Учебное пособие Челябинск






Скачать 486.45 Kb.
НазваниеУчебное пособие Челябинск
страница1/4
Дата публикации03.08.2018
Размер486.45 Kb.
ТипУчебное пособие
auto-ally.ru > Спорт > Учебное пособие
  1   2   3   4


Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

621.9.

Щ984

И.А. Щуров
Машиностроение.

Исторический обзор

И примеры олимпиадных задач

Учебное пособие

Челябинск

Издательский центр ЮУрГУ

2014
УДК 621.9

Щ984


Одобрено

учебно-методической комиссией

механико-технологического факультета

Рецензенты:

проф., докт. техн. наук В.В. Ерофеев,

проф., докт. техн. наук А.Г. Игнатьев.


^ Щуров, И.А.

Щ984 Машиностроение. Исторический обзор и примеры олимпиадных задач: учебное пособие / И.А. Щуров. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. – 60 c.


Основные исторические этапы развития машиностроения. Задачи машиностроения и задачи политехнической олимпиады. Пособие составлено для школьников, которые готовятся для участия в политехнической олимпиаде. Основной упор сделан на обзоре перспектив и инноваций отрасли и связанных с ними вопросами подготовкой молодых людей, планирующих связать свою жизнь с машиностроением.


УДК 621.9
 Издательский центр ЮУрГУ, 2014

Введение
Машиностроение является одной из ключевых отраслей любой цивилизованной страны. Бытовая техника: стиральные машины и посудомоечные комбайны, миксеры и швейные машинки, автомобили и самолеты, тракторы и поезда, космические системы и вооружение,– все это продукция машиностроения. Без всей этой техники жизнь современного человека немыслима. Все это производилось, производится и будет производиться еще многие столетия. Более того, появляется новая техника, которая входит в быт: домашние сервисные роботы, компьютеризированные домашние животные, трехмерные принтеры для оперативной печати необходимых в быту мелочей, персональный транспорт для перелетов по воздуху, это и многое другое еще конструируется и доводится до уровня серийного производства. С развитием такой техники развиваются и средства её проектирования и изготовления. Механические устройства в настоящее время все чаще снабжаются электроприводами и компьютерными системами управления. Все это – захватывающая бурно развивающаяся отрасль, которая и называется машиностроением.

Но в машиностроении не все так просто, здесь есть свои проблемы, свои «горячие точки» и прорывные направления. Чтобы разобраться в сложном мире машиностроения целесообразно посмотреть его историю, его ветви, новые и ключевые направления развития. Поэтому в данной книге дается две части: сначала приводятся краткие сведения об истории машиностроения, современных тенденциях его развития и задачах, которых приходится решать машиностроителям. Во второй части приводятся задачи, аналогичные предлагаемым, на политехнической олимпиаде и обсуждается их решение.

Все это должно помочь школьникам правильнее оценить свои наклонности, посмотреть на свои возможности и подобрать направление для своего дальнейшего обучения. В связи с этим и задачи структурированы в соответствии с перечнем специальностей и направлений подготовки высшего образования, утвержденных приказом № 1061 Минобрнауки РФ от 12 сентября 2013 г.
^ 1. ИСТОРИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
1.1. Начнем с определений

Прежде чем рассматривать историю машиностроения и все связанные с ним вопросы определимся, что же такое «Машиностроение»? Оказывается, сразу здесь не все так просто. Например, толковый словарь русского языка С.И. Ожегова и Н.Ю. Шведовой в середине прошлого века дал такое определение: «Машиностроение – промышленность, занятая производством машин, оборудования и продукции оборонного значения». Такое понятие, по-видимому, требует уточнения. В частности, здесь дается определение машиностроения через «машину» и через запятые далее перечисляются «оборудование» и «продукция оборонного назначения». Если посмотреть в этом же словаре определение «оборудования», то это: «совокупность механизмов, машин, устройств, приборов, необходимых для работы, производства». Таким образом, «оборудование» – это тоже машина, как, впрочем, и продукция оборонного назначения, такая как автомобили, танки и прочее. Одно в этом определении не вызывают сомнение – первые пять слов: машиностроение тесно связано с производством машин.

