
Модуль зацепления:
t т = — —
п
= 0,625 мм.
0,625
——— = 0,199 мм.
3,14
Рис. 45. Индикатор часового типа:
а— общий вид; б — схема передаточного механизма; / — стрелка индикатора; 2—указатель числа оборотов; 3 — стопор;
4— шкала; 5 — ободок; 6 — корпус: 7—ушко; 8 — гильза; 9 и 10 — измерительные стержни; // —наконечник; /2 —рейка; 13 — ушко; /“/ — большое зубчатое колесо: 15— малое зубчатое колесо; 16 — стрелка; 17— зубчатое колесо; 18— пружина* 19 — трибка.
Используются два вида индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм: ИЧ — с перемещением измерительного стержня параллельно шкале (пределы измерения 0...2; 0...5 и 0...10 мм), ИТ — с перемещением измерительного стержня перпендикулярно шкале (пределы измерения 0...2 мм). Индикаторы изготовляют двух классов точности 0 и 1. Шкала индикатора имеет 100 делений. Обычно перемещение измерительного стержня на 1 мм соответствует полному обороту стрелки.
Погрешности индикатора не должны превышать величин, указанных в табл. 15.
Таблица 15
Классы точности Допускаемая погрешность, мкм в различных пределах измерения, мм
0...2 0...5 0...I0
0 10 12 15
1 12 16 20
ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
Приборы для контроля шероховатости поверхности делятся на Профилометры и профилографы.
Профилометры характеризуют шероховатость поверхности по числовым параметрам: среднему арифметическому отклонению профиля и высоте микронеровностей
Профилографы изображают профиль измеряемой поверхности в таком масштабе, чтобы можно было непосредственно измерить элементы профиля.
Приборы обоих видов могут быть контактными (щуповыми) или бесконтактными. У первых наконечник в виде иглы скользит по проверяемой поверхности; осевое движение иглы передается в увеличенном масштабе на отсчетный механизм. У вторых — чувствительным элементом, как правило, являются световые лучи.
В промышленности для измерения шероховатости поверхности, кроме профилометров и профилографов, используют также пневматические приборы.
НЕКОТОРЫЕ ПРОСТЕЙШИЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ
Призматические угловые меры применяют для проверки угловых калибров, углов деталей, градуировки и контроля угломерных приборов. К ним относятся угловые плитки с одним рабочим углом со срезанной вершиной (рис. 46); с одним рабочим углом остроугольные; с четырьмя рабочими углами; шестигранная призма.
Классы точности изготовления угловых мер: 0; 1 и 2.
Жесткие угольники для проверки углов делятся по точности на четыре класса: 0,1; 2 и 3.
Угольник 0 - ею класса изготовляют с длинным ребром размером 50.„315 мм и с коротким ребром 32.„200 мм. Этот угольник применяется для особо точных работ в инструментальном производстве.
Угольник 1-го класса выпускают с длинным ребром — 50...1000 мм и коротким 32...600 мм. Его используют для работ в инструментальном производстве.
У угольников 2-го класса длинное ребро бывает 50... 2000 мм, а короткое — 32...1250 мм. Предназначены для работ в машиностроении.
Угольники 3-го класса изготовляют с теми же размерами, что и угольники 2-го класса. Эти угольники применяют для грубого измерения в машиностроении.
Угломер с нониусом (рис. 47) относится к простейшим инструментам для контроля углов. Угломером измеряют наружные углы 0...180° и внутренние углы 40.„180°.
Рис. 46. Угловая плитка с одним рабочим углом со срезанной вершиной.
Уровнями контролируют горизонтальное и вертикальное расположение поверхностей, а также измеряют углы наклона. Различают уровни рамные (рис. 48, а) и брусковые (рис. 48, б). Ампулу уровня заполняют эфиром или этиловым спиртом так, чтобы внутри оставался пузырек с парами этих жидкостей. Цена деления ампулы уровня должна выбираться из следующего ряда: 0,02; 0,05; 0,10; 0,15 мм/м. Под ценой де-
Рис. 47. Угломер с нониусом:
7 — державки; 2 — иоииус; 3 — устройство микрометрической передачи; 4 — основание; 5 — лииейка основания; б — стопор; 7— сектор; в — угольник;
9 —съемная лииейка.
6
Рис. 48. Уровни:
а — рамный; б — брусковый.
ления понимают наклон уровня, соответствующий перемещению пузырька ампулы иа одно деление шкалы, выраженное в мм на 1 м.
Длина рабочей поверхности уровней должна соответствовать данным табл. 16.
Таблица 16
Тип уровней Длина, мм для цены деления, мм/м
0,02; 0,05 о,ю; 0,15
Рамные 200 100; 150; 200
Брусковые 200 100; 150; 200
Глава V
МЕТАЛЛЫ
Все металлы и сплавы делят на че р н ы е (к ним относят железо и сплавы иа его основе) н цветные (все остальные металлы н сплавы),
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Металлы играют огромную роль в современной технике. Обычно в промышленности металлы применяют не в чистом виде, а в виде сплавов, отличающихся самыми разнообразными свойствами.
В технике применяют свыше 10 тысяч разных сплавов. Для их получения используется свыше 40 химических элементов в самых разнообразных сочетаниях и количественных соотношениях. Применение определенного металла или сплава зависит от его физических (в том числе н механических) и химических свойств. Существенную роль играют также размеры ископаемых запасов металла, доступность и рентабельность его добычи.
Из наиболее важных для современной техники металлов лишь очень немногие имеются в большом количестве. К числу их относятся: железо (составляет 5% от массы земной коры)—главный материал современной техники, основной компонент сталей и чугунов; алюминий (7%) и магний (2%)—основные компоненты легких сплавов, имеющих особое значение для развития авиации и космонавтики; титан (0,6%), который за последнее десятилетие стал основой для высококачественных сплавов, используемых в ракетной технике.
Железо и алюминий залегают в форме рудных месторождений, содержащих 30...60% металлов, что значительно облегчает их добычу в крупных масштабах. Однако производство алюминия связано с большими затратами электроэнергии и освоено лишь для некоторых видов руд.
В последнее время значительно возросло производство алюминия, титата, молибдена, Циркония и других металлов, Являющихся компонентами некоторых специальных сплавов. Увеличилось производство легирующих элементов, используемых при выплавке легированных сталей (например, нержавеющих и жаропрочных), а также алюминиевых сплавов и сталей с особыми физическими свойствами.
ПОЛУЧЕНИЕ ЧУГУНА
Чугун — железоуглеродистый сплав, содержащий более 2% углерода. Кроме углерода, в ием присутствует кремний (до 4%), марганец (до 2%), фосфор (до 1,2%) и сера (до 0,2%).
Наибольшее количество выплавляемого чугуна (до 80...85%) поступает иа производство стали, а остальная часть используется для производства чугунных отливок.
Основной способ получения чугуна — плавка в доменных печах. Современные доменные печи — вертикальные печи шахтного типа с полезным объемом печи 3000...5000 м3 и производительностью 5000... 5500 т чугуна в сутки. Высота таких печей достигает 30...40 м. Они работают непрерывно в течение 5—10 лет.
Исходными материалами доменного процесса являются железная руда; флюсы, топливо, воздух, а иногда и марганцевые руды. Среди железных руд, имеющих промышленное применение, различают: магнитный железняк, содержащий 45...70% железа, красный железняк—55...60% железа и бурый железняк — 35...60% железа.
Флюсы образуют с пустой породой легкоплавкие сплавы, которые отделяются от металла в виде шлака. В качестве флюса применяют известняк. Топливом служат кокс и природный газ.
Кремний — важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает жидкотекучесть его при заливке, улучшает его литейные свойства и делает более мягким.
Марганец повышает прочность чугуна. Сера в чугуне — вредная примесь, вызывающая красноломкость — образование трещин в горячих отливках. Сера, кроме этого, ухудшает жидкотекучесть чугуна, так как делает его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму.
Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость — способность отливок образовывать трещины в холодном состоянии. Для машиностроительного литья фосфор является вредной примесью. Его содержание в ответственных отливках допускается до 0,1%, в менее ответственных — до 1,2%.
В доменных печах выплавляют передельные н литейные чугуны, а также некоторые ферросплавы.
ПОЛУЧЕНИЕ СТАЛИ
Сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) н другими элементами. По химическому составу стали подразделяют иа углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (до 1%) и кремний (до 0,4%), а также вредные примеси — серу и фосфор. В состав легированной стали, кроме указанных компонентов, входят так на-
Qo
Что обозначают
Группа сталей Марка Применение цифры буквы
Углеродистая обыкновенного качества Углеродистая качественная Легированная конструкционная Инструментальная углеродистая СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб 20, 25, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 60Г, 65Г, 70Г 15Х, 20Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 40ХФА, 18ХГ, 18ХГТ, ЗОХГТ У10, УН, У12, У13, У10А, У11А, У12А, У13А Строительные конструкции, крепежные детали, листовой прокат, заклепки, трубы, арматура, проволока Шатуны, шпиндели, зубчатые колеса, валы, оси и т. п. Валы, кулачки, зубчатые колеса, болты, шпильки. Рессоры, пружины и т. п. Пальцы, втулки, шестерни Зубила, молотки, ножи, ножницы по металлу, отвертки, ножовочные полотна, напильники, шаберы Порядковый номер марки стали Содержание углерода в сотых долях процента Первые две цифры — содержание углерода в сотых долях процента, цифры после буквы —• содержание элемента в процентах (если цифры нет—1%) Содержание углерода в десятых долях процента Г — повышенное содер жание марганца (в среднем 1%) Легирующие элементы: X — хром, Д — медь, Е— селен, Н — никель, Р — бор, Ба—барин, Г—марганец, В — вольфрам, С— кремний, Ф —ванадий, М — молибден, Ю — алюминий, Т — титан, Ц — цирконий, Б — ниобий А (на конце) — высококачественная. У — углеродистая инструментальная. Г — с повышенным содержанием марганца
Продолжение
Группа сталей Марка Примечание Что обозначают
цифры буквы
Инструмен- 9ХС, ХВСГ, Фрезы, зенкеры, раз- Цифра впереди — со- Легирующие элементы:
тальная легированная ХВ5, 11ХФ вертки, напильиикн держание углерода в десятых долях процента (если цифры нет — примерно 1%); цифры после буквы — содержание легирующего элемента в процентах X — хром, В — вольфрам, Г — марганец, Ф — ванадий и т. д. М — молибден, С — кремний.
Быстрорежу- Р6М5, Р12, Резцы, фрезы, долбя- Цифры после буквы Р— Р — быстрорежущая
щая сталь Р12ФЗ, Р6М5К5, Р12Ф2К8МЗ ки, протяжки Режущий инструмент содержание вольфрама в процентах, цифры после других букв — содержание других элементов Цифры после второй сталь, К—кобальт, Ф — ванадий, М — молибден В—карбид вольфрама,
Твердые сплавы ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК8 Т5КЮ, Т15К6, Т30К4, ТТ7К12 для обработки чугуна., цветных металлов Режущий инструмент для обработки стали буквы — процент содержания кобальта, остальное — процент содержания карбида вольфрама Цифры после первой буквы — процент содержания карбида титана, цифры после второй буквы — процент содержания кобальта, остальное — процент содержания кар-бида вольфрама К — кобальт
зываемые легирующие элементы (хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, титан и др.), которые повышают качество стали, придают ей особые свойства.
Главной составляющей, определяющей свойства стали, является углерод. С увеличением его процентного содержания прочность стали повышается, а способность к пластической деформации понижается.
По назначению стали делятся на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали идут на изготовление деталей •машин и конструкций, а инструментальные предназначены для изготовления инструментов.
Основные группы и марки сталей и твердых сплавов приведены в табл. 17.
По способу производства сталь разделяют на конверторную, мартеновскую и электросталь.
Получение стали в конверторах. Наиболее прогрессивным и экономичным способом получения стали является плавка в кислородных конверторах, которая заключается в продувке жидкого чугуна кислородом. Время получения стали в конверторах вместимостью 300 т 45 мин.
Мартеновское производство. Современная мартеновская печь представляет собой большую ванну, выложенную огнеупорным кирпичом вместимостью до 900 т. Различают два варианта плавки: скрап-процесс и скрап-рудпый процесс. Скрап-пронесс ведется на машиностроительных заводах, где в печь загружают чушковый чугун, металлолом и немного железной руды. При скрап-рудном процессе на металлургических комбинатах в мартеновскую печь добавляют жидкий чугун, металлолом, железную руду и флюсы. Кислородное дутье увеличивает производительность печей вдвое.
Производство стали в электропечах. Для выплавки стали используют дуговые и индукционные (высокочастотные) печи. Первые получили более широкое распространение, чем вторые.
Дуговые печи вместимостью 0,5...200 т работают иа переменном трехфазном токе. В них плавят тугоплавкие металлы (хром, вольфрам, молибден и др.) и получают высококачественные легированные стали. Вместимость индукционных печей от 60 кг до 25 т. В них выплавляют ценные сорта сталей, идущих на изготовление ответственных деталей.
ПОЛУЧЕНИЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Алюминий. Алюминий — легкий металл серебристо-белого цвета с температурой плавления 660 °C. Обладает высокой электро- и теплопроводностью, коррозийной стойкостью, что определяет области его применения. Алюминий широко используется в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей, обмоток,-в химической промышленности, в приборостроении. Для производства алюминия используют горные породы с высоким содержанием глинозема (чаще всего бокситы и каолины) Содержание глинозема в бокситах 48—60%, а в каолинах — 20—40%.
Производство алюминия состоит из трех самостоятельных процессов: 1) получение из алюминиевых руд глинозема; 2) получение первичного алюминия электролизом расплавленного глинозема; 3) рафинирование первичного алюминия.
При электролизе для получения 1 т алюминия расходуется до 2 т глинозема, 0,1 т криолита, 0,7 т анодной массы и 170001— 18000 кВт-ч электроэнергии. Стоимость последней составляет около 30% стоимости получаемого алюминия.
В народном хозяйстве алюминий нашел широкое применение как в чистом виде, так и в виде сплавов. По числу различных областей применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.
Алюминиевые сплавы делятся иа литейиые и обрабатываемые давлением.
Литейные сплавы различают по содержанию кремния, магния, меди и цинка. Сплавы с высоким содержанием кремния ЛЛ2, АЛ4, АЛ6, АЛ9 (силумины) обладают повышенными литейными свойствами, прочностью, но подвержены коррозии. Из иих отливают детали сложной конфигурации, подверженные значительным нагрузкам.
Сплавы с высоким содержанием магния АЛ8 высокопрочны, антикоррозийиы. Сплавы с высоким содержанием меди АЛ7, АЛ 12 обладают высокой прочностью, ио пониженными литейными свойствами. Из них изготовляют детали приборов.
Сплавы, обрабатываемые давлением (типа дюралюминия марок Д1, Д16 и т. д.), имеют улучшенные механические свойства, что объясняется наличием в этих сплавах меди и магния, повышающих прочность сплава, и марганца, увеличивающего твердость , и антикоррозийиость некоторых марок. Из них делают лопасти винтов, детали корпусов, заклепки.
Медь. Медь — розово-красный металл с температурой плавления 1083 °C. Обладает высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. По электропроводности медь несколько уступает лишь серебру. Около 50% всей добываемой меди идет на нужды электротехнической промышленности. Более 30% меди применяется в виде медных сплавов, широко используемых и технике. Медь как легирующий элемент входит в состав многих алюминиевых сплавов.
Наибольшее промышленное значение в СССР имеют сульфидные руды, из которых получают около 80% всей меди. Наиболее распространенными из иих являются медный колчедан и медный блеск. Промышленные руды содержат 1...2% меди. Кроме меди, в состав многих руд входят никель, цинк, свинец и другие ценные элементы в виде окислов и соединений.
Существует два способа переработки медных руд: гидрометаллургический и пирометаллургический.
Гидрометаллургический способ заключается в обработке руды растворителями с последующим выделением металла из раствора. Этот способ не получил широкого распространения в нашей промышленности. Пирометаллургический способ состоит в получении меди путем ее выплавки из медных руд. Он включает в себя обогащение руды, ее обжиг, плавку на полуфабрикат — штейн, выплавку из штейиа черновой меди, ее рафинирование, т. е. очистку от примесей. При электролитическом рафинировании меди расход электроэнергии иа 1 т получаемой меди составляет 200... 350 кВт • ч.
В зависимости от степени очистки установлены следующие марки меди: MOO, МО, Ml, М2, М3, М4 (расположены в порядке
возрастания примесей). Наиболее чистую электролитическую медь MOO, МО, Ml, содержащую соответственно 99,99, 99,95 и 99,90% меди, применяют для изготовления проводников электрического тока и сплавов высокой чистоты. Медные сплавы разделяют на латуни, бронзы и медно-никелевые.
Латуни — сплавы меди с цинком, часто с добавками алюминия, железа, марганца, никеля, свинца и других элементов. Применяют латуни е содержанием цинка до 45%; максимальной прочностью обладают латуни с 42—45% цинка; а наибольшей пластичностью латуни с 30—32% цинка. Маркируют латуни буквой Л, следующие буквы означают содержание легирующих элементов, цифры показывают содержание меди и легирующих элементов. Существует семь марок обыкновенных латуней (Л99, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л62). Специальные латуни, например ЛА59—32, содержат 59% меди, 2—3% никеля, 2% алюминия, остальное цинк. Существует 18 марок специальных латуней. Из свинцовой латуни ЛС59—1 делают полосы, листы, прутки; из кремнистой ЛК-80-3 — поковки, штамповки; из марганцово-железистой ЛМцЖ55-3-1— арматуру и детали для морского судостроения.
Бронзы — сплавы иа основе меди, в которых главными добавками являются свинец, алюминий, кремний, олово, марганёц, никель, железо или другие элементы, кроме цинка. Бронзы имеют хорошие литейные и антифрикционные свойства, высокую прочность, твердость, хорошо обрабатываются резанием. Различают бронзы оловянные (сплав меди с оловом) и безоловянные (сплав меди с другими элементами). Бронзы маркируются буквами Бр и начальными буквами введенных элементов. Цифры указывают соответственно среднее содержание в процентах введенных элементов.
Оловянные бронзы, например Бр ОФ7-02, используются для изготовления зубчатых колес, втулок высоконагруженных машин, Бр ОЦ4-3 — для токоведущнх пружин, деталей химических аппаратов; безоловянные бронзы, например Бр АМц9-2,— для получения зубчатых колес, втулок, вкладышей, арматуры, БрАЖН10-4-4— для изготовления втулок, клапанов, шестерен.
Баббиты — антифрикционные сплавы на основе олова или свинца с добавками сурьмы, меди и других элементов. В промышленности применяют в основном баббиты на свинцовой основе для заливки подшипников, работающих со смазкой при высоких нагрузках и скоростях скольжения.
В марках баббитов цифры, стоящие справа от буквенного условного обозначения, указывают среднее содержание олова в процентах. Если в сплав входят специальные добавки, их обозначают буквами (например, БН— с никелем, БТ — с теллуром). Баббит Б88 предназначен для получения подшипников турбин, дизелей, электродвигателей и компрессоров большой мощности; БН и БТ — для подшипников грузовых и легковых автомобилей, тракторов.
Магний и его сплавы. Магний — блестящий серебристо-белый очень легкий металл с температурой плавления 651 °C. При температуре выше 651 °C Магний легко воспламеняется н горит ярким белым пламенем, В связи с малой прочностью и стойкостью против коррозии этот металл в чистом виде в качестве конструкционного материала не применяется, в основном он используется для получе-62
ния магниевых сплавов. Для производства магния применяют магнезит (содержащий 28,8% магния), доломит (21,7%), карналлит (8,8%).
Магниевые сплавы делятся на деформируемые и литейные.
Титан и его сплавы. Титан — очень твёрдый, пластичный (в чистом виде) металл серо-стального цвета с температурой плавления 1800 °C. К основным промышленным титаносодержащим минералам относятся рутил и ильменит. Производство титана является очень сложным. Наиболее широкое распространение получил магниетермический способ. Существуют и другие способы получения титана: натриетермический и кальциегидридный.
Титан — один из важнейших материалов новой техники. Наибольшее значение имеют сплавы на основе титана с добавками алюминия, молибдена, ванадия, марганца, хрома и других элементов. Они отличаются небольшой плотностью и высокой стойкостью против коррозии. После термообработки титановые сплавы становятся особо прочными и применяются в авиационной и космической технике.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ИСПЫТАНИЕ МЕТАЛЛОВ
Металлы — простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, способностью хорошо отражать электромагнитные волны (блеск и непрозрачность), пластичностью.
Остановимся на некоторых основных показателях физических свойств металлов.
Плотность — характерная для данного вещества величина, численно равная массе единицы объема (кг/м3).
Температура плавления — температура, при которой кристаллическое вещество плавится.
Теплопроводность — один из видов теплообмена, при котором перенос энергии в форме теплоты от одной части тела к другой имеет атомно-молекулярный характер. Теплопроводность каждого /Вт \ металла характеризуется коэффициентом теплопроводности 1^7^ !•
Тепловое расширение—свойство металлов расширяться при на-греваЦии, Характеризуется коэффициентами линейного и объемного расширения.
Удельная теплоемкость характеризует способность данного вещества нагреваться; она выражается количеством энергии, необходимой для нагревания 1 кг вещества иа 1 К-
Электропроводность — способность металлов проводить постоянный электрический ток. Важной характеристикой металлов является удельное электрическое сопротивление (ОМ - м).
Магнитные свойства металлов характеризуются способностью создавать собственное магнитное поле самостоятельно либо под действием внешнего магнитного поля. Высокими магнитными свойствами отличаются некоторые стали.
Таблица 18
Название металлов Плотность, i кг/м3 - 1 Температура 1 плавления, °C Коэффициент линейного расширения, а-10~6 Удельная теплоемкость, Дж/кг-К Теплопроводность, Вт/м-К Удельное электрич еское сопротивление при 20 °C, Ом-м
Алюминий 2700 660 23,9 879,27 20096,6 29-10—®
Вольфрам 19300 3377 4,4 133,98 15909,8 60-10—®
Железо 7860 1539 11,9 460,57 5861,5 ио-7
Кобальт 8900 1480 12,7 418,7 6698,8 104-10-”
Магний 1740 651 26,0 1046,75 15491,1 44-10-*
Медь 8920 1083 16,4 376,83 41030,6 17-10-»
Никель 8900 1455 13,7 460,57 50241,6 13-10-8
Олово 7310 232 22,4 230,28 6698,8 124-Ю-9
Свинец 11300 327 29,3 129,79 3516,9 208-10-»
Титаи 4500 1660 7,14 460,57 1507,2 9-10—’
Хром 7100 1800 8,4 464,75 2930 26-10—®
Цинк 7140 420 39,5 389,39 11304,4 61*10 —9
Показатели физических свойств' основных металлов Даиы в табл. 18.
Химические свойства — это свойства металлов и металлических сплавов противодействовать различным активным средам (окисляе-мость, растворимость, коррозионная стойкость).
Механические свойства. Многие металлы обладают комплексом механических свойств, обеспечивающих их широкое применение в качестве конструкциЪнных материалов. Это прежде всего сочетание высокой пластичности со значительной прочностью и сопротивлением деформации.
Под прочностью металла или сплава понимают его способность в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные нагрузки. Различают прочность металлов при статических и динамических (ударных) нагрузках. В зависимости от характера действия внешних сил различают прочность на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, усталость и ползучесть в Н/м2 (кг/мм2).
Пластичностью называют способность металла изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры под действием внешних сил и сохранять остаточные (пластические) деформации после снятия этих сил.
Вязкость — свойство тел необратимо поглощать энергию при их пластическом деформировании. Вязкость обычно оценивается по результатам ударных испытаний.
Упругость — свойство материала восстанавливать первоначальную форму и объем после прекращения действия внешних сил или других причин.
Твердость — свойство металла или сплава сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела.
Технологические свойства.
Среди основных технологических свойств различают!
Ковкость — свойство металла подвергаться ковке и другим ви дам обработки давлением.
Жидкотекучесть — свойство расплавленного металла заполняет литейную форму во всех ее частях (самых тонких и сложных) и давать плотные отливки точной конфигурации.
Свариваемость — свойство металлов давать прочные соединении путем их местного нагрева до расплавленного или пластического состояния с применением механического давления или без него. Обрабатываемость резанием — свойство металлов и сплавов подвергаться обработке режущими инструментами для придания деталям определенной формы, размеров и шероховатости поверхности.
Коррозионная стойкость — свойство металлов и сплавов противостоять коррозии.
Износостойкость — свойство металла сопротивляться действии истирающих усилий, приводящих к изменению размеров и разрушению поверхности изделий.
Испытание металлов иа растяжение. Для испытания металлов на растяжение изготовляют обычно круглые образцы, а для листовых материалов — плоские. Размеры образцов, состоящих из рабочей части и головок, стандартизованы. Головками образцы закрепляют в захватах разрывной машины.
Растягивающая сила создает напряжение в испытуемом образце и вызывает его удлинение; когда напряжение превзойдет прочность образца, он разрывается.
Для характеристики металла важно знать относительное удлинение б образца и относительное сужение ф' площади поперечного сечеиня в процентах.
Относительное удлинение находится по формуле:
1\ -10
6 = _Д----. 100%,
1о
где It — длина образца в момент разрыва, мм; Zo—начальная длина образца, мм.
При удлинении площадь поперечного сечения образца уменьшается. В месте разрыва она будет наименьшей:
Fo - Fi ф =-----—-.100%,
Fo
где Го — площадь поперечного сечения образца до испытаний, мм*;
Ft — площадь в месте разрыва, мм2.
У хрупких металлов относительное удлинение б и относительное сужение ф близки к нулю; у пластичных они достигают нескольких десятков ’процентов.
Испытание на твердость. В практике наиболее распространены два метода испытаний: метод Бринелля и метод Роквелла.
Метод Бринелля. Испытания на твердость металла по методу Бринелля производят на приборе ТБ (рис. 49, а). Этот метод основан на том, что шарик из закаленной стали под действием нагрузки Р вдавливается в поверхность образца испытуемого металла. После удаления нагрузки измеряется диаметр d отпечатка, оставшегося на поверхности образца, который тем меньше, чем тверже металл (рис 49, б — г).
3 Зак. 2379
65
' Рис. 49. Определение твердости металла по Бринеллю:
а — общий вид пресса; б— схема испытания; в — отпечаток на мягком металле; г — отпечаток на твердом металле; д — проверка результатов испытания; 1 — шпиндель; 2 — испытуемый образец; 3 — столик; 4 — маховик; 5 — электродвигатель; 6 — груз.
Твердость по Бринеллю обозначается буквами НВ и вычисляется по формуле:
2Р НВ =-----------
hD(D— Vd2— d2)
где Р — величина нагрузки на шарик, Н (кг); D — диаметр шарика, мм; d — диаметр отпечатка, мм.
Диаметр шарика D, нагрузку Р и время выдержки при этой нагрузке выбирают в зависимости от твердости и толщины испытуемого металла. Например, для черных металлов твердостью НВ 140... 450 и толщиной испытуемого образца 6...3 мм используют шарик диаметром 10 мм, нагрузку 29,4 кН (3000 кг) и время выдержки 10 с; образцы толщиной менее 2 мм испытывают шариком диаметром 2,5 мм; для цветных металлов твердостью НВ 3S..130 и толщиной образца 6...3 мм используют шарик диаметром 5 мм, нагрузку 2,45 кН (250 кг) и время выдержки 30 с. Исследуемый образец снимают со столика и измеряют диаметр полученного отпечатка (лунки) при помощи специальной лупы с ценой деления шкалы 0,1 мм (рис. 49, д).
Методом Бринелля нельзя определять твердость металлов более НВ 450, так как под действием значительной нагрузки стальной шарик деформируется и дает неправильный отпечаток.
Метод Роквелла. Этот метод отличается от метода Бринелля тем, что измеряется не диаметр отпечатка (лунки), а его глубина. Чем больше глубина вдавливания, тем меньше твердость испытуемого образца. При испытании по этому методу стандартный на
7
конечник (алмазный конус для твердых металлов или стальной шарик для более мягких) вда-вливается в испытуемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок—предварительной 100 Н (10 кг) и окончательной 1000 Н (100 кг)—для шарика и 1500 Н (150 кг)—для алмазного конуса. Испытания производятся на специальном приборе (рис. 50). Индикатор имеет две шкалы: красную (В) для испытания незакаленной стали и цветных металлов с помощью стального шарика (твердость обозначается HRB) п черную (С) для определения твердости закаленных сталей с использованием алмазного конуса (HRC).
СОРТАМЕНТ МЕТАЛЛОВ
Сортамент прокатного производства — совокупность получаемых на прокатных станах металлических изделий различных профилей и размеров. В нашей стране все изделия, изготовляемые прокаткой, стандартизованы и в зависимости от их формы делятся на четыре группы: 1) сортовую сталь; 2) листовую сталь; 3) трубы; 4) специальные виды проката.
Сортовую сталь (рис. 51) выпускают с профилями общего назначения и специального. к профилям общего назначения относят круглую,. квадратную и полосовую сталь, угловую сталь, швеллеры, двутавровые балки и т. д. К профилям специального назначения относят рельсы и профили, применяемые в автотракторостроении, строительстве, вагоностроении и других отраслях народного хозяйства.
Листовую сталь делят на толстолистовую (толще 4 мм)
720а
Рис. 50. Определение твердости металла по Роквеллу:
а — прибор ТР; б — схема испытания вдавливанием алмазного конуса; 1 — маховик; 2— столик; 3 — алмазный конус; 4 — шпиндель; 5 — испытуемый образец; 6 — индикатор, показывающий величину вдавливания; 7 — ручка; 5 —грузы; 9 — подъемный внит; I—I — углубление конуса под действием предварительной нагрузки, И—Ц — углубление конуса под действием полной нагрузки, III—III — углубление конуса при уменьшении полной нагрузки до значения предварительной нагрузки.
Рис. 51. Сортамент прокатной продукции:
в — круг; б — квадрат; в — шестигранник; г—полоса; д — лист; е — сегментная сталь; ж — овальная сталь; з — трехгранная сталь; и — равнобокий уголок; к — неравнобокий уголок; л — тавровая балка; м— швеллер; k — двутавровая балка; о — рельс.
и тонколистовую (тоньше 4 мм). Трубы делают из черных и цветных металлов. Прокатка не единственный способ изготовления труб. Кроме прокатки, трубы получают прессованием, литьем и сваркой или пайкой. Двумя последними способами получают сварные трубы, остальными — бесшовные. Исходным материалом при производстве сварных труб служит прокатная полоса.
К специальным видам проката относятся: бандажи, колеса, периодический профиль (например, арматурная сталь в строительном производстве).
ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Термической обработкой металлов и сплавов называется процесс изменения их внутреннего строения (структуры) путем нагрева, выдержки и последующего охлаждения с целью получения необходимых свойств. Термической обработке подвергают детали и инструменты для придания им твердости, прочности, износостойкости. В зависимости от температуры нагревания и скорости охлаждения различают следующие виды термической обработки: отжиг, закалку и отпуск. Температура нагрева при отжиге и закалке зависит от содержания углерода.
Отжиг заключается в нагреве металла или сплава до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении. Отжиг повышает обрабатываемость стали резанием, обрабатываемость без снятия стружки н снижает внутренние напряжения.
Закалкой называют операцию термической обработки, при которой металл нагревают до соответствующей температуры, выдер
живают при этой температуре и затем быстро охлаждают в воде, масле, водных растворах солей и др. Закалка помогает повысить эксплуатационную надежность и долговечность обрабатываемых деталей и инструмента.
Отпуск осуществляется после закалки и представляет собой нагрев до некоторой температуры с последующим охлаждением (в воде, на воздухе). Отпуск позволяет уменьшить хрупкость стали, снять внутренние напряжения, понизить твердость, увеличить пластичность и тем самым улучшить обрабатываемость деталей.
Углеродистые стали, содержащие 0,25...0,3% углерода, не закаливают из-за незначительного увеличения твердости и прочности. Стали, содержащие более 0,3% углерода, после закаливания в несколько раз повышают свою твердость и прочность. Структура , их из крупнозернистой переходит в мелкозернистую.
Цвета каления, по которым можно приближенно контролировать температуру нагрева металла, помещены в табл. 19.
Таблица 19
Цвета каления Температура. °C 1 Цвета каления Температура, °C
Темно-коричневый 550 Ярко-красный 900
Коричнево-красный 700 Сине-красный 951
Вишневый 770 Желтый 1150
Ярко- или светло-внш-иевый 800 Светло-желтый 1200
Светло-красный 800 Белый 1300
В табл. 20 приведены цвета побежалости стали при отпуске и соответствующие им температуры.
Таблица 20
Цвета побежалостй Температура, иС Цвета побежалости Температура,
Светло-желтый Соломенно-желтый Коричневый Коричнево-красный 220 230 240 265 Фиолетовый Синий Светло-синий Серый 280 300 320 330...350
В школьных мастерских можно произвести термическую обработку стали (например, с содержанием углерода 0,6%).
Перед закалкой проверяют исходную твердость стального образца на приборе Роквелла или другом приборе. Для стали, содержащей 0,6% углерода, /7/?В = 80...85 или НВ= 1460... 1627 МН/м2 (149...166 кг/мм2). Школьникам следует показать, что сталь до закалки легко обрабатывается напильником. Поместив испытуемый
образец в электрическую (муфельную) печь, нагретую до 800° С, выдерживают его 15...20 мин. Температуру измеряют пирометром. Если пирометра нет, температуру нагрева образца определяют по цветам каления (см. табл. 19). Раскаленный образец опускают в воду или масло. Охладив образец, определяют его твердость: Д/?С=58...61, ДВ=5664...6145 МН/м2 (578...627 кг/мм2), т. е. твердость стали после закалки значительно повысилась.
Школьникам надо показать, что образец после закалки хуже обрабатывается напильником или совсем не обрабатывается. Скорость охлаждения при закалке высокая, так как в течение нескольких минут температура снижается с 800°C до комнатной (20°C). В результате быстрого,охлаждения сталь становится хрупкой. Для устранения хрупкости сталь подвергают отпуску: образец нагревают в муфельной печи до температуры 400...550 °C (темно-коричневый цвет каления), выдерживают при этой температуре 15...20 мин и охлаждают в воде или на воздухе, так как при отпуске скорость охлаждения не влияет на механические свойства стали.
Проверив твердость образца после отпуска, получаем HRC= 38...43 или НВ = 3440...3940 МН/м2 (351...420 кг/мм2). Твердость стала несколько ниже, чем при закалке, но хрупкость исчезла.
Химико-термической обработкой называется тепловая обработка металлов в химически активной среде для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев металлических деталей. Такой обработке подвергают детали с целью повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости поверхностного слоя при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины. Наиболее распространенными видами химико-термической обработки являются цементация, азотирование, цианирование и диффузионная металлизация.
Цементацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом с целью повышения твердости, износостойкости и усталостной прочности. Оптимальное содержание углерода в цементированном слое 0,8...1°/о.
Цементация состоит в нагреве стальных деталей до температуры 900...950 °C и выдержке их в течение 10...12 ч в среде карбюризатора. После этого детали подвергают закалке при 750...760 °C и отпуску при 150...170 °C или двойной закалке при 880...900 °C и 770... 780 °C и отпуску при 150...180 °C. Карбюризатор бывает твердым — древесный уголь, газовым — углеводородные газы (метан) или жидким-— жидкие углеводороды (бензин, керосин и т. д.).
Для цементации используют стали, содержащие 0,1...0,25% углерода (стали марок 0 8, 10, 15, 20, 25), и низколегированные стали 15Х, 20Х, 15ХГ, 20ХГ, 15ХФ, 20ХФ, 18Х2Н4ВА, 18ХГТ и др.
Азотированием называют процесс диффузионного насыщения азотом поверхностного слоя стальных и титановых изделий с целью повышения их твердости, износостойкости и антикоррозий-ности. Азотирование проводят в среде аммиака при 500...650 °C. Азотируют детали из легированных сталей марок 38МЮА, 35ХЮА, 38ХЮ, 38ХВЮА и из чугуна (например, коленчатые валы и втулки цилиндров из высокопрочного чугуна мощных дизелей). Толщина азотированного слоя 0,2...0,8 мм.
Цианирование — одновременное поверхностное насыщение металла углеродом и азотом с целью повышения поверхностной твердости, износостойкости и усталостной прочности. Цианирование
осуществляют в жидкой (расплавленные цианистые соли), газовой (смеси науглероживающего газа и аммиака) и твердой (смесь желтой кровяной соли, соды и древесного угля) средах. Глубина циаии-рованного слоя 0,02...0,005 мм.
Конструкционные стали цианируют при 820...950 °C, после чего проводят их закалку и отпуск. Инструментальную, быстрорежущую и высокохромистую стали цианируют при 540...560 °C. Цианируют также термически и механически обрабатываемые режущие инструменты: сверла, зенкеры, развертки, метчики, протяжки и т. д. Стойкость их повышается в 1,5...2 раза.
ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ
Коррозия — разрушение металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней средой. Коррозия металлов и изделий из них приносит большой ущерб народному хозяйству.
К основным методам защиты металлов от коррозии относится: металлические и неметаллические покрытия, покрытия оксидными пленками, протекторная защита, защита ингибиторами, изменение состава (легирование).
Металлические покрытия делятся на катодные и анодные. Катодное покрытие выполняет роль механической защиты, оно служит до тех пор, пока не обнажился основной металл. Анодное покрытие разрушается при возникновении электрохимической коррозии, предохраняя основной металл. К катодным покрытиям относятся покрытия никелем, оловом, хромом, к анодным — цинком и кадмием.
Металлические покрытия наносятся различными способами: погружением в расплавленный металл, электролитическим (гальваническим) способом, диффузионной металлизацией, распылением.
На деталях, погруженных в расплавленный металл, образуется защитная пленка, обладающая, кроме коррозионной стойкости, высокой механической прочностью. Таким способом покрывают детали оловом (лужение), цинком (оцинкование), кадмием (кадмирование), хромом (хромирование), никелем (никелирование) и другими цветными металлами и сплавами.
Электролитическое покрытие — наиболее совершенный способ защиты деталей от коррозии. Он представляет собой отложение слоя защитного металла на поверхности детали, погруженной в раствор электролита, через который пропускается электрический ток. Так получают никелированные, хромированные и омедненные изделия.
Диффузионной металлизацией осуществляется насыщение поверхностного слоя стальных изделий алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами.
Способ распыления получил название электрометаллизации. Он заключается в расплавлении металла и распылении его потоком сжатого воздуха или газа. Толщина покрытий составляет не более 0,02 мм.
Неметаллические покрытия получают нанесением на поверхность изделий масляных красок, лаков, эмалей или различных смазок. Лакокрасочные покрытия составляют около 70% всех антикоррозионных покрытий.
Покрытия оксидными пленками подразделяются на оксидирование и фосфатирование (для черных металлов), анодирование (для алюминиевых сплавов), хромирование (для медных и. цинковых сплавов).
Защита протекторами заключается в присоединении к защищаемому металлу другого, с более низким электродным потенциалом, чтобы в условиях электрохимической коррозии разрушался присоединенный металл, играющий роль анода, а не стальная деталь. Протекторная защита успешно применяется для предохранения от коррозии подводных частей морских судов, гидросамолетов и др.
Легирование заключается в добавлении в состав металла или сплава добавок для изменения строения сплавов, придания им определенных физических,'химических или механических свойств. Введение хрома и никеля повышает коррозионную стойкость стали. Легированием получают нержавеющие, жаропрочные и кислотоупорные стали.
Глава VI
ДРЕВЕСИНА
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ ПОРОД
К достоинствам древесины относятся возобновляемость, прочность при малом объеме и массе, отсутствие текучести (пластические деформации малы), сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам, высокие теплоизоляционные свойства, сопротивляемость действию кислот и газов, технологичность (способность склеиваться, легко обрабатываться и т. д.).
Недостатки древесины: трудность транспортировки, изменчивость механических свойств, высокая гигроскопичность, легкая возгораемость, способность загнивать.
Достоинства древесины и возможность ослабления многих недостатков при соответствующей обработке обусловили ее чрезвычайно широкое применение в народном хозяйстве.
Наиболее велико использование деловой древесины в строительстве. Второе место занимает транспорт (особенно железнодорожный), третье — угольная и горнорудная промышленность. Кроме того, широко используют древесину в машиностроении, целлюлозно-бумажной и мебельной промышленности. В гидролизной промышленности из отходов древесины получают сахар, этиловый спирт, белковые дрожжи. Это позволяет экономить пищевое сырье. Наряду с натуральной древесиной в народном хозяйстве широкое применение нашли материалы, получаемые путем обработки натуральной древесины давлением при повышенных температурах, пропиткой связующими веществами, склеиванием и т. К иим относятся: листовые древесные материалы (фанера, древесностружечные и древесноволокнистые плиты), древесные пластики и древесные пластмассы.
Остановимся на характеристиках древесины хвойных и лиственных пород.
