Инновационные технологии в машиностроении
Покупка
Тематика:
Технология машиностроения
Издательство:
Беларуская навука
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 404
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-985-08-2760-9
Артикул: 777612.01.99
Доступ онлайн
505 ₽
В корзину
В учебном пособии рассмотрены новейшие электрофизические и физико-технические технологии обработки материалов. Изложены основы инновационных технологий в области обработки металлов давлением, литейного, сварочного производства, механической обработки.
Адресуется студентам второй ступени высшего образования по специальности: 1-36 80 02 «Инновационные технологии в машиностроении», будет полезен для учащихся технических колледжей, а также слушателей системы повышения квалификации и инженерно-технических работников.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 001: Наука и знание в целом. Организация умственного труда
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 15.04.01: Машиностроение
- 15.04.02: Технологические машины и оборудование
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
© Клименков С. С., Рубаник В. В. (мл.),
2021
© Оформление. РУП «Издательский дом
«Беларуская навука», 2020
УДК 621:001.895(075.8)
ББК 34.4я73
К49
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра «Технология машиностроения»
Белорусского национального технического университета
(доктор технических наук, профессор Ю. В. Синькевич);
доктор технических наук, профессор В. И. Жорник
Клименков, С. С.
Инновационные технологии в ма шиностроении : учеб.
пособие / С. С. Клименков, В. В. Ру баник. – Минск : Беларуская навука, 2021. – 404 с.
ISBN 978-985-08-2760-9.
В учебном пособии рассмотрены новейшие электрофизические
и физико-технические технологии обработки материалов. Изложены
основы инновационных технологий в области обработки металлов
давлением, литейного, сварочного производства, механической обр аботки.
Адресуется студентам второй ступени высшего образования по
специальности: 1-36 80 02 «Инновационные технологии в машино-
строении», будет полезен для учащихся технических колледжей,
а также слушателей системы повышения квалификации и инженернотехнических работников.
УДК 621:001.895(075.8)
ББК 34.4я73
ISBN 978-985-08-2760-9
К49
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие .................................................................................................... 9 Глава 1. Инновационные технологии обработки резанием .................. 11 1.1. Высокоскоростная обработка резанием ......................................... 11 1.1.1. Инструментальные материалы для высокоскоростной обработки ...................................................................................................... 12 1.1.2. Особенности станков для высокоскоростной обработки ..... 15 1.2. Комбинированные методы механической обработки.................. 16 1.2.1. Деформационно-механическая обработка .............................. 17 1.2.2. Вибромеханическое резание ..................................................... 18 1.2.3. Электромеханическая обработка ............................................. 20 1.2.4. Магнитно-абразивная обработка ............................................. 22 1.3. Гидроабразивная обработка ............................................................ 24 1.3.1. Физические особенности гидроабразивной обработки ........ 24 1.3.2. Струйно-абразивная обработка поверхностей....................... 25 1.3.2.1. Применение струйно-абразивной обработки поверх- ностей ................................................................................................. 31 1.3.3. Гидроабразивная резка .............................................................. 33 1.3.3.1. Технологические основы гидроабразивной резки ........... 33 1.3.3.2. Технологическое оборудование для гидроабразивной резки ................................................................................................... 38 1.4. Криогенная обработка ...................................................................... 43 1.4.1. Физическая сущность криогенной обработки ........................ 43 1.4.2. Оборудование и инструмент для криогенной обработки ..... 45 Глава 2. Основы инновационных технологий физико-технической обработки материалов .......................................................................... 50 2.1. Лазерная обработка .......................................................................... 50 2.1.1. Принцип работы лазеров ........................................................... 50
Оглавление 4 2.1.1.1. Параметры и характеристики лазеров .............................. 52 2.1.1.2. Схемы и конструкции лазеров ........................................... 54 2.1.1.3. Лазерные комплексы ........................................................... 60 2.1.2. Технологии лазерной обработки материалов ......................... 64 2.1.2.1. Лазерная обработка отверстий .......................................... 65 2.1.2.2. Лазерная термическая обработка ...................................... 69 2.2. Плазменная обработка ..................................................................... 72 2.2.1. Физическая сущность генерирования плазмы ....................... 72 2.2.2. Плазмообразующие среды ....................................................... 