Тогда представляется разумным посмотреть и определение самого понятия «машина». Например, определение машине дано в известном словаре Ф.А. Брокгауза, И.А. Ефрона, изданном в начале двадцатого века. «Слово "Машина" всякому понятно, но точное определение понятия, обозначаемого этим словом, установлено только в течение настоящего столетия благодаря стараниям целого ряда ученых, трудившихся над классификацией понятий практической механики. Принятое в настоящее время определение понятия "М" принадлежит Францу Рело, профессору высшей политехнической школы в Берлине; определение это такое: "М" есть соединение способных к сопротивлению тел, устроенное таким образом, чтобы действующие на них природные силы производили определенные движения. Смотря по тому, состоит ли главная цель "М" в том, чтобы перемещать тела, или в том, чтобы их обрабатывать "М" разделяются на перемещающие и обрабатывающие». Из этого определения, несомненно, следует одно: машина – это собранная в единое целое совокупность деталей, которые совершают движения. Позднее это определение было расширено. В упомянутом словаре С.И. Ожегова и Н.Ю. Шведовой «Машина – механическое устройство, совершающее полезную работу с преобразованием энергии, материалов или информации». В последнем случае в словаре называется электронно-вычислительная машина, что, очевидно, не связано с движениями. Появившиеся в последнее время твердотельные накопители (solid-state drive, SSD) позволяют полностью исключить в компьютерах движущиеся части. Таким образом, ЭВМ – это, скорее всего, исключение в понятии машина, как оно было дано первоначально в связи с движениями.

Вернемся к более позднему определению понятия «машиностроение». В Советском энциклопедическом (1989) и политехническом словарях (1989) дано определение: «Машиностроение – комплекс отраслей промышленности, изготавливающих орудия труда для народного хозяйства, транспортные средства, а также предметы потребления и продукцию оборонного назначения». Понятие «предметы потребления» представляется достаточно широким. По-видимому, сюда можно отнести и одежду, и радиотовары, и даже книги, что, очевидно, не является продукцией машиностроения.

Такой экскурс в терминологию в данной книге дан автором не лингвистом по профессии не случайно. Всякая наука начинается, именно, с терминологии. А в промышленности вопросы терминологии чрезвычайно важны. Почему? Потому, что в промышленности, в машиностроении, в производстве задействовано большое число людей, организованных зачастую в большие коллективы. Они сотрудничают как команда, и в основе такого сотрудничества – передача информации между смежными коллективами, между людьми, которые работают в производственной цепочке. Если один человек или группа работников не правильно поймут намерения других людей, то последствия могут быть катастрофическими: от невозможности сборки в единое изделие сложной машины, до аварийных последствий работы таких машин. Не случайно в такой отрасли как машиностроение утверждено множество стандартов связанных с самой терминологией. Например, для широко применяемых в машинах резьбовых соединений издан стандарт ГОСТ 11708-82 «Резьба. Термины и определения». В качестве примера приведем первое определение из этого стандарта. «Винтовая линия резьбы – линия, образованная на боковой поверхности реального или воображаемого прямого кругового цилиндра (черт. 1) или прямого кругового конуса (черт. 2) точкой, перемещающейся таким образом, что отношение между ее осевым перемещением a и соответствующим угловым перемещением ε постоянно, но не равно нулю или бесконечности». Каждый учащийся может задать себе вопрос, а что такое «прямой круговой цилиндр» и чем он отличается от «цилиндров вообще», которые были изучены на уроках геометрии в школе? И какие еще бывают цилиндры? А конусы? Можно вспомнить и школьное определение, что линия – это геометрическое множество точек. Здесь все эти знания находят свое практическое применение.

А вот еще «прикольное» определение из этого же стандарта, связанное с диаметром резьбы (чего уж проще – диаметр!!!). «Приведенный средний диаметр цилиндрической резьбы – это средний диаметр воображаемой идеальной цилиндрической резьбы, которая имеет те же шаг и углы наклона боковых сторон, что и основной или номинальный профиль резьбы, и длину, равную заданной длине свинчивания, и которая плотно, без взаимного смещения или натяга, сопрягается с реальной резьбой по боковым сторонам резьбы». Нужно ли говорить, что в этом определении использованы термины, установленные ранее в этом же стандарте (более пятидесяти). Это один из важнейших параметров, который отражает точность резьбы. А точность, – это то свойство, которое определяет: сколько километров проедет автомобиль без ремонта и как бесшумно он будет работать. Неверно понятая, так же изготовленная и проконтролированная точность – это причины не только плохого качества, но и причина аварий, которая может иметь и трагические последствия.