Хвойные породы. По хозяйственному значению и масштабам использования их можно расположить в таком порядке: сосна, ель, лиственница, пихта, кедр.
Сосна занимает примерно 1/4 площади всех лесов страны. Древесина прямослойная, достаточно прочная, смолистая. Обладает значительной стойкостью против гниения, хорошо обрабатывается режущим инструментом.
Ель по качеству древесины имеет более низкие показатели по сравнению с сосной, несколько хуже обрабатывается, но зато имеет меньшую склонность к загниванию.
Лиственница обладает высокими физико-механическими свойствами. Отличается стойкостью против гниения, но имеет повышенную твердость, что затрудняет обработку.
Пихта по внешнему виду похожа на ель, хорошо сушится и обрабатывается, применяется как заменитель сосны и ели.
Кедр по прочности древесины близок к ели и пихте, легко режется в разных направлениях.
Лиственные породы занимают примерно 1/4 площади всех лесов страны. По распространению и хозяйственному значению лиственные породы уступают хвойным, но обладают более разнообразными свойствами. По строению древесины различают твердые и мягкие породы. К первым относятся дуб, ясень, бук, граб, клен и т. д.; ко вторым — береза, осина, тополь, ольха, липа и др.
Дуб — древесина его отличается высокой прочностью и твердостью, стойкостью против гниения, имеет красивую текстуру и цвет, хорошо обрабатывается.
Ясень отличается высокой прочностью и вязкостью, малой склонностью к растрескиванию, хорошей способностью к изгибанию и красивой текстурой.
Бук дает древесину высокой прочности, с красивой текстурой, но малостойкую против гниения, хорошо обрабатывается, в пропаренном состоянии хорошо гнется.
Береза отличается высокой прочностью, особенно при ударных нагрузках, хорошо сопротивляется раскалыванию, малостойкая против гниения, хорошо обрабатывается и гнется.
Осина имеет мягкую древесину, по прочности значительно уступает березе, малостойкая против гииення. Хорошо обрабатывается и гнется.
Липа — древесина легкая, мягкая. По прочности уступает осине, хорошо обрабатывается и гнется. Мало подвержена растрескиванию и короблению.
Орех — древесина тяжелая, твердая, хорошо обрабатывается, отличается красивой текстурой. В большом количестве перерабатывается иа фанеру для изготовления мебели высокого качества,
СТРОЕНИЕ ДЕРЕВА
В растущем дереве различают три части: крону (совокупность ветвей и листьев), ствол и корни.
Промышленное использование частей кроны относительно невелико. Из древесной зелени изготовляют витаминную муку — ценный продукт для животноводства, лекарственные препараты, технологическую щепу для производства тарного картона.
Также ограничено промышленное использование корней. Крупные корни являются вспомогательным топливом. Пни и крупные корни хвойных пород (сосны) используют для получения скипидара.
Ствол дерева дает основное количество древесины и имеет главное промышленное значение.
Относительный объем частей растущего дерева (в %) указан в табл. 21.
Таблица 21
Порода Ствол Корни Ветви
Сосна 65. .67 15. .25 8. .10
Лиственница 77. .82 12. .15 6. .8
Дуб 55. .75 15. .20 10. .20
Береза 78. .90 5. .12 5. .10
В стволе дерева различают: кору, сердцевину, ядро, здболонь, камбий.
Кора — это наружная часть ствола, наиболее темно окрашенная. В толстой коре иа взрослых деревьях можно различить два слоя — наружный (корка) и внутренний (луб).
Сердцевина находится в центре ствола и имеет вид пятна диаметром 2...5 мм, коричневого или бурого цвета и состоит из мягкой ткани с низкими физико-механическими свойствами.
Ядро — самая зрелая часть ствола, отличается наибольшей плотностью, твердостью, прочностью, стойкостью против загнивания. У большинства пород окрашена в более темный цвет.
Заболонь — часть древесины, находящаяся между ядром и корой, обладает по сравнению с ядром меньшей плотностью, но
светлее ее.
Камбий — узкий, невидимый простым глазом тонкий слой между корой и заболонью. Клетки
Рис. 52. Три главных разреза древесины:
2 — поперечный; 2 — радиальный; 3 —- тангентальный.
его путем деления откладывают ежегодно внутрь ствола клетки древесины, а снаружи ствола — клетки коры.
Вследствие слоистоволокнистого строения древесины полное пред, ставление о ней можно получить, рассматривая три разреза ствола! поперечный (плоскость разреза перпендикулярна оси ствола), радиальный (плоскость проходит вдоль оси ствола через сердцевину), тангентальный (плоскость проходит вдоль оси ствола на некотором расстоянии от сердцевины) (рис. 52).
На поперечном разрезе стволов деревьев видны годовые слои — концентрические слои, окружающие сердцевину. Каждое кольцо состоит
из внутреннего более светло окрашенного и мягкого слоя, называемого ранней древесиной, и наружного более темного и твердого слоя, называемого поздней древесиной.
В растущем дереве по ранней древесине годичных слоев происходит передвижение воды вверх по стволу; поздняя древесина выполняет преимущественно механические свойства. Так как поздняя древесина плотнее, тяжелее и прочнее ранней, от количества поздней древесины зависит цвет, плотность и прочность древесины вообще.
На радиальном разрезе годовые слои предстают в виде прямых продольных линий, на тангентальном — в виде . дугообразных кривых.
ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ
Согласно ГОСТ 2140-71 «Древесина. Пороки» пороками считают недостатки отдельных участков древесины, снижающие ее качество и ограничивающие возможность использования.
Пороки механического происхождения, возникающие в процессе заготовки, транспортирования, сортировки, штабелевки и механической обработки древесины, называются дефектами.
Пороки и дефекты древесины включают в себя: сучки, трещины, пороки формы и строения ствола, химическую окраску отдельных участков, грибные поражения, повреждения насекомыми, инородные включения и дефекты деформации.
Остановимся кратко на каждом из видов пороков.
Сучки представляют собой части ветвей (основания ветвей), заключенные в древесине.
Трещины — разрывы древесины вдоль волокон.
Пороки формы ствола включают в себя пороки, обусловленные особенностями формирования ствола в период роста дерева: сбежи-стость, закомелистость, наросты, кривизну.
Сбежистость—постепенное уменьшение толщины круглых лесоматериалов на всем их протяжении, превышающее величину нормального сбега, равную 1 см на 1 м длины.
Закомелистость — резкое увеличение диаметра комлевой части круглых лесоматериалов.
Нарост — резкое утолщение ствола различной формы и размеров.
Кривизна — искривление продольной оси сортимента, обусловленное кривизной ствола.
Пороки строения древесины включают в себя наклон волокон, крень, тяговую древесину, свилеватость, завиток, глазки, смоляной кармашек, сердцевину, двойную сердцевину, пасынок, сухобокость, засмолок, ложное ядро, пятнистость, внутреннюю заболонь, водослой.
Наклон волокон—непараллельность волокон древесины продольной оси сортимента.
Крень — местное изменение строения древесины хвойных пород, проявляющееся в виде кажущегося уширения поздней древесины годичных слоев.
Тяговая древесина — местное изменение строения древесины лиственных пород, проявляющееся в резком увеличении ширины годичных слоев и появлении серебристо-матового отблеска.
Свилеватость — извилистое и беспорядочное расположение волокон древесины.
Завиток — местное искривление годичных слоев.
Глазки — следы не развившихся в побег спящих почек.
Смоляной кармашек—полость внутри годичного слоя, заполненная смолой в древесине хвойных пород.
Сердцевина — узкая центральная часть ствола, состоящая из рыхлой ткани.
Двойная сердцевина — наличие в сортименте двух сердцевин.
Пасынок — отставшая в росте вершина, пронизывающая сортимент под острым углом к его продольной оси.
С у х о б о к о с т ь-^ омертвевший в растущем дереве участок поверхности ствола.
Засмолок — участок хвойной древесины, обильно пропитанный смолой.
Ложное ядро—темная окраска внутренней части ствола.
П я т п и с т о с ть — местная окраска заболони в виде пятен и полос.
Внутренняя заболонь — группа смежных годичных слоев, расположенная в зоне ядра.
В о д о с л о й — участки ядра ненормальной темной окраски, возникающие в растущем дереве в результате резкого увеличения их влажности.
Химические окраски—ненормальные окраски, возникающие в срубленной древесине в результате развития химических и биохимических процессов.
Грибковые поражения — пороки, возникающие в растущем дереве и при хранении древесины под воздействием дереворазрушающих грибов.
Повреждения насекомыми — ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми.
Инородные включения и дефекты — присутствие в древесине постороннего тела иедревесного происхождения.
Деформации — искривление пилопродукцин при выпиловке, сушке или хранении.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
Химический состав. Древесина состоит в основном из органических веществ, в состав которых входят углерод, кислород и в незначительном количестве азот.
В среднем абсолютно сухая древесина независимо от породы содержит 49,5% углерода, 44,2% кислорода с азотом, 6,3% водорода.
Азота в древесине содержится около 0,12%. Кроме органических веществ, в древесине есть минеральные соединения, дающие при сгорании золу, количество которой колеблется в пределах 0,2... 1,7%. В состав золы входят главным образом соли щелочноземельных металлов (кальция, натрия, магния).
Физические свойства. К этой группе свойств относятся такие, которые проявляются при взаимодействии древесины с окружающей 76
средой, не будучи связанными с изменением ее химического состава. Физические свойства древесины характеризуются ее внешним видом, плотностью, отношением к влаге, действию механических усилий, проницаемостью для различных жидкостей и газов, теплопроводностью, акустическими свойствами, отношением к действию электрических и магнитных полей.
Плотность древесины, численно равная массе единицы объема, практически не зависит от породы и в среднем равна 1540 кг/м3 (1,54 г/см3).
Внешний вид древесины определяется цветом (определенным зрительным ощущением, зависящим от спектрального состава отраженного светового потока), блеском (способностью древесины направленно отражать световой поток), текстурой (рисунком, образующимся иа поверхности древесины и зависящим от ширины годичных слоев, разницы в окраске между ранней и поздней древесиной, направленности волокон, направления разреза), запахом (зависит от содержания в древесине эфирных масел, смол, дубнльиых веществ).
К группе свойств, характеризующих отношение древесины к влаге, относятся: влажность, водопоглощение, влагопроводность, усушка, разбухание, коробление, растрескивание.
Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы влаги, находящейся в данном объеме, к массе сухой древесины того же объема. Различают следующие степени влажности древесины: мокрая, долгое время пролежавшая в воде (свыше 100%); свежесрубленная (50...100%); воздушно-сухая, долго пролежавшая на воздухе (15...20%); комнатио-сухая (8... 10%); абсолютно сухая (около 0%).
Влагопроводность обусловливает скорость высыхания древесины, испарение влаги с поверхности и перемещение ее из внутренних, более влажных слоев к наружным. Влагопроводность зависит от влажности и температуры, а также плотности древесины.
Усушка — уменьшение линейных размеров и объема древесины при высыхании. Уменьшение размеров в тангентальном направлении равно 6...10%, в радиальном-—3...5%, вдоль волокон — 0,1... 0,3%. Полная объемная усушка в среднем составляет 12... 15%. Величина усушки зависит от объемной массы древесины (древесина с большей объемной массой усыхает быстрее), а у хвойных пород — также от доли поздней древесины (чем выше доля поздней древесины, тем больше усушка).
Водопоглощение — способность древесины поглощать влагу из окружающей среды. Процесс увлажнения происходит постепенно, вплоть до предела гигроскопичности. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности, для различных пород колеблется (в процентах) от 23 (для ясеня) до 31 (для бука). Водопоглощение древесины относится к отрицательным качествам.
Разбухание — увеличение линейных размеров и объема древесины в процессе ее увлажнения. Так же как и усушка, наибольшее разбухание наблюдается в тангентальном направлении, а наименьшее — вдоль волокон.
При высыхании древесины вследствие неравномерного распределения влажности по сечению сортимента, неоднородной остаточной деформации, а также разницы в величине тангенциальной и ради
альной усушки появляются наружные и внутренние трещины, имеющие, как правило, радиальное направление. Коробление древесины — это изменение формы сортимента при высыхании или увлажнении. Различают поперечное и продольное корооление.
Способность древесины сопротивляться воздействию внешних механических усилий характеризует ее механические свойства, в число которых входят:
прочность — способность сопротивляться разрушению от механических усилий;
жесткость — способность сопротивляться изменению размеров и формы;
твердость — способность сопротивляться проникновению другого твердого тела Г
ударная вязкость — способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.
Различают следующие основные виды действия механических •сил: растяжение, сжатие, сдвиг, поперечный изгиб, кручение, продольный изгиб. Применительно к древесине важно знать, в каком направлении действуют эти силы, вдоль или поперек волокон, в радиальном или тангентальном направлении и т. д.
Пределы прочности древесины при растяжении и сжатии вдоль и поперек волокон приведены в табл. 22, 23,
Таблица 22
Порода Предел прочности при растяжении ВДОЛЬ волокон, МН/м® (кг/см®) Порода Предел прочности при растяжении вдоль волокон, МН/м2 (кг/см8)
Сосна 112(1150) Ясень 160(1655)
Ель 105(1065) Бук 126(1290)
Лиственница 118(1200) Граб 130(1345)
.Кедр 76 (780) Береза 120(1455)
Пихта 70 (715) Осина 110(1160)
Дуб . 126(1290) Липа 110(1160)
Твердость древесины имеет большое значение при обработке ее режущим инструментом, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию (полы, деревянные мостовые), толчкам и ударам.
Твердость определяют вдавливанием в древесину стального стержня с полусферическим концом. Средние показатели твердости древесины приведены в табл. 24.
При повышении влажности твердость древесины понижается. Ударная вязкость для хвойной древесины (сбсны) составляет 41 кДж/м2 (0,42 кг/см2), для лиственной древесины (березы) соответственно 93 кДж/м2 (0,95 кг/см2).
Благо- и газопроницаемость древесины характеризует ее способность пропускать жидкости и газы под давлением. Благо- и газопроницаемость древесины зависит от породы и направления волокон.
Таблица 23
Порода Предел прочности при растяжении поперек волокон, МН/м8 (кг/см2) Порода Предел прочности при растяжении поперек волокон, МН/м2 (кг/см2)
радиальном тангенталь-ном
радиальном тангеиталь-ном
Сосна 5,1(52) 3,2(33) Ясень 4,6(37) 6,5(67)
Ель 4,2(43) 2,9(30) Бук 11,1(121) 7,7(79)
Лиственница 5,3(54) 4,7(48) Граб 12,1(128) 7,6(78)
Кедр 3,9(41) 2,5(26) Береза 10,5(108) 5,8(60)
Пихта 3,8(39) 2,6(27) Осина 6,7(69) 4,2(43)
Дуб 7,5(77) 5,8(60) Липа 7,8(80) 4,5(46)
Таблица 24
Порода Твердость, МН/м2-(кг/см2), п|?и влажности 12%
торцевая радиальная тангентальная
Лиственница 43,8(438) 29,0(290) 29,0(290)
Сосна 28,5(285) 24,0(240) 25,0(250)
Пихта 28,0(280) 17,0(170) —•
Ель 26,0(260) 18,0(180) 18,0(180)
Кедр 22,0(220) —• —•
Граб 90,5(905) 77,0(770) 78,5(785)
Ясень 80,0(800) 59,0(590) 67,0(670)
Дуб 67,5(675) 56,0(560) 49,0(490)
Бук 61,0(610) 43,5(435) 44,5(445)
Береза 46,5(465) 37,0(370) 33,0(330)
Осина 26,5(265) 19,0(190) 20,5(205)
Липа 26,0(260) 17,0(170) 18,0(180)
Так, водопроницаемость пихты поперек волокон в несколько сотен раз меньше, чем вдоль волокон. Газопроницаемость для сосны вдоль волокон в 100 раз больше, чем в радиальном направлении поперек волокон.
. Теплопроводность древесины — способность проводить энергию в форме теплоты — характеризуется коэффициентом теплопроводности Л, который представляет собой количество энергии, проходящее в течение 1 ч через плоскую стенку площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности температур на противоположных сторонах стенки в 1ЪС. Значение коэффициента теплопроводности для древесины при температуре 18 °C составляет 0,16...0,25 Вт/м • °C.
Акустические свойства древесины характеризуются звукопроводностью, звукопроницаемостью, звукопоглощением, а также способностью древесины резонировать,
Звукопроводность древесины зависит от ее жесткости и плотности. Чем выше жесткость и плотность, тем выше скорость распространения звука. Скорость распространения звука в сосне вдоль волокон 5030 м/с, в радиальном — 1450 м/с, в тангенталь-ном — 850 м/с.
Звукопроницаемость характеризуется разностью звукового давления, измеряемого перед и за перегородкой из древесины.
Звукопоглощение— способность древесины поглощать звуковую энергию.
Эти свойства древесины определяют ее применение в качестве звукоизоляционного строительного материала и для улучшения акустики в музыкальных залах, театрах и пр.
Способность древесины резонировать используется при изготовлении музыкальных инструментов.
В число основных электрических свойств древесины входят электропроводность, электрическая прочность, диэлектрическая проницаемость.
Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока — чем больше сопротивление, тем меньше электропроводность. Удельное электрическое объемное сопротивление различных пород древесины примерно одинаково. Для абсолютно сухой древесины ели оно составляет 7,6 • 1016 О.м см (вдоль волокон). Электрическая прочность древесины имеет значение при оценке ее как электроизолирующего материала и характеризуется пробивным напряжением на 1 см толщины материала. Зависит от породы древесины, влажности, температуры и направления. По сравнению с такими материалами, как стекло, слюда, фарфор и парафин, электрическая прочность древесины невелика. В частности, пробивное напряжение для древесины бука н березы вдоль волокон составляет 14... 15 кВ/см. Поперек волокон значения напряжения возрастают в 4...6 раз.
Диэлектрическая проницаемость древесины показывает, во сколько раз сила взаимодействия точечных электрических зарядов в древесине меньше, чем в воздухе. С увеличением влажности диэлектрическая проницаемость возрастает. Диэлектрическая постоянная абсолютно сухой древесины ели вдоль волокон равна 3,06 при частоте 1000 Гц.
ПИЛОМАТЕРИАЛЫ
Пиломатериалы получают при раскрое бревен и используют в целом виде или для выработки заготовок и деталей. Пиломатериалы подразделяются па доски (ширина более двойной толщины) н бруски (ширина не более двойной толщины). По характеру обработки различают пиломатериалы обрезные (обе кромки пропилены по всей длине) и необрезные (кромки не пропилены или пропилены менее чем наполовину длины). Обе пласти у обрезных н необрезных пиломатериалов пропилены по всей длине.
Размеры хвойных и лиственных пиломатериалов регламентированы ГОСТ 8486—66 и ГОСТ 2695—71. Длины досок 1 ...6,5 м, с градацией через 0,25 м, толщина—13; 16; 19; 22; 25; 32; 40; 50; 60; 75; 85; 90; 100 мм, ширина — 50...260 мм.
Толщина брусков составляет 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 100 мм, ширина — 50...200 мм,
Различают следующие основные элементы пилЬматериалов: пласть — продольная широкая сторона, а также любая продольная сторона квадратного бруска. Пласть, имеющая наименьшую шероховатость поверхности, называется лицевой, противоположная ей — оборотной;
кромка — продольная узкая сторона досок и брусков;
ребро — линия пересечения пласти и кромки, а в брусках — двух смежных пластей,
ЛИСТОВЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
К листовым древесным материалам относят шпон (строганый и лущеный), фанеру, древесностружечные и древесноволокнистые плиты.
Строганый шпон получают строганием брусков и чураков почти из всех лиственных пород, обработанных термически для повышения пластичности древесины. Толщина строганого шпона установлена 0,6; 0,8 мм, длина— 1 м и более с градацией через 0,1 м, ширина шпона в зависимости от качества — 80...100 мм.
Лущеный шпон получают лущением чураков и используют для изготовления клееной фанеры, облицовки изделий из древесины. Для шпона используют березу, ольху, бук, дуб, ясеиь, липу, сосну, лиственницу, кедр. Толщина шпона 0,55; 0,75; 0,95; 1,15; 1,5 мм. Ширина листов 150...800 мм с градацией через 50 мм и 800...1600 мм с градацией через 100 мм. Длина листов 800...2200 мм с градацией через 100 мм.
Клееная фанера изготавливается склеиванием трех и более листов лущеного шпона таким образом, чтобы направление волокон в них было взаимно перпендикулярным. Наружные слои фанеры носят название «облицовки», а внутренние — «основы». Толщина листов фанеры 1,5...3 мм с градацией через 0,5 мм, 3...12 мм с градацией через 1 мм н далее 15, 18 и 19 мм. Длина и ширина листов установлены: 2440X1525, 2440X1220, 2135X1525, 1830X 1220, 1525X1525, 1525X1220, 1525X725, 1220X1220, 1220X720 мм. Фанера имеет следующие марки: ФСВ — повышенной водостойкости, соединенная фенолоформальдегидпыми клеями, ФК и ФБА — средней водостойкости, соединенная карбамидными или альбумино-ка-зеиновыми клеями. Баке.шзированные фанеры марок ФБС, ФБСВ и ФБВ склеиваются феиоло- или крезолоформальдегидными смолами.
Древесностружечные плиты изготавливают путем прессования со связующими веществами измельченной древесины, полученной из отходов лесопиления и деревообработки. Этот материал используется в производстве мебели, строительстве, при изготовлении различных деталей. Плиты имеют одинаковую прочность по длине и ширине листа. По гидростонкости плиты бывают водоустойчивыми — на формальдегидных н мочевино-меламиноформальдегидных смолах; средней водоустойчивости — на мочевиноформальдегидных смолах; низкой водоустойчивости — на клеях животного и растительного происхождения. Плиты изготавливают толщиной 10...50 мм; шириной 1250...1750 мм; длиной 1525, 2000, 2500, 3500 мм.
Древесноволокнистые плиты представляют собой листовой материал из отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки. Служат заменителем клееной фанеры, имеют высокие звуко- и тепло
изоляционные свойства, благодаря которым широко используются в строительстве для межэтажных перекрытий, внутренней отделки стен, а также в производстве мебели.
Древесные пластики подразделяются на прессованную древесину, древеснослонстые пластики, древесные пластмассы. Прессованную древесину изготовляют из отходов, получаемых на лесозаготовках, в лесопилении, на деревообрабатывающих комбинатах. Прессование производится при удельном давлении 20...30 МН/м2 с подогревом. Прессованную древесину выпускают следующих марок:
ДПО, ДВО-В — одноосновного поперечного уплотнения в виде цельных досок и брусков, обычной и повышенной влагостойкости с толщиной 5...60 мм; .-
ДПД — двухосновного поперечного уплотнения в виде брусков, обладающих повышенным показателем иа раскалывание и скалывание с размерами 30x30, 40X40, 50X50 мм.
Древеснослоистые пластики получают из лущеного шпона, пропитанного смолой, путем прессования под давлением 10...30 МН/м2 при температуре 150...160 °C. Пластики изготовляют в виде листов прямоугольной формы толщиной до 15 мм и плит толщиной 15 мм и более. Механические свойства древеснослоистого пластика значительно выше, чем у цельной и прессованной древесины.
Древесные пластмассы готовят из отходов фанерного производства, лесопиления, деревообработки. Отходы размельчают, смешивают со связующим веществом, сушат и прессуют в пресс-формах различной конфигурации при удельном давлении 8...80 МН/м2 и температуре 150...160 °C. Из древесной пластмассы изготавливают различные детали машиностроения, зубчатые колеса, строительные детали и т. д.
СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
Сушкой называется процесс удаления нз древесины влаги путем ее испарения. Различают следующие способы сушки древесины: атмосферная, камерная, контактная, сушка в поле токов высокой частоты, петролатумная, радиационная.
Атмосферная (естественная) сушка заключается в выдерживании древесины, защищенной от непосредственного воздействия осадков и солнечных лучей на открытом воздухе, или в специальных помещениях, иногда с искусственным продуванием, но без подогрева. Такая сушка осуществляется в любое время года, кроме зимы. Влажность высушенной древесины 18...22%. Регулировать скорость атмосферной сушки можно лишь в незначительной степени путем изменения плотности укладки материала в штабель. Сроки атмосферной сушки в зависимости от времени года н толщины пиломатериалов изменяются от 8 до 70 суток.
Камерная (искусственная) сушка — основной способ сушки в деревообрабатывающих производствах. Она осуществляется в специальных помещениях—- сушильных камерах и протекает значительно быстрее атмосферной. Как скорость сушки, так и влажность древесины можно регулировать.
По способу циркуляции сушильного агента (воздуха, пара, газа) различают камеры с естественной циркуляцией, где движение сушильного агента через штабель происходит без внешнего побуждения, и камеры с принудительной циркуляцией, где движение су-
'шйлыгого агента через штабель осуществляется под действием внешних побудителей (вентиляторов). По характеру сушильного агента камеры подразделяются на воздушные (паровые), работающие на влажном воздухе, нагретом паровыми, водяными или газовыми калориферами, и газовые, в которых сушка производится смесью воздуха с топочными газами (продуктами сгорания отходов деревообрабатывающего производства, природного газа, мазута). По режиму работы камеры бывают периодического и непрерывного действия, С однократной и многократной циркуляцией.
Принципиальная схема работы сушильной камеры с однократной циркуляцией проста. Свежий атмосферный воздух нагревается калорифером до определенной температуры и, проходя через штабель древесины, испаряет нз нее влагу, после чего воздух удаляется в атмосферу.
В камерах с многократной циркуляцией в атмосферу выбрасывается небольшая часть отработанного воздуха, большая его часть смешивается со Свежим воздухом, доводится до заданного состояния и подается к штабелю.
Контактная сушка применяется в основном для тонких листовых материалов (шпоиа, файеры). Прн этом способе сушки плиты, нагретые до температуры 150 °C, передают тепло соприкасающимся с ними тонким листовым материалам. Продолжительность сушки несколько минут. К недостаткам метода относится потемнение древесины снаружи.
Сушка в поле токов высокой частоты (ТВЧ) основана на низкой электропроводности древесины. Помещенная в электрическое поле ТВЧ, древесина нагревается и испаряет влагу. Способ характеризуется значительным сокращением сроков сушки.
Прн петролатумной сушке древесина, уложенная в специальный контейнер, помещается в резервуар с расплавленным петролатумом (маслянистое вещество, получаемое как отход при перегонке нефти), нагретым до температуры 120...140 °C. Древесина нагревается, и влага, заключенная в ней, испаряется. Скорость сушки — 8...20 ч.
Радиационная сушка применяется, как правило, для сушки отдельных поверхностей изделия и основана на инфракрасном облучении древесины.
В качестве источников инфракрасного излучения используются специальные лампы или керамические и чугунные плиты, нагреваемые до красного каления.
В процессе сушки периодически проверяют влажность древесины, взвешивая контрольный образец.
Абсолютную влажность в процентах вычисляют по формуле!
т — тп
W =--------.100%,
mo
где т — начальная масса образца, г; т0 — масса образца в абсолютно сухом состоянии, г.
Чтобы определить абсолютную влажность древесины, из середины доски (бруска) вырезают образец (массой не менее 20 г), взвешивают его на весах с точностью до 0,1 г (величина т). Затем образец выдерживают в сушильном шкафу прн температуре 105 °C до постоянной массы т0. Последняя достигнута, если разница между двумя повторными взвешиваниями не превышает 0,3%,
Глава VII
ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
ВИДЫ ПЛАСТМАСС
Пластические массы (пластмассы) — материалы на основе природных нли синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формироваться в изделия сложной конфигурации. Обязательным компонентом всех пластмасс, кроме полимеров (органических соединений, в молекулах которых одинаковые группы повторяются многократно), является органическое соединение, называемое связующим веществом или связующим.
В зависимости от природы применяемой смолы все виды пластмасс подразделяются на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).
Термопластические пластмассы при нагревании и под действием давления переходят в пластическое состояние, не претерпевая коренных химических изменений. Превращения термопластов обратимы. Опрессованное и затвердевшее изделие можно вновь размягчить и придать ему прежнюю форму. К термопластам относятся'полиэтилен, полистирол, полиамиды (нейлон, капроновая смола), фторполимеры (фторопласт-4) и т. д.
Термореактивные пластмассы при нагревании и под давлением подвергаются необратимым изменениям. Получаемые из них изделия не поддаются повторной переработке. К реактопластам относятся фенопласты, текстолиты, гетинакс, аминопласты.
ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАСТМАСС В НАРОДНОМ
ХОЗЯЙСТВЕ
Изделия из пластических масс отличаются красивым внешним видом, малой плотностью, относительно высокой механической прочностью, стойкостью по отношению к агрессивным средам, высокими диэлектрическими свойствами, хорошими теплоизоляционными характеристиками.
Эти свойства пластмасс определили их применение в народном хозяйстве страны.
Пластические массы — важнейшие конструкционные материалы современной техники. Их широко используют в машиностроении, в электро- и радиотехнике, в строительстве, сельском хозяйстве, медицине и быту.
Из пластмасс изготовляют трубы, зубчатые колеса, подшипники и другие детали и узлы машин, электроизоляционные материалы и корпуса приборов и установок. Крупными потребителями пластмасс являются автомобилестроение (кузова из стеклопластиков), самолетостроение, судостроение, легкая промышленность. Однако специфические недостатки пластмасс: ползучесть — медленное нарастание во времени пластической деформации при силовых воздействий)),' сравнительно невысокая теплостойкость, склонность к «старению» (изменение состава и структуры макромолекул при окислении, облучении и т, п.), вызывающая снижение механических свойств этих
материалов при эксплуатации,— тормозят расширение области применения пластмасс, особенно для изготовления деталей, работающих с большими нагрузками при высоких температурах.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ПЛАСТМАСС И НЕКОТОРЫХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Полиэтилен получают на основе полимеризации этилеиа. Материал обладает удовлетворительной прочностью, высокими диэлектрическими и антикоррозионными свойствами, химической стойкостью и незначительным водопоглощением, малой плотностью, стойкостью к радиоактивным излучениям. Подвержен «старению». Поверхность изделий гладкая. Цвет от светло-желтого до зеленовато-серого.
Полистирол получают путем эмульсионной полимеризации стирола. Материал имеет такие же свойства, как и полиэтилен, но хрупок, склонен к растрескиванию. Механические характеристики полистирола резко меняются в зависимости от температуры. Изделия из полистирола прозрачны, имеют гладкую поверхность.
Основные показатели, характеризующие физические свойства полиэтилена и полистирола, приведены в табл. 25.
Таблица 25
Основные характеристики Пол и этилен Пол истирал
Плотность, кг/м3 (г/см3), не более Твердость по Бринеллю, МН/м2 (кг/мм2), не более Предел прочности, МН/м2 (кг/см2), не более при изгибе на срезе Относительное удлинение при разрыве, % Температура плавления, °C Водопоглощенпе за 30 суток, % Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не меиее Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом-см 950(0,95) 59(5,9) 38(380) 36(360) 200...700 125...135 0,03...0,04 1014 101«...10И 1060(1,06) 150...200 (15...20) 95(950) 15...25 90...120 0,07...0,075 101’ 1014
Капрой — продукт полимеризации капролактама. Отличается высокой прочностью, хорошим сопротивлением к истиранию и ударным нагрузкам, малым коэффициентом треиия, хорошим сцеплением с металлом, химической стойкостью, высокой эластичностью и негорючестью. К недостаткам следует отнести малую гигроскопичность, что является причиной повышенной электризуемости, сравнительно низкий модуль упругости и плохую устойчивость к термо- и фото-окислительным воздействиям,
Физ-ические свойства капрона характеризуются следующими показателями:
плотность, кг/м3 (г/см3) ...ИЗО...1170 (1,13...1,17);
твердость по Бринеллю, МН/м2 (кг/мм2) 100...120 (10...12); предел прочности, МН/м2 (кг/см2)
при растяжении...................... 55... 70 (550... 700);
при сжатии.......................... 85...100 (850...1000);
при изгибе.......................... 90...100 (900.,.1000);
относительное удлинение при разрыве, % .... 100...150;
водопоглощение за 24 ч, % .... 3...4;
электрическая прочность, кВ/мм, не менее .... 18...22
Фторопласт-4 получают полимеризацией тетрафторэтилена в водной среде. Обладает низкой механической прочностью, из всех известных диэлектриков имеет наиболее высокие диэлектрические показатели (особенно при высоких и сверхвысоких частотах), которые не зависят от частоты тока и не меняются в интервале температур от —60 °C до +200 °C. Материал не набухает и даже не смачивается водой, химической стойкостью превосходит золото и платину, обладает низким коэффициентом трения. При закалке материала его физико-химические свойства улучшаются.
Физические свойства фторопласта характеризуются следующими показателями:
плотность, кг/м3 (г/см3) .... 2190...2200 (2,19...2,2);
твердость по Бринеллю, МН/м2 (кг/мм2) .... 29.„39 (2,9...3,9);
удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее.... 10ls;
удельное объемное электрическое сопротивление, Ом • см, не менее ...,1017;
водопоглощение за 24 ч, %....0.
Массу прессовочную фенольную 03—010—02 получают на основе иоволачной фенолоформальдегидной смолы, наполнителем служит древесная мука, добавками — отверждающие, смазывающие и окрашивающие вещества.
Материал обладает повышенной прочностью, сравнительно высоким водопоглощением, низкими электроизоляционными качествами. С повышением температуры физико-механические свойства ухудшаются. Изделия из этого материала черного цвета с гладкой, блестящей поверхностью.
Массу прессовочную фенольную 92—330—02 получают на основе резольной фенолокрезольной смолы с минеральным наполнителем и добавлением смазывающих и окрашивающих веществ. Материал обладает сравнительно невысокой прочностью, хорошими электроизоляционными качествами. При нагревании физико-механические свойства ухудшаются. Поверхность изделия гладкая, блестящая, коричневого цвета. Основные показатели фенольных пластических масс приведены в табл. 26.
Массу прессовочную фенольную 93—340—61 получают на основе резольной феноланилинформальдегидной и новолачной фенолоформальдегидной смол, смолы с минеральным наполнителем при добавлении связывающих и отверждающих веществ. Материал обладает повышенной хрупкостью, низким водопоглощением и высокими электроизоляционными свойствами, на которые мало влияет длительное пребывание в воде, во влажной атмосфере. Физико-механи-
Таблица 26
Наименование свойств Фенольные массы
03-010-02 32330-02
Плотность, кг/м3 (г/см3), не более Твердость по Бринеллю, МН/м2 (кг/см2) Разрушающее напряжение, МН/м2 (кг/см2) при растяжении при сжатии при изгибе Водопоглощение, мг, не более Электрическая прочность, кВ/мм, не менее 1400(1,4) 250...300 (2500.. .3000) 37,5(375) 160(1600) 70(700) 55 13 1400(1,4) 300...350 (3000... 3500) 30...53 (300.. .530) 150(1500) 65(650) 45 15
ческие свойства с повышением температуры ухудшаются. Поверхность изделий гладкая, желтого или коричневого цвета.
Физические свойства характеризуются показателями;
плотность, кг/м3 (г/см3) ....1950 (1,950);
разрушающее напряжение, МН/м2 (кг/см2);
при сжатии........................110,0 (1100);
при изгибе........................ 50,0 (500);
водопоглощение, мг, не более .... 10;
электрическая прочность, кВ/мм, не более ... 15.
Текстолит — слоистый пластик на основе хлопчатобумажной ткани, пропитанной фенолокрезолоксиленоальдегидной смолой. Изготовляют в виде прессованных листов или плит, стержней и труб. Материал отличается высокой прочностью, антифрикционными свойствами, повышенным водопоглощением. Поверхность ровная, блестящая, от светло-желтого до темно-коричневого цвета.
Физические свойства характеризуются показателями:
плотность, кг/м3 (г/см3) ....1300...1400 (1,35...1,4);
разрушающее напряжение, МН/м2 (кг/см2), не менее
при растяжении .... 68,0...100,0 (680...1000);
при сжатии
параллельно слоям . . . 120,0...150,0 (1200...1500);
перпендикулярно слоям . . 200,0...250,0 (2000...2500);
при изгибе..................... 120,0...150,0 (1200... 1500);
водопоглощение, %, не более..........................0,8...1,0;
электрическая прочность, кВ/мм.........................2...5.
Стеклотекстолит — слоистый материал, содержащий стеклово-локиистый наполнитель и смолу. Его выпускают в виде прессованных листов или плит толщиной 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 5,0; 10,0 мм, длиной 2400 мм, шириной 700, 800, 900 и 1000 мМ. Стеклотекстолит характе
ризуется сочетанием высокой прочности, сравнительно низкой плотности и теплопроводности, высокими электроизоляционными свойствами, радиопрозрачностью.
Основные показатели материала:
плотность, кг/м3 (г/см3) ... 1850 (1,85);
предел прочности, МН/м2 (кг/см2), не менее
при растяжении
по основе .... 270,0...340,0 (2700...3400).;
по утку . . . . . 140,0...160,0 (1400... 1600);
при изгибе по основе . . 250,0 (2500);
при сжатии параллельно слоям 60,0...78,5 (600...785);
водопоглощение, %, не более . . 0,6...2,2;
электрическая прочность, кВ/мм, не менее . . . . 20.
Гетинакс представляет собой прессованные листы, состоящие из двух и более слоев пропиточной или изоляционной бумаги, пропитанной фенолокрезолоксиленоальдегидной или фенолоанилиналь-дегидной смолой или смесью этих смол. Размер листов не менее 450X600 мм, толщина 0,2.„50 мм. Поверхность изделий гладкая, темно-коричневого цвета.
Основные показатели материала:
плотность, кг/м3 (г/см3). ...... 1350 (1,35);
твердость по Бринеллю, МН/м2 (кг/мм2), не менее ... 245 (25); предел прочности при растяжении,
МН/м2 (кг/см2), не менее ... 68,6 (700);
водопоглощение за 24 ч пребывания в дистиллированной воде, г/дм3, не более . . . 0,5;
электрическая прочность перпендикулярно слоям, кВ/мм, не менее.......................25.
Аминопласты получают на основе мочевиноформальдегидиой смолы с сульфитной целлюлозой и другими добавками. Материал обладает удовлетворительной прочностью, но меньшей устойчивостью к действию влаги и нагреванию, более низкой теплостойкостью и худшими электроизоляционными свойствами, чем пресс-порошки, текстолиты, стеклотекстолиты. Преимущество аминопластов состоит в возможности окрашивания изделий нз них в различные цвета, устойчивости к воздействию слабых кислот, керосина, смазочных масел, спирта, ацетона, бензола. Физико-механические свойства резко ухудшаются при нагревании и пребывании в воде или влажной атмосфере. Поверхность изделий блестящая.
Основные показатели аминопластов:
плотность, кг/м3 (г/см3) не более . . 1400...1500 (1,4...1,5);
твердость по Бринеллю, МН/м2, (кг/мм2) ... 323,4...343 (33...35); предел прочности МН/м2 (кг/см2)
при сжатии......................... 36,2...49,0 (370...500);
при растяжении.....................Э8...284 (1000..2900);
водопоглощение за 24 ч, % ................... 0,45...0,67;
электрическая прочность, кВ/мм........................14...16.
Полихлорвинил получают при полимеризации хлорвинила. Этот материал по прочности и внешнему виду близок к резине, не боится кислот, щелочей, бензина, трансформаторного масла. Широко используется для изоляции электрических проводов и кабелей!
эксплуатирующихся при температурах от —20 до +65‘С. С повышением температуры изолирующие свойства полихлорвинила ухудшаются.
Гуттаперча — твердый кожеподобный полимер серовато-белого пли коричневато-красного цвета. Гуттаперча отличается хорошими электроизоляционными свойствами, водостойкостью, клеящей способностью. Используется главным образом для изоляции подводных кабелей, а также для изготовления клеящих материалов.
Эбонит — продукт вулканизации натурального и синтетического каучуков большими количествами серы (30—50% от массы каучука). Эбонит выпускают в виде листов различной толщины, стержней длиной до 1 м и диаметром до 75 мм, трубок с внутренним диаметром 8...74 мм.
Стекло — прозрачный хрупкий материал, получаемый при остывании расплава, в состав которого входят стеклообразующне компоненты (окислы кремния, бора, алюминия, фосфора, титана, циркония и др.) и окислы металлов (лития, калия, натрия, кальция, 'магния, свинца и др.). Стекла делят на три группы. К первой относятся щелочные стекла без тяжелых окислив. Вторую группу составляют щелочные стекла с большим содержанием тяжелых окислов, третью—бесщелочные стекла. Основной недостаток стекла — высокая хрупкость. С повышением температуры и влажности стекло теряет электроизоляционные свойства.
