44. Лазерная плазменная обработка.

• В основе лазерных технологий лежит тепловое воздействие на матери­алы электромагнитного излучения, создаваемого оптическими генератора­ми - лазерами. Процесс обработки лазерным лучом отличается от традици­онных методов обработки отсутствием контактных явлений в зоне обработ­ки, минимальной зоной теплового воздействия, универсальностью сфокуси­рованного пучка - инструмента и возможностью автоматизации процесса.

• Лазерное излучение по своей структуре представляет собой сово­купность отдельных порций фотонов, время образования и выхода кото­рых так же, как и участки резонатора, где осуществляется этот выход, могут различаться. В настоящее время для различной обработки матери­алов при помощи лазерного излучения в основном применяются твердо­тельные и газовые лазеры. Лазеры, в которых в качестве активной среды используется твердое тело с ионами, играющими роль активных центров (например, стержень из стекла или алюмоиттриевого граната, активиро­ванный неодимом), называются твердотельными. Лазерное излучение имеет определенный интервал частоты, обычно очень узкий. Это свойство называют монохроматичностью излучения. Мо­нохроматичность связана с определенностью квантового перехода и генера­ции и усиления излучения только на определенных частотах резонатора. Лазерная резка относится к гибкоперестраиваемой технологии. В ряде отраслей лазерная резка применяется при производстве не только заготовок, но и как конечная операция изготовления деталей.

• Различают три режима проведения лазерной резки: испарением, плавлением, сгоранием.

• При первом режиме интенсивность излучения должна быть такой высокой, чтобы потери тепла теплопроводностью были минимальными.

• Резка испарением осуществляется твердотельными лазерами в пульсиру­ющем режиме и применяется достаточно редко. При резке плавлением материал в области шва расплавляется и удаляется с помощью техноло­гического газаЛазерная резка материалов в настоящее время производится двумя способами. При первом способе рез производится за счет удаления про­дуктов разрушения материала из зоны воздействия лазерного излучения. Таким способом режут металлы, ткани и т.д. В этом случае для повыше­ния эффективности процесса соосно лучу подают струю химически ак­тивного или инертного газа.

• Второй способ - способ управляемого термоскалывания - приме­няют для разделения хрупких материалов (например, стекла или керами­ки). При этом способе лазерный луч, перемещаясь по поверхности хруп­кого материала (например, стекла), вызывает появление термического напряжения и микротрещин, следующих за ним. Разделение материала происходит по линии воздействия лазерного луча. Этот способ в какой-то мере подобен алмазной резке хрупких материалов К недостаткам лазерной сварки можно отнести необходимость по­вышенной точности, как подгонки деталей, так и позиционирования сва­риваемых деталей относительно луча лазера.

• Плазма (от греч. р1а§та - вылепленное, оформленное) - частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. При достаточно силь­ном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если уве­личивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т.е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излуче­нием или бомбардировкой газа заряженными частицами.

• Плазменное нанесение покрытий (напыление) производится для за­щиты деталей, работающих при высоких температурах в агрессивных средах или подверженных интенсивному механическому воздействию. Плазменная обработка получила широкое распространение вследствие высокой по промышленным стандартам температуры плазмы (~ 10⁴ К), большого диапазона регулирования мощности и возможности сосредото­чения потока плазмы на обрабатываемом изделии; при этом эффекты обра­ботки достигаются как тепловым, так и механическим действием плазмы (бомбардировкой изделия частицами плазмы, движущимися с очень высо­кой скоростью - так называемый скоростной напор плазменного потока). Электронно-лучевая обработка основана на превращении кинети­ческой энергии направленного пучка электронов в тепловую энергию. Вы­сокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволя­ет обрабатывать заготовку за счет нагрева, расплавления и испарения ма­териала с локального участка.

• 

• Рисунок 4.22 — Схема установки для электронно-лучевой сварки:

• 1 - катод электронной пушки; 2 - электрод; 3 - анод; 4 и 5 - отклоняющая магнитная

• система; 6 - заготовка

• В результате облучения электронным пучком происходит направлен­ное изменение свойств полимеров. Так, полимерная изоляция проводов становится термо-, огне-, масло-, радиационностойкой либо с объединен­ной сопротивляемостью к этим агентам, что делает возможным исполь­зовать дешевые провода и кабели с изоляцией из полиэтилена вместо до­рогих проводов с изоляцией из тефлона. Электронно-лучевая обработка используется в высокотемпературных процессах при производстве гибридных интегральных схем, синтезе кера­мических материалов, производстве мелкодисперсных порошков, очистке отходящих газов и сточных вод, а также дезинсекции зерна, стерилизации медицинских изделий, при иммобилизации биологически активных веществ с целью создания биологически активных веществ пролонгированного дей­ствия, устойчивых к воздействиям окружающей среды.

45, Виды соединений-элементов. Требования к соединениям.

По признаку разъемности все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения позволяют разъединять детали без их повреж­дения. К ним относятся резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения. Разбираемые соединения должны быть точны, прочны, допускать многократную сборку и разборку и иметь хороший внешний вид. Многократные сборки и разборки не должны изменять фор­мы и размеры деталей.