Поэтому хотелось бы сразу настроить школьников, связывающих свою жизнь с техникой вообще и машиностроением, в частности. Терминология – это не шутки. А в стандарте на ту же резьбу ГОСТ 9150 в редакции 1981 года черным по белому написано: «Несоблюдение стандарта преследуется по закону». Это означает, что по-другому понимать что-то чревато и возможными юридическими последствиями.

Между прочим, такие подходы к терминологии отнюдь не особенность российских инженеров «заформализованных» предыдущим общественным строем. В стандарте ISO 5408-1983 «Cylindrical screw threads. Vocabulary» читаем: «Helix – a curve on a right, circular cylindrical surface, intersecting the generators of the surface at constant angles other than 0 or π/2 radians (see figure 1)». Читатель может сам сравнить это определение с отечественным и выбрать более четкое и однозначное.

^ 1.2. История создания технологических машин
1.2.1. История создания машин механообработки
Как и определение понятия машиностроения, его история – так же неоднозначный вопрос. Поскольку данное понятие связано с производством, то можно проследить историю машиностроения, как историю технологических средств производства машин. К первым машинам вообще можно отнести и телеги и примитивные орудия первобытных людей. С точки зрения определения машины, приведенного Ф.А. Брокгаузом, И.А. Ефроном, применяемые средства добывания огня путем быстрого вращения деревянного стержня с помощью лука уже можно отнести к машине. Как отмечено в одной из известных книг: «Лучковый привод приспособления для вращения детали или точильного камня был одним из первых узлов будущего станка. Он был известен и с успехом применялся в Древнем Египте около 4000 лет назад» [1].


Рис. 1.1. Лучковый сверлильный станок [1]
«Согласно утверждению историка Плиния, еще за 400 лет до новой эры мастер с острова Самос в Эгейском море Феодор сделал токарный станок, на котором заготовка вращалась в одну сторону. Станок имел кривошипный механизм, маховик и ножной педальный привод, подобный приводу известной всем швейной машины. Интересно, что на древнегреческих геммах изображали бога Амура, оттачивающего свои стрелы на станке с ножным приводом и кривошипным механизмом. Роль маховика при этом выполнял тяжелый абразивный шлифовальный круг» [2].

Производство во все времена было тесно связано с изготовлением оружия. Для изготовления мечей использовались кузнечные инструменты. Короткие мечи позднее уступили место длинным мечам германцев, а затем и шпагам. «В это же время западноевропейские и русские мастера достаточно широко применяли сверлильные и токарные устройства с ручным и ножным приводами. Подобные устройства использовались для обработки дерева, кости, металла. В токарных устройствах резец удерживался и перемещался руками. Уже в то время существовали различные типы резцов, напоминавшие современные проходные, отрезные и отчасти фасонные. В токарных устройствах вращение придавалось заготовке, а в сверлильных устройствах – сверлу» [2]. Холодное оружие сменило огнестрельное и появились соответствующие станки. «Первые сверлильные машины для пушек появились в XV в.: Леонардо да Винчи и позднее Ванучио Барингучио, в XVI в., оставили детальные рисунки таких машин. Заметим, что метчиками занимался еще Леонардо да Винчи. Кроме того, великим мастером был сконструирован и построен станок для насечки напильников (рис. 1.2)… Во второй половине XVI в. в Европе появились станки, у которых вращение на шкив шпинделя передавалось ременной передачей от маховика, который устанавливался отдельно и вращался подмастерьем. Появление раздельного привода позволило мастеру изготавливать изделия более сложной формы и создало предпосылки для появления в XVIII веке ременного трансмиссионного привода вначале от водяного колеса, а затем от паровой машины (рис. 1.3). … В XVII в. сразу в трех странах – Франции, Голландии и Германии – на токарном станке появился особый резцедержатель – прототип суппорта. Резец во время обработки перестали держать в руках. Это сразу повысило точность обработки, возросла ее производительность» [2].