Фарфор — плотный керамический материал, широко применяемый для изготовления коррозионно-стойких химических аппаратов, высококачественной посуды, различных строительных, электро- и радиотехнических изделий. В состав фарфора входят каолин, кварц, полевой шпат. Изоляторы из фарфора отливают в гипсовых формах. При массовом выпуске мелкие фарфоровые изделия прессуют в стальных формах. Покрытый глазурью фарфор обжигают прн температуре 1350...1400 °C. Прочность фарфора возрастает с увеличением доли кварца и полевого шпата, однако с повышением содержания последнего электроизоляционные свойства фарфоровых изделий ухудшаются.
Органическое стекло (оргстекло) представляет собой полимер эфиров метакриловой кислоты. Выпускается в виде прозрачных бесцветных прозрачных цветных и замутненных листов длиной 500... 1600 мм, шириной 400...1400 мм и толщиной 0,8...30 мм. Оргстекло широко используется для изготовления различных изделий приборостроения и машиностроения. Основной недостаток материала — поверхностное растрескивание (образование «серебра»), снижающее его механические и оптические свойства. Оргстекло хорошо формируется, сваривается и обрабатывается резанием.
Глава VIII
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛОВ
Понятие технология металлов включает в себя совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материалов или полуфабриката.
Процессы обработки металлов подразделяются на две большие группы: без снятия стружки (литейное производство, обработка
давлением, химическая обработка, электрофизическая и электрохимическая обработка) и со снятием стружки (обработка резанием).
Из всего многообразия процессов обработки металлов в этой главе рассмотрены только литейное производство и обработка резанием. Кроме этого, рассказано о сварке, резке и пайке металлов.
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Сущность литейного производства заключается в том, что изделия или заготовки деталей машин получают путем заливки расплавленного металла в форму с последующим его затвердеванием. Полученная литая деталь называется отливкой. Последовательность операций изготовления отливки приведена на рис. 53. Простейшим видом литья является получение отливок в разовых формах. Рассмотрим его основные этапы. В модельном цехе по чертежу детали (рис. 54, а) изготовляют деревянную или металлическую модель, по внешнему виду соответствующую наружной форме отливаемой детали (рис. 54, в), и стержневой ящик (рис. 54, г). При изготовлении модели вначале вычерчивают чертеж отливки (рис. 54, б), размеры которой увеличивают на величину припуска / на механическую обра-
Изготовление модели и. стержневого ящика
Плавка металла
Приготовление стержневой смеси
Изготовление стержней
Сушка стержней
Н Сворка литейных ьр.орм и заливка f ~| уооом_____________
Вы вив к а отливки U3JP0PM
Вывивка стержней из отливок
Контроль отливок
Оврувка и очистка литья
Рис. 53. Последовательность операций изготовления отливок.
Рис. 54. Технология изготовления отливок:
а — чертеж изделия; б — чертеж отливки; в — модель; г — стержневой ящик; д — формовка опоки; е — отливка; 1 — припуск; 2 — знак; 3 — ящик;
4, 6 — стержни; 5 —рамки; 7 — каналы; 8 — литниковая система.
ботку. Затем по чертежу отливки делают чертеж модели с учетом припуска на усадку металла. Для укрепления стержня в модели предусматривается знак 2. Модели для удобства формовки чаще всего выполняют из двух частей (рис. 54, в). В стержневом цехе из песка со связующими материалами в стержневом ящике 3 (рис. 54, г) изготовляют стержень 4, который по внешней форме соответствует внутренней части отливки. В формовочном цехе по модели изготовляют форму, которую формуют в двух рамках 5, называемых опоками (рис. 54, д). При формовке половину модели кладут на подмодельную плиту, затем ставят опоку, модель засыпают формовочной смесью (песок, глина, отработанная формовочная земля) и уплотняют ее, затем формуют вторую половину модели и извлекают модель из формы. В нижнюю часть формы на знаки ставят стержень 6 (рис. 54, д), который затем закрывают верхней половиной формы. Для заливки металлом полости формы, имеющей конфигурацию будущей отливки, в форме изготовляют каналы 7 (рис. 54, д), образующие литниковую систему. В плавильном отделении расплавляют металл и заливают его в формы. После затвердения металла в форме образуется отливка, которую извлекают, разрушая форму. В обрубном отделении из отливок выбивают стержни, отбивают литниковую систему 8 (рис. 54, е), очищают от пригоревшей формовочной смеси, зачищают заусенцы, подвергают контролю и направляют в механический цех для дальнейшей обработки или на склад готовой
продукции. В серийном и массовом производствах применяют машинную формовку в металлические модели.
Из специальных видов литья наиболее распространены литье в оболочковые формы, точное литье в металлические формы (кокили), центробежное литье, литье под давлением. Получаемые специальными видами литья отливки имеют минимальные припуски на механическую обработку, высокую точность и поверхность с наименьшей степенью шероховатости,
СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ
Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения металлических частей путем их местного сплавления или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами.
Сварке поддаются практически все металлы и сплавы, применяемые в народном хозяйстве. Но не все металлы обладают одинаковой способностью свариваться. Хорошо свариваются стали с содержанием углерода 0,12...0,22%, низколегированные стали 20ХГС, 20ХМА и др. Ограниченно свариваются стали, содержащие 0,42... 0.55% углерода, низколегированные стали ЗОХМА, ЗОХГС и др. Плохо свариваются стали, содержащие более 0,55% углерода, низколегированные стали 35ХГС, 40ХГС и др.
Свариваемые части могут образовать следующие виды соединений (рис. 55); стыковое, внахлестку, угловое и тавровое.
Существует свыше 60 методов сварки, которые классифицируются:
по способу нагрева металла — сварка за счет энергии химической реакции горения (газовая, термитная и др.), электрической энергии (электросварка) и механической энергии (сварка трением);
по состоянию металла в процессе сварки — сварка плавлением и сварка пластическим деформированием;
по степени механизации — ручная, полуавтоматическая и автоматическая сварка.
В настоящее время в промышленность внедряются новые виды сварки: диффузионная сварка в вакууме, сварка электронным лучом, сварка лазерным лучом, сварка ультразвуком. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные виды сварки.
Электросварка — сварка, при которой свариваемые части разогреваются электрическим током. Этот способ нашел наибольшее применение в народном хозяйстве.
Различают два вида электросварки: дуговую (плавящимся металлическим электродом по способу Н. Г. Славянова и неплавя-щимся электродом по способу Н. Н. Беиардоса) и контактную.
При электродуговой сварке энергия для расплавления металла выделяется электрической дугой, источником которой может быть постоянный и переменный ток.
Дуга возникает при пропускании тока между электродом и свариваемым металлом. Для повышения качества наплавляемого металла электрод покрывают специальной обмазкой, которая также расплавляется и покрывает капли жидкого металла слоем шлака, защищая его от окисления. Электродуговая сварка может быть ручной и автоматической. При автоматической дуговой сварке управле-
Рис. 55. Виды сварных соединений и швов, выполняемых сваркой:
а—стыковые; б — угловые; в —с накладками; г — тавровые; б — с электрозаклепками.
нне электрической дугой, подачу присадочного материала и флюсов вдоль шва осуществляют специальные механизмы.
Электродуговая сварка в среде защитных газов состоит в том,' что электрическая дуга горит в струе газа, защищающей металл от вредного воздействия окружающей среды. В качестве защитных применяют инертные и активные газы (водород, окись углерода или их смесь с азотом). Наибольшее распространение получили аргонио-дуговая сварка и сварка в среде углекислого газа.
Аргонно-дуговую сварку применяют для толстостенных изделий из углеродистой и легированной стали и сплавов иа основе алюми-' иия, магния и титана. Сварка в среде углекислого газа — наиболее экономичный способ сварки малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей. Особенностью этой сварки является возможность в широких
масштабах заменить ручную электродуговую сварку полуавтома-тической и автоматической.
Контактная электросварка основана на нагревании до пластического состояния свариваемых деталей проходящим в месте контакта электрическим током и сдавливании их. Контактная сварка делится на стыковую, точечную, рельефную и шовную.
Газовая сварка — сварка плавлением. При этом способе сварки свариваемые части соединяются так же, как и при дуговой сварке, но источником тепла служит пламя, образующееся при сгорании горючего газа (ацетилена, светильного газа, водорода, бензола и др.). Это пламя подводится через сварочную горелку, в которой смешиваются горючие газы с кислородом и развивают температуру до 3600 °C.
Газовая резка применяется для разрезания листового металла большой толщины, рельсов, сортового проката, а также для вырезания деталей сложного контура из листового металла. Кроме резки, струей кислорода прожигают отверстия в металле толщиной до 100 мм и более. Газокислородную резку выполняют вручную и машинами. Для ручной резки применяют резак,
ПАЯНИЕ МЯГКИМИ И ТВЕРДЫМИ ПРИПОЯМИ
Паянием называется процесс получения неразъемного соединения различных металлов при помощи расплавленного присадочного металла — припоя, плавящегося при более низкой температуре, чем соединяемые металлы. Этим паяние отличается от сварки. Так как нагрев соединяемых частей незначителен, структура и механические свойства металлов не изменяются. Соединение деталей при помощи пайки достаточно прочны. Паянием соединяются углеродистые и легированные стали, чугуны, цветные металлы н их сплавы. Различают паяние мягкими припоями (температура плавления до 500 °C) и твердыми (температура плавления выше 500 °C).
Мягкие припои широко применяются во всех отраслях промышленности и в быту и представляют собой сплав олова со свинцом. Эти припои служат для паяния стали, меди, цинка, свинца, олова и их сплавов, серого чугуна, алюминия, керамики и стекла. Мягкие припои используют в тех случаях, когда нельзя нагреть металл до высокой температуры или при невысокой требовательности к прочности паянного соединения. Для получения специальных свойств к оло-вянно-свинцовым припоям добавляют сурьму, висмут, кадмий, индий, ртуть и другие металлы. Оловянно-свинцовые припои выпускают следующих марок:
бессурьмянистые—ПОС90, ПОС61, ПОС40, ПОС61М и ПОСК50-18;
малосурьмяннстые — ПОССу61-0,5, ПОССу50-0,5, ПОССу40-0,5, ПОССуЗО-0,5, ПОССу25-0,5;
сурьмянистые — ПОСу95-5, ПОСу40-2, ПОСу35-2, ПОСуЗО-2, ПОСу18-2, ПОСу15-2, ПОСуЮ-2.
Твердые припои представляют собой тугоплавкие сплавы на основе, главным образом меди, серебра, никеля, цинка. Наиболее широко применяются медно-цинковые и серебряные припои. Для получения определенных свойств и температуры плавления в эти сплавы добавляют олово, марганец, алюминий, железо и другие ме
таллы. Добавка в небольших количествах бора повышает твердость и прочность припоя, но при этом возрастает хрупкость паяных швов. Температура пайки припоями иа основе меди 85О...115О°С. Эти припои применяются для получения прочных соединений, эксплуатирующихся при высоких температурах.
Медно-цинковые припои (с температурой плавления 700...950 °C) выпускают трех марок: ПМЦ36 — для паяния латуни, содержащей 60...68% меди; ПМЦ48—для паяния медных сплавов, содержащих свыше 68% медн; ПМЦ54— для паяния бронзы, меди, томпака и стали. При расшифровке марок этих припоев буква П означает припой, МЦ — медно-цинковый, а цифра указывает на процент содержания меди.
Серебряные припои выпускают следующих марок: ПСр72; ПСр50; ПСр40; ПСр25; ПСр12М; ПСрЗ; ПСрЗК; ПСр1,5. В обозначении марок буквы означают: П — припой, Ср — серебро. К — кадмий, М—медь, Ф— фосфор, цифры после букв указывают на процент содержания серебра. Серебряные припои плавятся при температуре 600...970 °C и используются для паяния черных и цветных металлов.
Флюсы. С повышением температуры скорость окисления поверхности спаиваемых деталей возрастает и припой не пристает к детали. Для удаления окисла применяют химические вещества — флюсы, которые улучшают условия смачивания поверхности металла и предохраняют расплавленный припой от окисления при пайке. Различают флюсы для мягких и твердых припоев. В качестве флюсов для мягких припоев применяют хлорид цинка, хлорид аммония, канифоль, пасты и др., для твердых припоев — буру, борную кислоту и др.
Инструменты для паяния. Основным инструментом для паяния служит паяльник. По способу нагрева различают паяльники периодического подогрева (молотковые, торцевые); с непрерывным подогревом (газовые, бензиновые) и электрические.
Наибольшее применение нашли электрические паяльники. Они просты по устройству и удобны в обращении. Электрические паяльники, предназначенные для пайки оловянно-свиицовыми припоями, выпускают следующих марок: ПЦН10, ПЦН16, ПЦН25, ПЦН40, ПЦН65, ПЦН100, ПЦН160, ПЦН250. Цифры после букв ПЦ (паяльник с несменнЫм паяльным стержнем) указывают номинальную мощность в Вт. В школьных мастерских паяние лучше проводить мягкими оловянно-свинцовыми припоями. В качестве флюсов рекомендуется применять канифоль, хлорид цинка или техническую соляную кислоту. Паяние мягкими припоями включает в себя подготовку изделий, паяльника, расплавление припоя, охлаждение и очистку шва. Припаиваемую поверхность изделия очищают от грязи, жиров и окисных пленок. Подготовка паяльника заключается в заправке стержня под углом 30...40°, очищении его от окалииы, нагревании до температуры 250...300 °C для мелких деталей и 340...400 °C для более крупных и облуживании. Перегрев паяльника до температуры выше 500 °C повышает образование окалины и затрудняет лужение наконечника. Нагретый паяльник погружают во флюс, затем набирают одну-две капли припоя и двигают паяльником по флюсу, пока конец его не покроется ровным слоем припоя. Затем протравливают место спая. Паяльник накладывают на место спая, медленно и равномерно перемещают по нему, вызывая разогревание. При
этом расплавленный припой стекает с паяльника и заполняет зазоры шва. После охлаждения шов очищают, промывают и протирают сухой ветошью.
Правила безопасной работы при паянии:
1. Рабочее место должно иметь местную вентиляцию для удаления пыли, образующейся при зачистке металла, и вредных паров.
2. Нельзя работать в загазованных помещениях.
3. После работы и перед принятием пищи необходимо тщательно мыть руки мылом.
4. Химикаты следует заливать или засыпать осторожно, малыми порциями, не допуская брызг. Попадание кислоты в глаза может вызвать слепоту, а испарения очень вредны.
5. Соляную кислоту следует хранить только в стеклянных бутылях с притертыми пробками. Запрещается лить воду в кислоту, так как происходит химическая реакция с выделением энергии в форме теплоты.
6. Запрещается работать электропаяльником с нарушенной изоляцией проводов.
7. Ручка электропаяльника должна быть сухой и ие проводить электрический ток.
8. Для э.тектробезопасности иа рабочем месте должен быть резиновый коврик.
9. Для пожарной безопасности электропаяльник должен быть установлен на специальной подставке.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ. СЛЕСАРНЫЕ РАБОТЫ
Обработка металлов и других конструкционных материалов резанием представляет собой совокупность действий, направленных на изменение формы и paiMepoe заготовки путем снятия припуска режущим инструментом вручную (слесарная обработка) и на металлорежущих станках (механическая обработка), а также на обеспечение заданной точности и качества поверхности.
Припуском называется слой металла, удаляемый с заготовки в процессе ее обработки резанием. Величину припуска определяют как разность между размерами заготовки и детали. Обычно под величиной припуска понимают толщину слоя материала, снимаемого с одной стороны. Для цилиндрических деталей иногда дают припуск «на диаметр», т. е. указывают двойную толщину снимаемого слоя. Размер припуска зависит от высоты микронеровностей, полученных на предшествующих переходах, погрешностей формы, установки инструмента при обработке, требований на шероховатость поверхности и точность размеров детали и т. д. Припуски на обработку должны быть наименьшими, так как в противном случае увеличивается масса заготовки, быстрее изнашиваются инструмент и оборудование, повышаются затраты на его ремонт, удорожается стоимость изделия.
Слесарные работы включают в себя разметку, рубку, правку и гибку, резку, опиливание, сверление, зенкерование, развертывание отверстий, шабрение, притирку, доводку, нарезание резьбы, клепку
и паяние. Ручная слесарная обработка менее производительна, чем механическая, и требует больших затрат ручного труда. Поэтому там, где возможно, слесарную обработку выполняют механизированным инструментом или заменяют станочной.
Рабочее место слесаря (бригады). Рабочим местом называется участок производственной площади, цеха, участка мастерской, закрепленный за данным рабочим (или бригадой рабочих), предназначенный для выполнения определенной работы и оснащенный оборудованием, приспособлениями, инструментами и материалами. Организация рабочего места — важное звено организации труда. Правильный выбор и размещение оборудования, инструментов и материалов на рабочем месте создают благоприятные условия для работы. На рабочем месте должны находиться только те предметы, которые необходимы для выполнения данного задания. Предметы, которыми пользуются чаще, кладут ближе на площади, ограниченной в горизонтальной плоскости дугами АБ и ВГ (рис. 56, а) и в вертикальной плоскости дугой Д|51 (рис. 56, б), т. е. в пределах дуг (радиусом 350 мм), описываемых кистями правой и левой руки при повороте в локтевом суставе. Предметы, которыми пользуются реже, помещают в пределах площади, ограниченной в горизонтальной плоскости дугами ДЕ и ЖЗ (рис. 56, а) и в вертикальной плоскости дугой BiFi (рис. 56, б), т. е. в пределах дуг (радиусом 550 мм) досягаемости свободно вытянутых рук при наклоне корпуса вперед (по направлению к верстаку) не более чем на 30°.
Рабочее место оборудуют слесарным верстаком, иа котором устанавливают тиски и раскладывают необходимые для работы инструменты, приспособления, материалы, чертежи и т. д. Для безопасной работы расстояние между рабочими местами, а также проходы между слесарными верстаками должны быть не менее 1,5...1,6 м. Рабочие места должны иметь хорошее индивидуальное освещение.
Для школьных мастерских удобнее использовать универсальный стол-верстак УСВ-М. Он предназначен для выполнения учащимися IV—VIII классов столярных, слесарных, механосборочных, электромонтажных, графических и других работ, предусмотренных програм-
Решета mi а ноги
человека:
сидя; б — в вертикальной
Рис. 56. Зоны досягаемости рук а —в горизонтальной плоскости при работе стоя и плоскости при работе стоя.
мами технического труда. Габариты стола-верстакд 1150Х650Х 1280 мм (без защитного экрана). Габариты столешницы 1000Х 504 X 90 мм. Высота рабочей поверхности столешницы от пола может составлять 660, 700, 780, 820 и 910 мм. Перемещение тисковой доски столярных тисков не менее 50 мм. Наименьшая длина заго-товки, обрабатываемой между передним подвижным упором и упо? рами столярных тисков, 1000 мм, наименьшая толщина 10 мм. Масса обрабатываемого изделия не более 100 кг.
Универсальный стол-верстак (рис. 57) состоит из основания 1, подстолья 2 и столешницы 3. На подстолье установлены подвижный упор 7 с направляющей, столярные 8 и слесарные 6 тиски. Съемными комплектующими изделиями являются предохранительный щит 6 для столешницы, защитный экран от стружки, подставка для технической документации 4 и наковальня-лом для жестяных работ.
Рассмотрим основные узлы стола-верстака.
Основание стола-верстака (рис. 58) состоит из двух чугунных стоек 1, соединенных тремя продольными стяжками 2. На ножках стоек опоры установлены амортизаторы 5. Стойки снабжены отверстиями 4 для крепления стола-верстака к полу. К стойкам прикреплены крючки 3 для подвешивания ножовки, щетки-сметкн,
Рис. 57. Универсальный стол-верстак:
I — основание; 2 — подстолье; 3 — столешница: 4 — подставка для технической документации; 5 — предохранительный щнт; 6 — слесарные тиски; 7— подвижный упор направляющий; £ — столярные тиски.
Рис. 58. Основание стола-верстака:
/ — чугунная стойка; 2 — продольные стяжки; 3 — крючки для подвешивания вещей; 4 — отверстия для крепления стола-верстака; 5 — опоры-амортизаторы; 6 — предохранительный щит; 7 — прорезь; 8 — винт; 9 — направляющие подстолья; 10 — фиксирующий стопор; // — винт; 12 — пружина растяжения;
13 — штифт.
портфеля. В стойках находятся направляющие подстолья 9, которые фиксируются стопорами 10. Для предупреждения вывинчивания стопора виит 11 раскреплен. С помощью цилиндрических пружин растяжения 12, помещенных в направляющих, подстолье свободно перемещается в стойках основания. Верхнее кольцо пружины установлено на специальном винте 8, который ввернут в отверстие стойки основания и проходит через прорезь 7 в направляющей. Нижнее кольцо пружины установлено на штифте 13, проходящем сквозь отверстие, у открытого конца этой направляющей.
Подстолье (рис. 59) состоит из чугунных опор: левой 1 и правой 5, соединенных продольными связями 4, и направляющих И. С внешней стороны этих опор в планках 10 закреплена направляющая 8 переднего подвижного столярного упора 7. Горизонтальная и вертикальная рабочие части упора имеют зубцы. Для регулирования высоты переднего подвижного столярного упора относительно лицевой рабочей поверхности верстака в планках 10 сделаны продольные прорези 9. Проточка 6 направляющей позволяет упору свободно передвигаться по направляющей. В левой стороне подстолья к продольным связям 4 при помощи четырех болтов 3 крепится узел фиксации слесарных тисков 2.
Тиски слесарные. Универсальный стол-верстак оснащеи настольными поворотными слесарными тисками (рис. 60) с шириной губок 100 мм. Для установки и закрепления на столешнице тиски снабжены специальными кронштейном и держателем. Кронштейн состоит из стойки 3, к верхнему концу которой приварена опорная плита 2, а к нижнему — ось поворота тисков 15. Под опорной плитой находится опорная доска /. Тиски располагаются на опорной плите. Кронштейн при помощи держателя соединяет тиски с узлом фикса
ции. Основание 4 узла фиксации тисков установлено на продольных связях подстолья. К нижней стороне основания прикреплена плита держателя тисков 7, к которой приварена труба 13, в нее и входит ось кронштейна. Плита держателя тисков соединена с основанием узла фиксации четырьмя болтами 6, под шайбами которых установлены резиновые прокладки 10—амортизаторы, позволяющие плотно прижимать опорную доску к столешнице. В трубе держателя сделаны вырезы 14, ограничивающие поворот тисков. На свободном конце оси поставлен стопорный винт 16. Вырезы — ограничители и штифт—позволяют плавно, в два приема, выводить тиски на столешницу или же заводить их под нее. К основанию узла фиксации тисков приварен каркас 8. В этом каркасе подвижно иа оси установлено коромысло 9 со стопором 12. При завинчивании стопора коромысло опускается иа ось кронштейна тисков и фиксирует ее, при отвинчивании оно отходит от оси и тем самым делает возможным перемещение тисков.
Столярные тиски крепятся двумя болтами к правой опоре 5 подстолья (см. рис. 59). Эти тиски (рис. 61) состоят из литой плиты 1, выполненной с тремя приливами в виде втулок. В приливе 3 перемещается направляющая 2, а в приливе 7 труба 8, которая надежно скреплена с плитой прижима 5. В трубе проходит ходовой винт 9 подвижной части столярных тисков. Благодаря такой конструкции винт предохранен от засорения опилками и механических повреждений. Прилив 10 имеет резьбу, в которую ввинчивается резьбовая
Рис. 59. Подстолье:
1, 5 — левая и правая опоры; 2 — место слесарных тисков; 3 — болты фиксации слесарных тисков; 4 — продольные связи; 6 — проточка перемещения упора; 7 — столярный упор; 8 —квадратная направляющая; 9 — продольные прорези; 10 — плаика; 11 — направляющие; 12 -• горизонтальная рабочая часть.
Рис. 60. Слесарные тиски;
/-—опорная доска; 2 — опорная плита; 3 —стойка; 4 — основание узла; 5 — болт крепления основания; 6 — болты; 7 — плнта держателя тисков; 8— каркас; 9—коромысло; /0 — резиновые прокладки; 11— шайба; 12— стопор; 13 — труба; 14 — вырезы-ограничители поворота тисков; 15 — ось поворота тисков; /<£ — стопорный винт.
часть ходового виита 9. При повороте этого винта перемещается плита прижима 5, на передней стороне которой помещен брус прижима 4 из древесины твердой породы, а на противоположной — прилив 11, в котором находится подпружиненный самофиксирующий упор 12. Верхняя часть упора имеет накладку из алюминиевого сплава, предохраняющего режущую кромку ножа рубанка от случайного повреждения. Подвижная часть плнты прижима, выходящая за пределы бруса прижима 4, служит боковым упором 6.
Столешница и предохранительный щит. К опорам 1 и 5 и продольным связям 4 подстолья (см. рис. 59) прикреплена столешница (рис. 62) с гладкой ровной лицевой поверхностью. Обкладка столешницы выполнена из твердой древесины. Обкладка 2 вдоль переднего края столешницы образует борт 3, который предохраняет предметы, находящиеся на столе-верстаке, от случайного падения, и служит опорой для подставки с технической документацией и других предметов организационной и технической оснастки. Вдоль борта, иа уровне лицевой поверхности столешницы, проходит неглубокий паз 4. На обкладке 5 столешницы установлен штифт 6. Для предохранения лицевой поверхности 1 и задней планки обкладки 5 столешницы от загрязнения и механических повреждений служит предохранительный щит (рис. 63). Он состоит из гладкого прочного щита 1 с поверхностью, устойчивой к жировой смазке, керосину и мыльной воде, и планки 2 из твердой древесины. На планке, в месте,
Рис. 61. Столярные тиски:
/—плита; 2— направляющие; 3 — прилив; 4 — брус прижима; 3 —прижим;
6— боковой упор; 7 —прилив; 8 — труба; 9 — ходовой винт; /в — прилив С резьбой; 11, 12 — прилив с самофиксирующим упором.
2
соответствующем штифту 6 столешницы (см рис. 62), установлен Фиксатор 3. Для предохранения от стружки, отлетающей при рубке еталла в слесарных тисках, служит защитный экран, устанавливаемый в столешнице. Для обработки жести применяется специальная наковальня — жестяницкий лом (рис. 64), устанавливаемый а сле-
Рис. 64. Наковальня — жестяницкий лом:
1 — квадратный конец для обработки угловых элементов; 2—головки винтов для установки в губкак тисков; 3 — круглый конец для изгибания цилиндрических поверхностей.
сарных тисках. При установке лома выступающие на нем головки винтов 1 должны войтн в соответствующие углубления в губках тисков.
Остановимся кратко на основных видах слесарных работ и характеристике рабочего инструмента.
Разметка заготовок. Прежде чем обработать заготовку, необходимо ее разметить, т. е. нанести на ее поверхность линии (риски), определяющие согласно чертежу контуры детали или места, подлежащие обработке. Разметка применяется в индивидуальном и мелкосерийном производствах. Риски могут быть контурными, контрольными и вспомогательными. Контурные риски показывают припуск. По вспомогательным'‘рискам отсчитывают размеры при разметке и установке заготовки на станке. Контрольные риски, которые наносят на расстоянии 5... 10 мм от контурных, позволяют проверить правильность установки и обработки заготовки. Перед разметкой места нанесения на заготовке рисок окрашивают (чаще всего разведенным в воде мелом с примесью клея). В школьных мастерских обучение разметке осуществляется на разметочных плитах размером 400X400 или 450X600 мм. Для разметки применяют масштабные линейки, рейсмусы, кернеры, чертилки, угольники, циркули, измерительный инструмент и т. д.
Кернером (рис. 65) наносят углубления (керны) на предварительно размеченных линиях. Изготовляют кернеры из инструментальной стали У7, У8. Их острие закаливают на длине 15...25 мм до твердости HRC 40...45. Средняя часть кернера имеет накатку для удобства работы. Кернеры оксидируют или покрывают лаком. Основные размеры кернеров приведены в табл. 27.
Таблица 27
Диаметр рабочего конца, мм Длина керне* ра, мм Диаметр кернера» мм
2 90 8
3 100 10
4 125 12
6 150 13
Чертилки (иглы) служат для нанесения линий (рисок) на размечаемую поверхность при помощи линейки, угольника или шаблона. Их изготовляют из стали марок У10 или У12.
45..60'
Рис. 65. Кернер.
а б
Рис. 66. Простейший клин-зубило: а ~ общий вид; б — клин с разными углами заострения: Pi — небольшой угол; Рз — большой угол.
Циркули используют для разметки окружностей и дуг, деления отрезков, окружностей н для различных геометрических построений. Циркулями переносят размеры с измерительных линеек на деталь.
Рубка. Эта слесарная операция применяется для удаления (срубания) с заготовки неровностей, снятия твердой корки, окалины, заусенцев, острых кромок на литых и штампованных деталях, для вырубания шпоночных пазов, смазочных каиавок и др. Кроме этого, рубку используют для разрубания заготовки на части. Рубка осуществляется с помощью режущего (зубило и др.) и ударного (слесарный молоток) инструмента. Различают чистовую и черновую рубку. В первом слу
чае зубилом за один проход снимают 0,5...1 мм, во втором — 1,5...2 мм. Точность обработки при рубке составляет 0,4...1,0 мм. Зубило — простейший режущий инструмент, у которого форма режущей части представляет собой клин (рис. 66, а). Чем острее клин (рис. 66, б), тем меньшее усилие потребуется для его углубления в материал. Но уменьшение угла клина ограничивается условиями его прочности. Действие клинообразного инструмента на обрабатываемый металл изменяется в зависимости от положения оси клина и направления действия силы Р. Различают два основных вида работы клина: ось клина и направление действия силы Р перпендикулярны поверхности заготовки или образуют с ней угол меньше 90°. В первом случае заготовка разрубается; во втором-—с нее снимается стружка. Слесарное зубило (рис. 67, а) состоит из трех частей: рабочей, средней и ударной. Рабочая часть 2 зубила представляет собой стержень с режущей частью 1, заточенной под углом. Ударная часть 4 сужается кверху, вершина закруглена. За среднюю часть 3 зубило держат при рубке. Рекомендуются следующие углы заострения зубила: для твердых материалов (сталь, бронза, чугун)—70°; для материалов средней твердости (сталь)—60°; для мягких материалов (медь, латунь)—45°; для алюминиевых сплавов— 35°. Зубила выпускают длиной 100, 125, 160, 200 мм, ширина режущей кромки соответственно равна 5, 10, 16, 20 мм. Для изготовления зубила применяют стали марок У7А, У8А, 7ХФ, 8ХФ, твердость режущей части HRC равна 53...59.
Крейцмейсель (рнс. 67, б) служит для вырубания узких канавок, шпоночных пазов н т. д. Материалы для нзготовлеиия крейцмейселя и углы заострения, твердость режущей и ударной частей те же, что и для зубила. Для вырубкн профильных канавок —
Рис. 67. Инструменты для рубки: а — зубило; б — крейцмейсель; в — канавочннк.
полукруглых, двугранных и др.— применяют канавочники (рис. 67 в), отличающиеся от крейцмейселя только формой режущей кромки. Канавочники изготовляют длиной 80, 100 120, 150, 200, 7 2
300 и 350 мм из стали марки У8А.
Слесарные молотки бывают двух типов: с круглым бойком (рис. 68, а) и с квадратным бойком (рис. 68, б). Основной характеристикой молотка
является его масса. Слесарные молотки с круглым бойком изготовляют шести номеров: Ns 1 массой 200 г (для инструментальных работ, разметки и правки); № 2 массой 400 г; № 3 — 500 г и № 4 — 600 г (для слесарных работ); № 5 — 800 г, № 6— 1000 г (применяют редко, в основном при ремонтных работах). Дли тяжелых работ используют
S
Рис. 68. Слесарные молотки:
о — с круглым бойком; б — с квадратным бойком; 1 •** носок; 2 — боек.
молотки массой от 4 до 16 кг — кувалды. Изготовляют молотки из стали 50, 40Х, У7 и У8, твердость HRC равна 49...56.
Резка металла. Отделение частей от сортового или листового металла осуществляют вручную — ножницами, ручными ножовками или механическим способом — при помощи механических
ножовок, дисковых пил и др.
If
ff
Рис. 69. Ручные ножницы: а — 6 — прямые; в — кривые.
Ручные ножницы применяют для разрезания листового металла из стали толщиной 0,5...1,0 мм или из цветных металлов толщиной до 1,5 мм. Различают ножницы с прямыми (рис. 69, а, б) и кривыми (рис. 69, в) режущими лезвиями. По расположению режущей кромки лезвия ножницы делятся на правые и левые. У правых ножниц скос режущей части находится с правой стороны (рис. 69, а), а у левых — с левой (рис. 69, б). Размеры иожииц даны в табл. 28.
Таблица 28
Общая длина /1, мм Длина от острых концов ДО центра шарнира /2> мм Ширина по наружному охвату ручек прн сомкнутых
лезвиях, ММ
200 55 40
250 70 40
320 90 50
400 НО 55
Рис, 70. Резание ножницами:
а-«положение пальцев на рукоятке при резаиии ножницами; б, .« — вырезание заготовки; е —вырезание внутреннего криволинейного контура.
Хорошо заточенные и отрегулированные ножницы должны резать бумагу. Приемы хватки ножниц и разрезания листового металла показаны на рис. 70. Вырезание отверстия правыми ножницами осуществляют в направлении часовой стрелки, левыми — против часовой стрелки. Угол заточки лезвий ножей составляет 65...85°. Ножи изготовляют нз стали У7, У8, твердость HRC равна 52...58.
Ручная слесарная ножовка (рис. 71) применяется для разрезания толстых листов полосового, круглого н профильного металла, а также для прорезания шлицев, пазов, обрезки и вырезки заготовок по контуру и других работ. Она состоит из станка (рамки) 2 и ножовочного полотна 4 (рис. 71, а). На одном конце рамки имеется неподвижная головка 5 с хвостовиком и ручкой 6, а на другом — подвижная головка 3 с винтом-барашком 1 для натяжения полотна. В головках 5 и 3 выполнены прорези 8, в которые вставляется ножовочное полотно, закрепленное штифтами 7. Рамки для ножовок изготовляют либо цельными (для ножовочного полотна определенной длины), либо раздвижными (рис. 71, б), допускающими закрепление ножовочного полотна различной длины. Ножовочное полотно представляет собой тонкую и узкую стальную пластину
с зубьями на одном из ребер. Его изготовляют из сталей марок У10А, Р9; Р18; Р6М5; твердость HRC равна 61.„64, Длина ручного ножовочного полотна определяется расстоянием между центрами отверстий под штифты (рис. 71, в). Применяются ножовочные полотна длиной 250.„300 мм, высотой 13 и 16 мм, толщиной 0,65 и 0,8 мм. Заготовку, разрезаемую ножовкой, закрепляют в тисках. Приемы работы ножовкой показаны на рис. 72. Скорость движения ножовочного полотна зависит от твердости разрезаемого материала и составляет 30.„60 двойных ходов в минуту. Для уменьшения трения о разрезаемый металл ножовку смазывают минеральными маслами.
Круглые заготовки небольших сечений режут ножовками, а больших диаметров—на отрезных станках, приводных ножовках и т. д. На заготовку наносят разметочную риску и трехгранным напильником по риске делают неглубокий пропил для лучшего направления ножовочного полотна. Затем в пропил устанавливают ножовку 11 производят обрезку заготовки без отламывания отрезаемой части.
Рис. 71. Ручная ножовка:
а — цельная; б — раздвижная; в — ножовочное полотно; 1 —. гайка; 2 — рамка (станок); 3— подвижная головка; 4— ножовочное полотно; 5 — неподвижная головка; 6 — хвостовик с ручкой; 7 — штифты; 8 — прорези.
Рис. 72. Работа ножовкой:
а *— положение корпуса; б — положение правой руки; « — положение левой руки; г — положение ног.
Отламывание допускается, если торцы заготовки будут подвергаться опиливанию. В этом случае в прутке делают несколько надрезов, а затем отламывают при помощи молотка. При отрезании заготовки вдоль линии реза ставят брусок, который прижимают левой рукой и полотном ножовки, вплотную примыкающим к нему, делают надрез. Ножовку держат только правой рукой (рис. 73, а). Заготовки квадратного сечеиия разрезают так же, как и круглого, только ножовку слегка наклоняют от себя в начале резания. По мере врезания наклон постепенно уменьшают до тех пор, пока линия надреза не дойдет до противоположной кромки заготовки. Затем заготовку разрезают при горизонтальном положении ножовки (рис. 73, б).
Резка ножовкой с поворотом полотна осуществляется при длинных (высоких) или глубоких резах, когда не удается довести разрезание до конца из-за того, что рамка ножовки упирается в торец заготовки и мешает пропиливать дальше (рис. 74, а). При этом меняют положение заготовки, и врезаясь в нее с другого конца, заканчивают резание.
Можно резать ножовкой, полотно которой повернуто на 90° (рис. 74, б). Этим способом режут металл в деталях с замкнутыми
контурами (рис. 74, в). Заготовки, детали из тонкого листового материала зажимают между деревянными брусками и отрезают вместе с брусками (рис. 75, а). Чтобы вырезать в металле (листе) фасонное окно (отверстие), просверливают или вырубают отверстия диаметром, равным ширине полотна ножовки или пилы лобзика. Пропустив через это отверстие полотно, закрепляют его в рамке и режут по заданному направлению (рис. 75, б). Шлицы крупных размеров прорезают ножовками (рис. 75, в). Тонкие профили вырезают в плоских деревянных брусках (рис. 75, е). С помощью ножовки или трубореза разрезают трубы. При этом трубу зажимают в параллельных тисках в горизонтальном положении и режут по риске. Тонкостенные трубы зажимают в тисках между деревянными прокладками (рис. 76, а). При резании трубы ножовку держат горизонтально, а по мере врезания полотна в трубу слегка наклоняют на себя. Резка труборезом значительно производительнее (рис. 76, б), чем ножовкой.
Опиливание. Опиливанием называется одна из слесарных операций, заключающаяся в снятии слоя металла с поверхности заготовки напильником вручную или на станках. При помощи напильников обрабатывают плоскости, криволинейные поверхности, пазы, канавки, отверстия любой формы и т. п. Припуски на опиливание
Рис. 73. Резка ножовкой заготовки: а — круглого; б — квадратного сечения.
в
Рис. 74. Резка ножовкой:
а — без поворота полотна; б —с повернутым на 90’ полотном; в —• работа в замкнутом контуре.
Рис. 75. Работа ножовкой:
а — резка тонкого листа; б — вырезание фасонного отверстия лобзН" ком; в — прорезка шлицев; а — резка тонких профилей.
Рис. 76. Резка труб:
а — ножовкой; б — труборезом; 1 — труба; 2, S —< рукоятки; 3 — ВИНТ; 4 — ролик подвижный; S —• труборез; 7 — прижим.
составляют 0,025...0,5 мм. Точность обработки опиливанием 0,2...0,05 мм и даже до 0,001 мм. Обрабатываемая заготовка, зажатая в тисках, должна выступать над их губками не более чем иа 5...8 мм. Положение работающего зависит от характера опиливания. Наиболее удобное положение показано иа рис. 77. Положение корпуса считается правильным, если правая рука с напильником, установленным иа губках тисков (исходное положение), согнутая в локте, образует угол 90° между плечевой и локтевой частью руки (рис. 77, а). При этом корпус работающего должен быть прямым и развернутым под углом 45° к линии оси тисков (рис. 77, б).
Важное значение при опиливании имеет положение рук (хватка напильника). Напильник следует брать в правую руку так, чтобы ручка его упиралась в ладонь руки, четыре пальца захватывали ручку снизу, а большой палец помещался сверху (рис. 78, а). Ладонь левой руки накладывают несколько поперек напильника на расстоянии 20...30 мм от его носка. При этом пальцы должны быть слегка согнуты, но не свисать (рис. 78, б): они не поддерживают, а только Прижимают напильник. Локоть левой руки следует немного приподнять. Правая рука от локтя до кисти должна составлять с напильником прямую линию.
Рис. 77. Опиливание:
с — положение корпуса; б —положение корпуса, развернутого пол углом 45°; в — положение ног.
Рис. 78. Опиливание. Положение рук: а -г- правой; б — левой.
Напильник представляет собой многолезвийный металлоре-хсущий инструмент определенного профиля и длины. На рабочей части напильника, выполненной в форме бруска, имеются насечки (мелкие и острозаточенные зубцы в форме клица), образующие ре-жущие кромки, Напильники изготовляют из стали марок У13, У13А, ШХ15 или 13л. Различают следующие группы напильников: общего назначения; специального назначения; надфили; рашпили; машинные.
Напильники общего назначения применяют для общеслесарных работ. Номер напильника выбирается в зависимости от припуска на обработку, точности и шероховатости обработанной поверхности. По числу насечек на 1 см длины различают следующие номера напильников:
О н 1 (драчевые), имеют наиболее крупные зубья и служат для грубого опиливания, когда требуется удалить слой металла толщиной 0,5...1,0 мм. Точность обработки достигает 0,2...0,5 мм;
2 и 3 (личные), применяются для чистового опиливания изделий с точностью 0,02...0,15 мм. Толщина снимаемого слоя металла 0,1...0,3 мм;
4 и 5 (бархатные), служат для окончательной отделки изделий. Толщина снимаемого слоя 0,025...0,05 мм при точности обработки 0,005...0,010 мм.