73 2.2.3. Ввод компонентов плазмообразующей среды в электрическую дугу .............................................................................................. 75 2.2.4. Устройство плазмотронов......................................................... 77 2.3. Электроэрозионная обработка материалов ................................... 78 2.3.1. Физические основы электроэрозионной обработки мате- риалов .................................................................................................... 79 2.3.2. Качество обработанной поверхности ...................................... 84 2.3.3. Основные параметры электроэрозионной обработки ........... 88 2.3.4. Виды электроэрозионной обработки ....................................... 92 2.3.5. Электроды-инструменты .......................................................... 96 2.3.5.1. Особенности конструкций электродов-инструментов ... 96 2.3.5.2. Материалы для электродов-инструментов ...................... 98 2.3.6. Рабочие жидкости ...................................................................... 99 2.3.7. Технологические основы электроэрозионной обработки ..... 101 2.3.7.1. Последовательность операций при электроэрозионной обработке ........................................................................................... 101 2.3.7.2. Производительность............................................................ 102 2.3.7.3. Качество поверхности при электроэрозионной обработке ................................................................................................... 105 2.3.7.4. Точность при электроэрозионной обработке размеров .. 107 2.3.7.5. Область технологического использования электроэрозионной обработки ........................................................................... 108 2.4. Ультразвуковая обработка материалов .......................................... 110 2.4.1. Физические свойства и особенности распространения ультразвука ................................................................................................. 110 2.4.2. Принцип действия установок для генерации ультразвуковых колебаний ...................................................................................... 112 2.4.3. Физическая сущность ультразвуковой обработки ................ 114 2.5. Основы аддитивных технологий формообразования деталей и узлов ....................................................................................................... 119 2.5.1. Общие сведения об аддитивных технологиях ....................... 119 2.5.2. Лазерные аддитивные технологии .......................................... 121 2.5.2.1. Лазерная стереолитография ............................................... 121
Оглавление 2.5.2.2. Лазерное спекание .............................................................. 124 2.5.2.3. Лазерное ламинирование ................................................... 125 2.5.3. Технологии струйной трехмерной печати .............................. 126 2.5.3.1. Струйная печать с использованием фотополимера ........ 126 2.5.3.2. Струйная печать с использованием твердеющего материала .................................................................................................. 128 2.5.3.3. Струйная печать склеиванием ........................................... 129 2.5.3.4. Применение аддитивных технологий .............................. 131 2.5.3.5. Технологии непрерывной объемной печати .................... 132 2.5.4. Аддитивные технологии в литейном производстве .............. 134 2.5.4.1. Общие сведения о применении аддитивных технологий в литейном производстве ......................................................... 134 2.5.4.2. Применение аддитивных технологий для изготовления литейных форм .......................................................................... 136 2.5.4.3. Применение аддитивных технологий для производства моделей .............................................................................................. 138 Глава 3. Инновационные технологии деформирования металлов и сплавов .................................................................................................. 140 3.1. Высокоскоростная штамповка листового материала ................... 140 3.1.1. Штамповка взрывом ................................................................... 141 3.1.2. Электрогидроимпульсная штамповка ..................................... 145 3.1.3. Магнитно-импульсная штамповка .......................................... 150 3.1.4. Штамповка с применением ультразвука ................................. 153 3.2. Обработка материалов методами локальной пластической деформации .................................................................................................. 154 3.2.1. Ротационно-локальное формообразование изделий сложного профиля из листового материала .............................................. 155 3.2.2. Ротационная вытяжка................................................................ 162 3.3. Гидропластическая обработка материалов ................................... 166 3.3.1. Гидропластическая формовка трубчатых заготовок ............. 166 3.3.2. Гидропрессование ...................................................................... 171 3.4. Горячее прессование ......................................................................... 177 3.5. Процессы прокатки материалов ...................................................... 184 3.5.1. Поперечно-клиновая прокатка заготовок ............................... 184 3.5.2. Поперечная накатка зубчатых колес ....................................... 191 3.5.3. Процессы многовалковой прокатки......................................... 192 3.5.4. Совмещение непрерывных деформационных процессов ..... 196 3.5.5. Совмещенная ультразвуковая и электропластическая обработка................................................................................................... 198 3.6. Объемная штамповка на базе многоплунжерных гидравлических прессов ............................................................................................. 202