Разборка не должна вызывать особых затруднений (допустимы по­вреждения только специальных легко заменяемых деталей - шплинтов, штифтов, винтов). Соединение должно быть равнопрочным с соединяемыми элемен­тами. Желательно, чтобы соединение не искажало форму изделия, не вно­сило дополнительных элементов в его конструкцию и т.п.

Соединения деталей с помощью резьбы являются одним из старей­ших и наиболее распространенных видов разъемного соединения. Эти соединения применяются в машиностроении, строительстве, приборост­роении, авиастроении и др. К ним относятся соединения с помощью бол­тов, винтов, винтовых стяжек и т.п. Резьба представляет собой выступы, образованные на основной поверхности винтов или гаек и расположен­ные по винтовой линии. По форме основной поверхности различают ци­линдрические и конические резьбы. Наиболее распространена цилинд­рическая резьба. Коническую резьбу применяют для плотных соедине­ний труб, пробок и т.п.

Шпоночные и зубчатые соединения применяются в машинострое­нии и служат для закрепления на осях и валах шкивов, зубчатых колес, муфт, маховиков и т.д.

Рисунок 5.2 — Шпоночное соединение клиновой шпонкой

Все основные виды шпонок можно разделить на клиновые и призмати­ческие. Первая группа шпонок образует напряженные, вторая - ненапряжен­ные соединения. Размеры шпонок и допуски на них стандартизованы.

Зубчатые соединения образуются при наличии наружных зубьев на валу и внутренних зубьев в отверстии ступицы. Зубья на валах получают фрезерованием, строганием или накатыва­нием. Зубья в отверстиях образуют протягиванием или долблением. Про­тягивание - высокопроизводительный способ и широко применяется в массовом производстве.

Соединение двух деталей по круговой цилиндрической поверхнос­ти можно осуществить непосредственно без применения болтов, шпонок и других крепежных элементов. Для этого достаточно при изготовлении деталей обеспечить натяг посадки, а при сборке запрессовать одну де­таль в другую (рис. 5.4).

Рисунок 5.4 — Соединение посадкой с натягом

Заклепочные соединения относятся к неразъемным. В большинстве случаев их применяют для соединения листов и фасонных прокатных профилей. Соединение образуют расклепыванием стержня заклепки, вставленной в отверстие деталей (рис. 5.6).

При расклепывании вследствие пластических деформаций образу­ется замыкающая головка, а стержень заклепки заполняет зазор в отвер­стии. Силы, вызванные упругими деформациями деталей и стержня зак­лепки, стягивают детали. Относительному сдвигу деталей оказывают со­противление стержни заклепок и частично силы трения в стыке

По технологическому признаку сварка - это процесс получения не­разъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Все способы сварки в зависимости от состояния металла в зоне соединения можно разделить на две большие группы:

• сварка давлением (в твердой фазе), когда температура металла в зоне соединения не превышает температуру плавления свариваемых металлов;

• сварка плавлением (в жидкой фазе), когда металл в зоне соедине­ния нагревается выше его температуры плавления.

46, Устр-во сварных соединений.Область прим-я.Методы свар.Электродуговая сварка.Техн-я.Обор-ие и инструмент.Область прим-я.

сварка - это процесс получения не­разъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого. Все способы сварки в зависимости от состояния металла в зоне соединения можно разделить на две большие группы:

• сварка давлением (в твердой фазе),(температура металла в зоне соединения не превышает температуру плавления свариваемых металлов);

• сварка плавлением (в жидкой фазе)(металл в зоне соедине­ния нагревается выше его температуры плавления).

Преимущества методов сварки плавлением :

• возможность сварки в монтажных и цеховых условиях;

• разнообразие применяемых типов соединений;

• большой диапазон толщины свариваемых элементов - от несколь­ких микрон, до 1 м и более;

• возможность сварки швов в любых пространственных положениях;

• возможность изменения химического состава и свойств наплав­ленного металла.

Недостатки:

• кристаллизация металла шва протекает при растягивающих напря­жениях, что приводит к образованию трещин;

• возникновение напряжений и деформаций при сварке.

Применение сварки давлением зна­чительно расширило диапазон свариваемых материалов,исключило возникновение при сварке трещин, пористости.

В зависимости от вида энергии, используемой для образования свар­ного соединения, все виды сварки разделяют на 3 класса: термический, термомеханический и механический. К термическому относятся виды свар­ки, осуществляемые плавлением свариваемых поверхностей с использова­нием тепловой энергии ( дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная и др).К термомеханическому - виды сварки, осуществля­емые с использованием тепловой энергии и давления: контактная сварка, диффузионная сварка и др.К механическому -виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодная сварка, свар­ка трением, ультразвуковая сварка и др.Способы сварки плавлением можно классифицировать по: характеру защиты свариваемого металла и сварочной ванны от окружающей атмос­феры (с газовой, шлаковой, газошлаковой защитой); степени автоматиза­ции процесса сварки (ручная, механизированная и автоматическая); осо­бенностям введения теплоты (с непрерывным нагревом и импульсивным).