Рис. 1.2. Станок для насечки напильников
конструкции Леонардо да Винчи [2]




Рис. 1.3. Токарно-винторезный станок. Около 1568 г.
По Жаку Бессону [1]


С этого времени технологические средства производства различных изделий, в том числе, машин получили стремительное развитие в Европе. В тот период в России производство станков шло в ногу с европейским и, в ряде случаев, не уступало передовым позициям. Ниже приведем текст из упомянутой книги, относительно истории, которая касается, прежде всего, тульских заводов.

«Впервые проблема самоходного суппорта была успешно решена в копировальном станке А.К. Нартова в 1712 г. А.К. Нартов русский учёный, механик и скульптор, статский советник, член Академии наук (1723—1756 гг.), изобретатель первого в мире токарно-винторезного станка с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс (рис. 1.4).

Русский механик, технолог, инструментальщик Сурнин Алексей Михайлович (1767 – 1811 гг.) на Тульском оружейном заводе (1792 – 1811 гг.) разработал технологические процессы, обеспечивающие взаимозаменяемость всех ружейных деталей, организовал их внедрение, а также производство специализированного инструмента.

В начале XIX в. русский инженер Е.С. Якоби построил первый электродвигатель. Впоследствии электродвигатель станет основным элементом привода всех металлорежущих станков.

В 1812 г. выдающийся российский механик Лев Федорович Сабакин (1746 –1813 гг.) создает на Тульском оружейном заводе самый тяжелый (25 тонн) на тот период станок для одновременной обработки каналов 42 ружейных стволов. Идея концентрации технологических операций, реализованная в станках Л.Ф. Сабакиным, оказала большое влияние на развитие многопозиционной и многоинструментальной обработки.


Рис. 1.4. Токарно-копировальные станки А.К. Нартова
Иван Иванович Джонс (1771 – 1835 гг.) создал на Тульском оружейном заводе инструментальную мастерскую. Ввел штамповку всех деталей ружейного замка (1818 – 1821 гг.) и новую технологию заварки стволов (1825 г.), обеспечивающую повышение их качества. Разработал и внедрил в производство операцию механической обработки стволов, исключающую образование разностенности» [2].

К середине 19-го века машиностроительные предприятия приобрели современный вид. Однако, как отмечают в своей книге А.С. Ямников и А.А. Маликов: «Накопленный опыт в России впервые был описан в 1807 г. профессором Московского университета И.В. Двигубским в книге «Начальные основы технологии, или краткое описание работ на заводах и фабриках». В данных трудах еще не было разделения технологии по отраслям промышленности и машиностроение рассматривалось совместно с металлургией, ткацким производством и т.д.

В первой половине XIX в профессор механической школы в Ганновере К. Кармарш впервые выделил технологию механической обработки в отдельную дисциплину, издав такие труды, как «Введение в механическое учение технологии» (1825 г.), «Основы механической технологии» (1837 г.), «Справочник по механической технологии» (1875 г.). Появление его трудов принято считать началом признания технологии машиностроения как самостоятельной научной дисциплины.

История возникновения металлообработки в России мало исследована, однако известно, что уже в X в. русские мастера-ремесленники обладали высокой техникой изготовления оружия, предметов домашнего обихода и т. п. Известно, что в XVI в. в селе Павлово на Оке и в окрестностях Тулы начала развиваться металлообрабатывающая промышленность, основанная на использовании местной железной руды. Однако только ко времени Петра Первого производительные силы в России получили значительное развитие – ремесло принимает формы «домашней промышленности», мелкие производства объединяются, расширяются в ремесленные мастерские. Постепенно стала развиваться металлообрабатывающая промышленность. Ремесленные мастерские превращались в фабрики и заводы, оборудованные машинами.

В России массового производства металлорежущих станков не было. В основном станки производились на отдельных заводах для собственных нужд или изготовлялись небольшими партиями по заказам. В 1875 г. станочный парк России был на 90 % иностранного происхождения. Такое положение сохранилось вплоть до начала первой мировой войны. Даже такие крупнейшие предприятия, как заводы братьев Бромлей и «Феникс», изготовляли станки в объеме 35 – 40 % от общего объема продукции предприятия.