Напильники выпускаются длиной 100 (125), 150, 200, 250, 300 и 400 мм. По форме поперечного сечения они делятся на восемь типов: плоские, плоские остроносые, квадратные, трехгранные, полукруглые, круглые, ромбические, ножовочные. Ромбические и ножовочные напильники делают только с насечками № 2, 3, 4, 5. Длина ромбических напильников 100.„250 мм, ножовочных 100.„315 мм.
Напильники специального назначения изготовляются по ведомственным нормалям и предназначены для обработки сплавов цветных металлов, изделий из легких и неметаллических материалов.
Н а д ф и л и — небольшие напильники (длиной 80...160 мм; толщиной или диаметром 2...3 мм) с мелкой насечкой применяют для лекальных, граверных, ювелирных работ, для зачистки в труднодоступных местах (отверстий, углов, коротких участков профиля и др.).
Рашпили (длиной 250...350 мм, насечка № 1, 2) предназначены для обработки мягких металлов, кости, кожи, древесины, каучука и других подобных материалов. Существует два вида рашпилей: общего назначения и сапожные.
Шабрение. Это отдельная операция заключается в снятии тонкой стружки шабером вручную или механическим путем с поверхности, предварительно обработанной резанием. Цель шабрения — обеспечение плотного прилегания сопрягаемых поверхностей. Шабрением обрабатывают прямолинейные и криволинейные поверхности (направляющие станин станков и т. д.). Чтобы определить, какую часть небольшой плоской поверхности необходимо шабрить, деталь этой поверхностью кладут на контрольную плиту, покрытую тонким слоем краски, и, легко нажимая, перемещают по ней в различных направлениях. Окрашивающиеся места необходимо шабрить. Припуски на шабрение наружных поверхностей указаны в табл. 29, а внутренних — в табл. 30.
Таблица 29
Ширина наружной поверхности, мм Длина наружной поверхности» мм
100...500 500...1000 1000... 2000
Припуск, мм
До 100 100...500 0,10 0,15 0,15 0,20 0,20 0,25
Таблица 30
Диаметр внутренней поверхности, мм Длина внутренней поверхности, мм
до 100 100...200
Припуск, мм
До 80 80...180 180...300 0,03...0,05 0,05...0,10 0,10...0,15 0,05...0,08 0,08...0,15 0,15...0,20
Шабрение производят в три этапа:
первый этап — черновое шабреине. Толщина стружки, снимаемой за один проход, составляет 0,02.„0,05 мм;
второй этап — получистовой. Толщина снимаемой стружки 0,01.„0,02 мм;
третий этап — чистовой, применяют при окончательной отделке поверхностей. Толщина стружки до 0,008...0,010 мм.
При обработке плоской поверхности шабер, удерживаемый правой рукой за рукоятку, устанавливают под углом 20.„30° к поверхности; левой рукой нажимают конец шабера близ режущей кромки (рис. 79, а) и двигают его вперед (рабочий ход) и назад (холостой ход). Направление рабочего хода каждый раз меняют так, чтобы следы шабера от последующего прохода пересекались со следами от предыдущего прохода под углом 45...90°, а площадки, образуемые штрихом, имели вид ромбов или квадратов (рис. 79, б). Рационально шабрить «на себя». Шабер берут за среднюю часть обеими руками в обхват и устанавливают лезвием к обрабатываемой поверхности под углом 65„.75° (рис. 79, в). Рукоятку упирают в плечо работающего.
Шабе р ы изготовляют из инструментальной углеродистой стали марок У10 и У12А. Твердость режущей части после закалки HRC составляет 56...64. По форме режущей части шаберы подразделяются на плоские, трехгранные, четырехгранные, фасонные, по числу
Рис. 79. Шабрение:
а — шабрение плоской поверхности; б — вид штрихов на пришабриваемой поверхности; в — положение рук при шабрении «иа себя».
режущих концов (граней)—на одно- и двусторонние (рис. 80). Плоские шаберы изготовляются с прямыми (рис. 80, а) и изогнутыми (рис. 80, б) концами. Длина плоских односторонних шаберов 200...300 мм, двусторонних — 200...400 мм; ширина для чернового шабрения 20...30 мм, для получистового— 15...20 мм, для чистового — 5... 12 мм; толщина шабера 2...4 мм. Плоские шаберы заостряют под углом 90°. Внутренние поверхности обрабатывают трехгранными шаберами с углом заострения 60°. Продольные желобки на их гранях облегчают заточку и заправку инструмента.
Точность шабрения измеряется количеством пятен иа площади, ограниченной квадратом 25X25 мм.
Трудоемкую ручную операцию шабрения заменяют механической обработкой: шлифованием, алмазным растачиванием, шабрящим фрезерованием и т. п.
Притирка. Притиркой называется доводка деталей, работающих в паре, для обеспечения плотных, герметичных (непроницаемых) разъемных и подвижных соединений. Эта операция осуществляется с помощью притира — инструмента из мягких материалов и шлифующих порошков или паст, позволяющих снимать с поверхности тонкий слой металла (не более 0,02 мм).
Толщина слоя металла, снимаемого за один проход, не превышает 0,002 мм. Припуск на притирку не должен быть более 0,01— 0,02 мм; большие припуски значительно удлиняют процесс притирки. Точность притирки от 0,001 до 0,002 мм.
В машиностроении притирке подвергают уплотнительные поверхности арматуры, пробки и корпуса кранов, клапаны и седла двигателей и др.
К притирочным материалам относятся абразивные порошки, смешиваемые со смазочными веществами, а также специальные пасты. Различают природные (естественные) абразивы, к которым относятся алмаз, корунд, наждак, кварц, известь и др., и искусственные (электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетические алмазы и др.).
Абразивные материалы разделяются на твердые и мягкие. К твердым относятся материалы, твердость которых выше твердости закаленной стали; к мягким — материалы, твердость которых ниже твердости закаленной стали. Наиболее твердыми являются алмазные порошки, за ними следуют карбид бора, карбид кремния, коруид.
Рис. 80. Шаберы:
а — плоский односторонний; б — с изогнутым концом; в — плоский двусторонний; г — трех- и четырехгранные; д — углы заточкн.
наждак и крокус; в слесарном деле чаще применяют наждак. Из мягких абразивных материалов наиболее широкое распространение получили пасты ГОИ.
Из природных и синтетических алмазных порошков изготавливают алмазные пасты, которые применяются для притирки, доводки и полирования изделий из твердых сплавов, сталей различных марок и неметаллических материалов; стекла, рубина, керамики. Процентное содержание порошка в пасте по массе составляет 1...23%. В состав паст входят высокомолекулярные поверхностно-активные
вещества, хорошо смачивающие зерна алмаза. По консистенции алмазные пдсты делятся на твердые, мазеобразные и жидкие.
Чаще всего при обработке изделий применяются жидкие пасты, которые обеспечивают высокое качество поверхности и точность обработки.
Сверление. Сверлением называется процесс образования снятием стружки отверстий в сплошном материале при помощи режущего инструмента — сверла. Эта одна из самых распространенных слесарных операций применяется для получения отверстий невысокой степени точности н класса шероховатости, например под крепежные болты, заклепки, шпильки и т. д. Из-за сравнительно невысокой точности сверление часто является подготовительной операцией для последующего растачиваиня, зенкерования, развертывания н протягивания. Сверление также служит подготовительной операцией при нарезании внутренних резьб.
Схема обработки отверстий представлена на рнс. 81. Сверление осуществляется вручную (ручными, электрическими н пневматическими дрелями) и на станках. Обрабатываемую заготовку крепят в тисках, а сверлу сообщают одновременно два движения — вращательное н поступательное (вдоль оси сверла).
Различают следующие типы сверл: перовые, спиральные, с пластинками нз твердых сплавов, ружейные и пушечные, центровочные.
Перовые сверла (рис. 82) просты в изготовлении, заточке, по плохо отводят стружку прн сверлении глубоких отверстий. Поэтому их используют при выполнении в чугуне и других хрупких материалах отверстий глубиной не более 2...3 диаметров сверла.
д е ж
Рис. 81. Схема обработки отверстий:
а — сверление; б — рассверливание; в — зенкеровавие; г —« развертывание; д — зенкование; е я ж — цекование (облицовка).
Спиральное с в е р-л о представляет собой цилиндрический стержень с двумя винтовыми канавками (рис. 83). Режущая и направляющая
Рис. 82. Перовое сверло.
части сверла с винтовыми канавками образуют рабочую часть. Режущая часть имеет две главные режущие кромки, которые образованы пересечением передних и задних поверхностей, и поперечную кромку (перемычку), образованную пересечением задних поверхностей. Шейка соединяет рабочую часть с хвостовиком, которым закрепляют сверло в Патроне. У сверл диаметром до 9,5 мм хвостовик цилиндрический, у сверл большего диаметра — конический. Лапка сверл с коническим хвостовиком служит для выбивания сверла из шпинделя станка. Винтовые ленточки (две узкие винтовые фаски) направляют и центрируют сверло в отверстии и уменьшают трение сверла об обработанную поверхность.
Для обработки различных материалов применяются сверла с разными углами заточки. Для стали, чугуна и бронзы угол, образуемый главными режущими кромками, составляет 116...118°, латуни, алюминиевых сплавов, баббитов—130...140°, эбонита, целлулойда— 80...90°. Промышленность выпускает спиральные сверла диаметром 0,25...80 мм.
Сверла, оснащенные пластинками из сплавов Т15К.6 и ВК.8, предназначены для скоростного сверления. Эти сверла выпускают с прямыми, косыми и винтовыми канавками. Сверлами
первого и второго типов в чугуне и других хрупких материалах вы-* полияют отверстия глубиной в 2...3 диаметра сверла. При сверлении более глубоких отверстий выход стружки затруднен. Сверла третьего
Рис. 83. Элементы спирального сверла:
2 <р — угол при вершине; <0—угол наклона винтовой канавки; — угол ва-клоиа поперечной кромки.
Рабочая часть
Рабочая часть _ .Шейка Режущая НарраВляющаячат / ХВостоВик
часть
у д/
Лапка
Рис. 84. Элементы цилиндрического зенкера.
типа лучше выводят стружки наружу, особенно при обработке вязких материалов.
Ружейные и пушечные сверла применяют для глубокого сверления (получения отверстий, глубина которых превышает диаметр сверла в 5 и более раз). Эти сверла имеют каналы для подвода охлаждающей жидкости и отвода стружки.
Центровым сверлом получают в центровом отверстии круглой заготовки внутренний коиус с углом 60°, который служит технологической базой при обработке в центрах, и второй конув в 120° для предохранения конуса центрового отверстия.
Материалы сверл — легированная сталь 9ХС, быстрорежущие стали марок Р9 и Р18, Р6М5 и твердые сплавы. Сверла диаметром до 6 мм изготовляют цельными, от 6 мм и выше — сварными. Хвостовик делают из стали марок 45 или Стб. Твердость закаленной рабочей части HRC сверл из легированной стали диаметром до 10 мм составляет 59...63, диаметром свыше 10 мм — 61...64; у сверл из быстрорежущей стали диаметром до 5 мм — 60...64, диаметром свыше 5 мм — 62...65.
Зенкерование. Зенкероваиие (см. рис. 81, в)—обработка отверстия после сверления, в отливках, поковках или штамповках под головки или шейки винтов, поверхностей бобышек под шайбы и т. п. Для зенкерования применяются цилиндрические, конические, торцевые зенкеры.
Цилиндрический зенкер (рис. 84) состоит из рабочей части, шейки и хвостовика. Рабочая часть выполняет основную работу резания с помощью режущих кромок, расположенных под углом <р, равным 45...60°. Направляющая часть обеспечивает направление инструмента и дает окончательный размер отверстия по диаметру.
Конические зенкеры (рис. 85), превращающие просверленные цилиндрические отверстия в конические, имеют угол прй вершине 2ф, равный 30, 60, 90 и 120°, и число зубьев от 6 до 12.
Торцевыми зенкерами обрабатывают плоские бобышки.
Зенкеры изготовляют главным образом из быстрорежущих сталей марок Р9, Р18, твердых сплавов, ВК8 (для обработки чугуна)' и Т15К6 (для обработки стали). У термически обработанных зенкеров из быстрорежущей стали твердость HRC равна 60...65, а из твердых сплавов 80...85.
Развертывание. Развертывание (см. рис. 81, г)—чистовая обработка конических и цилиндрических отверстий после зенкерования, обеспечивающая высокую точность и малую шероховатость поверхности. Отверстия диаметром до 10 мм развертывают иногда иепО-
a
б
S
8
Рис. 85. Конические зенкеры: п, б, в, г — зенкеры с углом конусности соответственно 30, 60. 90. 120“.
средственно после сверления или растачивания. При развертывании диаметр отверстия увеличивается на 0,2...0,7 мм (черновое развертывание) н на 0, 06...0,2 мм (чистовое развертывание).
Развертки — многолезвийный инструмент для чистовой обработки отверстий. По способу применения различают ручные и машинные развертки, по конструкции — хвостовые и насадные, по форме обрабатываемого отверстия — цилиндрические и конические, по характеру обработки — черновые и чистовые.
С помощью черновой развертки осуществляется подготовка отверстия под чистовую обработку. Припуски, снимаемые при черно-
Рабочая часть Квадратная головка.
Хвостовик
. 'Калибрующая часть 'Заходная часть
₽ис. 86, Ручная развертка.
вом развертывании; составляют десятые, а при чистовом — сотые доли миллиметра.
Рабочая часть ручной развертки (рис. 86) состоит из заборной . (заходной) и калибрующей частей. Заборной называют переднюю, конусную часть развертки, которая выполняет основную работу по снятию стружки. Калибрующая часть направляет развертку и калибрует (зачищает стенки отверстия). Канавки вдоль рабочей части служат для отвода стружки. Развертка крепится за хвостик в шпинделе или в воротке.
Заборная и калибрующая части отличаются друг оу друга формой зубьев: иа первой они остро заточены, на второй вершины зубьев имеют фаску — ленточку шириной 0,3...0,5 мм для калибровки и заглаживания стенок развертываемого отверстия.
Развертки изготовляют из сталей марок 9ХС, Р9, Р18 и Р6М5. Твердость HRC закаленных разверток из легированной стали должна быть равна 59...64, а из быстрорежущей стали — 62...65.
Зенкование. Эта слесарная операция (см. рис. 81, д) заключается в получении на торце обработанного отверстия цилиндрического илн конического углубления.
Цекование. Цекование (облицовка) (см. рис. 81, е, ж,) представляет собой обработку детали вокруг отверстия для получения плоскости или углубления с чисто обработаииой поверхностью под головку виита илн гайку.
Нарезание резьбы. В отверстиях резьбу нарезают метчиками, а на стержнях — плашками. Рассмотрим процесс нарезания резьбы в отверстии и на стержне. Заготовку или деталь с отверстием, Подготовленным под резьбу, закрепляют в тисках, смазывают черновой метчик и вертикально, без перекоса, вставляют его в изрезаемое отверстие. Затем надевают иа метчик вороток и слегка прижимают его к детали левой рукой, при этом правой осторожно поворачивают
Рис. 87. Нарезание резьбы ручными метчиками и плашками: а — вращение воротка; б — снятие фаски на стержне; в — нарезание резьбы плащвой.
Рис. 88. Метчик и его элементы:
а — внешний вид; б, в — режущее перо (а — задний угол; р — угол заострения; v — передний угол).
вороток по ходу часовой стрелки до тех пор, пока метчик не врежется в металл и не встанет устойчиво. Затем вороток плавно вращают двумя руками (рис. 87, а). После одиого-двух полных оборотов поворачивают метчик в обратном направлении примерно на четверть оборота и ломают стружку, чем облегчают резание. Так проходят все отверстие. Вынимают первый метчик и вводят второй без воротка. Вороток надевают только после того, как метчик правильно установится по резьбе, и продолжают нарезать.
Перед нарезанием резьбы на стержне на конце его снимают фаску (рис. 87, б). Поверхность стержня должна иметь малую шероховатость, а его диаметр — на 0,2...0,4 мм меньше диаметра резьбы.
Нарезаемый стержень закрепляют в тисках так, чтобы конец его выступал над уровнем губок на 15...20 мм. На торец стержня накладывают закрепленную плашку и, не сильно нажимая, начинают нарезать резьбу, повертывая вороток короткими движениями по часовой стрелке (рис. 87, в). Первые нитки резьбы можно нарезать без Смазки, так как плашка захватывает сухой металл легче, затем стержень смазывают и вращают вороток или клупп, так же как и метчик (один-два оборота по часовой стрелке и пол-оборота в обратном направлении для ломания стружкн). Вначале нужно несколько нажимать плашку вниз и следить, чтобы она врезалась в стержень без перекоса.
Метчики делятся иа ручные, машинные, гаечные, конические, плашечные. Ручными метчиками нарезают внутреннюю резьбу вручную при помощи воротка, машинными — на сверлильных, токарных И других станках, гаечными — в гайках за один проход на сверлильных или специальных гайконарезных станках, коническими — коническую резьбу, плашечными — резьбу в круглых плашках.
Основные части и элементы метчика показаны на рис. 88. Рабочая часть состоит из заборной (совершает основную работу резания) и калибрующей (зачищает и калибрует резьбу) частей. Хвостовиком закрепляют инструмент в патроне или воротке во время работы.
Режущие кромки на перьях образованы пересечением поверхности каиавки с затылочными поверхностями рабочей части. Данные о переднем угле у режущих перьев приведены в табл. 31. Задний угол а равен 6...12°.
Таблица 31
Обрабатываемый материал V. Град
Латунь, броиза Чугун, сталь твердая Сталь средней твердости и вязкая Алюминий, магний, медь 0...4 4...8 10...14 16...20
Профиль канавки образуется передней поверхностью, по которой сходит стружка, и задней поверхностью, уменьшающей трение метчика о стенки нарезаемого отверстия. Для нарезания резьбы используют комплект, состоящий из одного-двух метчиков.
Таблица 32
Диаметр резьбы, мм Диаметр сверла, мм 3 2,5 3,5 2,9 4 3,3 5 4,2 6 4,95 7 6,0 8 6,7 10 8,4 12 10,2
Диаметр резьбы, мм 1 14 1 16 1 18 1 20 Диаметр сверла, мм | 11,9 | 13,9 | 15,35 | 17,35
Отверстия под резьбу просверливают сверлом, диаметр которого подбирают в зависимости от диаметра резьбы.
Для метрической резьбы диаметр сверла находят по табл. 32.
Плашками нарезают резьбу на болтах, винтах, шпильках
и других деталях.
Круглая плашка имеет резьбовое отверстие и от 3 до 8 канавок для образования режущих кромок и вывода стружки. Плашки изготовляют цельными (рис, 89, а) и разрезными (рис. 89, б).
Элементы круглой плашки показаны на рис. 90. Основную работу резания выполняет, как и у метчика, заборная часть плашки (Л).
В зависимости от материала и условий обработки угол забор-
Рис. 89. Плашки: а — круглая (лерка) цельная; б — круглая разрезная.
Рис 90. Элементы круглой плашки:
1— стружечное отверстие; 2 — режущее перо; 3— гнезда для крепежнык винтов; 4 — гнезда для регулирования внитов; h — высота плашки; — заборная часть; /2— калибрующая часть; (р — угол заборного конуса; у — передний угол; а — задний угол.
наго конуса <р составляет 15...25°. Калибрующая часть /2 равна 3— 6 шагам нарезаемой резьбы, высота !i плашки — 6—7 виткам резьбы.
В зависимости от обрабатываемого материала н конструкции плашки передний угол у составляет 10...25°, а задний угол а=6...8°.
Метчики и плашки изготовляют из стали марок Р9, 9ХС, 9Х. Твердость перьев метчиков из легированной стали должна быть HRC 58...62, из быстрорежущей стали HRC 61...64; твердость перьев плашек HRC 58...62. Размеры стержней для нарезания метрической резьбы плашками даны в табл. 33*
Таблица 33
Диаметр резьбы, мм Диаметр стержня, мм 3 2,94 3,5 3,42 4 3,92 5 4,92 6 5,92 7 6,9 8 7,9
Диаметр резьбы, мм Диаметр стержня, мм 10 9,9 12 11,88 14 13,88 16 I 18 15,88| 17,88 20 19,86
Техника безопасности при выполнении слесарных операций. Основными условиями безопасной работы при выполнении слесарных операций являются правильная организация рабочего места, надежное закрепление верстака на полу, пользование только исправными инструментами, строгое соблюдение школьниками дисциплины и правил техники безопасности, основные из которых перечислены
ниже. При разметке следует помнить об острых концах чертилок и заготовок, лежащих на плите. На свободные острые концы чертилок и рейсмусов рекомендуется надевать предохранительные колпачки. Устанавливая заготовки на разметочные плиты, призмы и другие приспособления, следует принимать меры против их падения. Чтобы не порезать руки о кромки листовых заготовок, их укладывают на плиту и снимают после разметки в рукавицах.
Рубить металл надо только исправным молотком, зубилом, крейцмейселем. Молоток должен быть хорошо закреплен на рукоятке, не имеющей трещин. Рубку на плите необходимо выполнять в защитных очках, а в тисках применить ограждения (сетки, щитки).
При резке металл следует надежно закрепить в тисках. Полотно ножовки должно быть нормально натянуто в рамке. Неправильно натянутое полотно может сломаться и ранить работающего. Особенно внимательным надо быть при резке труб. Тонкий листовой металл, разрезаемый ручными ножницами, надо держать левой рукой, на которую надета брезентовая рукавица. Это предотвращает ранение руки острыми кромками материала и лезвиями ножниц. Нельзя пользоваться тупыми ножницами, которые мнут металл, и ножницами с разболтанным шарниром: можно смять металл и травмировать левую руку.
При опиливании можно поранить руку об острые края и выступы заготовки, а также о хвостовик напильника. Ручки должны прочно сидеть на напильниках. Не допускается работать напильниками без ручек или с треснувшими и расколотыми ручками. Нельзя во время обратного хода прижимать напильник пальцами левой руки, так как это может привести к ее ранению. Нельзя также удалять руками металлическую стружку, надо пользоваться щеткой-сметкой.
Выполняя притирку, не следует быстро перемещать притираемую деталь, она может упасть и травмировать работающего. Нельзя ударять по губкам тисков с закрепленным в них притиром, так как можно защемить пальцы и повредить деталь. Запрещается держать руки близ вращающегося притира; нажимать на притираемую поверхность нужно плавно. На притире не должно быть трещин и других неисправностей. Очищать притираемую поверхность надо чистыми тряпками и ветошью. Чтобы пыль не попадала в глаза, рекомендуется работать в защитных очках.
При сверлении не следует допускать образования длинной сливной стружки, так как, вращаясь с большой скоростью вместе со сверлом, она может ударить по рукам или лицу. Нужно сверлить с перерывами, своевременно удаляя стружку из обрабатываемого отверстия и со стола станка крючком, щеткой. Станок при этом должен быть остановлен. Нельзя охлаждать работающее сверло тряпкой, это может привести к травме руки.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ
Технология изготовления большинства деталей механизмов и машин включает в себя операции механической обработки снятием стружки — для обеспечения формы, размеров и шероховатости поверхности, заданных чертежом.
Рис. 91. Способы обработки металлов резанием (стрелками указаны направления главного движения и движе» ния подачи):
а — точение; б — фрезерование; в — сверление; г — строгание; д — шлифование круглое; в — шлифование плоское; ж — протягивание.
Поверхность, с которой снимают стружки, называется обрабатываемой; поверхность, образуемая после снятия стружки,— обработанной. Стружку с заготовки снимают различными режущими инструментами, имеющими специально заточенные режущие кромки (резцы, сверла и т. д.) или большое количество твердых зерен с острыми кромками (так называемые абразивы, применяемые в виде кругов, брусков, порошков).
Для получения поверхности заданной формы заготовку и инструмент закрепляют на металлорежущих станках, рабочие органы которых сообщают им основное и вспомогательное движение с установленными скоростью и силой.
Основное движение делится па главное движение и движение подачи. Главное движение может быть вращательным или возвратно-поступательным. Движение подачи — только поступательным. На рис. 91 приведены различные способы обработки металлов резанием.
Как видно из рисунка, главное движение и движение подачи сообщаются инструментам н заготовкам в различных комбинациях. Так, при точении (рис. 91, а) заготовка получает вращательное главное движение, а инструменты (резцы) —движение подачи; при фрезеровании (рис. 91, б), наоборот, главное движение сообщается инструментам (фрезам), а движение подачи — заготовке; при сверлении (рис. 91, в) главное движение и движение подачи обычно придают инструменту, однако в специальных стайках это может не соблюдаться; при строгании на продольно-строгальных станках (рис. 91, г) главное движение выполняет заготовка, а движение подачи — инструмент (резец); при строгании на поперечно-строгальных станках главное движение сообщается инструменту (резцу), а движение подачи— заготовке; при наружном круглом (рис. 91, д) шлифовании главное движение — вращательное, оно осуществляется шлифовальным кругом, поперечная подача — перемещением шлифовальной бабки, а продольная выполняется заготовкой или кругом; при плоском шлифовании (рис. 91, е) главное движение осуществляется шлифовальным кругом, продольная подача — чаще всего заготовкой, а поперечная подача — шлифовальным кругом или заготовкой.
Токарные работы. Токарные работы, выполняемые иа станках токарной группы различными резцами, включают в себя: обтачивание цилиндрических, конических и фасонных поверхностей; обтачивание и подрезание торцовых поверхностей; отрезание; растачивание стенок цилиндрических, конических и фасонных отверстий.
Различают обтачивание черновое и чистовое. При черновом обтачивании снимают большой слой металла, припуск обычно составляет 2...5 мм на сторону. При чистовом обтачивании (рис. 92, а—ж) припуск не превышает 1...2 мм на сторону. Подрезка торцевых поверхностей показана на рис. 92, з, и.
Рис. 92. Токарные операции:
а — чистовое обтачивание правым проходным прямым резцом; б — чистовое обтачивание левым проходным прямым резцом; в — чистовое обтачивание правым проходным отогнутым резцом; г — чистовое обтачивание левым проходным отогнутым резцом; дне — чистовое обтачивание резцами с большим закруглением; ж — чистовое обтачивание широким резцом; з н и — подрезка торца; к — проточка канавки; л — нарезание наружной резьбы; м — нарезание внутренней резьбы.
Отрезание частей заготовок и протачивание кольцевых канавок показаны на рис. 92, к. Канавки протачивают за одни или несколько проходов резца. Возможность протачивания широкой канавки за одни проход ограничивается вибрацией заготовки. Протачивают канавки и отрезают части заготовок обычно при ручной подаче. Поперечная подача должна быть от 0,05 мм/об (при ширине резца до 2 мм) до 0,20 мм/об (при ширине резца, близкой к 10 мм). Скорость резания при этих работах составляет 15...20 м/мин.
При нарезании резцом наружной резьбы (рнс. 92, л) с шагом до 2 мм включительно число черновых проходов должно быть 3—6, а чистовых — 3. При шаге резьбы 2...6 мм число черновых проходов должно быть 6—9, 'а чистовых — 3—4. Меньшее число проходов относится к резьбам с меньшим шагом, а большее — к резьбам с большим шагом. Прн нарезании внутренних резьб (рис. 92, л») число проходов должно быть в 1,5...2 раза больше указанных.
Сверление на токарном станке осуществляют сверлами с коническим хвостовиком, который вставляют в пиноль задней бабки. Подачу при сверлении отверстий осуществляют обычно вручную, вдоль оси заготовок, возможно равномернее. Прн сверлении с механической подачей отверстий диаметром 5...30 мм в стальных заготовках подачу принимают 0,1...0,3 мм/об, а в чугунных заготовках — 0,2... 0,7 мм/об. Скорость резания при обработке конструкционной стали средней твердости сверлом из быстрорежущей стали марок Р9 и Р6М5 должна быть около 30 м/мнн, а чугуна средней твердости — около 35 м/мин.
Типы стружек. Металл, срезанный с заготовки режущим инструментом, называется стружкой. Процесс резания (стружкооб-разованне) — сложный физический процесс, при котором возникают упругие пластические деформации; этот процесс сопровождается большим трением, тепловыделением, наростообразованнем, завиванием и усадкой стружки, повышением твердости деформируемых слоев металла и износом режущего инструмента.
В зависимости от условий обработки срезанный слой (стружка) может быть различных видов. При обработке пластичных металлов (сталей) образуются стружки трех типов: элементная, ступенчатая и сливная, а при обработке малопластичных металлов — стружка надлома.
Элементная стружка (рнс. 93, а) получается при обработке твердых и маловязкнх металлов с малой скоростью резания. Эта стружка состоит из отдельных пластически деформированных элементов, слабо связанных или совсем не связанных между собой.
Р::с. 93. Виды стружек:
а — элементная; б — ступенчатая; в — сливная; г — надлома.
Ступенчатая стружка (рис. 93, б) получается прн обработке заготовок из сталей со средней скоростью резания. Прирезцовая сторона такой стружки гладкая, а на противоположной стороне имеются зазубрины с выраженным направлением отдельных связанных между собой элементов.
Сливная стружка (рнс. 93, в) появляется при обработке вязких металлов
Передняя поверхность
Главная режущая кромка
Вспомогательная режущая кромка
Гзлобна
Вспомогательная задняя поверхность
Стержень
Главная завняя поверхность
Вершина резца
Рнс. 94. Элементы резца.
(мягкая сталь, медь, алю-
миний, свинец) на высоких скоростях резания. Она сходит с резца в виде ленты, без зазубрин, присущих ступенчатой стружке.
Стружка надлома (рнс. 93, г) получается при обработке малопластичных металлов (твердых чугуна н бронзы). Она состоит из отдельных как бы выломанных элементов разнообразной формы, не связанных или очень слабо связанных между собой.
Резец. В зависимости от вида операций в токарных станках применяют различные токарные резцы. Рассмотрим геометрические
параметры резца на примере проходного.
Резец (рис. 94) состоит из головки (рабочей части) и стержня, служащего для закрепления его в суппорте станка. На головке различают переднюю поверхность, по которой сходит стружка, снимаемая в процессе резания, и задние поверхности —• главную и вспомогательную. Главная задняя поверхность обращена к поверхности резания, а вспомогательная — к обработанной поверхности. В пересечении передней и задней главных поверхностей образуется режущая кромка (лезвие). Различают: главную режущую кромку, выполняющую основную работу резания, она образуется от пересечения передней н главной задней поверхностей; вспомогательную режущую кромку, образующуюся от пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей.
Место пересечения главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца.
Для определения углов резца вводят понятия плоскости резаиия и основной плоскости (рис. 95).
Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резання н проходящая через главную режущую кромку.
Основной плоскостью называется плоскость, параллельная продольному (параллельно осн заготовки) или поперечному (перпендикулярно к оси заготовки) перемещению.
Для углов режущей части приняты следующие названия и обо-
значения:
передний угол у — угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проведенной через главную режущую кромку;
главный задний угол а — угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания;
угол заострения (3— угол между передней и главной задней поверхностями резца; •
Разрез по Вспомогательной секущей плоскости
Разрез по главной секущей плоскости
Рис. 95. Главные углы резца.
угол резания 6 — угол между передней поверхностью и плоскостью резания;
вспомогательный задний угол си — угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости;
главный угол в плане <р — угол между проекцией главной режущей кромки иа основную плоскость и направлением подачи;
вспомогательный угол в плане <pi — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки иа основную плоскость и направлением, обратным направлению продольной подачи;
угол при вершине в плане е — угол между проекциями главной н вспомогательной режущими кромками иа основную плоскость. Сумма углов резца в плане составляет 180°, т. е.
q> + <Pi + е *= 180°;
угол наклона главной режущей кромки А — угол между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости.
Передний угол, иепосредствеиио влияющий на стружкообразо-ваиие, может быть положительным, отрицательным и равным нулю.
Стойкость и износ резцов. Под стойкостью резца понимают время его непрерывной работы при заданном режиме рёза-ния до момента затупления. Скорость резания — главный* фактор, влияющий на стойкость резца. Между скоростью резания v и стойкостью Т (периодом стойкости) резца существует зависимость;
где А — постоянная, зависящая от свойств обрабатываемого материала, режима резания, материала и геометрии резца (определяется по таблицам); Г—время работы резца до затупления (стойкость резца); m—показатель относительной стойкости, характери
зующий интенсивность влияния стойкости на скорость резания (для резцов из быстрорежущей стали и резцов, оснащенных твердыми сплавами и минералокерамикой, этот показатель принимают соответственно равным 0,100...0,125; 0,20...0,30; 0,30...0,40).
Практически период стойкости резцов из быстрорежущей стали и резцов, оснащенных твердыми сплавами и минералокерамикой, принимают соответственно равным 30...60; 45...90; 30...40 мин.
В процессе резания металла резец изнашивается. Основная причина износа резцов — трение сходящей стружки о переднюю поверхность резца и задних поверхностей резца о поверхность заготовки. Износ резца зависит от свойств материала рабочей части резца и обрабатываемой детали, скорости и температуры резания, режима резания, смазочно-охлаждающей жидкости и др. Для резцов с пластинками из твердого сплава характерен износ по главной задней поверхности, а из быстрорежущей стали — по передней и главной задней поверхностям.
Количественное выражение допустимой величины износа называют критерием износа. За критерий износа принимают в большинстве случаев величину износа по главной задней поверхности. Для токарных резцов из быстрорежущей стали допустимый износ равен 1,5...2 мм, для резцов с пластинками твердого сплава — 0,8...1,0 мм, с керамическими пластинками — 0,5...0,8 мм.
Различают оптимальный и технологический критерии износа. Под оптимальным критерием износа подразумевается такой износ, при котором общий срок службы инструмента получается наибольшим. Общий срок службы М инструмента определяется как произведение количества переточек, допустимых пластинкой при данном износе, иа время работы (стойкость), за которое этот износ образовался, т. е,
М = кТ,
где к—количество переточек, допустимых пластинкой при данном износе; Т — машинное время работы (стойкость) инструмента, соответствующее данному износу.
Под технологическим критерием износа подразумевается такой износ, который применяется к инструменту, предназначенному дли чистовой (окончательной) обработки. Сущность его заключается в том, что инструмент считается изношенным (затупленным), когда качество поверхности — шероховатость, размеры, состояние поверхностного слоя перестают удовлетворять техническим условиям изготовления детали. По этому критерию инструмент нуждается в переточке при износе, меньшем чем технологический.
Типы токарных резцов. Токарные резцы различают по виду обработки, расположению режущей кромки, форме головки.
По виду обработки резцы бывают: проходные, расточные, подрезные, отрезные, резьбовые и фасонные.
В зависимости от расположения главной режущей кромки й направления подачи различают правые и левые резцы.
По форме головки различают резцы прямые, отогнутые, изогнутые и с оттянутой головкой. У первых — ось прямая, у вторых — головка в плане отогнута в сторону, у третьих — головка изогнута в вертикальной плоскости назад (вниз) или вперед (вверх), у четвертых — головка уже стержня резца (головка может быть расположена симметрично или несимметрично). Для режущей части резцов
применяют быстрорежущие стали, твердые сплавы и минералокера" мические сплавы, алмаз и эльбор.
Минералокерамические сплавы (наиболее распространены ЦМ332) изготовляют из окиси алюминия. Их плотность 3,9 г/см3, твердость — HRA 86...92. Резцы, оснащенные пластинками из минералокерамических сплавов, позволяют работать со скоростями резания свыше 1000 м/мин, т. е. в 2—2,5 раза большими, чем при работе резцами, оснащенными твердым сплавом Т15К.6. Из-за большой хрупкости их применение ограничено.
Алмаз является самым твердым материалом. Кроме того, он не подвергается большим температурным изменениям (его коэффициент линейного расширения во много раз меньше, чем у твердых сплавов), что очень важно при изготовлении резцов. Существенный недостаток алмаза — его хрупкость, ввиду этого его используют в токарных работах только для чистовой обработки деталей из цветных
Таблица 34
Обрабатываемый материал Главный задний угол а» град Передний угол у, град
иодача» мм/об
S>0,2 S<0,2
Алюминиевые и магниевые сплавы, медь 10 15 30
Бронза и латунь хрупкие 8 12 25
Латунь вязкая 8 12 30
Сталь мягкая 8 12 30
Сталь твердая 8 12 25
Чугун серый и ковкий 8 12 25
Таблица 35
Типы токарных резцов Условия работы Главный угол в плане ф’ г гад
Всех типов Отрезные Проходные и расточные Расточные Проходные Обработка нежестких заготовок, продольное обтачивание с одновременным подрезанием торцов, растачивание отверстий, отрезание и прорезание канавок Отрезание Обработка заготовок малой жесткости (/^ 10d) Обработка жестких заготовок (/ -< < 10 d) Обработка жестких заготовок, чистовая обработка с глубинами резания до 2 мм 90 90 60.. .75 45...60 10...20
Рис. 96. Изменение углов резца при установке относительно линии центров станка:
Я — на линии центров; б — выше линии центров; в — ниже лниин центров; а — задний угол; V — передний угол; в — угол резания.
металлов. Алмаз устанавливается в резцах со специальным креплением.
Значения углов заточкв токарных резцов приведены в табл. 34, 35.
Установка резцов по центру и закрепление в резцедержателе.
Условия работы резца зависят от положения его вершины относительно линии центров.
Нормальными условиями работы резца считаются те, при которых его вершина находится на высоте линии центров (рис. 96, а). При установке резца выше линии центров (рис. 96, б) передний угол у увеличивается, что ухудшает сход стружки по передней поверхности, одновременно уменьшаются углы резания 6 и задний а.
Уменьшение заднего угла а вызывает усиление трения задней поверхности резца об обрабатываемую поверхность и преждевременный его износ.
Если резец установить ниже линии центров станка (рис. 96, в), то передний угол у уменьшается, а углы резания 6 и задний а увеличиваются. В этом случае ухудшаются условия резаиия, происходит выкрашивание режущей кромки и поломка стержня резца под давлением стружки.
Положение вершины резца относительно линии центров стайка проверяют по острию заднего центра.
Чтобы резец во время работы не вибрировал, что может привести к крошению режущей кромки, вылет его не должен превышать 20...30 мм. Вибрацию могут также вызвать подкладки, используемые при установке резца. На рис. 97 показана установка резца. Резец необходимо располагать под прямым углом к заготовке.
Элементы режимов при точении. Скоростью резания называется величина перемещения точки режущей кромки относительно поверхности резания в единицу времени в процессе осуществления движения резания.
Скорость резания определяют по формуле:
л Dn
V =-----,
1000
где D — диаметр обрабатываемой поверхности, мм; п — частота 'оащения заготовки, об/мии.
Различные точки режущей кромки АО ' резца в процессе обтачивания заготовки с
диаметра D до диаметра d (рис. 98, а) име-
X тИКлТЕ- ют различные относительные скорости. Наи-большая скорость будет в точке Д, соответ-» ствующей наибольшему диаметру D обра-уВДВС- батываемой поверхности, а наименьшая —• в точке О, лежащей на поверхности, диаметр которой равен d.
Рис. 97. Установка - При продольном точении цилиндриче-резца в резцедержа- ской заготовки с постоянной частотой вра-теле. щения скорость резания постоянна на про-
тяжении всего процесса резания. При поперечном точении она изменяется в зависимости от перемещения резца (уменьшается от периферии к центру). То же происходит н прн отрезании деталей.
Подачей s (точнее, скоростью подачи) называют величину перемещения режущей кромки относительно обработанной поверхности в единицу времени в направлении движения подачи. Различают подачу за один оборот заготовки, т. е. величину относительного перемещения резца за время одного оборота заготовки и минутную подачу, т. е. относительное перемещение резца за 1 мин. Минутная подача обозначается sM (мм/мин), а подача за один оборот — s (мм/об). Между ними существует следующая зависимость:
Рис. 98. Глубина резання и сечение среза:
а — при наружном точении; б — при отрезании; в — при подрезании; г — прн растачивании; д — параметры элемента стружии.
На рис. 98, а—г показаны сечения среза при наружном точении, отрезании, подрезании и растачивании заготовки. В общем виде сечение среза (теоретическое) представляет собой параллелограмм со сторонами 5 и Ь. Шириной среза Ь называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания. Толщину среза а можно определить из прямоугольного треугольника АВС (рис. 98, б):
а — S • sin ф.
Ширину среза b находят нз прямоугольного треугольника CMN t
Ь — --------,
sin q>
где t — глубина резання.
Площадь поперечного сечения среза (сечение стружки, мм2): f = а • b =* S • I '.
Если главный угол в плайе ф равен 90°, то толщина снимаемого слоя а равна величине подачи s, а глубина t резания — ширине b срезаемого слоя.