Оглавление 6 3.7. Обработка сплавов в состоянии сверхпластичности .................... 206 3.7.1. Газостатическая формовка листового материала в состоянии сверхпластичности ....................................................................... 212 3.7.1.1. Негативная формовка ........................................................... 213 3.7.1.2. Реверсивная формовка ......................................................... 214 3.7.1.3. Позитивная формовка .......................................................... 215 3.7.2. Совмещенная сверхпластическая формовка и диффузионная сварка .............................................................................................. 217 3.7.3. Объемная штамповка в режиме сверхпластичности ............. 220 3.8. Обработка материалов с памятью формы ...................................... 224 3.8.1. Механизмы образования эффекта памяти формы ................. 224 3.8.2. Технология производства сплавов с эффектом памяти формы .................................................................................................... 227 3.8.3. Применение материалов с памятью формы ........................... 228 Глава 4. Технологические особенности высокоэффективных процессов литья ............................................................................................ 232 4.1. Вакуумная формовка ........................................................................ 232 4.2. Производство высокоточных сложных отливок по разовым моделям ..................................................................................................... 236 4.2.1. Литье по выплавляемым моделям ........................................... 237 4.2.2. Литье по газифицируемым моделям ....................................... 241 4.3. Суспензионное литье ......................................................................... 247 4.4. Литье с направленной кристаллизацией ........................................ 249 4.5. Производство отливок с монокристаллической структурой ....... 254 4.6. Литье изделий с аморфной структурой .......................................... 257 4.6.1. Аморфное состояние сплавов ................................................... 257 4.6.2. Обозначение и свойства аморфных материалов .................... 259 4.6.3. Способы получения аморфных металлических сплавов ...... 261 4.6.3.1. Получение аморфной структуры методами закалки расплава ............................................................................................. 261 4.6.3.2. Физические методы получения аморфной структуры ... 265 4.6.4. Применение изделий из аморфных сплавов ........................... 266 4.7. Литье под регулируемым давлением ............................................... 269 4.7.1. Литье под низким давлением .................................................... 271 4.7.2. Литье под высоким давлением ................................................. 275 4.7.3. Литье с кристаллизацией под давлением ................................ 281 4.8. Электрошлаковое литье .................................................................... 284 4.9. Непрерывное литье монолитных заготовок ................................... 289 4.9.1. Непрерывное литье многослойных заготовок ........................ 294 4.10. Комбинирование процессов литейного производства и обработки давлением ...................................................................................... 297
Оглавление Глава 5. Инновационные технологии резки и сварки в машино- строении ................................................................................................... 301 5.1. Фрикционная обработка материалов ............................................... 301 5.1.1. Фрикционная резка ..................................................................... 301 5.1.2. Фрикционное плакирование ..................................................... 303 5.1.3. Сварка трением с перемешиванием слоев............................... 305 5.2. Взрывные технологии ....................................................................... 311 5.2.1. Общие сведения о явлении взрыва .......................................... 311 5.2.2. Взрывные технологии разделения конструкций ................... 312 5.2.3. Сварка взрывом .......................................................................... 315 5.3. Сварка прокаткой ............................................................................... 323 5.4. Диффузионная сварка ........................................................................ 326 5.5. Электронно-лучевая сварка .............................................................. 