Причины недостаточного развития станкостроения в стране крылись в слабой металлургической базе России, отсутствии поощрительных мер по развитию станкостроения, беспошлинном ввозе станков из-за границы, а также в дефиците опытных рабочих-станкостроителей.

Однако такие крупные заводы, как Невский, Мотовилихинский (Пермь), Нобеля, братьев Бромлей и др., производили станки собственной конструкции: токарные, сверлильные, расточные и строгальные.

В 1874 г. завод Нобеля в Петербурге изготовил фрезерный станок для обработки криволинейных поверхностей и нарезки зубьев колес.

В 80-х гг. конструктор С.С. Степанов изготовил оригинальный комбинированный металлорежущий станок, предназначенный для передвижных железнодорожных мастерских. На нем можно было вытачивать, строгать, фрезеровать и сверлить детали. Станки С.С. Степанова даже экспортировались в США, Германию и Францию.

В конце XIX — начале XX вв. на Харьковском паровозостроительном заводе были созданы универсальные радиально-сверлильный и долбежно-сверлильно-фрезерный станки оригинальной конструкции» [2].

Более подробно историю технологии машиностроения, читатель может изучить по процитированной книге. Здесь же мы отметим, то, что с середины прошлого века станки стали оснащаться устройствами числового программного управления (ЧПУ) и в настоящее время станки с компьютерными системами управления стали ведущим направлением для производства машин. Такие станки имеют не только традиционную компоновочную схему: образно говоря, стол, на котором устанавливается привод и перемещаемые по направляющим вдоль и поперек его осей исполнительные механизмы (рис. 1.5), но и принципиально новые решения: станки с параллельной кинематикой, например, так называемые, гексаподы (рис. 1.6).

Рис. 1.5. Японский пяти-координатный фрезерный центр

в научно-образовательном центре «Машиностроение» ЮУрГУ

Рис. 1.6. Российская шести-координатная фрезерная

машина/координатно-измерительная машина

в научно-образовательном центре

«Машиностроение» ЮУрГУ
Такие станки имеют электроприводы, которые могут вращаться как с частотами в десятки тысяч оборотов в минуту, так и останавливаться в заданном положении поворота с точностью до долей градуса. Коробки с привычными зубчатыми колесами в них отсутствуют. Причем указанный поворот исполнительных механизмов в них осуществляется по программе от «бортового компьютера». Перемещение механизмов с инструментами относительно обрабатываемых заготовок может производится с микронной точностью.

Сегодня задача создания компьютерной модели изделия, его деталей, создания на этой основе компьютерных программ для управления компьютеризированными станками и роботами, которые будут изготавливать и транспортировать эти детали, производить их сборку, – такая задача стала привычной каждодневной темой машиностроителей (рис. 1.7).

Резание металлов, композитных и других перспективных материалов на станках производится как лезвийными (резцы, сверла, фрезы и т.д.), так и абразивными инструментами. Наряду с этим появились и относительно новые процессы: гидроабразивное резание, электроэрозионное резание, использование лазеров. Все это позволяет вести высокопроизводительную обработку не только привычных металлов, но и новых высокопрочных материалов.




Рис. 1.7. Обработка на станке с ЧПУ в ЮУрГУ и разработка в компьютерной программе для технологов управляющей программы для станка с ЧПУ
Наряду с процессами резания в машиностроении применяются и другие процессы. Как правило, на машиностроительных предприятиях можно встретить такие производства и процессы, как литейное производство, кузнечно-штамповочное, сварочное производство. Не обходится машиностроение без сборочного производства, отделки, покраски, упаковки. Машиностроительное предприятие – это, как правило, сложный организм, который включает поддержку всех этапов жизненного цикла выпускаемого изделия от работы с заказчиками и поставщиками, от идеи, дизайна, эскиза и проекта изделия, через изготовление, до поддержки потребителей, ремонта данного изделия и его утилизации.
1.2.2. История литейного производства
Литейное производство – отрасль машиностроения, технологическими процессами которой получают литые заготовки (отливки) для деталей машин: станины прокатных станов, станины металлорежущих станков, корпуса гидротурбин и другие отливки массой в десятки и сотни тонн и маленькие детали массой в несколько граммов для радиоэлектронной промышленности, часовой промышленности и других отраслей. Характерной особенностью литейного производства является универсальность - возможность получения самых разнообразных по массе, конфигурации, механическим и эксплуатационным свойствам фасонных заготовок (отливок) из чугуна, стали и сплавов цветных металлов [3]. Цель литейного производства не получение металла из руды – это вопросы металлургии, так же замечательной отрасли промышленности,– а получение из этого металла заготовок требуемой формы и размеров. Нередко такие заготовки далее не обрабатываются и находят непосредственное применение в быту или других отраслях.