Машинным (основным) временем называется время, затраченное непосредственно на снятие стружки. При токарной обработке детали, показанной на рис. 99, машинное время определяют по формуле:
То^—1, ” ns
где L — расчетная длина перемещения резца, мм; п — частота вращения заготовки, об/мии; s — подача, мм/об; i — число проходов. Расчетную длину перемещения резца находят как
L=I+у+е, где I — длина обрабатываемой поверхности заготовки, мм; у — величина врезания резца, мм; е— перебег резца, мм.
У
Рис. 99. Расчетная длина среза перемещения резца прн точении:
I — положение резца в начале обработки; II — положение резца в конце обработки.
L-J
ll
Рис. 100. Разложение силы сопротивления на составляющие.
При выборе режимов резания для различных видов механической обработки следует придерживаться определенной последовательности. Сначала устанавливают глубину резания I (в мм) — расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, соответствующее толщине слоя металла, снимаемого за один проход инструмента, и измеренное в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности. Если припуск можно снять за один проход, глубина резания равна припуску на
обработку. Глубину резания могут ограничивать недостаточная мощность привода станка, нежесткость обрабатываемой заготовки, ненадежное закрепление ее на станке и другие факторы. При этих условиях надо снимать припуск в несколько проходов, уменьшая глубину резания. Глубина резания зависит от способов обработки заготовки. Так, при шлифовании припуск всегда снимают за несколько проходов.
После того как установлена глубина резания, выбирают подачу s. Ее определяют из справочных таблиц. В чистовых и особенно в отделочных операциях основное влияние на выбор величины подачи оказывают технологические факторы: точность и заданная степень шероховатости поверхности обработки. Числовое значение подачи должно быть согласовано с паспортными данными станка.
Установив значения I и s по формулам или из справочников, определяют скорость резания v.
Сила, мощность резания и КПД станка. В процессе снятия стружки резец преодолевает сопротивление металла резанию, которое является равнодействующей трех сил: силы, деформирующей срезаемый слой; силы, которая отрывает стружку от основного металла; силы, преодолевающей внешние силы трения (силы трения стружки о переднюю поверхность резца и силы трения задней поверхности резца о поверхность резания) .
При продольном, точении сила сопротивления резанию раскладывается на три составляющие (рис. 100): Pz — касательная к поверхности резания в направлении главного движения; Ру направлена по радиусу перпендикулярно направлению подачн резца; Рх действует на резец параллельно оси обрабатываемой заготовки в направлении, противоположном подаче.
Определение величины этих составляющих лежит в основе расчета основных параметров станка.
От величины силы Рг и скорости резания зависит величина эффективной мощности Ne, затрачиваемой на резание. По величине силы Pz находят нагрузку коробки скоростей станка, Зная силу Рх, определяют динамическую нагрузку коробки подач. По силе Pv
производится расчет станка на жесткость. Опытным путем установлена следующая зависимость:
Рг: Рх : Ру = 1 : (0,3...0,4) : (0,4...0,5) = 1 : 0,35 : 0,45.
Равнодействующую силу R находят как геометрическую сумму этих составляющих:
Л = ]/' р2 + р2 + Р2у = Рг]/\ + (0,3 ... 0,4)2 + (0,4 . . . 0,5)2 = = (1,1 . . . 1,2)Рг.
Это отношение имеет место при следующих значениях углов: <р = 45°; у» 15°, угол между силами Рг и R равен 25...40°. Для того чтобы подсчитать мощность, затрачиваемую на резание (эффективную мощность), необходимо сложить мощности на преодоление каждой силы сопротивления Pz, Ру и Рх, т. е.
;Vpe3 = Npz + Npy + Npx .
Так как мощность характеризует работу в единицу времени, то необходимо, следовательно, каждую силу умножить на соответствующую относительную скорость перемещения резца и заготовки в направлении действия данной силы (или обратном), вводя соответствующие коэффициенты:
Р, О Ри V Р S п
N = — ---------1__»—L д________Z--------ГкВт)
рез 60-102 60-102 60-102-1000 ' ’’
При продольном точении никаких перемещений в направлении действия силы Pv или в обратном этому направлению нет, т. е. vy = 0, а следовательно, равно нулю и второе слагаемое. Третье слагаемое, представляющее собой мощность, затрачиваемую на движение подачи, мало (1 ...2% Npz), и им можно пренебречь.
Тогда
^рез
Р, • v ------- (кВт). 60-102
С учетом КПД станка (г]) легко подсчитать и необходимую (расчетную) мощность электродвигателя:
Для резания на заданном станке необходимо, чтобы мощность электродвигателя станка ND? была больше (или в крайнем случае равна) расчетной мощности, т. е.
^ст^м.
Фрезерование. Фрезерованием называют операцию механической обработки резанием, при которой многорезцовый инструмент — фреза совершает вращательное (главное) движение, а обрабатываемая заготовка — поступательное (движение подачи). Движение подачи может быть направлено против вращения фрезы (встречное фрезерование) (рис. 101, а) или в направлении вращения фрезы (попутное фрезерование, рис. 101, б). Фрезерование — один из высокопроизводительных способов обработки металлов резанием, его приме-
а б
Рис. 101. Фрезерование:
няют для получения плоских или фасонных гладких поверхностей, пазов, канавок, изготовления зубчатых колео
» и т. д.
| Горизонтальные по-,[ верхности обрабатывают
на горизонтально-, вертикально- и продольнофрезерных станках ци-
0—против направления -Подачи; б — в иа- линдрическими и торце-правленни подачи. выми фрезами. В зави-
симости от формы и размеров заготовку закрепляют на столе или в машинных тисках (рис. 102, а) и при помощи болтов и подкладок (рис. 102, б). Вертикальные поверхности обрабатывают также на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках дисковыми трехсторонними (рис. 102, в), а на продольно-фрезерных станках торцевыми фрезами (рис. 102, г).
Наклонные поверхности обрабатывают на горизонтальио-фре-верных станках одноугловыми фрезами (рис. 102, о) или на верти-
Рис 102. Основные виды фрезерования плоскостей:
в — цилиндрической фрезой; 6, г, е — торцевыми фрезами; в — дисковой трехсторонней фрезой; д — одноугловой фрезой; ж — концевой фрезой.
Рис. 103. Основные виды фрезерования пазов, канавок, фасонных поверхностей и зубчатых колес:
а и б — концевыми фрезами; в — шпоночной фрезой; г — фасонной фрезой; д — набором цилиндрических фрез; е — дисковыми модульными фрезами; ас — пальцевой модульной фрезой; о — скорость резания; s — подача.
кальио-фрезериых, шпиндель которых установлен под углом а, торцевыми фрезами (рис. 102, е). Уступы обрабатывают на вертикально-фрезерных станках концевыми фрезами (рис. 102, ж.)
На вертикально-фрезерных станках прямоугольные пазы, Т-образные и типа «ласточкин хвост» выполняют концевыми фрезами (рис. 103, а, б), а шпоночные канавки прямоугольного сечення — шпоночными фрезами (рис. 103, в).
На горизонтально-фрезерных станках фасонными фрезами (рис. 103, г) и набором отдельных цилиндрических фрез (рис. 103, <Э) обрабатывают поверхности сложной формы.
Рис. 104. Геометрические параметры цилиндрической фрезы с прямыми зубьями.
Рис. 105. Цилиндрические фрезы: а — с мелким зубом; б — со вставными зубьями.
Цилиндрические зубчатые колеса фрезеруют иа горизонтально - фрезерных станках дисковыми модульными фрезами (рис. 103, е) или на вертикально-фрезерных станках пальцевыми модульными фрезами (рис. 103, ж).
Элементы режущей части фрезы. Зуб фрезы можно рассматривать как отдельный резец. Если рассечь его режущую кромку секущей плоскостью АА (рис. 104), т. е. плоскостью, нормальной к главной режущей кромке, то в сечении получатся главные углы фрезы а, р, у и б. Передний угол у, равный 10...20°, облегчает сход стружки, уменьшает пластическую деформацию сре
заемого слоя, снижает трение стружки о переднюю поверхность
зуба.
Задний угол а, составляющий 12...20°, способствует уменьшению треиия между задней поверхностью зуба и поверхностью резаиия.
Типы фрез. По виду поверхности, на которой имеются зубья,
различают цилиндрические, торцевые, дисковые, угловые и фасон-
ные фрезы.
Цилиндрические фрезы (рис. 105) бывают цельные или сборные со вставными резцами (зубьями) трех разных размеров. Цельные
Рис. 106. Дисковые фрезы: в—пазовая; б — двусторонняя; в — трехсторонняя; г — с переменным наклоном зубьев»
фрезы с мелким зубом изготовляют диаметром 50... 80 мм, высотой 50... 125 мм, с числом зубьев от 12 до 16. Цельные фрезы с крупным зубом имеют диаметр 50... 100 'ММ, высоту 50... 125 мм и число зубьев от 8 до 12.
Фрезы со вставными зубьями из быстрорежущей стали изготавливаются диаметром 75... 150 мм и имеют 8 или 10 зубьев.
Дисковые фрезы пазовые (рис. 106, а) имеют зубья только на цилиндрической поверхности. Эти фрезы изготовляются диаметром 50...100 мм, толщиной 3...16 мм, с числом зубьев
от 14 до 20. У двусторонних (рис. 106, б) и трехсто-роииих (рис. 106, в) дисковых фрез режущие кромки расположены не только иа цилиндрической, ио и на дЦ&жЫЙ. торцевой поверхности (у трехсторонних на обоих торцах). Трехсторонние дисковые цельные фрезы вы-пускают диаметром 50...100 мм, толщиной 5...16 мм, ? с числом зубьев от 14 до 20.
Трехсторонние дисковые фрезы со вставными , .. А । зубьями из быстрорежущей стали выпускают диамет- Г ром 80...315 мм, с числом зубьев от 12 до 22, а со вставными зубьями, осиащеииыми твердым сплавом, диаметром 90...350 мм, с 6 и более зубьями.
Концевыми фрезами (рис. 107), так же как и цилиндрическими, обрабатывают плоские поверхности. Их крепят в шпинделе станка при помощи цилиндрического или конического хвостовика. Диаметр концевых фрез с коническим хвостовиком, осиащеииых ______________
винтовыми пластинками из твердого сплава, 16...
50 мм, общая длина 120... 190 мм, число зубьев от л
3 до 6. )/”
Угол наклона зубьев составляет 28...40°. Разно- v Л' I видиостью концевых фрез являются коробчатые и Lr шпоночные фрезы, концевые Т-образные фрезы для Т Sr J обработки пазов станков и т. д. Jm
Торцевыми фрезами (цельными, насадными или со вставными зубьями) (рис. 108) обрабатывают 1
плоские поверхности. Насадные и цельные фрезы могут быть выполнены с мелким и крупным зубом. '\ис- '07. Первые выпускают диаметром 40...110 мм, высотой Концевая 20...75 мм, с числом зубьев от 12 до 22; вторые— фреза, диаметром 60...110 мм, высотой 40...60 мм, с числом зубьев 10 или 12. Фрезы со вставными зубьями из быстрорежущей стали имеют диаметр 80...250 мм, число зубьев от 10 до 25. Широко применяют фрезы торцевые со вставными зубьями, осиащеииыми твердым сплавом. Их диаметр 100...600 мм, число зубьев 8...30.
Режущую часть фрез при обработке малоуглеродистых сталей и цветных металлов и сплавов изготовляют из легированных инстру-
Рис. 108, Торцевая фреза со вставными зубьями.
Рис. 109. Основные виды поверхностей, обработанных строганием:
а — проходным резцом: б — подрезным резцом; в — подрезным резцом; г н д — прорезными резцами; е — фасонным резцом (s — направление подачи).
ментальных сталей марок 9ХС, ХВ5, ХВГ. При обработке средиеугле-родистых сталей со скоростями резания до 30 м/мин и подачах де 0,05 мм/зуб применяют быстрорежущие стали марок Р18, Р9, Р6М5.
Твердость режущей части фрезы после термической обработки должна быть HRC 62...65. Для зубьев фрез широко применяют пластинки нз твердого сплава марок Т15К6, Т30К4, Т5К10 для обработки стали; ВКЗ, ВК6 и ВК8 — для обработки чугуна, бронзы, латуни, неметаллических материалов.
Строгание. Строгание—обработка резцами горизонтальных, вертикальных и наклонных плоских и фасонных поверхностей, пазов, каиавок. При строгании происходит прерывистое резаиие металла вследствие того, что резец совершает рабочий и холостой ходы (движется возвратно-поступательно). Различают черновое и чистовое строгание.
При черновом строгании работают с максимальной возможной подачей и глубиной резания.
Горизонтальные поверхности обрабатывают проходными резцами (рис. 109, а), а вертикальные поверхности — проходными и подрезными резцами (рис. 109, б). Наклонные поверхности (рис. 109, в) Обрабатывают подрезными резцами специальной формы. Пазы и канавки (рис. 109, г, д) удобнее обрабатывать прямыми и изогнутыми резцами. Поверхности сложной формы (рнс. 109, е) обрабатывают
фасонными резцами при поперечных и вертикальных подачах, обычно при помощи копиров. Закрепляют заготовки в машинных тисках и при помощи болтов, брусков, планок, накладок.
Шлифование. Шлифование — чистовая отделочная обработка металлов абразивными кругами, при которой достигают 7—12 классов шероховатости. При шлифовании создается мгновенная температура до 1000 °C и выше.
В зависимости от конфигурации шлифуемой поверхности и применяемых методов различают круглое наружное шлифование в центрах, в патроне и круглое внутреииее в патроне, бесцентровое при помощи планетарной шлифовальной головки, плоское и фасоииое.
Наибольшее распространение получило круглое наружное шлифование в центрах, которое применяют для обработки наружных цилиндрических поверхностей.
Схема работы круглошлифовального станка с продольной подачей показана иа рис. ПО. Шлифовальный круг и обрабатываемая заготовка получают вращательное движение. Поперечную подачу на глубину шлифования осуществляют шлифовальным кругом каждый раз в конце продольного хода обрабатываемой заготовки.
Скорости вращения шлифовального круга ок = 30..,50 м/с, заготовки Ои=15...25 м/мии.
Плоским шлифованием обрабатывают различные плоские поверхности на плоскошлифовальных станках. Различают плоское шлифование (рис. 111) периферией круга и его торцом. Плоскошлифовальные станки работают по принципу продольно-строгальных или карусельных станков.
При работе по принципу продольно-строгальных станков заготовку крепят на прямоугольном столе, и она движется возвратно-поступательно, а вращающийся шлифовальный круг перемещается относительно заготовки в поперечном направлении (движение подачи). При работе по принципу карусельных станков заготовка, закрепленная на его круглом столе, вращается вместе с ним, а вращающийся шлифовальный круг перемещается относительно стола в радиальном направлении. Стальные заготовки на этих станках часто крепят (притягивают) с помощью электромагнитных плит, расположенных на столе станка. Скорость стола для чернового шлифования 5...70 м/мни, для чистового—15...20 м/мин. Поперечную подачу для
Рис. НО. Круглое наружное шлифование в центрах:
t>K— скорость вращения круга; vн— скорость вращения изделия: продольная подача.
a б
Рис. 111. Плоское шлифование на станках с прямоугольным столом:
« — периферией круга; б — торцом круга (1>к—скорость круга. $п— продольная подача).
1 2 4
Рис. 112. Бесцентровое шлифование цилиндрической заготовки:
1 — шлифующий круг; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — упор; 4 — ведущий круг.
Рис. 113. Круглое внутреннее шлифо-
вание:
а — обычное; б — планетарное (vK—скорость вращения круга; v3—скорость вращения заготовки; $Пр—продольная подача; sn—поперечная подача; v лл““ планетарная скорость),
станков с прямоугольным столом осуществляют в конце каждого его продольного хода. Скорость такого стола при чястовом шлифовании 20...30 м/мин.
При наружном бесцентровом шлифовании с продольной подачей заготовку, опирающуюся на нож (опору), пропускают между шлифующим и ведущим кругами (рис. 112). Первый снимает стружку, второй вращает заготовку, сообщая ей продольную подачу. Ведущий круг повернут относительно оси шлифующего круга на угол 1...2° для чистовых работ и 2...5“—для черновых. Круглое внутреннее шлифование бывает обычное (рис. 113, а) и планетарное (рис. ИЗ, б). При обычном внутреннем круглом шлифовании все движения заготовки и круга такие же, как и при наружном шлифовании с продольной подачей. Диаметр круга £>к выбирают в зависимости от диаметра шлифуемого отверстия заготовки D3 по формуле: £>к=(0,8... 0,9)£)3. При шлифовании отверстий в крупных тяжелых заготовках применяют внутреннее планетарное шлифование. В этом случае заготовка неподвижна, а круг вращается относительно-своей осн и оси шлифуемого отверстия (планетарное движение), а также совершает продольную и поперечную подачу. Для шлифования металлов используют шлифовальный круг—абразивный инструмент в виде тела вращения. Конструкция и работоспособность этого инструмента определяются материалом н размером режущего абразивного зерна,
составом и качеством связки, структурой расположения абразивных зерен и пор в инструменте. Все эти параметры входят в маркировку каждого инструмента и составляют его характеристику (рис. 114).
Абразивные материалы. Режущая способность и износостойкость абразивного материала зависят от его твердости, нагревостойкости, хрупкости и дробимости зерна, а также степени химического взаимодействия с обрабатываемым металлом. Рассмотрим неко
торые виды этих материалов.
Электрокорунд имеет высокую термостойкость (1700...1800 °C) и высокую
прочность при динамических нагрузках. Применяется для шлифования стали, ковкого чугуна, жаропрочных сплавов, легированных цветных металлов и алюминиевых сплавов.
Карбид кремния обладает высокой термостойкостью (1300...1400 °C) и повышенной хрупкостью. Применяется для шлифования чугуна, цветных металлов, твердых сплавов и заточки режущего
Рис. 114. Маркировка
шлифовального круга:
КАЗ — завод-изготовитель; 14А — вид абразивного материала; 40 — иомер зернистости; П — индекс зернистости; С2 — степень твердости; 6 — иомер структуры; К5 — вид связки; А — класс инструмента; 2-й кл,— класс дисбаланса; ПП — форма круга; 500 — наружный диаметр; 50 —высота; 305 —-диаметр отверстия; 35 м/с —• допустимая окружная ско-
инструмента из твердых сплавов и вы- рость.
соколегированной стали.
Карбид бора очень хрупкий абразив. Имеет пониженную термостойкость. при нагревании свыше 500 °C окисляется, поэтому не при-
годен для изготовления инструмента, а используется в виде поро-
шков для доводки и притирки.
Алмаз— наиболее твердый из всех абразивных материалов. Обладает пониженной термостойкостью, при нагревании свыше 750 °C начинает окисляться. Применяется для шлифования и заточки твердых сплавов, суперфиниширования, притирки, полирования, правки абразивных кругов.
Эльбор превосходит в 3—4 раза по твердости и износостойкости основные абразивные материалы, поэтому его используют для шлифования быстрорежущей и другой труднообрабатываемой стали; заточки н доводки режущего инструмента из быстрорежущей стали; полирования и доводки закаленной стали; внутреннего прецизионного шлифования малогабаритных отверстий и др.
Зернистость указывает на размер режущих зерен (в микрометрах), применяемых в данном инструменте. В зависимости от размера зерен они делятся на следующие группы: шлифзерно от № 200 до 16, шлифпорошкн от № 12 до 3, микропорошки от М63 до М14 и тонкие микропорошки от М10 до М5. Размеры зерен (в мкм) для каждой из приведенных групп соответственно составляют: от 2500... ...2000 до 200...160; от 160...125 до 40...28; от 63...50 до 14...10 и от 10...7 до 5...3.
Твердость характеризует прочность удержания абразивных зерен в инструменте при помощи связки. С увеличением связки на 1,5% твердость инструмента повышается на одну степень. Твердость
влияет на режущие свойства и кромкостойкость инструмента, а также на характер износа в процессе резания. Если прочность закрепления зерен в инструменте ниже прочности самого абразивного зерна, то износ протекает за счет выкрашивания зерен и абразивный инструмент работает в режиме самозатачивания. Если же прочность зерна ниже прочности его закрепления в инструменте, то износ протекает частично за счет хрупкого разрушения, скалывания зерен и частично за счет истирания с образованием износных площадок на зерне.
Маркировка инструмента по твердости дана в табл. 36.
Таблица 36
Степень твердости Обозначение твердости
СМ — мягкий СМ — среднемягкий С— средний Т — среднетвердый Т — твердый ВТ — весьма твердый ЧТ — чрезвычайно твердый Ml, М2, М3 СМ1, СМ2 Cl, С2 СТ1, СТ2, СТЗ Т1, Т2 ВТ1, ВТ2 ЧТ1, ЧТ2
Структура абразивного инструмента определяется соотношением объемов абразивных зерен, связки и пор. Различают три группы структуры, включающие 13 номеров: плотная структура (№ 0, 1, 2, 3), средняя (№ 4, 5, 6), открытая (№ 7, 8, 9, 10, 11, 12). Чем больше номер структуры, тем меньше зерен в единице объема н больше расстояние между ними, т. е. инструмент будет иметь более открытую структуру. Например, в структуре № 1 содержание зерен по объему составляет 60...65 %, а в структуре № 12—35...38%. Круги с плотной структурой применяют для чистых и фасонных работ, со средней — для шлифования закаленной стали и всех видов круглого и плоского шлифования периферией круга; с открытой —для плоского и внутреннего шлифования вязких и мягких материалов, шлифования и заточки инструментов, оснащенных твердым сплавом.
Связка представляет собой материал, скрепляющий зёрна абразива для получения круга соответствующей формы и размеров?^ Связка удерживает зерна до их затупления, обеспечивая тем самым самозатачиваемость круга. Различают следующие связки: керамическая (К), бакелитовая (Б), вулканитовая (В), глифталевая (ГФ), поливинилформалевая (ПФ), эпоксидная (Э), силикатная (С), магнезиальная (М).
Виды шлифовальных кругов. В зависимости от формы различают следующие виды шлифовальных кругов: цилиндрические (гладкие и профильные), дисковые, чашечные, тарельчатые и др.
Названия и обозначения кругов, а также области их применения показаны в табл. 37,
Т аблица 37
Название и обозначение инструмента Форма сечения Области применения
Плоские прямого профиля ПП Г.1 .L Круглое наружное, внутреннее, бесцентровое, плоское, периферией круга, обдирочное шлифование
Плоские конические 2П, ЗП, 4П Шлифование резьбы, зубьев, зубчатых колес, зуборезного инструмента, заточка пил
Плоские с выточкой ПВ Круглое, внутреннее шлифование. Шлифование шейки и торца при внутреннем шлифовании
|рДг J
Плоские с двусторонней выточкой ПВД 1 Круглое, плоское шлифование. Ведущие круги для бесцентрового шлифования
Плоские с конической выточкой ПВК Круглое шлифование шейки и круга
Плоские с двусторонней конической выточкой ПВДК
Плоские рифле-ные ПР Зачистные работы
Плоские наращенные ПН жмж .-S-4X.W WVWT Плоское шлифование торцом круга
Диски Д Отрезные работы. Прорезка канавок
Продолжение табл. 37
Название н обозначение инструмента Форма сечения Обл асти применения
Кольца К Г'1 и Плоское шлифование торцом круга
Чашки: цилиндрические чц конические ЧК Un Заточка режущего инструмента. Плоское шлифование торцом круга Заточка режущего инструмента. Плоское шлифование торцом круга. Шлифование направляющих станин станков
Тарелки: IT, 2Т, ЗТ, 4Т Заточка н доводка многолезвийного режущего инструмента. Заточка червячных фрез. Шлифование зубьев зубчатых колес
Деление станков по группам и типам. Цифровые обозначения станков. Существует большое разнообразие типов металлорежущих станков. Они различаются по виду обработки, типу используемого режущего инструмента, степени шероховатости обработанной поверхности, конструктивным особенностям, степени автоматизации, числу важнейших рабочих органов, степени универсальности, точности обработки и массе.
По виду обработки и типу режущего инструмента различают станки токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные и т. д.
По степени обработки поверхности станки подразделяются на обдирочные, чистовые, отделочные, доводочные; по конструктивным особенностям — на вертикально-сверлильные, горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные, горизонтально- и вертикально-протяжные и др.
По степени автоматизации станки делятся на автоматы, полуавтоматы и станки с программным управлением.
По числу рабочих органов (шпинделей, суппортов) различают станки сверлильные одношпиндельные и многошпиндельные, токарные односуппортные, многосуппортные и т. п.
По степени универсальности станки могут быть:
1) универсальные, или общего назначения, предназначенные для обработки разнообразных деталей;
2) специализированные, предназначенные для обработки деталей сходной конфигурации, но имеющие различные размеры (например, ступенчатые валики, кольца подшипников качения и т. д.);
3) специальные, иа которых обрабатывают детали только одного типоразмера.
По степени точности различают станки нормальной точности и высокоточные (прецизионные).
По массе станки бывают нормальной массы (до 10 т), тяжелые (10...100 т) и особо тяжелые (свыше 100 т).
Металлорежущие станки подразделяют на девять групп (номера 1—9), а каждую группу — на девять типов (номера 1—9). Модель станка обозначают соответствующим номером, состоящим из трех или четырех цифр: первая цифра определяет группу станка, вторая — тип, третья и четвертая условно характеризуют технологические особенности станка (например, диаметр обрабатываемой детали на станке, размеры стола и т. п.). Прописная буква после первой цифры указывает на модернизацию станка. Для станков токарной группы первая цифра 1, а вторая: 1 и 2 — автоматы и полуавтоматы, 3 — револьверные, 6 — токарно-винторезные и т. д.; для станков сверлильной группы первая цифра 2, а вторая цифра: 1 — вертикально-сверлильные, 4 — координатно-расточные, 5 — радиально-сверлильные и т. д.; для станков шлифовальной группы первая цифра 3, а вторая: 1—круглошлифовальные, 2 — внутришлифоваль-ные, 7 — плоскошлифовальные и т. д.; для станков фрезерной группы первая цифра 6, а вторая: 1 — вертикально-фрезерные, 7 —широкоуниверсальные, 8 — горизонтально-фрезерные консольные и т. д.; для станков строгальной группы первая цифра 7, а вторая 1 — продольные одностоечные, 2 — продольные двухстоечные, 3 — поперечно-строгальные, 4 — долбежные и т. д. Так, станок модели 1620 — токарно-винторезный станок с высотой центров 200 мм; станок модели 2150 — вертикально-сверлильный с наибольшим диаметром сверла 50 мм; станок 2Н150 — тот же станок, но модернизированный; станок 3740 — плоскошлифовальный с круглым столом диаметром 400 мм.
Станки токарной группы. В зависимости от вида производства (серийное, массовое) применяют различные типы токарных станков: одношпиндельные, многошпиндельные, револьверные, карусельные, автоматы и полуавтоматы, многорезцовые, специализированные и др.
По назначению различают универсальные и специализированные токарные автоматы и полуавтоматы, по количеству шпинделей — одно- и многошпиндельные, по расположению оси шпинделей — горизонтальные и вертикальные. Эти станки применяют в серийном й массовом производствах для нзготовлення больших партий деталей из пруткового материала.
Токарно-винторезные станки широко применяются в единичном и серийном производствах. На них производят все основные токарные работы, включая нарезание резьбы резцом.
Все токарные станки этого типа по высоте центров и расстоянию между ними подразделяются на мелкие (высота центров 150 мм и расстояние между ними 250...270 мм); средние (высота—150... ...300 мм, расстояние — 750...1500 мм); крупные (высота свыше 300 мм, расстояние — 3000...16 000 мм). Наиболее распространены токарно-винторезные станки с высотой центров 200 мм и расстоянием между центрами 750, 1000, 1500 мм.
Из станков токарной группы подробно остановимся на токарно-вннторезном станке модели ТВ-4.
Токарно-винторезный станок модели ТВ-4. Этот станок применяется для школьных мастерских. На нем можно обтачивать и растачивать цилиндрические н конические поверхности, подрезать торцы, отрезать часть заготовки, сверлить отверстия и нарезать резьбу.
Техническая характеристика станка: наибольший диаметр изделия, устанавливаемого над станиной,— 200 мм, наибольший диаметр точения над иижней частью суппорта— 125 мм, наибольший диаметр обрабатываемого прутка—12 мм, расстояние между центрами — 350* мм, наибольшая длина обтачивания — 300 мм, пределы частот вращения шпинделя— 120...710 об/мин, продольные подачи — 0,08; 0,1; 0,12 мм/об; нарезаемые резьбы (метрические) —
Рис. 115. Основные узлы и рукоятки управления токарного станка ТВ-4:
Л — передняя тумба; Б — коробка подач; В — передняя бабка; Г —задняя бабка; Д — суппорт; £—фартук; Ж— задняя тумба; 3 — станина; / — реверсивная кнопка включения и остановки станка; 2 —рукоятка включения ходового валика нлн ходового винта; 3—рукоятка установки величины подач и шага резьбы; 4—рукоятка установки нарезания правой и левой резьб и изменения направления подач; 5 н 6—рукоятка установки частот вращения шпинделя? 7 — светильник; 8— рукоятка крепления резцовой головки; 9— рукоятка ручного перемещения поперечных салазок; 10 — рукоятка перемещения верхних салазои; 11— рукоятка крепления пиноли задней бабки; 12 — рукоятка крепления задней бабки к направляющим станины; 13 — маховик перемещения пиноли задней бабки; 14 — кнопка включения и выключения реечной шестерни; 15— маховик ручного перемещения продольной каретки; 16 — рукоятка включения гайки ходового винта; 17 — рукоятка включения продольной механической подачи.
Рнс. 116. Суппорт:
/ — нижняя каретка; 2 — средняя каретка; 3 — каретка с поворотной частью; 4— верхняя каретка; 5 — рукоятка крепления резцедержателя; 6 — болт; 7 — резцедержатель; 5рукоятка перемещения верхней каретки от руки; 9— вннт перемещения верхней каретки; 10 — винт; // — прижимная планка; 12 — винт поперечного перемещения средней каретки; 13 — болт крепления резца в резцедержателе; 14— рукоятка перемещения средней каретки.
0,8; 1; 1,25 мм, диаметр отверстия в шпинделе—15 мм; мощность электродвигателя—1 кВт, частота вращения 1410 об/мин, габариты станка (длина, ширина н высота) — 1100X470X1020 мм; масса станка — 280 кг.
Устройство то к арно - в инторезно г о станка (рис. 115). В конструкцию станка входят: передняя тумба, задняя тумба, станина, передняя бабка, коробка подач, суппорт, фартук, задняя бабка.
Передняя тумба А имеет П-образиую форму с ребрами жесткости в верхней и нижней частях. Приводной электродвигатель установлен на задней стороне тумбы, в переднюю вмонтирована реверсивная кнопка его включения и выключения.
Задняя тумба Ж по конструкции такая же, как и передняя, В ней помещается щиток с электрооборудованием.
Станина 3 станка имеет по две призматические и плоские направляющие. Передняя призматическая н задняя плоская направляющие служат для перемещения задней бабки.
Передняя бабка В предназначена для поддержания обрабатываемой детали и сообщения ей вращательного движения. Передача вращения от шпинделя к детали осуществляется при помощи трех-кулачкового патрона нли планшайбы с поводком, которые навинчиваются на резьбовую часть шпинделя. При обработке деталей в центрах в шпиндель вставляется центр.
Коробка подач Б передает вращение от шпинделя к ходовому валику нли ходовому винту, а также позволяет изменять частоту вращения ходового валика, обеспечивая тем самым необходимые подачи (при токарных работах) нли ходового винта для установки определенного шага резьбы (при нарезании резьбы). Этого достигают, изменяя передаточное отношение (число) коробки подач, связанной со шпинделем стайка гитарой со сменными зубчатыми колесами.
Суппорт Д служит для закрепления резца и сообщения ему продольной или поперечной подачн (рис. 116).
Рис. 117. Задняя бабка:
1 — втулка закрепления задней бабкн на направляющих станины; 2 — основание; 3— установочный винт; 4— гайка фиксации установочного вннта; 5 — корпус; 6 — центр; 7 — пнноль; 8 — рукоятка зажима пинолн; 9 — винт-шпонка; 10 —рукоятка закрепления бабки на станине; 1/— вннт перемещения пиноли;
12 — маховик вращения пиноли; 13 — рукоятка маховика.
Фартук Е преобразует вращательное движение ходового валика и ходового винта в прямолинейное поступательное движение суппорта. С помощью фартука можно перемещать суппорт вручную в продольном направлении.
Задняя бабка Г (рис. 117) предназначена для поддержания в центрах стайка длинных деталей, а также для закрепления режущего инструмента (сверл, зенкеров, разверток). В зависимости от длины обрабатываемой детали заднюю бабку устанавливают на станине в нужном месте при помощи приспособлений.
Кинематическая схема то к арно - в и яторезного станка модели ТВ-4 (рис. 118). Кинематической схемой называют условное изображение совокупности всех механизмов, посредством которых осуществляется движение элементов станка, она показывает взаимосвязь отдельных элементов и механизмов, передающих движения различных органов станка.
В токарном станке различают две кинематические цепи: цепь главного движения — электродвигатель — шпиндель и цепь подач — шпиндель — суппорт.
Проследим по кинематической схеме каждую из них.
Цепь главного движения. Вращение от электродвигателя Д передается через клиноременную передачу (со шкива диаметром 70 мм иа шкив диаметром 125 мм) на вал I коробки скоростей с неподвижно сидящей шестерней 25. Она в свою очередь постоянно зацеплена с неподвижной шестерней 38 вала 11. На этом же валу расположены
также неподвижно закрепленные шестерни 27, 32 и 38. Последняя работает в цепи подачи.
Эти шестерни передают движение на скользящий по шлицам блок из трех шестерен вала IV через зубчатые передачи 38/38, 27/49 и 32/44. Вал IV получает три частоты вращения. На этом же валу находится скользящий блок из двух шестерен 35—61, передающих движение двум неподвижным шестерням 61 и 35 вала III (шпинделя) через зубчатую передачу 35/61 и 61/35. Таким образом, шпиндель получает шесть различных частот вращения: 120, 170, 235, 385, 510 и 710 об/мии.
Минимальную и максимальную частоты вращения находят из уравнений кинематических цепей, состоящих из последовательно расположенных ременной н зубчатых передач, с учетом коэффициента скольжения ремня (0,985).
Цепь движения подачи. Цепь подачи начинается от скользящей по шпонке шестерне 38 вала V, позволяющей изменять направление вращения ходового винта VIII и ходового валика IX, т. е. изменять
Рис. 118. Кинематическая схема токарно-винторезного станка модели ТВ-4.
направление перемещения суппорта. Если движение идет по кинематической схеме: одни оборот шпинделя 38 (правая, вал III), 38 (левая, вал III) на 38 (вал V), то последняя шестерня получает прямое вращение от шестерни 38 (левая), расположенной на шпинделе. Если же движение идет по цепи: один оборот шпинделя 38 (правая, вал III), 38 (вал II) на 38 (вал V), то последняя шестерня получает обратное вращение за счет зацепления с паразитной шестерней 38 (вал II), которая в свою очередь вращается от колеса 38 (правая, вал III).
Вращение вала V передается к шестерне 24, находящейся в постоянном зацеплении с зубчатыми колесами 60, 64, 60, 64 передаточного механизма, соединенного с валом VI коробки подач. На валу VI жестко закреплены колеса 45, 40 и 50, передающие движение иа блок из трех шестерен вала VII через зубчатые передачи 45/45, 40/50 и 50/40.
При помощи коробки подач можно получить три различные частоты вращения ходового валика или ходового винта. При включении ходового винта VIII (для нарезания резьбы) скользящая шестерня 45 вала VII находится в зацеплении с колесом 45 вала VIII, а при включении ходового валика IX (для точения) шестерня 45 вала VII перемещается вправо, выходит из зацепления с колесом '45 вала VIII и входит в зацепление с кулачковой муфтой М ходового валика. Таким образом, в конструкции коробки подач исключается возможность одновременного вращения ходового винТа и ходового валика. С помощью фартука можно производить механическую продольную подачу суппорта от ходового валика IX и ходового виита VIII, а также ручную продольную подачу. Ручная подача осуществляется вращением маховика, насаженного на вал XI с шестерней 37, соединенной с шестерней 49 вала X, на другом конце которого помещена реечная шестерня 10, модуль 1,25. Последняя входит в зацепление с зубчатой рейкой, жестко прикрепленной к станине. Механическая подача от ходового валика IX осуществляется одиозаходным червяком, сидящим на скользящей шпонке ходового валика. Червяк при соединении с червячной шестерней 55 приводит последнюю в движение и через кулачковую муфту Mi и систему шестерен 27—49 передает это движение на реечную шестерню и рейку.
Механическая подача от ходового винта VIII производится соединением разъемной гайки XIV с ходовым винтом, имеющим шаг 2 мм. Поперечная подача суппорта осуществляется ходовым винтом XII и гайкой XIII. Уравнение кинематической цепи продольной подачи:
Зпрод = 1 об. шп. • 38/38 • 24/60 • 64/60 • 60/64 • 40/50 • 1/55 -27/49Х Хл • 10 • 1,25 = 0,12 мм/об.
Уравнение кинематической цепи нарезания метрической резьбы:
1 об. шп,-38/38-24/60-64/60-60/64-45/45-45/45-2=0,8 мм.
Принадлежности и приспособления к станку. Обрабатываемые на токарном станке заготовки устанавливают в специальных приспособлениях: патронах, планшайбах, центрах и поводках. В патронах крепят сравнительно короткие заготовки. Различают простые и самоцеитрирующие патроны. У первых имеются обычно четыре кулачка 4 (рис. 119, а), каждый из которых можно перемещать от отдельного винта 5 независимо друг от друга. С помощью
1
2
3
a
6
Рис. 119. Кулачковые патроны к токарным станкам: а — четырехкулачковый; б — трехкулачковый самоцеитрнрующий; / — кулачки; 2 — малое коническое колесо; 3 — большое коническое колесо; 4 — кулачок; 5 — вннт.
кулачков крепят несимметричные заготовки. Самоцентрирующие трехкулачковые патроны (рис. 119, б) приводятся в действие от малого конического колеса 2, вращающего большое коническое колесо 3, с обратной стороны которого нарезана торцевая резьба. В пазах патрона перемещаются одновременно три кулачка /, позволяющих установить и закрепить заготовку с цилиндрической наружной или внутренней поверхностью точно по оси шпинделя.
Поводковыми патронами передают крутящийся момент обрабатываемой заготовке. В этом случае на конец шпинделя навинчивают поводковую планшайбу 1 (рис. 120, а), а иа заготовку крепят хомутик 2.
Крупные или сложные по конфигурации заготовки, которые нельзя зажать в кулачковом патроне, крепят на планшайбах при помощи прихватов, накладок и болтов, угольников 3 или специальных приспособлений (рис. 120, б).
Люнеты используют при обработке длинных заготовок. Неподвижный люнет (рис. 121, а) устанавливают на направляющие 4 станины и крепят к ней при помощи болта 3. Опорой заготовке 2 в люнете служат кулачки ] или ролики, регулируемые винтами.
Подвижный люнет (рис. 121, б) перемещается вместе с суппортом 5 и крепится к нему с обратной стороны обрабатываемой заготовки 6. Два кулачка 7 вин препятствуя ее прогибу.
Центры поддерживают заготовки, обрабатываемые иа токарных станках. Передний центр (рис. 122, а), установленный в коническом отверстии шпинделя, вращается вместе с заготовкой. Задний центр укреплен в пиноли задней бабки, и центровое углубление обрабатываемой заготовки
подводят вплотную к заготовке,
6
трется о коиус центра, изнашивая его. При работе со скоростями резания 50... 60 м/мин пользуются вращающимися - центрами
Рис. 120. Способы крепления деталей иа токарных стайках:
а —на планшайбе; б — угольниками и прихватами; 1 — планшайба; 2 — хомутик;
S — угольник.
Рис. 121, Люнеты токарного станка:
а — неподвижный; б — подвижный; / — кулачок; 2 — заготовка; 3 — болт; 4 — направляющие; 5 — суппорт; 5 — заготовка; 7 — кулачок подвижного люнета.
Рнс. 122. Токарные центры:
а —простой; б—вращающийся; в — срезанный полуцентр; s — с шариковым наконечником; д -= обратный.
(рис. 122, б). Кроме вращающегося центра, используют срезанный полуцентр (рис. 122, в) прн подрезке торца; центр с шариковым наконечником (рис. 122, е)—прн обтачивании конусов; обратный центр (рис. 122, д)— при обтачивании заготовок диаметром до 5 мм (в этом случае концы делают коническими для установки в обратных центрах).
Сверлильные станки. Сверлильные станки подразделяются на три группы: универсальные (общего назначения), специализированные и специальные.