330 5.6. Электрошлаковая сварка ................................................................... 334 5.7. Плазменная сварка ............................................................................. 339 5.8. Ультразвуковая сварка....................................................................... 342 5.9. Лазерная резка .................................................................................... 346 5.9.1. Лазерная резка металлов ........................................................... 346 5.9.2. Лазерная резка неметаллических материалов ....................... 352 5.10. Плазменная резка ............................................................................. 354 Глава 6. Основы инновационных технологий формирования покрытия...................................................................................................... 359 6.1. Высокотемпературные покрытия..................................................... 359 6.1.1. Материалы высокотемпературных покрытий ........................ 359 6.1.2. Методы получения металлических порошков ....................... 362 6.1.2.1. Газовая атомизация ............................................................. 363 6.1.2.2. Вакуумная атомизация ....................................................... 365 6.1.2.3. Центробежная атомизация ................................................. 366 6.1.3. Технологические основы процессов газотермического напыления ................................................................................................. 366 6.1.4. Газопламенное напыление ........................................................ 368 6.1.5. Электродуговая металлизация ................................................. 370 6.1.6. Вакуумное конденсационное напыление покрытий ............. 371 6.1.7. Детонационно-газовые покрытия ............................................. 373 6.1.7.1. Применение детонационных покрытий ............................ 376 6.1.8. Плазменная наплавка ................................................................. 378 6.1.8.1. Плазменная наплавка проволокой ..................................... 378 6.1.8.2. Плазменно-порошковая наплавка ..................................... 381 6.1.9. Применение ультразвука при электродуговой наплавке ...... 384 6.2. Нанопокрытия .................................................................................... 387
Оглавление 6.2.1. Методы получения нанодисперсных порошковых мате- риалов .................................................................................................... 387 6.2.2. Методы получения нанопокрытий .......................................... 388 6.3. Полимерные покрытия ...................................................................... 393 6.3.1. Материалы покрытия ................................................................. 393 6.3.2. Способы нанесения полимерных покрытий .......................... 396 Рекомендуемая литература ......................................................................... 401
ПРЕДИСЛОВИЕ Машиностроение и приборостроение являются важнейшими звеньями промышленного производства. Наметилась тенденция переориентации производства от стабильной узкой номенклатуры изделий к многономенклатурному производству с частой сменяемостью программы выпуска. Средняя продолжительность выпуска продукции уменьшается с 7–8 лет до 2–3 лет и меньше. Современные достижения в области технологий, роботизации, вычислительной техники обеспечивают реальные предпосылки для организации полностью автоматизированных производств на базе малолюдной или безлюдной технологий, начиная от заготовительных производств и завершая сборкой. Приоритетным фактором развития машиностроения и приборостроения выступает разработка и внедрение инновационных технологий, базирующихся на новейших достижениях фундаментальных наук. По своей сути инновационные технологии не только являются современными и высокоэффективными, но и инициируют разработку нетрадиционных технологий. Цель данного учебного пособия – системное последовательное изложение сущности инновационных технологий в области машиностроения. В главе 1 рассмотрены прогрессивные технологии механической обработки: высокоскоростное резание; комбинированные методы лезвийной обработки; гидроабразивная обработка. Глава 2 посвящена электрофизическим и физико-техническим методам обработки, к которым относятся лазерная, плазменная, электроэрозионная, ультразвуковая обработка и др.
В главе 3 рассматриваются технологии, основанные на динамическом и статическом деформационном воздействии на обрабатываемый материал: высокоскоростная штамповка, гидро-газостатическая деформация, штамповка в режиме сверхпластичности. Глава 4 посвящена специальным способам литья изделий с направленной, монокристаллической и аморфной структурой. В главе 5 представлены высокоэффективные процессы резки и сварки трением, взрывом, прокаткой, а также диффузионной, электронно-лучевой, электрошлаковой сварки. Глава 6 посвящена технологиям формирования покрытий. Учебник подготовлен в соответствии с программой по дисциплине «Инновационные технологии в машиностроении» для магистрантов, обучающихся по специальности 1-36 80 02. За основу принят учебник с грифом Министерства образования Республики Беларусь: Клименков С. С. «Современные технологии в машиностроении и приборостроении» (Витебск, 2017).
Доступ онлайн
505 ₽
В корзину