История литейного производства также насчитывает несколько тысячелетий. Первый металл, который стал обрабатывать человек, было золото. Самые древние золотые вещи, найденные археологами в Египте, были изготовлены более 8 тысяч лет назад. В древние времена для изготовления сложных отливок использовали глиняные формы: Моделью служила восковая фигура, которую лепил из этого материала художник. Модель обмазывали глиной, оставляя отверстие для заливки жидкого металла и вывода газов. Глиняную форму прокаливали, при этом воск из нее выплавлялся, и форма приобретала прочность, затем в нее заливали расплавленный металл.

В эпоху бронзы был освоен способ литья по выплавляемым (восковым) моделям, применявшийся для получения отливок различных размеров: от маленьких до больших, например, памятников (рис. 1.8), который в наше время получил широкое распространение в усовершенствованном виде в качестве точного вида литья, называемого литьем «по выплавляемым моделям» [1].


Рис. 1.8. Литье памятника по выплавляемым (восковым) моделям.

Восковая модель статуи Людовика XV [1]
Современное литейное производство включает множество разновидностей: литье в песчаные и оболочковые формы, литье в кокили и по выплавляемым моделям. Тонкие отливки получают литьем под давлением, используется центробежное литье и т.д. Современные литейщики используют трехмерные сканеры и аддитивные технологии – трехмерные принтеры для получения форм. Роботы так же входят в литейное производство (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Применение робота в литейном производстве [4]
В современном литейном производстве используется дорогостоящее аналитическое оборудование и специальные печи (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Специализированные микроскопы, печь и другое оборудование

в научно-образовательном центре ЮУрГУ
1.2.3. История кузнечно-штамповочного производства
Как и литейное производство, обработка металлов давлением является одним из ранних видов производства. Кузнец – одна из древнейших профессий. Для размягчения металла его нагревали на огне.

Позднее «заготовки для изготовления поковок нагревались в специальных горнах. Долгое время применялся каменный горн с боковым дутьем. В конце XIX в. появились чугунные горны с нижним дутьем усовершенствованного типа, позволявшие регулировать силу огня в зависимости от размеров заготовок. Это имело большое значение при крупносерийном и массовом производстве.

Нагретые в горнах заготовки поступали в кузницу. Самыми распространенными ковочными инструментами в это время были паровые молоты. Различные системы паровых молотов (Несмита, Моррисона, Конди и др.) отличались друг от друга системами парораспределения, станиной, устройством парового цилиндра и т. д. Наибольшее распространение получил паровой молот Д. Несмита, сконструированный еще в 1839 г. и впоследствии усовершенствованный (рис. 1.11).

На Мотовилихинском (Пермском), Обуховском заводах и на заводе Круппа в Вестфалии в 1870—1873 гг. были сооружены 50-тонные паровые молоты. Особенно замечателен был Мотовилихинский молот, построенный по проекту талантливого русского инженера Н.В. Воронцова (1833—1893 гг.). В 1873 г. был отлит шабот этого молота массой 650 т. Большая действующая модель молота демонстрировалась в том же году на Венской всемирной выставке. По тем временам этот молот был совершенной, высокомеханизированной конструкцией, сочетавшей в себе огромную мощь с простотой в управлении и эксплуатации.


Рис. 1.11. Паровой молот Д. Несмита [1]
Позднее в Западной Европе сооружались на некоторых заводах и более мощные паровые молоты, а в 1891 г. в США был установлен даже молот массой 125 т.