По расположению шпинделя различают вертикальные и горизонтальные сверлильные станки — с постоянным расположением шпинделя и радиально-сверлильные станки, допускающие перемещение, а иногда и наклон шпинделя. По количеству шпинделей различают одно- и многошпнндельные сверлильные станки. Кроме того, применяют горизонтально-сверлильные станки для глубокого сверления, настольно-сверлильные и другие станки. Рассмотрим кратко
Рнс. 123. Настольно-сверлнльиый станок НС-12А:
1 — плита; 2 — кронштейн; 3 — колонка; 4 — вилка; 5 — электродвигатель;
6 — ступенчатый шкив; 7 — плита двигателя; 8 — шкив шпинделя; 9-* шпиндельная бабка; 10, 12, 13—рукоятки; II — шпиндель.
Ряс. 124. Вертикально-сверлильный станок модели 2А135: / — плита; 2 — стол; 3 —шпиндель;
4 — коробка подач;. 5 — шпиндельная головка; 6 — электродвигатель;
7 — штурвал ручной подачн шпинделя; 8 — станина; 9 — рукоятка вертикального перемещения стола.
фовальные станки служат для точных размеров и правильной
жущих инструментов, получения поверхности с малой шероховатостью, для обдирки заготовок после литья и обработки давлением. Различают шлифовальные станки, круглошлифовальные (центровые и бесцентровые), внутришлифовальные, плоскошлифовальные, резьбошлифовальные, зубошлифовальные, заточные, обдирочно-шлифовальные и др. Рассмотрим одну из моделей круглошлифовального
станка.
Станок модели 3155 (рис. фования в центрах цилиндрических,
устройство двух станков: настольно-сверлильного н вертикально-сверлильного.
Настолько - сверлильный станок НС-12 А (рис. 123) предназначен для сверления отверстий в небольших деталях диаметром не более 12 мм.
Он состоит нз плиты, колонны, шпиндельной бабки, шпинделя и электродвигателя. На плите 1 укреплена в кронштейне 2 колонна 3, по которой перемещается вверх и вниз шпиндельная бабка 9. Для перемещения шпиндельной бабки по колонне служит рукоятка 12, для фиксирования ее на нужной высоте — рукоятка 13. На оси электродвигателя находится ступенчатый, шкив 6, соединяющийся со шкивом 8 шпинделя клиновым ремнем.
Вертикально - сверлильный станок 2А135 (рис. 124) предназначен для сверления отверстий диаметром не более 35 мм. Станок установлен на плите 1 и имеет колонну (станину) 8, в верхней части которой установлена шпиндельная головка 5. Внутри нее помещается коробка скоростей, передающая вращение от электродвигателя 6 па шпиндель 3. Осевое перемещение сверла осуществляется при помощи коробкн подач 4, закрепленной на станине. Обрабатываемое изделие устанавливается на столе 2. При помощи рукоятки 9 стол можно перемещать по вертикали, что позволяет сверлить отверстия в деталях различной высоты.
Шлифовальные станки. Шли-придания обрабатываемым деталям геометрической формы, заточкн ре-
125) предназначен для шли-конических, фасонных и плос-
ких торцовых поверхностей заготовок. Максимальные размеры обрабатываемой заготовки: диаметр 200 мм, длина 750 мм. Продольная подача осуществляется от гидропривода со скоростью 0,1...10 м/мин. Поперечная подача шлифовальной бабкн происходит также от гидропривода и составляет 0,01...0,03 мм на один или несколько ходов стола. Шлифовальный круг приводится во вращение с частотой 1000 об/мин от электродвигателя мощностью 8 кВт через клиноре-менпую передачу. Вращение обрабатываемой детали, укрепленной между центрами передней и задней бабок, осуществляется от электродвигателя мощностью 0,8 кВт через плоскоременную передачу, конический фрикцион, ременную передачу и поводковый патрон, свободно установленный на шпинделе.
Фрезерные станки. Фрезерные станки отличаются большой универсальностью и предназначаются для обработки плоскостей, криволинейных поверхностей, образования резьбы и т. д.
Станки этой группы широко применяются в единичном, серийном и массовом производствах. Различают станки: вертикальные консольные, вертикальные бескопсольные, продольные и горнзонталь-но-консольные и др.
Настольный горизонтально-фрезерный станок модели НГФ-110Ш4 (рис. 126) входит в оборудование школьных мастерских. Он позволяет демонстрировать фрезерные операции по обработке вертикальных и горизонтальных плоскостей, пазов различных поверхностей цилиндрическими, дисковыми, торцевыми, концевыми, угловыми и фасонными фрезами.
Рис. 125. Круглошлифовальный станок 1црдели 3155:
I — бабка вращения изделия; // — задняя бабка; /// — шлифовальная бабка; /V —станина; V — гидропривод с панелью; VI — стол с поворотной плитой; 1 — маховик ручного перемещения шлифовальной бабки; 2—рукоятки управления гидроприводом; 3—маховик ручного продольного перемещения стола; 4— кнопочная станция.
7
Рис. 126. Общий вид настольного горизонтально-фрезерного станка модели
НГФ-110Ш4:
1 — основание; 2 — маховик продольной пода-чи; 3 — корпус станка; 4, 5—рукоятки переключения частот вращения шпинделя; 6 — коробка скоростей; 7 — хобот; 8 — светильник;
9 — серьга; 10 — оправка с фрезой; 11 — машинные тиски; 12 — стол для установки тисков с деталью; 13 — маховик поперечной подачи; 14 — консоль; 15 — маховик вертикальной подачи.
Техническая характеристика станка: наибольшее и наименьшее расстояние от оси шпинделя до стола соответственно составляют 30 и 200 мм; максимальное расстояние от торца шпинделя до подшипника подвески — 230 мм; расстояние от оси шпинделя до хобота—• 85 мм; наибольший диаметр фрезы—НО мм; размер рабочей поверхности стола — 400X100 мм; наибольшее перемещение стола от руки; продольное — 250 мм, поперечное — 85 мм, вертикальное — 170 мм; перемещение на одно деление лимба: продольное — 0,05 мм, поперечное — 0,05 мм, вертикальное — 0,25 мм; перемещение иа 1 оборот лимба: продольное — 4 мм, поперечное — 4 мм, вертикальное— 2 мм; число Т-образных пазов—1 ит.; размер внутреннего ко-
1G2
нуса шпинделя — конус Морзе № 3; мощность электродвигателя — 0,6 кВт, частота вращения его ротора — 1410...1500 об/мин; пределы частот вращения шпинделя— 125...125-0 об/мин, количество частот вращения — 6; габариты станка—685X640X980 мм, масса станка — 240 кг.
Станок состоит из корпуса, хобота, серьги, коробки скоростей, консоли и стола.
Корпус 3 — базовая часть станка, на котором монтируются все механизмы и части. Жесткость конструкции станка достигается за счет развитого основания, трапецеидального по высоте сечения. Корпус разделен на два отсека. В' верхнем находится коробка скоростей 6, в нижнем — электродвигатель. В верхней части корпуса имеются направляющие типа «ласточкин хвост», в которых установлен хобот 7. Хобот можно перемещать вручную по направляющим. Зажим его на направляющих осуществляется клином, который при завертывании винта затягивается и закрепляет хобот на корпусе.
В переднем конце хобота помещается серьга 9, прикрепленная к хоботу гайкой. Серьга служит добавочной опорой для оправки, в которую устанавливается фреза. Другой конец оправки закрепляется в шпинделе станка.
Коробка скоростей 6 сообщает главное вращательное движение шпинделю с оправкой и помещенной в ней фрезе 10. Она обеспечивает получение 6 частот вращения шпинделя от 125 до 1250 об/мин.
Консоль 14 представляет собой литую чугунную отливку с направляющими для перемещения стола с деталью и самой консоли. Она несет на себе различные органы управления.
Стол 12 предназначен для установки обрабатываемых деталей в тисках или без них. Он им-еет возможность перемещаться в продольном, поперечном и вертикальном направлениях.
На рис. 127 приведена кинематическая схема станка. От электродвигателя Д через клиноременную передачу со шкивами 90/140 главное движение передается на вал I коробки скоростей, имеющей три неподвижные шестерни 34, 25 и 43. Они соединяются со скользящим по шлицам тройным блоком шестерен вала II через зубчатые передачи 34/50, 25/59 и 43/41 (вал II получает три различные частоты вращения). На этом же валу посажен двойной скользящий блок 57 и 25, находящийся в зацеплении с двумя неподвижными колесами вала III (шпинделя) через зубчатые передачи 57/43 и 25/75, Таким образом, шпиндель получает шесть частот вращения.
Минимальная и максимальная частота вращения шпинделя:
пм„„ = 1410 • 90/140 • 0,985 • 25/50- 25/75= 125 об/мин иМакс = 1410 • 90/140 • 0,985-43/41 -57/43=1250 об/мин
Коэффициент 0,985 учитывает скольжение ремня,.
Движение подачи станка осуществляется вручную. Стол имеет продольную подачу по винту IV и гайке V, поперечную — по винту VI И гайке VII, имеющим шаг 4 мм. Вертикальная подача стола осуществляется через пару конических шестерен 17—36, вннт VIII и гайку IX с шагом 4 мм.
Приспособления к фрезерным станкам. Для по» ворота обрабатываемой заготовки на любые равные и неравные части окружности используют специальные приспособления — делительные головки. Они позволяют фрезеровать зубчатые колеса с пря-
15 M 4/ 59 50
Рис. 127. Кинематическая схема настольного горизои» тальио-фреаерного станка модели НГФ-110Ш4.
мымн и косыми зубьями, шестигранники, шлицевые валики и т. д.
Универсальные головки служат также для передачи непрерывного вращательною движения заготовке при фрезеровании винтовых канавок или зубьев.
Делительные головки делятся на лимбовые (наиболее распространенные) и бездимбовые.
Строгальные етаики. Строгальные станки в зависимости от конструктивных и технологически^ признаков пбдразделяются на продольно-строгальные, поперечНО-строгальные, долбежные (вертикально-строгальные) и специальные.
В каждую подгруппу входит несколько типов станков, отличающихся конструктивными особенностями. Так, поперечно-строгальные станки бывают кулисные, шестеренчатые, гидравлические и др.; долбежные — гидравлические, с вращающейся кулисой, кривошипные и др.; продольно-строгальные — одно- и двухстоечные; специальные — фасонные, кромкострогальные, копировальные и др. Недостатки строгальных станков: большая затрата времени иа холостой ход и большие трудности в применении высоких скоростей на рабочих и обратных (холостых) ходах из-за инерционных сил и вибраций.
Приспособления к станкам. Станочные приспособления — дополнительное оборудование к станкам, предназначенное для связи обрабатываемой заготовки со станком и инструментом. Они делятся иа приспособления общего назначения и специальные. Главным признаком приспособлений общего назначения является их универсальность.
Приспособления специального назначения характеризуются пригодностью их только для определенной операции определенного технологического процесса.
Общие требования к конструкции приспособления: обеспечение наивысшей производительности труда; обеспечение заданной точности обработки; удобство в эксплуатации (безопасность в работе, удобство при установке и снятии заготовки, простота очистки от стружки).
Приспособление состоит из отдельных элементов (деталей или сборочных единиц), предназначенных для выполнения определенной функции. Основные группы элементов приспособлений: установочные, зажимные, самоцентрирующие зажимные устройства, элементы, направляющие инструмент, делительные и копировальные устройства.
К установочным элементам относятся жесткие опоры для установки плоских (плавающие опоры, самоустанавливающне) и цилиндрических поверхностей (гнезда и пальцы, установочные призмы, корпусные установочные элементы и т. д.).
К зажимным элементам относятся ручные и механизированные зажимы (винтовые, клиновые, эксцентриковые, рычажные).
Самоцентрирующие элементы включают в себя винтовые, клиновые (цанговые или кулачковые), эскцентриковые, рычажные, мембранные элементы.
К элементам, направляющим инструмент, относятся направляющие и кондукторные втулки.
Делительные устройства применяют для получения разных позиций детали относительно корпуса приспособления. Главным элементом устройства являются делительная плита и фиксатор угловых положений плиты.
Копировальные устройства применяют для обработки фасонных поверхностей па станках общего назначения. При помощи копировального устройства, используя движение подачи станка, получают сложное движение режущего инструмента, отвечающее профилю фасонной детали.
Основные направления автоматизации металлорежущих станков. Главным резервом повышения производительности станков служит автоматизация. Различают следующие ступени автоматизации:
1. Оснащение средствами автоматического управления универсальных станков с ручным управлением. Достоинство таких станков — способность обрабатывать большое число наименований деталей, недостаток—малая производительность.
- 2. Универсальные станки-полуавтоматы с большой производительностью и высокой степенью автоматизации. На этих стайках можно обрабатывать небольшое количество наименований детален, поэтому они применяются главным образом в массовом производстве и ограниченно применяются в индивидуальном н серийном производствах.
3. Специальные полуавтоматы и автоматы для изготовления типовых деталей. Они более производительны, чем универсальные полуавтоматы. Их целесообразно применять, когда форма и размеры обрабатываемой детали остаются длительное время неизменными.
4. Агрегатные станки. Их появление вызвано бурным ростом техники, который обусловил быструю сменяемость машин и деталей. Потребовались станки, которые наряду с высокой производительностью, как полуавтоматы и автоматы, были бы скомпонованы из
узлов, пригодных для использования при создании нового оборудования. Принцип построения агрегатных станков — в создании стандартных сборочных единиц — агрегатов.
5. Автоматические линии из агрегатных станков для обработки корпусных деталей.
6. Автоматические линии из универсальных полуавтоматов н автоматов для изготовления средних и мелких деталей типа тел вращения.
Автоматическая линия представляет собой систему станков, расположенных по ходу технологического процесса, для автоматического преобразования заготовки в готовую деталь посредством выполнения различных технологических, контрольных, сборочных операций с автоматическим перемещением обрабатываемых деталей от стайка к станку.
Основные части и механизмы автоматической линии: силовые головки, транспортные устройства, механизмы зажима и фиксации детали, агрегаты накапливания и выдачи деталей, механизмы изменения положения детали, устройства для отвода стружки.
7. Автоматические цехи и заводы.
8. Металлорежущие станки с системами числового программного управления (ЧПУ). Основное их преимущество — быстрая переналадка. Эти станки призваны решать задачу автоматизации индивидуального и мелкосерийного производств, а также крупносерийного и массового с частой сменой его объектов.
Принципы работы станков с ЧПУ заключаются в следующем. При разработке технологического процесса составляют программу перемещений (величину, направление, скорость) режущего инструмента относительно детали. Программу записывают условным кодом, т. е. заменяют системой числовых обозначений, которые затем переносят в виде перфораций на карту или ленту или в виде магнитной записи на ленту. Так программа вводится в считывающее устройство станка. Прочитанные данные преобразуются в соответствующие командные импульсы, которые с помощью управляющих механизмов подают сигналы исполнительным органам станка, например суппорту токарного станка, столу фрезерного станка и т. п.
Эффективность ЧПУ заключается в том, что программоноситель не связан с конструкцией станка, и поэтому изменение программы не требует его перестройки. Станки с ЧПУ позволяют повысить производительность труда в 3—6 раз.
Правила безопасной работы на станках. Вопросы безопасной работы на станках регламентированы ГОСТ 12.2.009—75. Опасные ситуации при работе на металлорежущих станках могут быть вызваны движущимися частями станков, отлетающей металлической стружкой, прикосновением к неизолированным деталям электрической арматуры или проводам, пользованием неисправным инструментом и другими причинами.
Кроме общих положений по технике безопасности, при работе в школьных мастерских особо необходимо соблюдать следующие правила.
'Перед работой следует проконтролировать, надежно ли соединено защитное заземление (зануление) с корпусом станка.
Все движущиеся части станков (валы, зубчатые колеса, цепные и ременные передачи, шарниры) должны быть ограждены.
Пусковые приспособления и устройства надо располагать так,
чтобы обеспечить удобное и безопасное пользование, быстроту остановки механизма и невозможность случайного пуска станка.
Наиболее удобной и рациональной конструкцией пусковых устройств является кнопочная. Пусковые кнопки имеют окраску: черная — «Пуск», красная — «Стоп». Для предохранения механизмов от перегрузки применяют срезающиеся штифты и предохранительные муфты, срабатывающие при перегрузке машин; приспособления, предупреждающие поломку сверл, метчиков и других инструментов; специальные световые и звуковые устройства.
Для защиты от летящих стружек должны быть установлены сетчатые или сплошные экраны. Предохранительные щитки с экраном из небьющегося стекла устанавливают на суппорте токарного станка.
На фрезерных станках устанавливают сплошные или сетчатые щитки.
Глаза работающих должны быть защищены от отлетающих стружек очками с небьющимися стеклами. При скорости резания металлов 50...80 м/мин надевают очки с боковой защитой или прозрачную полумаску, а при скорости резания свыше 120 м/мин — прозрачные индивидуальные щитки-экраны из органического стекла или целлулоида толщиной до 2 мм. Такие щитки предохраняют не только глаза, но и лицо работающего.
На токарных станках запрещается устанавливать поводковые и другие патроны с выступающими частями, если такие патроны или другие приспособления не снабжены защитными кожухами.
Нельзя держать руками заготовку, обрабатываемую на сверлильном станке, ее следует закрепить в машинных тисках или прихватами на столе станка. Чтобы не поранить руки об острые кромки (заусенцы) заготовки, устанавливать и снимать ее следует в рукавицах.
При сверлении не следует допускать образования длинных витых стружек: вращаясь с большой скоростью вместе со сверлами, оии мбгут ударить по рукам или лицу. Нужно сверлить с перерывами, своевременно удаляя стружки из обрабатываемого отверстия и со стола станка крючком, щеткой, остановив при этом станок. Нельзя охлаждать работающее сверло смоченной тряпкой: оно может намотать па себя тряпку и захватить пальцы работающего.
Нельзя тормозить руками вращающуюся заготовку или устанавливать инструмент во время вращения шпинделя, это может привести к тяжелому ранению рук.
Руки работающего должны быть защищены от брызг смазочноохлаждающей жидкости, так как она может вызывать кожные заболевания.
Глава IX
ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ
Древесину обрабатывают резанием вручную или на станках, а также деформированием в холодном или нагретом состоянии для получения различных криволинейных деревянных изделий. Деревянные изделия собирают на шипах, соединяют на клею при помощи металлической фурнитуры, а также с помощью гвоздей и шурупов.
РАСКРОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Перед раскроем доски и бруски предварительно размечают на черновые заготовки, Разметка и раскрой материала на черновые заготовки производятся двумя способами. Первый заключается в том, что доску распиливают поперек (расторцовывают) на короткие заготовки, после чего каждую заготовку распиливают на бруски в продольном направлении. По второму способу доску распиливают продольно на длинные бруски, а затем каждый из них разрезают на короткие отрезки. Этот способ раскроя считают лучшим, так как он дает большую экономию материала.
Полученные черновые заготовки размечают далее по чертежам изделий с учетом припуска на обработку. Линию разметки детали показывают риской, для нанесения которой используют лииейку, угольник, ерунок, малку (деревянную или металлическую), циркуль, универсальные измерительные приборы.
При разметке широко применяют шаблоны, изготовленные из фанеры, листовой стали, брусков или досок толщиной не более 25 мм. Шаблон накладывают на доску или брусок и, обведя его шилом или карандашом, получают размеченную заготовку.
Припуски на обработку древесины приведены в табл. 38;
Таблица 38
Длина деталей, мм Номинальная ширина деталей, мм Наибольшие припуски при строгании в двух сторон при номинальной толщине, мм
До 30 30...95 95... 170
40...1600 До 95 4 5 6
95...290 5 6 7
1700...2500 До 95 5 6 7
95...290 6 7 8
2600...4000 До 95 6 7 8
95...290 7 8 9
В заготовках лиственных пород припуск увеличивают на 0,5.., 1 мм по сравнению с припусками в заготовках хвойных пород тех же размеров.
Припуски на торцевание составляют около 10 мм с каждой стороны. При разметке досок и брусков до сушки к припускам на механическую обработку прибавляют припуски на усушку.
Припуски на усушку материалов хвойных пород установлены ГОСТ 6782.1—75, для материалов лиственных пород—ГОСТ 6782.2—75.
ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ РЕЗАНИЕМ
При обработке древесины резанием удаляют ненужную часть материала. Заготовке придают требуемую форму и размеры при определенной степени шероховатости поверхности. Различают резание без снятия стружки и со снятием стружки.
К резанию без снятия стружки относятся раскалывание древесины, разрезание ее на шпон, разрезание ножницами и штамповка-высечка. Со снятием стружки производят пиление, строгание, фрезерование, сверление, точение, шлифование.
При обработке древесины различают три наиболее типичных случая резания: в торец, вдоль и поперек волокон.
Торцевое резание характерно тем, что движение резца происходит в направлении, перпендикулярном к волокнам древесины. Прн этом стружка скалывается в виде слабо связанных между собой элементов, обычно рассыпающихся.
Продольное резание характерно тем, что движение резца происходит вдоль волокон, причем получаемая стружка может надламываться, иметь ярко выраженные элементы.
Поперечное резание представляет собой вид резания, при котором режущая кромка резца перпендикулярна волокнам и перемещается в плоскости волокон перпендикулярно их длине, причем в этом случае стружка получается крупной, ее элементы слабо связаны между собой.
Пиление. В процессе пиления происходит деление древесины иа части путем резания многорезцовым инструментом — пилой. Пила представляет собой тонкую стальную ленту или диск с насеченными на одной из ее кромок зубьями — резцами. Снимая стружки, зубья пилы образуют в материале пропил. По мере проникновения полотна пилы в древесину трение между боковыми поверхностями пропила и полотном может достичь такой величины, когда пиление станет невозможным. Для того чтобы уменьшить трение, ширина пропила должна быть больше толщины полотна пилы. С этой целью зубья пилы разводят — поочередно отгибают их в разные стороны на одну и ту же величину. Величина развода на одну сторону пилы для разрезания древесины хвойных пород (сосны, пихты) при абсолютной влажности до 30% составляет для разных видов пил 0,2... 0,8 мм. При разрезании древесины лиственных пород (дуб, бук) величина развода 0,15...0,6 мм.
Пилы. Каждый зуб пилы представляет собой самостоятельный резец, основные элементы которого показаны иа рис. 128. Для ручного распиливания древесины применяют:
Рис. 128. Элементы зубьев полотна пилы:
а —задний угол; (3— угол заострения (заточки); v — передний угол; б— угол резания; Р— шаг зубьев; Л —высота зубьев; В — ширина полотна; S — толщина полотна; а, в, с, а’, в', с' — боковые грани зуба.
Рис. 129. Двуручная поперечная пила.
двуручные поперечные пилы (рис. 129). Зубья пилы делают разной формы и шага. Для твердых пород шаг зубьеа уменьшают;
лучковые простые пилы (рис. 130);
лучковые поворотные, или выкружные, пилы (рис. 131) служат для распиливания деталей по кривым линиям. Отличаются от лучковых простых пил более узким полотном, а также возможностью его поворота на определенный угол;
ножовки—одноручные пилы. Подразделяются на широкие (рис. 132, а) для поперечного пиления, узкие (рис. 132, б) для сквозных пропилов на плоскости и криволинейного пиления, наградки (рис. 133) для пропиливания дорожек для шпонов, шпунтов и т, Д.
Рис. 130. Лучковая простая пила: /—стойка; 2 — полотно; -3 — распорка; 4 — ручкз; 5 —- тети* ва; 5 —-закрутка.
Рис. 131. Лучковая поворотная, или выкружная, пила.
Рис. 132. Ножовки: а — нормальная; б — узкая.
Рис. 133. Наградка.
Для механического распиливания древесины применяют станки, режущим элементом которых являются дисковые или ленточные пилы.
Дисковые пилы выполнены в виде стальных дисков с зубьями по венцу и отверстием в центре для посадки диска на вал. Диски для продольного и поперечного распиливания различаются заточкой зуба. Толщину S дисков выбирают в зависимости от диаметра D полотна по формуле: S=0,iyD.
Размеры элементов дисковых пил приведены в табл. 39.
Таблица 39
Назначение пилы Углы, °C
резания, б заострения (заточки), 3 задний, ос шаг, i мм высота зубьев п мм
Для продольного распиливания мягкой древесины Для продольного распиливания твердой древесины и фанеры Дли поперечного распиливания древесины 70...75 60...80 45...40 45...60 50...60 25...30 25...20 20...12 20...10 15...18 14...6 14...5 12..,8
Ленточные пилы в зависимости от назначения подразделяются на столярные (для столярных ленточнопильиых станков легкого типа) и делительные (для ленточнопильных станков тяжелого и среднего типов). Профили и размеры зубьев столярных и делительных ленточных пил приведены в табл. 40.
Строгание. Строгание применяется для придания деталям правильной формы, точных размеров и требуемой степени шероховатости поверхности. Различают два способа движения заготовки и инструмента при строгании: заготовка закреплена, а режущий инструмент движется возвратно-поступательно (используют при обработке вручную и иа строгальных станках); заготовка движется поступа-
Рис. 134. Шерхебель.
Рис, 135. Одинарный рубанок.
тельно, а режущий инструмент неподвижен (применяют иа гладильных, циклевальных и лущильных стайках).
Ручное строгание древесины осуществляют следующими основными инструментами: шерхебелем, рубанком, фуганком, зензубелем, горбатнком, фальцгобелем,
Таблица 40
Виды ленточных лил Шаг зубьев t, мм Высота зуба k, мм Радиус закругления впадины rt мм
Столярные 6 2,0...3,0 1,5
8 4,2...4,4 1,5
10 4,8...5,0 2,5
12 6,3...6,5 2,5
Делительные 30 9 3
40 11 4
50 13 4
Шерхебель (рис. 134) — струг с одним нсжом, применяется для грубой обработки древесины. Им снимают толстую широкую стружку. У ножа закругленное лезвие шириной 30...40 мм. Угол заострения (заточкн) — 30°; угол установки ножа — 45°.
Одинарный рубанок (рнс. 135) используют после шерхебеля для
Рнс. 136. Фуганок,
Рис, 137. Зензубель.
Рис. 138. Фальцгобель,
более чистовой отделки поверхностен. У ножа прямое лезвие шириной 45...50 мм. Угол заточки — 30°, угол установки — 45°.
Фуганок, (рис. 136) в отлнчне от рубанка имеет длинную массивную колодку с ручкой на заднем конце. Нож шириной 60 мм, одинарный илн двойной. Угол з.аточкн — 30°, угол установки — 50°. Применяют для окончательной отделки больших поверхностей и кромок. Рубанки и фуганки имеют стружколомателн.
Зензубель (рнс. 137) состоит из высокой узкой колодки с летком без отверстий в щеках. Нож в форме лопатки шириной 20 мм с прямым илн косым лезвием. Применяют для зачистки углов.
Фальцгобель (рнс. 138) напоминает зензубель, ио отличается от него ступенчатой подошвой. Используют для выемки фальца (при изготовлении дверей). Нож несимметричной формы шириной 15 мм. Угол заточкн — 23°, угол установки — 45°.
Горбатиком (рис. 139) обрабатывают вогнутые и выпуклые поверхности. Нож с прямым лезвием, как у рубанков, подошва колодки выпуклая нлн вогнутая.
Шерхебели, рубанки, фуганки выпускают и с металлическими колодками. Металлические струги прочнее деревянных, меньше забиваются стружками, проще налаживаются. На рнс. 140 показан рубанок с металлической колодкой.
Механическое строгание древесины осуществляется иа строгальных станках, основным режущим инструментом которых является ножевой вал с закрепленными на нем ножами. Существуют
Рис. 139. Горбатик.
Рис. 140. Металлический рубанок с регулируемой подачей ножа:
1 — гайка; 2 шпилька.
Рис. 141. Форма ножевых валов:
а — квадратный; б — круглый с неотъемными горбушами; в — круглый с цеитробежно-клииовым креплением; г — круглый с сегментными накладками; 1 — ножевой вал; 2 — прорезь; 3 —• нож; 4 — клии; 5 — болт.
несколько конструкций ножевых валов, отличающихся друг от друга формой поперечного сечения и способами крепления ножей.
Квадратный ножевой вал (рис. 141, а) имеет пазы, выполненные в виде «ласточкина хвоста», в которые вставляют трапецеидальные головки болтов, крепящих ножи к валу.
Круглые ножевые валы бывают трех видов: с неотъемными горбушами (рис. 141, б), с центробежно-клиновым креплением (рис. 141, е) и с сегментными накладками (рис. 141, г). Наиболее совершенна конструкция с сегментными накладками. В прорези 2 стального корпуса ножевого вала- 1 вставляют ножи 3, закрепляемые при помощи клиньев 4 н болта 5. Ножи имеют форму пластины, одна кромка которой заострена. В качестве материала для ножей толщиной 3...6 мм используют стали марок ХВГ, 9ХС, Х12Ф.
Фрезерование. При фрезеровании режущий инструмент (фреза) вращается, а заготовка движется поступательно, перпендикулярно оси вращения фрезы (рис. 142).
Скорость вращения фрезы (в м/с) определяют по- формуле;
л Dn 60-1000’ где D — диаметр фрезы, мм; п — частота вращения фрезы, об/мии, 174
Заготовка подается в сторону фрезы со скоростью подачи U. Каждый зуб вращающейся фрезы снимает стружку, имеющую форму загнутого клина, а все зубья удаляют слой древесины толщиной Н (глубина фрезерования).
При увеличении скорости вращения фрезы, числа зубьев и уменьшении скорости подачи качество обработки улучшается. Этим объясняются высокие угловые скорости, применяемые для фрезерных станков 3000...30 000 об/мин.
Для получения качественной поверхности при фрезеровании рекомендуется пользоваться следующими режимами (табл. 41),
Таблица 41 /
Древесина Подача на 1 зуб Uz, мм Глубина фрезерования, мм
Мягкая Твердая Слоистая 0,5...2,5 0,5...1,5 0,5...1,0 1,5...2,5 .1,0...2,0 0,5...2,5
Фрезы. Древесину обрабатывают цельными фрезами (рис. 143), фрезерными головками со вставными зубьями и концевыми фрезами. Фрезы изготовляют диаметром 70... 130 мм с 4—6 зубьями из сталей марок 85ХФ, ХВГ, 9ХС, ХГ, У10А, У8А. Фрезерные головки со вставными зубьямн бывают нескольких типов, диаметром 70... 120 мм, высотой 50...120 мм. Углы резания выбирают в зависимости от твердости древесины. Концевые фрезы, используемые при фрезерно-копировальных работах, крепят в патроне хвостовой частью. На боковой поверхности их расположены 1 или 2 фрезерных зуба.
Сверление. Отверстия в древесине выполняют сверлами поперек (поперечное сверление) и вдоль волокон (торцевое сверление).
Сверло состоит из режущей части, отводящей части и хвостовика. Хвостовики бывают цилиндрические, конические, квадратные и пирамидальные. Сверла с цилиндрическими и коническими хвостовиками используют на станках при глубоком и точном сверлении, с
Рис. 143. Цельная фреза.
Рис, 142. Схема обработки древесины фрезой.
Рис. 144. Типы станочных сверл: а — ^ожечное; б — центровое; в — спиральное; г — винтовое; д — пробочное.
квадратными и пирамидальными хвостовиками — при работе вручную.
В зависимости от формы режущей части различают сверла ложечные, центровые, спиральные, винтовые, пробочные.
Ложечное сверло (рис. 144, а) в режущей части имеет продольный желобок, оканчивающийся заостренным жалом. Одна кромка желобка заточена на всю длину и является режущей, другая — направляющей. Для очистки от стружек сверло вынимают из отверстия. Сверла изготавливают диаметром 3...16 мм и применяют для глубокого и неглубокого сверления вдоль и поперек волокои. Эти сверла дают неточные и недо
статочно чистые отверстия.
Центровое сверло (рис. 144, б) состоит из стержня в виде лопатки с пилообразным острием — центром, бокового дугообразного резца (дорожника), обрезающего древесину по окружности высверливаемого отверстия, плоского ножа, снимающего обрезанную по окружности древесину. Центровые сверла изготовляют диаметром 12...51 мм. Ими высверливают неглубокие отверстия поперек волокон. Эти сверла дают достаточно чистые и точные отверстия.
Спиральное сверло (рис. 144, в) на 2/3 длины стержня охвачено винтообразной спиралью. Рабочая часть сверла состоит из конического винтообразного заглубнтеля, двух дорожников и двух плоских ножей. Стружка легко выбрасывается. Применяется для сверления поперек волокон отверстий диаметром 6...40 мм.
Винтовое сверло (рис. 144, г) имеет витой на 2/3 длины стержень, винтообразный заглубитель, дорожники и плоские ножи.
У пробочного сверла (рис 144, д) рабочая часть представляет собой коробочку с диаметральной перегородкой. Нижняя кромка стеики коробки служит подрезателем древесины по окружности, для высверливания сучков. Диаметр пробочных сверл 15...50 мм.
Для ручного, сверления древесины применяют коловороты, дрели и буравы.
В коловороте (рис. 145, а) коленчатый стержень 2 приводят во вращение ручкой 3, свободно насаженной на среднюю часть стержня с нажимной головкой 1. Вместе со стержнем 2 вращается соединенный с ним патрон 4, кулачки 5 которого удерживают сверло.
Винтовой дрелью (рис. 145, б) сверлят отверстия диаметром до 5 мм. Стальной стержень 6 с винтовой резьбой по всей длине вращается в ручке 8, называемой грибком, и приводится в движение гайкой 7, перемещаемой вверх и вниз. В слесарной дрели (рис. 145, в) патрон Р сверла приводят во вращение рукояткой 11 через
1
Рис. 145. Приспособления для сверления вручную: d — коловорот с трещоткой; б — винтовая дрель; в — слесарная дрель; / — нажимная головка; 2 — коленчатый стержень; $ — ручка; 4 — патрон; 5 — кулачок патрона; 6 — винтовой Стержень; 7 — гайка; 8— ручка (грибок); 9 — патрон; 10 — конические зубчатые колеса; // — рукоятка; 12 — верхняя ручка.
конические зубчатые колеса 10. На дрель нажимают верхней ручкой 12.
Механическое сверление древесины осуществляется в сверлильных станках, режимы резания которых Приведены в табл. 42.
Зачистка и шлифование. Обработанную поверхность древесины твердых лиственных пород зачищают на циклеваЛьном станке неподвижно закрепленным ножом или специально заточенной стальной пластинкой — циклей. Циклюют вдоль волокон только плоские
Таблица 42
Древесина Скорость ре-заиня, м/с Подача на 1 оборот сверла, мм
Мягкая Твердая Превсованная 0,5...5,0 0,2...0,3 0,1...0,3 0,5...2,0 0,1...0,3 0,1...0,2
поверхности. Детали из хвойных и мягких лиственных пород не циклюют.
Обработанные детали шлифуют на шлифовальных станках шлифовальной шкуркой. Древесину шлифуют вдоль волокон или йод углом к ним до 15°. При шлифовании поперек волокон на поверхности появляются царапины. Пластины прямых (не фасонных) деталей шлифуют иа барабанных станках. Профильные кромки шлифуют на ленточных станках, а мелкие и грубо обработанные детали на дисковых станках.
Шлифовальная шкурка служит режущим инструментом шлифовальных станков. Она представляет собой бумагу или хлопчатобумажную ткань с .наклеенными на них абразивными зернами. Шлифовальная шкурка на тканевой основе бывает рулонная и листовая, каждая из которых может изготовляться из следующих абразивных материалов: электрокорунд, монокорунд, карбид кремния.
ОТДЕЛКА ДРЕВЕСИНЫ ЛАКАМИ И КРАСКАМИ
Лакокрасочные и пленочные покрытия придают древесине красивый внешний вид и защищают ее от воздействия воды, слабых кислот, щелочей и т. д.
Все лакокрасочные покрытия делятся па прозрачные и непрозрачные. Прозрачные покрытия образуют материалы, пленка которых просвечивает (лаки масляно-смоляные, спиртовые, нитролаки, политуры). Непрозрачные покрытия, скрывающие текстуру и цвет древесины, образуют материалы, пленка которых не просвечивает (масляные эмалевые краски, нитроэмали, перхлорвиниловые эмали).
К отделочным материалам, применяемым при прозрачных и непрозрачных покрытиях, относятся олифы, красители, масляные и эмалевые краски, нитролаки, спиртовые и масляные лаки.
Олифы — материалы на основе растительных масел или маслосодержащих (жирных) алкидных смол. После высыхания они образуют на поверхности защитную пленку, нерастворимую в воде и органических растворителях. Олифы применяют для изготовления и разведения красок, а также грунтования окрашиваемой поверхности. В зависимости от исходного сырья олифы бывают натуральные из растительного масла, полунатуральные (олифа-оксбль) и искусственные из органических продуктов (олифы типа синтоль, карбоноль и т. д.).
Красители — красящие вещества, легко растворимые в воде, спирте, масле и других жидкостях, а также в растворах смол и клеев. При крашении раствор красителя проникает в древесину.
Масляные краски — это суспензии пигментов И наполнителей в олифах.
Пигменты — минеральные высокодисперсные порошки различного цвета, приготовляемые из природных материалов (минералов, руд, окислов металлов) или получаемые искусственно из минеральных веществ.
Эмалевые краски представляют собой готовые к употреблению смеси пигментов с соответствующими лаками.
Нитролаки (нитроэмали) представляют собой лаки на основе нитроцеллюлозы с добавлением смолы, летучих органических растворителей и пигментов,
Спиртовые лаки — растворы природных или синтетических смол в спирте. Природные смолы (шеллак, янтарь, канифоль и др.) растворяют в 92...96% этиловом спирте.
Синтетические смолы (полихлорвиниловые, перхлорвиниловые, фенолоформальдегидпые, глифталевые) растворяют в бутиловом спирте, ацетоне, толуоле.
Масляные лаки представляют собой раствор природных или синтетических смол в растительных маслах (льняном, конопляном и др.).
Перед окраской древесину необходимо высушить до влажности 8...12% и тщательно прострогать. Если на поверхность изделия наносится непрозрачное покрытие, то изделие грунтуют масляной или другой грунтовкой. До грунтовки в случае необходимости производят местное или сплошное шпатлевание детали. Лакокрасочные материалы наносят на древесину при помощи пневматического пистолета-распылителя или кистей. Шпатлевку наносят металлическими или деревянными шпателями. Полируют поверхность изделия шеллачной политурой с помощью ватного тампона, обернутого льняной тканью.
СОЕДИНЕНИЕ СТОЛЯРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Основными видами соединения столярных элементов являются шиповые соединения, сплачивание и сращивание.
Шиповые соединения. Шипом (рис. 146, а) называется выступ на детали, входящий в соответствующий по форме и размерам паз или гнездо (рис. 146, б) другой детали для их соединения.
Боковые грани шипа называют щечками, срезанные торцевые части, образующие щип,— заплечиками, а торцевую часть — концом. Размер заплечиков до конца шипа характеризует его длину; поперечный размер щечки — ширину; размер между щечками — толщину. Открытое гнездо на конце бруска называется проушиной (рис. 146, в).
Количество шипов в соединении зависит от толщины сопрягаемых деталей. Различают шипы плоские, круглые, трапециевидные, цельные и вставные, открытые и закрытые, сквозные и глухие (рис. 147).
Открытый шип и сквозное гнездо обычно применяют, когда изделие окрашивают непрозрачной краской. Если по условиям изготовления не допускается открытый торцевой конец шипа, вместо проушины предусматривают глухое гнездо, а шип делают впотемок или вполупотемок, т. е. срезают часть его наружной кромки, благодаря чему создаются дополнительные заплечики.
Прочность шиповых соединений зависит от площади- склеивания
Рис. 146. Шиповые вязки брусков под углом:
В — шип; б — гнездо; в — проушина; / — конец шипа; 2 — заплечики;
3 — щечки.
Рис. 147. Основные виды шипов и концевые вязки брусков под углом:
А — прямым, плоским, сквозным, одинарным или двойным шипом (с — открытым; б — впотемок; в — вполупбтемок); Б — глубоки^ (г — открытом; д — впотемок; е — вполупотемок; ж —* двойным открытым); В — на ус (з —вприрезку; и — открытым односторонним; к — открытым одинарным; л—открытым двойным).
сопрягаемых деталей (чем больше площадь, тем прочнее соединение), правильного соотношения между толщиной шипа и бруска, точности изготовления шипа, гнезда и проушины.
Для выемки в древесине гнезд, пазов, проушин, сквозных и несквозных отверстий в ручной обработке применяют долбежные инструменты — долото и стамески.
Долотами долбят гнезда и проушины прямоугольного сечения. Лезвие долота изготовляют из стали, а ручку — из древесины твердых пород (клен, бук. граб). Ручку, снабженную стальным кольцом, предотвращающим ее раскалывание, насаживают иа хвостовик долота (стержня) до упора в буртик. Лезвие долота имеет прямую режущую кромку. Угол заострения (заточки) лезвия — 25...35°, ширина лезвия — 6...20 мм, толщина — 8...11 мм, длина 160...200 мм.
Стамесками (рис. 148) долбят гнезда и отверстия в тонких заготовках, обрезают торцы, строгают кромки, зачищают и снимают фаски в углах. Стамески бывают плоские и полукруглые. Последними выдалбливают криволинейные отверстия и обрабатывают криволинейные поверхности. Ширину полукруглой стамески определяют по стягивающей ее хорде. Лезвие плоской стамески тоньше лезвия долота, угол заострения — 16...35°, ширина лезвия — 3...50 мм, ширина лезвия полукруглых стамесок — 6...40 мм. Ручки для стамесок делают из вязкой и прочной гладко оструганной древесины без сучков и трещин и из пластмассы. Длина ручки 120...140 мм, ширина верхней части 25„.4О мм.
Сплачивание. Сплачиванием увеличивается ширина изготовляемой детали путем соединения в одно целое отдельных досок и брусьев. Различают несколько видов сплачивания (рис. 149).
Сплачивание впритык производится чисто профугован-иыми прямыми кромками, которые по всей длине промазывают клеем,
сжимают и выдерживают в сжатом состоянии до высыхания клея.
При сплачивании в четверть иа кромках соединяемых досок делают продольные боковые вырезы (четверти). Глубина и ши-
рина четверти должны быть равны половине толщины доски.
При сплачивании в прямоугольный шпуит иа одной кромке доски выбирают паз, равный 7з ширины доски, расположенный посередине кромки, а на другой кромке — выступ (гребень), по
размерам немного меньше размера паза. Гребеиь одной доски входит в паз другой. Аналогично выполняется и сплачивание в треугольный шпуит.' В этом случае паз и гребеиь выполняют треугольными, причем глубина и ширина паза и гребия должны быть не более '/з толщины доски.
Рис. 148. Ста-
Рис. 149. Способ сплачивания и сращивания заготовок по длине:
1 —- клиновидное; 2 — на зубчатый шип.
меска:
1 — хвостовик; 2 — венчик: 3 — шейка;
4 — лезвие,
Сращивание. Сращиванием называется соединение брусков и досок по длине. Этот вид соединения позволяет использовать коротко-мерные отрезки древесины и отходы для изготовления изделий, получения досок длиной до 18 м н более. Существует ряд способов сращивания по длине: соединение двух брусков в шип с прямым и косым стыком (рис. 150), прямое соединение брусков в поддерева с накладным прямым или косым стыком. Наиболее широко применяют способ сращивания по длине на зубчатый (клиновидный) шип. При этом способе сращивания образуется большая площадь для склеивания полуторцев, благодаря чему прочность соединения приближается к прочности цельной древесины.
При соединении столярных элементов пользуются напильниками разной формы
Рис. 150. Способ сплачивания и сра-
щнвания заготовок по ширине: и размеров и молотками,
/-—в шпунт и гребень; 2— на вставную Чаще всего применяют на-рейку; з — на шкантах. пильники с крупной насеч-
кой — рашпили. Поверхность бойка у молотков должна быть плоской, не оставляющей при ударе вмятин иа древесине. Используются молотки массой 200, 400 и 600 г. Ручки к молоткам изготовляют из березы, бука, граба, клена, кизила.
Для ряда работ используют киянки — деревянные молотки с плоскими или круглыми (бочкообразными) головками. Ими ударяют по ручке долота или стамески. Размеры круглой киянки: наибольший диаметр—120 мм, диаметр торцов — 80 мм, высота—180 мм, длина ручки — 390 мм. Киянки изготовляют из древесины вяза, граба или свилеватой березы.
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ НА КЛЕЮ
Основной вид соединения деталей из древесины — склеивание. Между склеиваемыми поверхностями образуется очень тонкая пленка клея, которая после затвердевания прочно скрепляет детали. В зависимости от исходного сырья различают клеи на основе природных и синтетических полимеров. В производстве клея на основе природных полимеров используют вещества животного и растительного проис
хождения. К клеям на основе веществ животного происхождения относятся глютиновые, казеиновые и альбуминовые клеи, растительного— из белков семян бобовых растений, крахмала, растительных смол и др., синтетические клеи изготовляют на основе искусственных (синтетических) смол (фенолоформальдегидаых, карбамидных, мо-чевиноформальдегидных).
Глютиновые (столярные) клеи по видам веществ, лежащих в их основе, делятся на мездровый, костяной и рыбий. Этот клей выпускают в виде тонких плиток от светло-желтого до темно-коричневого цвета с гладкой или гофрированной блестящей поверхностью. Размеры плиток 20 X 10 X 1,5 см.
Сухой плиточный клей заливают водой и оставляют набухать н течение 6... 12 ч. Затем его помещают в варочный котел с водяным обогревом и варят, периодически размешивая, при температуре 60...80 °C. Время варки не более 2 ч. В готовом клее не должно быть сгустков и посторонних включений. Клей годен в течение 24...28 ч. При нанесении клея на обе склеиваемые поверхности расход сухого клея составляет 700...800 г/м2.
Казеиновый клей представляет собой раствор казеина в воде. Им склеивают древесину, древесину с картоном, тканью и т. д. Для бклеивания полуторцевых и шиповых соединений приготовляют рабочий раствор с соотношением масс сухого клея и воды 1 : 1,8; для склеивания древесины на кромку и пласть— 1 : 1,9. Клей годен в течение 3...4 ч. При нанесении клея на одну склеиваемую поверхность расходуется 450...600 г/м2 клеевого раствора (150...200 г сухого порошка), при нанесении на обе стороны — 700...1000 г/м2 (230...240 г сухого порошка). Казеиновый клей наносят на поверхность лубяной или щетинной кистью. Для прочного соединения древесины склеиваемые детали надо спрессовывать. Казеиновый клей, как и столярный, недостаточно водоустойчив, поэтому им нельзя соединять конструкции, подвергающиеся действию влаги.
В альбуминовый клей в качестве основного составляющего входит альбумин, содержащийся в крови животных, клей имеет темно-корнчиевый цвет и используется в основном при производстве клееной фанеры.
Крахмальные клеи приготовляют из крахмала картофеля, семя» пшеницы, риса. Эти клеи невлагостойки и непрочны.
Фенолоформальдегидный клей состоит из феиолоформальдегндной смолы, поставляемой в жидком виде. Для приготовления клея в клееварку вливают необходимое количество смолы и, перемешивая, постепенно добавляют отвердитель — керосиновый контакт. Соотношение смолы и отвердителя указано в рецепте приготовления клея.
Процесс склеивания состоит из следующих операций: нанесение клея на поверхность детали; открытая выдержка; соединение деталей намазанными поверхностями; закрытая выдержка; сжатие под прессом склеенных деталей; выдержка под прессом (без подогрева и с подогревом); выдержка перед обработкой.
Клей наносят кистями или роликами на одну или обе соединяемые поверхности. Чтобы избежать вспенивания, клей наносят только в одном направлении, толщина клеевого шва — 0,1...0,15 мм.
Перед соединением намазанных поверхностей их выдерживают в течение 5...20 мин. За это время клей успевает проникнуть в поры древесины. Если соединить поверхности сразу, часть раствора вытекает и качество соединения ухудшается,
После соединения деталей клеевой шов подвергают так называемой закрытой выдержке (продолжительностью 5...25 мин). Плотное прилегание поверхностей, более равномерное распределение клея и удаление воздуха обеспечивается прессованием склеиваемых деталей под давлением 49...58 кН/м^ (0,5...0,6 кг/см2).
Лучше всего склеивается древесина влажностью 8... 12%. Древесина влажностью более 18% не допускается к склеиванию. Влажность облицовочной фанеры и шприа должна быть не выше 5%. После склеивания древесину подвергают обработке резанием не ранее чем через 6 ч.
Температура склеиваемых деталей должна быть 13...20 °C, а температура воздуха в столярной мастерской—18...22°С. Повышенная температура при склеивании древесины ускоряет затвердение многих видов клеев.
К дефектам склеивания относятся: местные неприклеивания; трещины по шву или вблизи него; слабое сцепление соединенных поверхностей; тощее клеевое соединение (отсутствие клеевой прослойки); толстая фуга (толстая клеевая прослойка).
- Правила безопасного склеивания. Фенолоформальдегидные клеи выделяют вредные для здоровья пары фенола. Вредна также пыль, образующаяся при обработке склеенных деталей, и длительное соприкосновение рук с клеем. Поэтому склеивать фенольными клеями необходимо в помещениях с приточно-вытяжной вентиляцией. Работать надо в специальной одежде. После работы моют руки денатурированным спиртом или теплой водой с мылом.
СОЕДИНЕНИЕ НА ШУРУПАХ, ГВОЗДЯХ И ДРУГИЕ ВИДЫ КРЕПЛЕНИЯ
На шурупах соединяют детали в тех случаях, когда необходимо сделать изделие (или часть его) разборным; когда поверхность соприкосновения соединяемых деталей недостаточна, поэтому их склеивание невозможно; когда изделие подвергается динамическим, особенно вибрационным, нагрузкам.
Завинчивать шуруп следует перпендикулярно к поверхности древесины и до отказа, не портя шлица головки. При завинчивании шурупов в твердую древесину или при работе с шурупами диаметром свыше 5 мм необходимо предварительно сверлом сделать отверстие глубиной, равной >/г или длины завинчиваемой части шурупа.
Шуруп нельзя забивать молотком в древесину даже на небольшую глубину, так как это снижает прочность соединения. Размеры шурупов регламентированы ГОСТ: 1144—70, 1146—70 и 1145—70.
Г воздямн изделие скрепляют лишь при самых грубых работах. Диаметр гвоздя не должен превышать '/ю толщины изготовляемой детали. Чтобы избежать раскалывания, место, куда вбивают гвоздь, должно находиться на расстоянии не менее 2 диаметров гвоздя от края детали и на расстоянии не менее 15 диаметров от ее торца;
При забивании в Твердую и упругую древесину гвоздь смазывают парафином. Под действием теплоты, образующейся в результате трения гвоздя о древесину, парафин плавится, и гвоздь входит при меньшем усилии.
Размеры строительных гвоздей регламентированы ГОСТ 4028—63,
В столярных работах часто детали скрепляют нагелями (деревянными стержнями). Нагели диаметром 3...12 мм забивают в предварительно просверленное отверстие и крепят на клею. Детали из мягкой древесины соединяют квадратными нагелями из древесины твердых пород. Детали из твердой древесины соединяют круглыми нагелями из древесины мягких пород.
Угловые соединения в изделиях с непрозрачной отделкой крепят дополнительно металлическими угольниками и накладками,
ОБРАБОТКА ФАНЕРЫ
Обработка фанеры заключается в сортировании и рас» крое, фуговании кромок, подборе и стяжке листов.
Сортирование и раскрой. На крупных предприятиях фанеру раскраивают по длине и вырезают по ширине в пачках на круглопильных станках. Раскроенные листы сортируют, удаляя заболонь, сучки и другие пороки. При небольшом количестве листов фанеры их складывают в пачки и раскраивают мелкозубными лучковыми пилами или ножовками, а отдельные листы — ножом по линейке.
Фугование кромок. Для получения широких листов соединяемые кромки узких заранее подобранных полос профуговывают. На предприятиях это выполняют на кромкофуговальном станке, в небольших мастерских — ручным фуганком на столярном верстаке.
Подбор фанеры. Фанеру подбирают по цвету, слою и рисунку (текстуре) применительно к определенному изделию, учитывая его размеры и назначение. Подбор осуществляют так, чтобы лист получился однотипным, с симметричной текстурой, без выделения отдельных полос.
Стяжка (ребросклейка) — соединение вручную или иа станке заранее подобранных полос фанеры с профугованными кромками в листы. Вручную стягивают на столе с гладкой поверхностью. Подобранные полосы укладывают лицевыми сторонами кверху, кромками крепко прижимают одну к другой и стягивают полосками гуммированной бумажной ленты. Иногда полосы соединяют планками, на кромки которых наклеена гуммированная бумажная лента, предвари--тельно увлажненная губкой. Наклеенную ленту проглаживают гладилками (деревянными брусками). Впоследствии ленту счищают циклей или шкуркой на шлифовальных станках.
Приклеивание фанеры. Наклеивать фанеру на основу Можно тремя способами: впритирку, прессованием и прокаткой, используя глютиновые (мездровые), казеиновые, синтетические (карбамидные) клен. Клеями смазывают только основу, а не фанеру. Глютиновые клеи применяют для наклеивания впритирку и прессованием, казеиновые — только прессованием.
При наклеивании впритирку лист файеры с лицевой стороны смачивают теплой водой и накладывают на основу, разглаживая руками от середины к краям. Притирают специальным молотком массой 3 кг, двигая его вдоль волокон, от середины к краям.
Прессование состоит в том, что деталь с наложенной фанерой помещают под пресс или в хомутовые струбцины, давление которых передается постепенно от середины к краям.
При прокатке деталь с наложенной фанерой прокатывают между нагретыми вальцами, которые прессуют и высушивают клеевое соединение. Этот способ применяют на крупных предприятиях.
РУЧНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ
К ручным машинам для обработки древесины относятся электрифицированные и пневматические дисковые и ленточные пилы, электрифицированные рубанки, дрели и шлифовальные инструменты. По принципу действия они не отличаются от аналогичных по назначению деревообрабатывающих стационарных станков, ио меньше их ио размерам и массе.
Ручные машины широко применяют там, где нельзя использовать Стационарные деревообрабатывающие станки. Как правило, обрабатываемая ручной машиной заготовка неподвижно закреплена. Электрифицированный инструмент может работать от осветительной сети.
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ
Древесину обрабатывают на станках, которые в зависимости от назначения делятся па заготовительные, обрабатывающие и отделочные.
На заготовительных станках, к которым относятся вертикальные лесопильные рамы, ленточные и круглопильные станки, распиливают древесину в продольном и поперечном направлениях.
На обрабатывающих станках осуществляют пиление по прямым и кривым линиям,' торцевание, нарезание, строгание, фрезерование, сверление, точение. В эту группу входят строгальные, фрезерные, сверлильные, долбежные, токарные станки.
На отделочных станках выполняют чистовую отделку изделий. К отделочным станкам относятся циклевальные, шлифовалыю-леп-точные, щеточно-шлифовальные.
Маркировка станков. Для большинства выпускаемых станкостроительной промышленностью СССР деревообрабатывающих станков принята система условного обозначения с применением букв и цифр.
Первая буква (или две первые) обозначает группу оборудования, например: Р — рамы лесопильные; Л — ленточнопильные; Ц — круглопильные, старое название — циркулярные; С — строгальные; Ф — фрезерные; Ш — шипорезные; Св — сверлильные; Д — дол-бежные; У — универсальные (комбинированные); Шл — шлифовальные; Тч — заточные (точильные) станки.
Следующие буквы обозначают подгруппу станков, например: РД — рама двухэтажная; ЛД — ленточнопильные делительные; ПР — круглопильные ребровые; СФ — строгально-фуговальные; СР — строгально-рейсмусовые; ШД — шипорезные двусторонние; ШЛХ — шипорезные для нарезания шипов типа «ласточкин хвост»; СвП — свер-лильно-пазовальные; ШлПС — шлифовальные с подвижным столом; ШлД — шлифовально-дисковые; ТчН — заточные станки для ножей и т. д.
Цифры, стоящие после первых букв, обозначают основной параметр станка (число шпинделей, основной размер), например: ЛС80 — ленточнопильный, столярный со шкивом диаметром 800 мм; СФ4 — строгально-фуговальный станок с максимальной шириной строгания 4 дм (400 мм); Ф2К—фрезерный двухшпиндельный станок с карусельным столом и т. д.
Цифра, стоящая после черточки, обозначает номер модели станка, например: СР6 — 6, СФ4 — 4 и т. д.
Основные элементы станка. К основным элементам станка относятся станина, рабочий стол '(плита), шпиндель, механизм передачи движения, к вспомогательным — механизм подачи материала, направляющие и прижимные устройства; остановочно-пусковые приспособления, ограждение опасных мест.
Станина — это базовая деталь, на которой размещены механизмы и части станка и органы управления им. Станины бывают цельнолитые или составные, сварные из профильного проката.
На рабочем столе закрепляют в нужном положении обрабатываемый материал. Рабочие столы бывают неподвижные, передвижные, карусельные, поворотные и наклоняющиеся. Их отливают из чугуна, а поверхность отшлифовывают.
На шпинделе, выполняющем роль рабочего .вала, устанавливают и закрепляют режущий инструмент. В зависимости от вида режущего инструмента рабочий вал называют пильным или ножевым. Рабочие валы, помимо вращательного, иногда имеют возвратно-поступательное движение, движение подъема, качания.
Передача движения от электродвигателя к шпинделю может быть непосредственной, плоской или клиноременной, зубчатой или цепной. При непосредственной передаче шпиндель служит продолжением вала электродвигателя или режущий инструмент крепят на удлиненном валу электродвигателя. В этом случае частоты вращения шпинделя станка и вала электродвигателя равны.
Деревообрабатывающие станки относятся к опасным рабочим машинам в связи с высокими скоростями движения режущего инструмента и большими скоростями подачи обрабатываемых деталей. Поэтому все опасные участки станков закрываются щитками, кожухами или откидными колпаками. Для предотвращения обратного выброса деталей при встрече с режущим инструментом станки оборудуют когтевой защитой, установленной на входе в станок.
Круглопильные станки. Эти станки предназначены для продольного и поперечного распиливания, а также распиливания под углом к волокнам. По конструкции они делятся на миогопийьные, одиопиль-иые, балансирные, маятниковые.
На рис. 151 показан универсальный круглопильный станок Ц-5, предназначенный для продольного и поперечного распиливания. Пильный вал приводится в действие клиноремениой передачей от электродвигателя. Управление станком кнопочное.
Станина 1 литая, пильный диск огражден кожухом 2. Безопасную работу на столе обеспечивает верхнее ограждение 5. При помощи маховика 8 подъемного механизма суппорт рабочего стола можно перемещать в вертикальном направлении.
Строгальные стаики делятся на фуговальные, рейсмусовые, кромкострогальиые и четырехсторонние строгальные.
Фуговальные станки применяют для высококачественного строгания древесины вдоль волокон. Рабочий стол станка СФ6-2 (рис. 152) состоит из двух горизонтальных гладких чугунных плит (задней 2 и передней 7), снабженных тонкими стальными губками со стороны ножевого вала 5. Губки защищают концы плит от истирания, уменьшают зазор между ножами и плитами и подпирают волокна при срезании стружки. Направляющую линейку 3 закрепляют иа плите 7 рабочего стола. Ее можно передвигать по всей ширине стола.
Рис. 151. Универсальный' круглопильный станок Ц-5:
1 — станина; 2 — кож у <
ограждения пильного диск »;
3 — рабочий стол; 4 — про* резь в стол^; 5 — верхнее ограждение пйльного диска;
6 — направляющая линейка;
7 — щиток кнопочного управления: 8 — маховичок подь-емного механизма.
Станок работает от электродвигателя 1 через клиноременную передачу.
Для школьных мастерских применяют фуговально-пильный станок (школьный) ФПШ-5М, предназначенный для распиловки и фугования древесины. Техническая характеристика станка: габаритные размеры 900X480X700 мм; наибольшая толщина распиливаемой заготовки — 40 мм; наибольшая ширина заготовки — 70 мм; наибольшая глубина фугования — 2 мм; наибольшая ширина фугования — 135 мм; диаметр дисковой пилы — 200 мм; диаметр ножевого вала — 60 мм. В комплект станка входят толкатели для распиливания и строгания, ключи, отвертки, клиновой ремень, пила для продольного пи-, ления, фуговальные ножи.
Рис. 152. Фуговальный станок СФ6-2:
1 — злектродвигатель; 2 — задняя плита рабочего стола; 3 —• направляющая линейка; 4 — рукоятка указателя высоты передней плиты: 5 — ножевой вал; 6 — верхнее ограждение; 7 — перед* няя плита рабочего стола; 8 — пусковое устройство; 9 — ста* нина.
3
Рис. 153. Рейсмусовый станок:
1— электродвигатель ножевого вала; 2 — пусковое устройство;
3 — предохранительный кожух; 4 — рабочий стол; 5 — электродвигатель подачи; 6 — станина.
На рейсмусовых станках (односторонних или двусторонних) строгают заготовки, выдерживая их толщину и параллельность противоположных пластей.
Стол 4 рейсмусового станка (рис. 153) представляет собой сплошную плиту. Направляющая линейка отсутствует, а ножевой вал находится под столом. Стол опускают и поднимают посредством винтового устройства.
Механизм подачи состоит из двух валиков. Передний рифленый валик, приводимый в действие отдельным электродвигателем, подает заготовку с постоянной скоростью под ножевой вал. Вибрацию заготовки устраняет задняя прижимная планка, которая плотно прижимается пружинами к обработанной ножевым валом поверхности заготовки. Отстроганная заготовка извлекается задним гладким валиком механизма подачи. Нижние гладкие опорные валики, установленные в вырезах плиты под рифленым и гладким подающими валиками и выступающие на 0,2...0,3 мм, уменьшают трение материала о плиту и облегчают подачу.
Сверлильные станки делятся на горизонтально- и вертикальносверлильные, одно- и многошпиндельные. В массовом производстве на многошпиндельных станках обрабатывают детали, имеющие большое число отверстий. Различают сверлильные, станки с ручной и механической подачей. Наиболее распространен вертикальный одио-шпиндельный сверлильно-пазовальный станок СвП (рис. 154). Его шпиндель вручную подают на обрабатываемую заготовку, закрепленную на столе прижимами, а стол перемещается в вертикальном направлении и может быть повернут на заданный угол. Станок позволяет получить отверстия или пазы размерами: диаметр — до 40 мм, длина— до 200 мм,’ ширина — до 25 мм, глубина —до 100 мм. Частота
Рис. 154. Вертикальным сверлильный пазовальный станок СвП:
вращения шпинделя 3000 и 4500 об/мин. Мощность электродвигателя 1,7 кВт.
Шпиндель 8 станка приводится во вращение ремнем от электродвигателя 9. Стол 6 смонтирован на направляющих, по которым его можно перемещать в вертикальном направлении при помощи маховичка 5. Поворотом маховичка 1L стол устанавливают под нужным углом. Заготовку крепят на столе при помощи прижимов.
На токарных станках обрабатывают изделия в виде тел вращения. Различают центровые, центровые с лобовым устройством, лобовые и токарные станки специального цазначения. Основные технические показатели токарных станков: высота центров, наибольшее расстояние между центрами, наибольший диаметр заготовки, обтачиваемой в выемке станины.
Токарный станок с долбежным приспособлением ТСД — Д используют в школе для точения мелких деталей иа древесины, а также для долбления в деревянных заготовках глухих и сквозных отверстий продолговатой формы специальными сверлами. Техническая ха-
1 — станина; 2 — педаль; 3 — колой-на; 4 — кронштейн; 5 — маховичок перемещения стола но направляющим; 6 — стол; 7 — прижим; 8 —« шпиндель; 9 — электродвигателе^ 19— рукоятка подачи: шпинделя;
11 маховичок поворота стола.
рактеристика станка: высота цен-тров—120 мм; наибольшее расстояние между центрами — 500 мм; наибольшая частота вращения шпинделя 1050...2500 об/мин; наименьшая— 760 об/мин; мощ-
ность электродвигателя —0,27...
8,8 кВт; наибольший размер высоты заготовки для долбления — 20 мм; наибольшая ширина заготовки — 100, мм; наибольшая глубина долбления — 50 мм; габаритные размеры станка 1490Х665Х Х560 мм; масса станка — 88 кг. К станку прилагаются инструменты и приспособления: патрон, планшайба, корпус с центром-вилкой, подручники большой и малый, задний центр, сверла и ключи.
ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ РУЧНЫМ СТОЛЯРНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ И НА СТАНКАХ
Основные правила безопасной работы иа деревообрабатывающих станках регламентированы ГОСТ 12.3.007 — 75 «Система стандартов безопасности труда. Деревообработка, Общие требования безопас
ности». Кроме общих положений, установленных этим стандартом, в школьных мастерских необходимо особо соблюдать -следующие правила, обеспечивающие безопасность труда.
Ручные инструменты должны быть плотно посажены на ручки; топорища и ручки молотков расклинены деревянными или металлическими клиньями. Колодки стругов, ручек молотков и стамесок должны быть гладкими. Длина ручек стамесок н долот не должна превышать 120...140 мм, диаметр верхней части рукояток — 25...40 мм.
При пользовании стамеской нельзя поддерживать обрабатываемую заготовку рукой в направлении движения режущей части инструмента, а также резать на себя и на весу.
Клинья рубанков должны быть плотно подогнаны н наглухо прижаты к ножам. Запрещается выбивать и устанавливать ножи, не поддерживая нх большим пальцем левой руки.
Работать надо всегда заточенным и исправным инструментом.. Нельзя класть инструмент на верстак режущей частью вверх. Запрещается переносить и перевозить инструменты с открытыми зубьями и лезвиями.
Прн работе пилой нельзя держать руку у пропила для направления пнлы по риске. Распиливаемую заготовку необходимо прочно закрепить.
Запрещается работать напильником без ручек. На ручки должны быть надеты металлические кольца.
По окончании работы инструмент надо очистить от опилок и пыли и положить в соответствующее место для хранения. В инструментальных шкафах должен быть порядок. Нельзя хранить инструменты навалом. Инструменты с заточенными лезвиями или остриями (долота, стамески, ножи стругов, сверла, шила) можно передавать другому лицу только ручкой вперед.
При работе на деревообрабатывающих станках необходимо следить, чтобы рабочая часть режущих инструментов была обязательно закрыта автоматически действующим ограждением, открывающимся на необходимую высоту и ширину во время прохождения обрабатываемого материала, или неподвижным ограждением, сблокированным с пусковым и тормозным устройством.
Зубчатые, ременные и другие передачи и рабочие части станков — пильные доски, ножевые валы и другие — должны иметь ограждения в виде колпаков, решеток.
Для продвижении коротких заготовок круглопильные и фуговальные станки должны иметь толкатели.
Все рабочие места должны быть обеспечены необходимыми приспособлениями и' инвентарем, а также устройствами для их хранения.
Запрещается очинить ставки и рабочие жеста от опилок я ныли сжатым воздухом.
Нельзя тормозить руками или предметом вращающиеся рабочие части станков.
Электродвигатели станков должны быть помещены в закрывающиеся ящики или иметь специальное ограждение.
Глава X
ОБРАБОТКА ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС
Поступающие па завод пластмассы в виде порошков, гранул, листов, труб под влиянием давления и нагревания формуются в изделия сложной конфигурации, а затем устойчиво сохраняют приданную форму. Изделия из пластмасс можно сваривать, склеивать, подвергать обработке резанием.
ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС
Формообразование изделий из пластмасс осуществляется различными методами: прокаткой для получения листов и лент, листовой штамповкой, непрерывным выдавливанием (экструзией), литьем'под давлением, литьевым и горячим прессованием.
Горячее н литьевое прессование осуществляют в металлических пресс-формах на прессах. Пресс-формой, основными деталями которой являются матрица н пуансон, придают материалу заданную конфигурацию.
При горячем прессовании (рис. 155) нагретый материал 4 помещают на пуансон 1 и давят па него верхней полуматрицей 3. Пуансон н матрица нагреваются до температуры 130...200 °C. Отформованную деталь выдерживают в пресс-форме под давлением 10...15 МН/м2 (100...150 кг/см) в течение времени, необходимого для отвердевания и охлаждения материала. Затем пресс-форму раскрывают и удаляют из нее изделие.
Рис. 155. Схема обычного прессования в пресс-форме:
/ — пуансон: 2—нижняя полуматрица; 3 — верхняя полу.матрица;
4 — прессуемый материал; 5 — выталкиватели; 6 — основание.
Рис. 156. Схема литьевого прессования:
1 — выталкиватель; 2 — деталь; 3 — арматура детали; 4 — литниковый ка. нал; 5 — прессуемый материал; 6 — литьевой пуансон; 7 — верхний вкладыш с литниковыми каналами; 8 — матрица; 9 — дно матрицы; 10 — основание матрицы.
При литьевом прессованны материал помещают в загрузочную камеру предварительно замкнутой пресс-формы (рис. 156). Нагреваясь от стенок пресс-формы и становясь пластичным, материал под давлением 10...20 МН/м2 (100...200 кг/см2) пуансона 6 поступает через литниковый канал 4 в оформляющуюся полость пресс-формы и заполняет ее. После выдержки, необходимой для затвердевания материала, пресс-форму раскрывают и извлекают готовую деталь.
Литье под давлением — высокопроизводительный и экономичный процесс получения изделий с высокой степенью приближения к заданным размерам. Принцип формования на ручных, полуавтоматических и автоматических литьевых машинах такой же, как у литьевого прессования.
Прессование методом выдавливания (экструзионное формообразование) заключается в одновременном уплотнении и нагревании материала до пластичного состояния с последующим выдавливанием его через специальную сменную головку. Способ применяют для получения разнообразных изделий (труб различного диаметра, лент, стержней, уголков, швеллеров), а также для изготовления оплетки электрических проводов. Выдавливание может происходить периодически или непрерывно. В первом случае используют горизонтальные и гидравлические прессы, во втором — специальные червячные шпек- или шприц-машины.
Листовая штамповка, заключающаяся в получении листового термопласта изделий, имеющих плоскую или пространственную форму, без существенного изменения толщины материала, производится в специальном штампе. Чтобы сохранить заданную конфигурацию, отформованную заготовку охлаждают при постоянной нагрузке.
ОБРАБОТКА ПЛАСТМАСС РЕЗАНИЕМ
Обработку пластмасс (резание, точение, фрезерование, шлифование, полирование) производят на металлорежущих станках.
Режущий инструмент для обработки пластмасс изготовляют- из быстрорежущей стали или твердого сплава (ВКЗ, ВК8).
Охлаждение кромок режущего инструмента производится струей сжатого воздуха, а также охлаждающей жидкостью (мыльным раствором).
Резание пластмасс осуществляется дисковыми фрезами со скоростью резания 100...350 м/мин и подачей 0,1...0,4 мм/зуб.
Точение пластмасс производится резцами со скоростью резания 250...700 м/мин и подачей 0,05...0,75 мм/об.
Сверление отверстий выполняется сверлами, угол при вершине которых составляет 60...80°, угол подъема винтовой канавки— 75°, скорость резаиия—10...50 м/мнн и подача — 0,03... 0,05 мм/об.
Шлифование н полирование осуществляется абразивными кругами или кругами из плотной ткани, смазанной пастой из абразивного материала.
Режимы резання приведены для твердосплавного инструмента. Листы из пластмасс толщиной до 3 мм разрезают на гильотинных или рычажных ножницах. Более тонкие листы можно разрезать
вручную с помощью ручных ножовок или пневмоинструментов. Производительность при работе ручными ножовками низка (0,1...0,3 м/мин). В результате резания ножовками получаются неровные поверхности, .которые затем зачищают напильниками. При резании листов используют также пневмоинструмент (пневмощеткн), на шпинделе которого установлен круг диаметром 125...200 мм. Работающий, держа в руках пневмощетку, без большого усилия перемещает ее вдоль линии резания. Величина подачи при этом 1...5 м/мин.
СКЛЕИВАНИЕ ПЛАСТМАСС
Детали из пластмасс обычно соединяют смоляными клеями типа ВИАМ-Б-3 или КМ. Чтобы ускорить склеивание, детали нагревают. Режимы склеивания те же, что и у древесины. Для большинства термопластичных материалов клеем служит растворитель, вызывающий набухание поверхности материала, что придает ей необходимую клейкость. Вязкость растворителя регулируют количеством растворенной смолы, на основе которой изготовлена пластмасса склеиваемых деталей. При склеивании растворителем в слоях материала, непосредственно соприкасающихся с клеевым швом, появляются значительные внутренние напряжения.
Винипластовые детали склеивают перхлорвиниловой смолой. Соединяемые детали прижимают друг к другу под давлением 0,1 МН/м2 (1 кг/см2) в течение 24 ч. Прочность клеевого соединения — 4,9 МН/м2 (50 кг/см2).
Пластмассы соединяют с металлами клеями БФ-2 и БФ-4, представляющими собой спиртовой раствор смеси фенолоформальдегид-ной и термопластичной смол. Эти клеи не содержат отвердителей, поэтому затвердение смолы связано с длительным нагреванием клеевого соединения. Чтобы исключить «непроклей», соединенные конструкции выдерживают в течение 30...45 мин под давлением 0,49... ...1 МН/м2 (5...10 кг/см2) и при температуре 120,„140 °C в течение 25...30 мин.
СОЕДИНЕНИЕ БОЛТАМИ И ЗАКЛЕПКАМИ
При сборке пластмассовых изделий широко применяют болты и заклепки. Прочность болтовых соединений зависит от выбора диаметра и расположения болтов. Во избежание смятии материала под гайки и головки болтов при затяжке подкладывают стальные шайбы или накладки. При соединении деталей разной толщины гайку помещают со стороны толстой детали.
Пластмассовые листовые детали соединяют, как правило, дюралюминиевыми заклепками диаметром 2...5 мм преимущественно с плоско-выпуклыми головками. Применяют однорядные и многорядные швы внахлестку и встык с одной или двумя накладками. Для слоистых пластиков рекомендуемое расстояние между заклепками составляет от 4 до 10 диаметров, а от края листа — не менее 2 диаметров стержня заклепки. Для предотвращения смятия материала иногда под заклепки кладут металлические шайбы.
Глава XI
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
Электрическая энергия — самый дешевый и удобный вид энергии. Она широко используется в народном хозяйстве и быту. Из года в Год растет производство электрической энергии. Этот рост достигается как за счет повышения мощности действующих станций, строительства новых, так и благодаря разработке и внедрению новых перспективных методов получения электрической энергии.
В этой главе будут рассмотрены вопросы выполнения простейших видов электропроводки и работы однофазных коллекторных электродвигателей переменного тока и ассинхрониых электродвигателей,.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
Под электроустановками понимают технические сооружения и устройства, которые производят, преобразуют, распределяют и потребляют электрическую энергию. В каждой электроустановке можно выделить строительную, конструктивную и токопроводящую части: В понятие строительной части электроустановки входят кирпичные или железобетонные сооружения и металлоконструкции. Конструктивную часть образуют электрические машины и аппараты и другое оборудование. К токопроводящей части электроустановки относятся кабели и провода. Все электроустановки классифицируют по назначению, электрическому напряжению и месту эксплуатации.
В зависимости от назначения различают установки производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию.
К установкам, производящим электроэнергию, относятся электрические генераторы.
Преобразующие установки представляют собой различные устройства, изменяющие значение напряжения и силу тока (трансформаторы), преобразующие переменный ток в постоянный или пульсирующий (выпрямители тока), переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты (преобразователи частоты), изменяющие число фаз переменного тока (расщепитель фаз).
К распределяющим электроустановкам относятся различные распределительные устройства, линии электропередач и электропроводок, Распределяющие установки называются в целом электрическими сетями.
Устройства, потребляющие электрическую энергию, называются электроприемниками. В электроприемниках электрическая энергия преобразуется в механическую, внутреннюю и другие виды энергии. Примеры электроприемников: электродвигатели приводов основных и вспомогательных механизмов металлорежущих станков, сварочные аппараты, бытовые электрические приборы, двигатели электровозов, трамваев и троллейбусов, осветительные устройства и т. д.
В зависимости от того, где находится электроустановка — на открытом воздухе или в закрытом помещении,— различают открытые и закрытые электроустановки.
К открытым электроустановкам относятся воздушные линии электропередач, открытые трансформаторные подстанции, контактные
сети электрифицированных дорог и т. п., к закрытым — электростанции, закрытые электроподстанции и др.
В зависимости от величины рабочего напряжения различают электроустановки до 1000 и свыше 1000 В. К первому виду относятся электроустановки жилых, общественных и многих производственных зданий, ко второму — линии электропередач, электрические подстанции.
Производство, передача и потребление электроэнергии осуществляются при определенных номинальных величинах напряжения.
Номинальным напряжением электроустановки называется напряжение, на которое она рассчитана. Это значение напряжения указывается в паспорте электроприемника или на прикрепленном иа нем щитке. В нашей стране выпускаются электроприемники, рассчитанные иа стандартные номинальные напряжения: 6; 12; 24; 36; 48; 60; ПО; 127; 220; 380 В. ГОСТ разделяет электрические сети, источники питания и приемники электроэнергии по величине номинального напряжения на три группы: до 100 В, от 100 до 1000 В и свыше 1000 В. Осветительные установки общего назначения рассчитаны на напряжение 127...220 В, силовые — 380...660 В (реже иа 220 В). Внутренние промышленные и городские распределительные сети используют напряжение 6; 10; 20 кВ. При передаче электроэнергии на большие расстояния применяют напряжения свыше 35 кВ.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СХЕМЫ
Электрическая цепь состоит из источника, потребителя (потребителей), коммутационных устройств, соединенных между собой проводниками в замкнутый контур.
Наглядно представить себе составные элементы электроустановок и способы их соединения между собой позволяют электрические схемы.
Электрической схемой называется графическое изображение электроустановки или ее части с помощью условных знаков. Различают структурные, принципиальные и монтажные схемы.
Структурная схема представляет собой упрощенный чертеж, на котором изображены крупные части установки и соединения между ними. Пример структурной схемы дан на рис. 157.
Принципиаль н'а я схема представляет собой чертеж, на котором условными графическими изображениями показано, из каких элементов состоит данное электрическое устройство и каков порядок соединения их между собой.
На многолииейных схемах (рис. 158, а) каждый провод обозначают отдельной линией, а на однолинейных (рис. 158, б)—любое количество проводов обозначают одной линией, пересеченной черточками, количество которых соответствует количеству проводов. Одно-
Рис. 157. Структурная схема осветительной электроустановки жилого дома (одной секции этажа и квартиры),
—0/75
о—0/75
< _//.® лз
'''^—0Л2 ''^-#—0Л1
Рис. 159. Монтажная электрическая схема лампового реостата.
Рис. 158. Принципиальная'элек-трическая схема лампового реостата: а — многолннейная; б — однолинейная.
линейные схемы удобны при проектировании и эксплуатации электроустановок, где их называют оперативными схемами. Выключатели, ламповые патроны, штепсельные розетки и другие электроустановоч-ные изделия на таких схемах показывают в действительном положении. Многолинейиые принципиальные схемы электроустановок из-за большого количества соединений н пересечений цепей часто теряют свою наглядность.
Монтажная схема представляет собой чертеж, показывающий наряду с порядком соединения элементов их взаимное расположение, а также место в данной конструкции монтажных (соединительных) проводов. Пример монтажной схемы дан иа рис. 159.
ПРОВОДА И КАБЕЛИ
Провода и кабели с относящимися к ним креплениями, поддерживающими и защитными конструкциями, составляют электрическую проводку— важную часть любой электроустановки.
Провода электрические представляют собой металлические проводники, состоящие из одной или нескольких проволок и предназначенные для передачи и распределения электрической энергии, передачи электрических сигналов, изготовления электрических машин и бытовой электроаппаратуры. В зависимости от назначения различают электрические провода: неизо щровашше, обмоточные, монтажные, установочные н шнуры.
Неизолированные провода используются главным образом на воздушных линиях электропередач и в контактной сети электрического транспорта.
Провода установочные представляют собой изолированные провода для монтажа электрического оборудования, для скрытой и открытой проводки в производственных и жилых помещениях. Открытую проводку прокладывают непосредственно на конструктивных элементах зданий и помещений, скрытую — в пустотах, специальных углублениях (бороздках, канавках) в стенах, в различных трубах внутри конструктивных частей зданий.
Провода обмоточ н ы е применяются для иамотки трансформаторов, обмоток .различных электрических машин, аппаратов и приборов. Обмоточные провода выпускают одножильными, но жила может состоять из нескольких тонких проволочек. Жилы изолируют эмалью, хлопчатобумажными, шелковыми, капроновыми нитями; электротехнической бумагой; лаком; полихлорвинилом. Многие провода имеют комбинированную, например эмалево-волокнистую, изоляцию.
Провода монтажные используются для гибкого и фиксированного монтажа электропроводок на щитах, панелях и т. д.
Шнур электрический представляет собой гибкий изолированный провод для присоединения электробытовых приборов или радиоаппаратуры к сети напряжением до 220 В.
Кабели применяют для передачи электрической энергии или сигналов на определенное расстояние. Они представляют собой один или несколько изолированных проводников, заключенных в герметическую оболочку, поверх которой, как правило, накладываются защитные покровы. Различают кабели контрольные, монтажные, кабели связи, силовые, для электрооборудования судов, самолетов и др. В зависимости от назначения выпускают более 1000 типов кабелей, отличающихся друг от друга по количеству токопроводящих жил, их диаметру, материалу изоляции и оболочек.
Каждый электрический провод и кабель характеризуется рабочим (номинальным) и испытательным напряжением. Рабочее напряжение —• наибольшее напряжение, при котором провод и кабель могут эксплуатироваться. Так, провод, рассчитанный на рабочее напряжение 380 В, пригоден для работы в цепях с напряжением 380, 220, 127. 36, 12 В. Испытательное напряжение значительно выше рабочего. Ойо определяет запас электрической прочности изоляции.
Чем больше сила тока, проходящего через провод (жилу шпура, кабеля), тем больше должно быть сечение жил, иначе неизбежен перегрев.