Однако работа огромных тяжелых молотов вызывала сотрясение зданий, требовала больших фундаментов, громоздких шаботов, вызывала деформацию заготовок, затрудняла использование контрольно-измерительных приборов, усложняла механизацию вспомогательных работ.

С 1885—1886 гг. стали устанавливать гидравлические прессы. Преимущества прессов состояли в простоте действия, независимости давления от толщины поковки, точности обжатия, возможности изготовления изделий из чугуна. Недостаток в работе прессов заключался в их тихоходности. Поэтому использовать их для изготовления мелких и средних поковок было нерентабельно. Гидравлические прессы применялись в основном для ковки крупных слитков. Для изготовления мелких и средних поковок использовались паровые молоты.

Для изготовления более точных изделий в крупносерийном и массовом производстве стала применяться штамповка. Штампы, состоявшие из двух частей: матрицы и пуансона, изготовлялись на сверлильных, токарных, фрезерных и расточных станках. Производительность штамповки была в 8 — 10 раз выше ковки.

Рост спроса на продукцию кузнечного производства привел к появлению специализированных кузнечных цехов. Машиностроительные заводы имели один или несколько кузнечных цехов, которые обеспечивали заготовками основное производство» [2].

Современные машиностроительные производства обработки металлов давлением так же используют компьютеризированное оборудование (рис. 1.12)


Рис 1.12. Листогибочный пресс компании Haco

и оборудование лаборатории ЮУрГУ

1.2.4. Развитие сварки
Может показаться странным, но и сварка имеет древнюю историю. Неразъемное соединение двух металлических заготовок в кузнице – так же давний и хорошо изученный процесс: кузнечная или горновая сварка. Она заключалась в нагреве изделий в горне и проковке их в месте соединения.

«Однако примитивные способы соединения металлов уже не удовлетворяли возросшим потребностям крупного машинного производства и развивающегося транспорта. Необходимо было найти эффективные способы соединения металлов, позволявшие быстро и дешево не только производить новые машины, но и ремонтировать вышедшие из строя.

Такой способ соединения, а также резки металлов предложил выдающийся русский изобретатель Н.Н. Бенардос (1842—1905 гг.). В 1882 г. он разработал и практически применил для сварки металлов электрическую дугу, которая возбуждалась между угольным электродом и изделием. Бенардос разработал технологию электродуговой сварки встык, внахлест, заклепками и контактную точечную сварку. Такой способ сварки он назвал «электрогефест» (в честь Гефеста — древнегреческого бога огня и кузнечного дела).

В 1898 г. инженер Н.Г. Славянов (1854—1897 гг.) усовершенствовал способ дуговой электросварки Н.Н. Бенардоса. Вместо угольного электрода он применил способ горячей сварки металлическим электродом. С именем Н.Г. Славянова связано изобретение и широкое использование первых в мире электросварочных автоматов, которые нашли широкое признание не только в России, но и далеко за ее пределами.

Использование дуговой электросварки значительно повысило производительность труда, уменьшило массу изделий, позволило ремонтировать такие детали машин, которые ранее не поддавались ремонту. Существенное достоинство этого способа состояло в возможности вести ремонтные работы без разборки машин. Дуговая электросварка обеспечивала герметичность получаемого шва, необходимого при строительстве кораблей, паровых котлов, трубопроводов и т. д.

Однако способы дуговой электросварки имели и свои недостатки, состоявшие, главным образом, в низкой прочности сварных швов. В начале XX в. французские ученые и инженеры разработали способ ацетилено-кислородной сварки. Газовая сварка в то время обеспечивала получение сварных швов более высокой прочности, чем электродуговая. Портативность и невысокая стоимость сварочной аппаратуры обеспечили этому способу широкое распространение.

В конце XIX в. для сварки стыков рельсов, концов электрических проводов стала применяться термитная сварка. В термитной сварке для нагрева использовались порошкообразные горючие смеси алюминия или магния с железной окалиной» [2].

Сегодня в современную сварку прочно вошли сварочные роботы. Компьютерное управление роботами позволяет точно накладывать швы сложной формы (рис. 1.13). Сегодня сварка – это процессы в воде и в космосе, это плазменная, лазерная и электронно-лучевая виды сварки и даже есть такие занятные названия, как «сварка трением с перемешиванием» – кстати, весьма перспективное направление сварки.