Провод (кабель) одной и той же марки и сечения допускает различные нагрузки в зависимости от условий прокладки: чем лучше условия охлаждения, тем больше допустимая нагрузка.
Для монтажа электропроводок применяют установочные и монтажные провода и кабели.
Токоведущую часть провода называют жилой. По конструкции провода бывают одножильные, двухжильные и многожильные. Каждая жила может состоять из одной или нескольких свитых между собой более тонких проволок. Провода с многопроволочными жилами, в отличие от однопроволочных, обладают большой гибкостью.
Жилы установочных проводов имеют стандартные сечения
(в мм2): 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400.
Установочные провода маркируют в зависимости от материала жил и изолирующих оболочек. Марку записывают в виде сочетания букв (например, АПН, ПРТО). Буквы обозначают: А — жила алюминиевая (если нет этой буквы, жила медная) ; Р — изоляция резиновая; В — изоляция полихлорвиниловая; Н — изоляция наиритовая; П — провод; ПП — провод плоский (ленточный); О — изолированные жилы заключены в общую оболочку или оплетку; Т — провод нужно прокладывать в трубах; Г — провод гибкий; Д — провод двойной; Ш — шнур.
Число жил и сечение указывают следующим образом: ставят марку и черточку; записывают число жил; ставят знак умножения, записывают Сечение жилы (например, ПРТО-2Х1,5; АППВ-ЗХ2,5 и т. д.). Провода марок ПР, ПРД, АПР, ПРГ, ШР, ППВ, АППВ прокладывают открыто по стенам, Потолкам и т. д. Провода марок ПРТО, АПРТО прокладывают в трубках. Непосредственно в потолках и стенах (в бороздках, канавках) прокладывают провода марок АПН, АППВ.
Для монтажа электрических проводок в закрытых помещениях ис-. пользуют провода марок ПР, ПРГ, АПР, ПРД, ППВ, АППВ,
АР
3
Рис. 160. Виды проводов и кабелей: а — гибкий шнур для комнатных проводок (/ — медная жила; 2— изоляция; 3 — хлопчатобумажная оплетка); б — гибкий провод для переносных приборов в общей оплетке (/ — медная жила; 2 — изоляция; 3 — оплетка); в, г — одножильный провод для прокладки в кухнях и ванных комнатах (/ — медная или алюминиевая жила; 2 — изоляция; 3 — оплетка хлопчатобумажная или пластмассовая); д — одножильный провод для осветительной арматуры (/ — медная жила; 2 — изоляция; 3 — оплетка из стекловолокна); е — многожильный провод для прокладки в трубах. (/ — медиая или алюминиевая жила; 2— изоляция; 3 — оплетка из хлопчатобумажной пряжи); ж — двухжильный трубчатый провод для проводок в сухих помещениях (/ — жила медная или алюминиевая; 2 — изоляция; 3 — металлическая оболочка); з — трехжильный кабель для проводок в сырых помещениях (/—жила медная или алюминиевая; 2 — изоляция; 3 — оболочка свинцовая или поливинилхлоридная).
1
2
a— двух-, трехжильиые с перемычкой для открытых и скрытых проводок в сухих и сырых помещениях; б — двух-, трехжильные провода без перемычки для скрытых проводок в сухих и сырых помещениях.
Рис. 162. Шнуры для бытовых приборов, настольных и напольных светильников:
а — ШБПВ; б — ШБКВ и ШБКР; в —ШБРО; г — ШБВВП; д — ШБТР; / — жила; 2 — изоляция;
3 — заполнитель; 4— оболочка.
Шнуры ШПРО, ШБКВ, ШБРО, ШБРЛ, ШПВЛ применяют для подключения переносных бытовых электроприемников. Соединительные шнуры для бытовых приборов состоят из 2—3 жил сечением 0,35; 0,5; 0,75 и 1 мм2.
При выборе установочных проводов нужно учитывать условия прокладки, требуемое количество жил, их сечение, рабочее напряжение. Основные данные установочных проводов указаны в табл. 43.
Некоторые виды проводов показаны на рис. 160 и 161, шнуров — иа рис. 162.
Площадь сечения жил проводов в зависимости от величины иа* грузки и материала (медь, алюминий) выбирают по табл. 44.
Таблица 43
Марка Провод Количество жил Допускае-। мое напряжение, В
Краткая характеристика Сечение, мм’
ПР Провод с медными жилами, резиновой изоляцией, в оплетке из пропитанной хлопчатобумажной пряжи 0,75...400 1 500
АПР То же, но жила алюминиевая Провод с медными жилами, 2,5...400 1 500
ПРД
резиновой изоляцией, в оплетке из хлопчатобумажной пря- 0,5...6
жи, двойной Провод с медными жилами, . 2 380
ПРГ
резиновой изоляцией, в оплетке из пропитанной хлопчатобу-
ПРТО мажной пряжи, гибкий Провод с медными жилами, резиновой изоляцией, в общей 0,75...400 1 500
оплетке из пропитанной хлопчатобумажной пряжи для прокладки в трубах 1...120 1—4 2000
АПРТО То же, ио жилы алюмииие-
вые 2,5...400 1—4 2000
ШР Шнур с медными жилами, резиновой изоляцией, в оплетке из хлопчатобумажной пряжи 2 220
0,5...1,5
АР1 Арматурный провод с медны-
ми жилами, резиновой изоляцией, в оплетке из хлопчатобумажной пряжи 0,5...0,75 1 220
АРД1 То же, но двойной 0,5...0,75 2 220
ШПРО Шнур с медными жилами резиновой изоляцией, жилы уложены параллельно и заключены в общую оплетку из натурального или искусственного шелка 2 220
0,5...0,75
пв Провод с негибкой медной
жилой и полихлорвиниловой изоляцией 0,75...95 1 500
АПВ То же, ио с алюминиевой жи-
11 ЛОЙ 2,5...120 1 500
ппв Провод ленточный с медными жилами, уложенными параллельно и разделенными по-
1 В данном случае буква А указывает назначение провода—арматурный провод (для присоединения к арматуре).
Продолжение
Марка Провод Количество жил Допускаемое напряжение, В
Краткая характеристика Сечеиие, мм2
АППВ ливиннлхлоридной изоляцией То же, ио жилы алюминие- 2,5...6 2—3 500
ПГВ вые Провод с гибкой медной жилой, состоящей из тонких проволочек и поливинилхлоридной 2,5...95 2—3 500
изоляции 0,75...95 1 500
Таблица 44
Площадь сечения жилы, мм2 » Длительные токовые нагрузки иа провода и шиуры в пластмассовой и резиновой изоляции, применяемые в жилых зданиях, не должны превышать, А
При открытой прокладке проводов с жилами При скрытой прокладке алюминиевых проводов
одно- и двухжиль-иых трех одножильных одного двухжильного одного трехжильного
медными алюминиевыми
0,5 11
0,75 15 — — — — —
1,0 17 —— — — — —
1,5 23 — — —
2,5 30 24 20 19 19 16
4,0 41 32 28 28 25 21
6,0 50 39 36 . 32 31 26
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Резьбовые патроны для ламп накаливания изготовляются нескольких типов: Р14 — для ламп накаливания до 60 Вт, Р27— для ламп накаливания от 15 до 300 Вт, Р40 — для ламп накаливания от 300 до 1500 Вт (цифра после буквы Р указывает диаметр резьбы цоколя). В зависимости от конструкции различают патроны: подвесные с креплением винтом, с ушками для подвешивания, стенные, потолочные. Корпуса патронов изготавливают из пластмассы, фарфора или металла. В помещениях сырых и особо сырых применяются патроны с фарфоровым корпусом.
Выключатели и переключатели различаются по числу полюсов, конструкции (кнопочные, рычажные, поворотные, пакетные, рубиль-
ннки, клавишные), исполнению (защищенные, герметические, в корпусе из различных материалов), назначению (для открытой проводки и для утопленной установки при скрытой проводке). Большинство выключателей изготавливается на ток 6 А, реже — на 4 н 10 А.
Штепсельные розетки, так же как и выключатели, различаются по числу полюсов, исполнению и назначению. Чаще всего применяются двухполюсные розетки на 6 А и 127...220 В, которые выпускают в нормальном и герметическом исполнении. Розетки в нормальном исполнении устанавливают в сухих помещениях, а в герметическом — в сырых. При скрытой проводке в жилых помещениях розетки часто устанавливают в плинтусах.
Штепсельные вилки соединяют потребители электроэнергии с источником через штепсельную розетку. Вилки выпускаются с двумя н тремя штырьками. В бытовых приборах используются двухштырьковые вилки, в электроинструментах, где необходимо заземление корпуса,— трехштырьковые.
Комбинированные электроустановочные изделия представляют собой набор из двух или трех выключателей, двух или трех штепсельных розеток или двух — четырех выключателей н штепсельных розеток, объединенных одной общей крышкой.
ЭЛЕКТРОМОНТАЖНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Простейшие электромонтажные инструменты показаны на рис. 163. Металлические ручки их покрыты слоем изоляционного материала. Ручки отверток выполнены из пластмассы или другого токонепроводящего материала. Для того чтобы при работе пальцы не соскользнули на неизолированные части инструмента, изоляционные покрытия заканчиваются упорами. Однако изоляция ручек инструментов не дает права работать под напряжением.
Приемы правильной работы электромонтажными инструментами (плоскогубцами, отверткой, ножом) показаны на рис. 164.
ВИДЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ И ВЫПОЛНЕНИЕ ОТКРЫТОЙ ПРОВОДКИ
Виды электропроводки. Различают два вида электропроводки в жилых и производственных помещениях — открытую и скрытую. Открытая электропроводка довольно редко применяется в помещениях с нормальной средой и жилых помещениях. Она выполняется изолированными проводами на роликах или изоляторах. В жилых или гражданских зданиях из кирпича, шлакоблоков и других элементов обычно выполняют скрытую проводку в бороздах, укладывая провода в трубах (сменяемая проводка), или креплением проводов до нанесения штукатурки либо под сухой штукатуркой (несменяемая проводка). Провода могут быть заложены и в плинтусы специальной конструкции. В этом случае штепсельные розетки устанавливают на плинтусах, а выключатели — под потолком.
Открытая прокладка проводов марок ПР, АПР, ПРВ, АПРВ, ПВ, АП В, ПРД. Провод ПРД натягивают на роликах типа РШ-4 и привязывают (рис. 165) иа угловых и концевых роликах шпагатом, тонкой тесьмой и т. д. Чтобы прочнее закрепить шиур иа поворотах и иа
Рис. 163. Простейшие электромонтажные инструменты: а — плоскогубцы; б — острогубцы (кусачки); в — плоскогубцы комбинированные с кусачками и бокорезами: г — круглогубцы; д — пассатижи газовые; е — монтерский нож; ж— электрический паяльник; з — шлямбур; и — шило; к—спиральный бурав по дереву; л — буравчик по дереву; м— отвертки с деревянной и пластмассовой ручкой (большая для привинчивания роликов и розеток, маленькая для винтов, крепящих крышки выключателей и штепсельных розеток и провода с выводом аппаратов); н — гаечный разводной ключ.
последних роликах, иногда поступают так, как показано на-рис. 166. Ролики должны находиться друг от друга на одинаковом расстоянии не менее 800 мм. В связи с тем что провода не должны подходить к стенам н потолку ближе чем на 10 мм, в местах ответвлений и обходов труб приходится ставить дополнительные ролики. Расстояния от роликов до выключателей, штепсельных розеток, карнизов указаны на рис. 166. Штепсельные розетки должны быть удалены от труб, плит, раковин и других заземленных предметов не менее чем на 0,5 м.
Провода ПР, ДПР, ПРВ, АПРВ, ПВ и АПВ привязывают к роликам типа РП-2,5 «крестом» (рнс. 167, б, г), а на углах, где требуется более прочное крепление, «крестом с хомутиком» (рис. 167, а). В этом месте провод дополнительно изолируют двумя слоями изоляционной ленты. Для закрепления проводов на роликах используют жилы обрезков проводов или проволоку. На промежуточных роликах провод можно привязывать шнуром из поливинилхлорида. Ответвление проводов показано на рнс. 167, в.
Прокладка плоских проводов. Плоские провода применяют как В открытой, так и в скрытой проводке. При открытой проводке (рис. 168, а) провод^ имеющий пленку, прибивают к сухой гипсовой или
Правильно
Тар ведать нельзя
Рис. 164. Прием работы инструментами: а, в, <3 — правильно; б, г, е — неправильно.
3 Завязали и, <к Завязали нов
скрестив, пролустли шнуром, лишние налов юнцы вязни
/. Завязали
2 Пропустили лов пробками
отрезали
Рис. 165. Вязка провода ПРД к роликам.
Рис. 166. Прокладка провода ПРД.
< —к угловому ролику (вязать); б —к промежуточному (ие вязать)| е —к концевому (вязать).
2. Скрестили 3. Пропустили проВо-
проболаки лку назад и скрестили.
Лишние юнцы откусили
I Пропустили проба-лму под пробооом
Рис.
167. Прокладка проводов марок ПР, АИР, ДПРВ, ПВ и АПВ и вязка их к роликам.
Рис. 168. Открытая прокладка плоских проводов:
а — по сухой или мокрой штукатурке (/ — штукатурка; 2— провод; 3— гвоздь); б—по деревянной стене (/ — асбест; 2 — провод); в — крепление проводов гвоздями (/ — оправка* 2 — молоток; 3 — провод); г — крепление про* водов скобами (/ — скоба; 2 —провод).
мокрой штукатурке, а также по несгораемым стенам и перекрытиям гвоздями с малой шляпкой через каждые 200...250 мм. При прокладке по деревянной стене (рис. 168, б) под провод подкладывают полоску асбеста толщиной не менее 3 мм, выступающую по обе стороны не менее чем на 5 мм. Провода марки АППР в сельской местности разрешается прокладывать непосредственно по деревянным основаниям. Гвозди осторожно прибивают с помощью оправки (рис. 168, в), чтобы не повредить изоляцию. Кроме крепления гвоздями, провода приклеивают специальным клеем или прикрепляют пластмассовыми либо резиновыми скобками (рис. 168, г).
Если плоские провода йроходят рядом, то между ними иужио оставлять просветы (рис. 169, а). При пересечении проводов один из них (верхний) дополнительно изолируют тремя-четырьмя слоями изоляционной ленты (рис. 169, б). Нельзя изгибать провода, как показано на рис. 169, в, так как при этом проводники пересекаются без дополнительной изоляции. Нужно аккуратно удалить часть разделительной пленки и так изогнуть провод, чтобы проводники в месте изгиба были удалены друг от друга (рис. 169, г, д).
Плоские провода, не имеющие разделительной пленки, приклеивают или крепят скобками, В местах поворотов провод изгибают иа
Рис. 169. Параллельная прокладка, пересечение и изгибание проводов ППВ и АППВ:
а — параллельная прокладка; б — пересечение; в, е — неправильный изгиб провода; г — удаление разделительной пленки; д— правильный изгиб провода.
в
Tas ймат
8
flpalu/iiM
в
Неправильна
Рис. 170. Прокладка плоских проводов на роликах:
а — установка провода на ролике; б — закрепление провода иа ролике (/ — провод; 2— ролик; <? —пластина; 4 — картон; 5 — провод; 6 — кольцо).
ребро, но радиус изгиба доджей быть достаточно велик, чтобы изоляция не коробилась.
В сельской местности плоские провода разрешается прокладывать на роликах. В местах установки ролика разделительную канавку провода 1 (рнс. 170, а) разрезают, проводники разводят, надевают иа ролик и привязывают к нему (вязка к ролику не показана).
Для крепления проводов марок ППВ и АППВ под головку шурупа, закрепляющего ролик, подкладывают металлическую пластинку 3, поверх шурупа кладут полоску картона 4, а на нее — провод 5 (рис. 170, б). Изгибают внахлестку картонную полоску, затем металлическую и закрепляют ее кольцом 6. Картонная полоска должна быть шире металлической.
СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДОВ
При монтаже и ремонте электроустановок приходится соединять между собой жилы проводов и кабелей, а также производить от них ответвления, присоединять к зажимам. Места соединения проводников должны иметь малое электрическое сопротивление и большую прочность. Допустимая величина электрического сопротивления контакта ие должна превышать сопротивления целого проводника.
Соединение круглых проводов. Соединение и ответвление кабелей и проводов производят механической скруткой, пайкой, опрессовыванием или сваркой. Механическая скрутка (рис. 171) не обеспечивает хорошего электрического контакта из-за недостаточной плотности соединения между собой жил. Поэтому жилы после скрутки пропаивают (рис. 172 и 173).
Перед пайкой с жилы удаляют окисную пленку зачисткой наждачной бумагой или напильником до металлического блеска.
Чтобы соединить провода, их нужно прежде всего очистить от изоляции. Это делают специальным инструментом или ножом. Нож нельзя держать перпендикулярно проводу, так как можно повредить токопроводящую жилу.
Припой не должен окисляться и пропускать влагу и газы в месте соединения проводников. Чтобы прочно соединить металлы пайкой, нужно правильно выбрать припой. Для соединения жил опрес-сованием (рис. 174) используют клещи и тонкую медную или латунную ленту. Данные по опрессованню медных жил при помощи ленты даны в табл. 45.
Рис. 171. Соединение однопроволочиых медиых жил скруткой с бандах /юй вязкой:
а, б, в — последовательность операций.
Рис. 173. Соединение многопроволочных жил скруткой и пайкой:
а, б, в — последовательность операций; г — пайка; д — изоляция места спайки.
Рис. 172. Соединение однопроволочных медных жил скруткой и пайкой:
а, б, а, г — последовательность операций; д — пайка; е — изоляция места соединения.
Сваривают жилы проводов специальными сварочными клещами я аппаратами квалифицированные рабочие не моложе 18 лет.
Соединение плоских проводов. Этот вид соединения выполняется только в ответвительных пластмассовых или металлических коробках; металлические коробки внутри имеют обкладку из изолирующего
Таблица 45
Общее сечение жил, мм2 Длина участка провода со снятой изоляцией, мм Размеры леиты, мм Количество слоев изолирующей ленты
толщина ширина
2,5 18...20 0,2 18...20 2
4 23...24 0,2 20...22 2
6...10 37...38 0,2 35...36 3
б
Рис. 174. Соединение жил опрес-сованием:
а — пресс-клещи; б — последовательность операций при опрессоваиии; / — рукоятка; 2 — виит для закрепления матрицы; 3— место для установки матрицы; 4 — место для установки пуансона; 5 — матрица и пуансои.
материала. В сухих и влажных помещениях вместо ответвительных коробок могут быть использованы гнезда (ниши) в несгораемых стенах и перекрытиях с гладкими стенками, закрытые крышками. При вводе в коробку у проводов вырезают на длине 100 мм разделительную пленку (рис. 175, а). Провода вводят в коробку либо через отверстия (рис. 175, г), либо выламывая в стенках коробки более тонкие участки, называемые подпрессовками (рис. 175, б, в). В коробках без зажимов (рис. 175, s) для соединения применяют пайку, сварку или опрессовку. Места соединений изолируют, как показано на рис. 175, в, либо надевают на соединенные сваркой или опрессовкой места пластмассовые изолирующие колпачки. Примеры ответвительных коробок с зажимами даны на рис. 175, д и е.
Присоединение медных проводов к электроприемникам. В зависимости от конструкции электропрнемников присоединение к ним медных проводов может осуществляться различными способами. Некоторые из этих способов показаны на рис. 176. С конца провода сни
мают изоляцию и из токопроводящей жилы делают замкнутое (рис. 176, а) или разомкнутое (рис. 176, б) колечко, свивая его в направлении завинчивания винтов и гаек, иначе при завинчивании колечко разойдется. Проволочки, образующие жилу, скручивают и пропаивают или обжимают пистоном. Между головкой винта 2 и колечком 1 кладут шайбу 3 (рис. 176, в). Лучше иметь две шайбы с обеих сторон колечка (рис. 176, г). Если одним винтом присоединяют два провода, то между ними должна быть обязательно шайба 4 (рис. 176, д), в противном случае при завинчивании винта колечко на одном из проводов может разойтись и другвг колечко в него провалится.
Соединение с помощью шпильки 5 с двумя гайками 6 и шайбами 7 показано на рис. 176, е. Когда одну гайку завертывают, другую придерживают гаечным ключом или плоскогубцами, чтобы она была неподвижна. К выключателям и патронам некоторых исполнений провода присоединяют, как показано на рис. 176, ж: вставляют зачищенный конец провода 8 в цилиндрическую обойму 9 и, ввинчивая винт 10, сдавливают провод. Места соединения проводов н колечки нужно пропаивать.
Рис. 175. Соединение плоских проводов:
а — снятие разделительной пленки; 6, в, г — ввод проводов в ответвительную коробку-, д — ответвительная коробка с зажимами; е — ответвительная коробка для безвинтового со единения проводов; / — деталь, 2 —скоба; 3 — пружина.
Рис. 176. Присоединение медных проводов.
РАСЧЕТ ПРОВОДОВ
К электрическим проводкам предъявляют требования безопасности, надежности и долговечности. Монтаж электропроводки начинают с расчета длины и сечения проводов. Длину провода можно определить по монтажному чертежу. Для этого на чертеже измеряют расстояния между установочными изделиями. Пользуясь масштабом, в котором выполнен чертеж, вычисляют длину отрезков проводов; к длине каждого отрезка прибавляют не менее 100 мм (иа присоединение проводов).
Длину провода можно рассчитать, измеряя непосредственно на щитках, панелях, стенах, потолках и т. п, отрезки линий, вдоль которых должны быть проложены провода.
Сечение провода рассчитывают по потере напряжения и допустимой длительной токовой нагрузке. Если рассчитанные сечения окажутся неодинаковыми, то принимают величину большего сечения.
Потеря напряжения — это падение напряжения в проводах, соединяющих источник электропитания с потребителем тока. Она не должна превышать 2...5% номинального напряжения источника тока, указанного в паспорте потребителя.
При расчете небольших электроустановок потерей напряжения в проводах можно пренебречь, так как она очень мала.
Для расчета сечения проводов по допустимой длительной токовой нагрузке необходимо знать номинальный ток в проводнике. Этот ток определяется из условия предельно допустимого нагрева потребителя тока при номинальном напряжении. Зная номинальный ток, по табл. 46 находят сечение провода.
Таблица 46
Площадь сечения жил, мм2 Токовая нагрузка, А
Медные жилы Алюминиевые жилы
0,5 11
0,75 15 —
1 17 —
1,5 23 —
2,5 30 24
4 41 32
6 50 39
10 80 55
16 100 80
Номинальный ток и допустимые длительные токовые нагрузки, указанные в табл. 46, могут не совпадать по величине. В этом случае сечение находят по ближайшей допустимой длительной токовой нагрузке, которая больше номинального тока.
Если номинальный ток неизвестен, его можно определить по формуле!
где Zh — номинальный ток, А; {7Я — номинальное напряжение потре-бителя тока, В; N? — расчетная мощность, Вт.
Расчетную мощность вычисляют по формуле:
где «с — коэффициент спроса, показывающий, какая часть установленной мощности фактически расходуется (из-за неодновременной работы потребителей тока иди работы их не на полную мощность); Му— суммарная мощность всех потребителей тока установки, Вт.
Коэффициент спроса для различных электроустановок определяют опытным путем. Принятые значения коэффициента спроса для некоторых потребителей тока приведены в табл. 47.
Таблица 47
Наименование помещений п зданий, в которых прокладывают провода и кабели Значение' кс
Жилые дома, торговые помещения, мелкие мастерские Библиотеки, столовые, административно-конторские здания Лечебные, детские, учебные учреждения, школьные мастерские и учебные классы Большие производственные объекты Средние производственные объекты Склады, подвалы 1,0 0,9 0,8 0,95 0,85 0,6
Пример. Рассчитать площадь сечения проводов для освещения учебных помещений, в которых необходимо установить 15 ламп по 200 Вт, 6 ламп по 100 Вт, 2 лампы по 75 Вт и электронагревательные приборы общей мощностью 2 кВт.
Решение. 1. Определяем общую мощность:
^=200-15+100-6+75-2+2000=5750 Вт.
2. По табл. 47 находим коэффициент спроса: Кс=0,8.
3. Вычисляем расчетную мощность:
^=0,8-5750=4600 Вт.
4. Наводим номинальный ток. Так как номинальное напряжение не указано, предположим, что оно равно 127 или 220 В. Тогда:
/и=4600/127~36 А (прц Пн=127 В); /„=4600/220—21 А (при [/„ = 220 В).
5. По табл. 46 находим сечение жил проводов, соответствующих силе тока 36 и 21 А. Таким образом, могут быть применены медные провода с площадью сечения 4 и 1,5 мм2 или алюминиевые провода— 6 и 2,5 мм2,
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Электрические машины, производящие электрическую энергию и потребляющие ее, составляют основное звено электроустановок. По виду преобразуемой энергии электрические машины подразделяются на электродвигатели и генераторы. В электродвигателях электрическая энергия преобразуется в механическую, в генераторах осуществляется обратное преобразование.
Машина постоянного тока. На рис. 177 показано устройство машины постоянного тока. Она имеет две основные части: неподвижную— статор и вращающуюся — якорь, разделенные воздушным зазором. Статор состоит из станины, на внутренней поверхности которой расположены полюсы с обмотками.
Станина 1 служит для крепления сердечника индуктора 7 с обмоткой возбуждения 8 и подшипниковых щитов 2. Кроме того, станина является магнитопроводом, через который замыкается основной магнитный поток машины.
Магнитное поле в машине постоянного тока создается намагничивающей силой обмотки возбуждения, которая выполнена в виде полюсных катушек, надетых на сердечники индукторов. Сердечники индукторов представляют собой пакеты из стальных листов толщиной 1...2 мм. Пакет спрессован и стянут шпильками. Сердечник вместе а обмоткой прикрепляют к станине болтами.
Якорь машины состоит из сердечника б, обмотки 10 и коллектора 4. Сердечник выполнен в виде цилиндра из штампованных листов
Рис. 177. Машина постоянного тока:
1 — станина; 2 — подшипниковый щит; 3 — подшипник; 4 — коллектор;
6 — ще.'ки; 6 — якорь; 7 — сердечник индуктора; 8 — обмотка возбуждения; 9 — вентилятор; 10 — обмотка якоря.
Рис. 178. Электрические двигатели:
О — с параллельным возбуждением: б — с последовательным.
шины двигателем — для подачи
электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Листы изолированы друг от друга лаковым покрытием и собраны в общий пакет, который насажен на вал якоря. Обмотка якоря из медного провода круглого или прямоугольного сечения образует замкнутую систему проводников, уложенных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору.
Коллектор 4 машины изготовлен из изолированных друг от друга пластин холоднотянутой меди (коллекторная медь), к которым припаяны провода обмотки якоря. При работе электрической машины генератором коллектор служит для выпрямления переменного тока, возбуждаемого в обмотке якоря; при работе электрической ма-постоянного тока из внешней цепи
в обмотку якоря.
С помощью щеток 5 осуществляется снятие напряжения с якоря или подача тока в якорь машины. Щетки в виде прямоугольных брусков из графита крепятся в щеткодержателе и для бесперебойной работы электрической машины должны иметь плотный контакт с кол-
лектором.
Электрические машины постоянного тока обладают свойством обратимости, т. е. они могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Если пропустить по обмотке индуктора (статора) и якоря постоянный ток, то якорь начнет вращаться: машина будет работать в качестве двигателя. Если подать на обмотку индуктора постоянный ток от постороннего источника и вращать якорь машины от какого-либо двигателя, то машина будет выполнять роль генератора.
Машины постоянного тока различаются по способу возбуждения магнитного поля, т. е. по способу питания током обмотки индуктора. В двигателях и генераторах применяют параллельное и последовательное соединение обмоток индуктора и якоря. У двигателей с параллельным возбуждением (рис. 178, а) обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря. Эти машины применяются для привода механизмов, имеющих при переменной нагрузке постоянную
скорость вращения ротора, плавно регулируемую в широких пределах.
В двигателе с последовательным возбуждением (рис. 178, б) обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Эти двигатели широко применяются там, где при большой нагрузке требуется большая мощность, но небольшая скорость, и наоборот, при малых нагрузках—большая скорость, но небольшая мощность (в подъемных кранах, электровозах, троллейбусах, трамваях и т. д.).
Обмотки возбуждения и якоря генераторов постоянного тока соединяют теми же способами, что и обмотки двигателей. Питание обмотки возбуждения постоянным током осуществляется от цепи яко-
ря. Такой генератор применяется в установках, не требующих регулирования напряжения в широком диапазоне. Генераторы с последовательным возбуждением применяются очень редко и только в специальных установках, так как не удовлетворяют требованиям потребителей электроэнергии в отношении постоянства напряжения.
Генераторы постоянного тока применяются на тепловозах, морских и речных судах для питания силовых двигателей и различных приборов; для дуговой электросварки; в электроприводе генератор — двигатель, в агрегатах, требующих частых пусков, реверсирования и регулирования частоты вращения в широких пределах. Система генератор — двигатель находит применение для прокатных станов, доменных и шахтных подъемников, бумагоделательных машин и др.
Универсальный коллекторный электродвигатель. Универсальный коллекторный электродвигатель работает от сети переменного и постоянного тока. Статор такого двигателя выполнен аналогично статору электрической машины переменного тока, а ротор — якорю машин постоянного тока.
В универсальном коллекторном двигателе -стремятся получить примерно одинаковые частоты вращения при номинальной нагрузке как при постоянном, так и при переменном токе. Достигается это тем, что обмотку возбуждения электродвигателя выполняют с ответвлениями: при работе двигателя от сети постоянного тока обмотка возбуждения используется полностью, а при работе от сети переменного тока включается лишь ее часть. Такое изменение числа витков обмотки возбуждения при подключении двигателя к сети постоянного и переменного тока позволяет получить близкие технические характеристики двигателя при работе от постоянного и переменного тока.
Универсальные коллекторные двигатели широко применяются для привода швейных машин, пылесосов и электрифицированных инструментов.
Асинхронный электродвигатель трехфазного тока. Основными частями асинхронного двигателя переменного тока служат статор (рис. 179, а), имеющий трехфазную обмотку, и ротор, состоящий из вала, сердечника и обмотки. В зависимости от конструкции ротора различают двигатели с фазным ротором, которые называют также двигателями с контактными кольцами (рис. 179, б), и двигатели с короткозамкнутым ротором (рис. 179, в).
Рис. 179. Асинхронный двигатель трехфазного тока: а —- статор; б — фазный ротор; в короткозамкнутый ротор.
Оси каждой из фазовых обмоток статора сдвинуты относительно друг друга в пространстве на 120°. Обмотка ротора с контактными кольцами выполняется по тем же схемам, что и статорные обмотки. Обмотка короткозамкнутого ротора состоит из медных или алюминиевых стержней без изоляции, замкнутых по торцам кольцами.
При включении трехфазной обмотки статора в сеть возникает вращающееся магнитное поле, которое пересекает стержни (проводники) обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Но так как обмотка ротора замкнута, то в стержнях возникают токи, которые при взаимодействии с полем статора создают на проводниках обмотки ротора электромагнитные силы, вращающие ротор.
Обмотку статора асинхронного двигателя можно соединять звездой или треугольником. Это дает возможность применять одни и те же двигатели при двух различных напряжениях сети, например 127/220 или 220/380 В. Если двигатель рассчитан на напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В его статорную обмотку соединяют звездой, а при напряжении сети 220 В — треугольником. В обоих случаях фазное напряжение остается равным 220 В.
Асинхронные двигатели изготавливаются мощностью от долей ватта до тысяч киловатт. Они широко применяются в электрическом приводе различных машин и механизмов, подъемно-транспортных устройств, вентиляторов, насосов и т. п.
Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором.
Однофазные асинхронные двигатели обычно имеют небольшую мощность — до нескольких десятков ватт — и применяются в электропроигрывателях, магнитофонах, различных автоматических устройствах.
ПРАВИЛА ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ
Электрический ток, питающий различные установки, может нанести серьезный ущерб здоровью человека, а в некоторых случаях даже вызвать смерть, если не соблюдать необходимые правила и меры предосторожности. Тело человека представляет собой проводник электрического тока. Поэтому в случае прикосновения к токоведущим частям электроустановок человек становится звеном электрической цепи. Ток, проходя через тело, может поразить как наружный покров, так и внутренние органы человека. Величина поражающего тока зависит от напряжения, под которым оказался человек (прямо пропорционально), и от сопротивления его тела (обратно пропорционально). Последнее зависит от разных факторов и может изменяться в широких пределах — от 700 до нескольких десятков тысяч ом.
Учитель труда должен четко представлять источники опасности поражения человека электрическим током. К ним относятся:
опасность прикосновения к токоведущим частям электроустановок. Прикосновения различают однополюсное и двухполюсное. Наибольшую опасность представляет друхполюсное прикосновение. В этом случае величина поражающего тока достигает предельных значений. Однополюсное прикосновение представляет прямую опасность поражения электрическим током в том случае, когда образуется замкнутый контур: место прикосновения к оголенному проводу (контакту, клемме), тело человека, земля или заземленная нейтраль;
замыкание на корпус. В результате пробоя изоляции обмоток машин и трансформаторов происходит аварийное соединение проводов или обмоток с металлическими корпусами. Такое соединение называют замыканием на корпус. Разность потенциалов точек одновременного прикосновения человека к корпусу и земле называют напряжением прикосновения. Для того чтобы снизить напряжение прикосновения до безопасной величины, при замыкании на корпус применяют защитное заземление. Кроме защитного заземления, в четырехпроводных сетях низкого напряжения (до 1000 В) с заземленной нейтралью применяют защитное зануление. Цель защитного зануления— обеспечить отключение электроустановок от источников питания при замыкании токоведущнх проводов, обмоток на корпус;
опасность остающегося заряда. Этот вид опасности поражения электрическим током относится к конденсаторам, даже если они отключены от источников напряжения. Особую опасность представляют электрические конденсаторы большой емкости, работающие под напряжением выше ПО В. Конденсаторы могут длительно сохранять заряды на своих обкладках. Прикосновение человека к незаземлен-ным обкладкам конденсатора может привести к поражению электрическим током.
Для устранения опасности поражения человека электрическим током применяют различные защитные средства. К ним относятся: средства изоляции человека от земли и токоведущих частей (изолирующие подставки, резиновые коврики, галоши, перчатки); инструменты и приспособления (штанги, клещи, монтажный инструмент); приборы, указывающие напряжение (трубки и пробники с неоновой лампой, контрольные лампы и др.).
При монтаже и демонтаже электрооборудования необходимо исходить из того, что токоведущие части электроустановок должны быть недоступны для случайного прикосновения: провода тщательно изолированы, токоведущие части закрыты защитными ограждениями (кожухами, ящиками, щитками),
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Артоболевский И. И. Теория машин и механизмов. М., 1975.
Аршииов В. А., Алексеев Г. А. Резание металлов и режущий инструмент. М., 1976.
Боголюбов С. К., Воинов А. В. Машиностроительное черчение/ Под ред. В. Б. Мартынова. М., 1976. ,
Бу гл ай Б. И. Технология отделки древесины. М., 1973.
Казаков Н. Ф., Осокин А. М., Шишкова А. П. Технология металлов и других конструкционных материалов. М., 1975.
Ковальчук Л. М., Баскакии Е. И., Патуроев В. В. Изготовление конструкций и деталей из древесных материалов и пенопластов. М., 1971.
Л е п а е в Д. А., Ш т е х м а н Н. Я. Бытовые электрические приборы. М., 1973.
М а к и е и к о Н. И. Слесарное дело с основами материаловедения. М., 1976.
Организация, планирование и управление деятельностью промышленных предприятий /Под ред. С. Е. Каменицера. М., 1976.
Перел.ыгин Л. М. Древесиноведение. М., 1971.
Пугачев А. С., Никольский Л. П. Техническое рисование. М., 1976.
Решетов Д. Н. Детали машин. М., 1974.
Справочник металлиста. В 5-ти т. М., 1976—1977.
Справочник по пластическим массам /Под ред. В. М. Катаева, В. А. Попова, Б. И. Сажина. М., 1975, т. 1.
Справочник по деревообработке. М., 1975.
Справочник технолога-машиностроителя. М., 1972, т. I и 2.
Тепиикичиев В. К., Красиченко Л. В., Тихонов А. А. Металлорежущие станки. М., 1972.
Федоренко В. А., Шошии А. И. Справочник по машиностроительному черчению /Под ред. Г. И. Поповой. Л., 1977.
Худяков А. В. Деревообрабатывающие станки и работа на иих. М., 1976.
Якушева А. И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М., 1975,,
ОГЛАВЛЕНИЕ
От авторов ................................................ 3
Глава I. Общие сведений о производстве........... 4
Понятие о производственном и технологическом процессах •—
Технологическая подготовка производства .... 6
Планирование производства ............................. —
Принципы технического нормирования........... 8
Основы экономики социалистической промышленности 9
Основы научной" организации труда............10
Организация рабочего места . 11
Глава II. Технический рисунок, чертеж и эскиз ... 12
Технический рисунок ................................... —
Чертеж и его чтение..........................13
Эскиз........................................22
Глава III. Элементы машиноведения................23
Структура механизмов и машин.................—
Основные виды соединений деталей ..................... 25
Типовые детали ........................................28
Специальные детали ....................................34
Механические передачи ................................ 35
Кривошипно-шатунный механизм.................38
Двигатели внутреннего сгорания...............—
Глава IV. Допуски, посадки, технические измерения . . 41
Понятие о взаимозаменяемости.................—
Допуски и посадки .....................................42
Качество обрабатываемых поверхностей.........43
Понятие об автоматическом контроле .........46
Средства измерения .....................................—
Приборы для контроля шероховатости поверхности . 53
Некоторые простейшие инструменты для измерения углов 54
Глава V. Металлы . . 56
Применение металлов в народном хозяйстве . . . . —
Получение чугуна ... 57
Получение стали..........................................—
Получение цветных металлов .............................60
Основные свойства и испытание металлов , , . . 63
Сортамент металлов........................... • 67
Термическая и химико-термическая обработка металлов . 68
Защита металлов от коррозии < ..........................71
Глава VI. Древесина ........................................72
Использование древесины в народном хозяйстве и харак-теристнки основных пород ........................ < 72
Строение дерева................................. 73
Пороки древесины................................75
Химический состав и физические свойства древесины , 76
Пиломатериалы ..........................................80
Листовые древесные материалы....................81
Сушка древесины . ................................* 82
Глава VII. Пластические массы ... . . . • 84
Виды пластмасс..................................... —
Применение пластмасс в народном хозяйстве ... —
Краткая характеристика наиболее распространенных пла-
стмасс и некоторых неметаллических материалов . . 85
Глава VIII. Элементы технологии металлов ... . 89
Литейное производство................................. 90
Сварка и резка металлов.................................92
Паяние мягким и твердым припоями...................... 94
Обработка металлов резанием. Слесарные работы . . 96
Механическая обработка металлов резанием , , . 127
Глава IX. Обработка древесины .............................167
Раскрой древесины .....................................168
Обработка древесины резанием.............................—
Отделка древесины лаками и красками....................178
Соединение столярных элементов , ..... 179
Сборка изделий на клею.................................182
Соединение на шурупах, гвоздях и Другие виды крепления 184
Обработка фанеры ......................................185
Ручные машины для обработки древесины .... 186
Деревообрабатывающие станки..............................—
Правила безопасной работы ручным столярным инстру-
ментом и иа станках .......... 190
Глава X. Обработка пластических масс ......................192
Формообразование изделий из пластмасс....................—
Обработка пластмасс резанием..........................,193
Склеивание пластмасс................................ 194
Соединение болтами и заклепками ....................... —
Глава XI. Электротехнические работы ........................195
Классификация электроустановок...........................—
Электрические цепи и схемы..............................196
Провода и кабели , . . 197
Электроустановочные изделия ............................202
Электромонтажные инструменты............................203
Виды электропроводки и выполнение открытой проводки . —
Соединение проводов .................................... 209
Расчет проводов.........................................213
Электрические машины ...................................215
Правила Электробезопасности ............................218
Дополнительная литература ..............................220
Юлиан Алексеевич Боровков, Сергей Филиппович Легорнев, Борис Абрамович Черепашенец
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК УЧИТЕЛЯ ТРУДА
Редактор Т. А. Чамаева
Художественный редактор Л. Г. Бакушева
Технический редактор М. И. Смирнова
Корректоры К. А. Иванова, Н. В. Бурдина
ИБ № 3705
Сдано в набор 28.06.79. Подписано к печати 04.06.80. А 06 993. 84Х1081/з2- Бум. типограф. № 2. Гарнит. литерат. Печать высокая. Усл. печ. л. 11,76. Уч.-изд. л. 14,90. Тираж 150 000 экз. Заказ 2379. Цена 75 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Просвещение» Государственного комитета РСФСР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, 41. Полиграфкомбинат им. Я, Коласа Госкомиздата БССР, 220827, Минск, ул, Красная, 23.