Рис. 1.13. Современный промышленный сварочный робот и портативные сварочные аппараты в лаборатории сварки ЮУрГУ
Целью краткого обзора технологических машин и процессов применяемых в машиностроении было убедительно показать, что машиностроение начинается с технологий. Уровень развития технологий определяет уровень развития изделий машиностроения. На одном из мероприятий Российской академии наук прозвучала фраза: «Невозможно создать истребитель пятого поколения, не имея станков пятого поколения». Верно и обратное: все возрастающие требования человечества к машинам ставят и соответствующие задачи по развитию технологий. Развитие космических систем – наглядное тому подтверждение: многие процессы и оборудование были созданы именно по заказу этой отрасли.

Очевидно, что производство машин включает в себя и их разработку. Существенная часть машин – это транспорт. В обсуждаемой здесь политехнической олимпиаде такие транспортные направления, как аэрокосмическое и автотракторное выделяются в отдельные ветви. Поэтому читателя хотелось бы адресовать к соответствующей литературе, написанной авторитетными в этой области специалистами. Между тем, и транспорт, и технологические машины, и другие изделия машиностроения – это все те же машины. И все они испытывают различные нагрузки в процессе работы и все они рано или поздно выходят из строя. Причинами поломок могут быть разные явления, но в целом все они связаны с соотношением сопротивляемости материалов выдерживать нагрузки к величине таких нагрузок. Поэтому как необходимость обороны во все времена была основным стимулом к развитию техники и технологий, так и решение задач повышения сопротивляемости изделий поломкам было одним из основных стимулов развития соответствующих разделов физики и математики. Позднее эти разделы выделились в самостоятельные науки, о которых хотелось бы далее поговорить.

Одним из наиболее рельефных примеров в части расчета машин можно признать пример расчета машин на прочность. Это всего лишь фрагмент в большом спектре расчетных работ, но он хорошо показывает, как исторически человечество решало эти и подобные им проблемы, в том числе, и в машиностроении.
  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Учебное пособие Челябинск iconУчебное пособие по курсу «Материаловедение» предназначено для студентов-заочников...
И15 Материаловедение: учебное пособие / Х. М. Ибрагимов, В. И. Филатов, Н. А. Шабурова. – Челябинск: Издательский центр юурГУ, 2010....

Учебное пособие Челябинск iconУчебное пособие для вузов
...

Учебное пособие Челябинск iconУчебное пособие Иркутск 2006
Учебное пособие предназначено для студентов III v курсов специальности «Технология художественной обработки материалов»

Учебное пособие Челябинск iconУчебное пособие по специальностям 030501. 65 Юриспруденция 030505....
Учебное пособие предназначено для курсантов, слушателей и студентов юридических образовательных учреждений высшего профессионального...

Учебное пособие Челябинск iconУчебное пособие разработано в соответствии с требованиями фгос спо,...
Учебное пособие для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования

Учебное пособие Челябинск iconУчебное пособие ппи, 2008 104 с.: ил. Учебное пособие по дисциплине...
Учебное пособие по дисциплине «Конструкторско-технологическое обеспечение производства эвм» предназначено для студентов Псковского...

Учебное пособие Челябинск iconУчебное пособие Санкт-Петербург
Учебное пособие предназначено для руководителей и должностных лиц организаций и учреждений Санкт-Петербурга занимающихся вопросами...

Учебное пособие Челябинск iconАллахвердян А. Г., Мошкова Г. Ю., Юревич А. В., Ярошевский М. Г....
Учебное пособие предназначено для психологов, представителей других наук, а также для всех интересующихся тем, как возникает новое...

Учебное пособие Челябинск iconУчебное пособие Допущено Учебно-методическим объединением вузов по...
Ремонт технологических машин и оборудования : учебное пособие. – Пенза : Информационно-издательский центр ПензГУ, 2009. – 328 с

Учебное пособие Челябинск iconУчебное пособие 2007 Федеральное агентство по образованию томский...
Проектирование интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебное пособие. В 3-х разделах. — Томск: Томский межвузовский центр дистанционного...


авто-помощь


Заказать интернет-магазин под ключ!

При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
auto-ally.ru
<..на главную