В настоящее время существует более 150 способов сварки, но наи­большее распространение получили способы сварки плавлением с исполь­зованием электрической дуги. Такой способ применяется при строитель­стве различных сооружений, в машиностроении, станкостроении, обо­ронной промышленности, при выполнении ремонтных работ и др. отраслях производства.

Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга. Дуга - это мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров метал­ла, покрытий, флюса. Превращая электрическую энергию в тепловую, электрическая дуга сосредоточивает тепло в небольшом объеме, что по­зволяет обеспечить концентрированный ввод тепла в изделие.

Виды дуговой сварки:

• сварка плавящимся (металлическим) электродом дугой прямого действия (горящей между электродом и заготовкой) с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сва­рочную ванну жидким металлом;

• сварка неплавящимся (графитовым или вольфрамовым) электро­дом дугой прямого действия, при которой соединение выполняется пу­тем расплавления только основного металла или с применением приса­дочного металла;

• сварка косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, не- плавящимися электродами; в этом случае заготовка не включена в элект­рическую цепь, и для ее расплавления используется теплота, выделяемая при соприкосновении свариваемой поверхности со столбом (плазмой) дуги, и теплота, получаемая за счет излучения и конвекции;

- сварка трехфазной дугой, при которой дуга горит между двумя элек­тродами (дуга косвенного действия), а также между каждым электродом и основным металлом (дуги прямого действия).

Питание дуги осуществляется постоянным или переменным током. При применении постоянного тока различают сварку на прямой и обрат­ной полярности. В первом случае электрод подключают к отрицательно­му полюсу (катод), во втором - к положительному (анод).

Различные способы дуговой сварки классифицируют также по способу защиты дуги и расплавленного металла (покрытым элек­тродом, под слоем флюса, в среде защитных газов) и степени механиза­ции процесса (ручная, полуавтоматическая и автоматическая). Электро­дуговой сваркой выполняют стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые соединения (рис. 5.8).

Рисунок 5.8 — Типы сварных соединений:

а - стыковое; б - угловое; в - тавровое; г - нахлесточное; д - торцевое

Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает три эта­па: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на рас­стояние 3 - 6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда.

При сварке неплавящимся электродом возможно зажигание дуги с помощью высокочастотного электрического разряда через дуговой про­межуток, обеспечивающего его первоначальную ионизацию. Для этого в сварочную цепь на короткое время подключают источник высокочастот­ного переменного тока высокого напряжения - осциллятор.

47, Технология резки.Оборудование и инструмент.Область применения.

В заготовительном производстве широко применяются газовая и электрическая дуговая резка металлов. Процесс газовой резки металлов основан на сгорании металлов в струе кисло­рода и принудительном удалении этой струей образующихся оксидов. Большинство металлов при контакте с кислородосодержащими средами окисляются, и этот процесс идет с выделением тепла. Интенсивность окис­ления возрастает с увеличением концентрации кислорода в газе и с по­вышением температуры. В технически чистом кислороде при некоторой начальной температуре интенсивность окисления стано­вится очень большой и переходит в горение.

Процессу резки благоприятствует повышенное кол-во тепло­ты, выделяющейся при сгорании металла; резка облегчается при жидко- текучести образующихся оксидов; нормальному процессу резки препят­ствует высокая теплопроводность металла, понижающая его температу­ру в месте протекания реакции горения. Для начала процесса резки низ­коуглеродистой стали она должна быть нагрета до температуры 1 350 - 1 360 °С. В момент начала газовой резки подогрев металла в начальной точке реза до воспламенения осуществляется исключительно теплотой подогревающего пламени. Нагрев металла обычно осуществляется ацетилено-кислородным пламенем. После подогрева подается режущая струя кислорода, и осуществляется процесс резки металла

48, Пайка.Склеивание.Применяемые материалы.Технологические операции.

Пайкой называется технологический процесс соединения металли­ческих заготовок без их расплавления посредством введения между ними расплавленного промежуточного металла-припоя. Припой имеет темпе­ратуру плавления более низкую, чем температура соединяемых металлов, и заполняет зазор между соединяемыми поверхностями за счет действия капиллярных сил. При охлаждении припой кристаллизуется и образует прочную связь между заготовками. Качество паянного шва во многом зависит от прочности связи при­поя с металлом основы. Получение паянного соединения состоит из нескольких этапов: пред­варительная подготовка паяемых соединений; нагрев соединяемых дета­лей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей; уда­ление окисной пленки с поверхностей паяемых металлов с помощью флю­са; введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя; взаимодействие между паяемыми деталями и припоем; кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями.

Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. По особенностям процесса и технологии пайку можно разделить на капиллярную, диффузионную, контактно-реактивную, реактивно-флюсо­вую и пайку-сварку.

При капиллярной пайке припой заполняет зазор между соединяе­мыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. Капиллярную пайку используют в тех случаях, когда применя­ют соединение внахлестку.

—

Схема капиллярной пайки:

а - перед пайкой; б - после пайки

Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паянного шва. При контактно-реактивной пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкой другого металла в результате кон­тактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при крис­таллизации образует паяное соединение. В реактивно-флюсовой пайке при­пой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом. Наибольшее применение получили капиллярная пайка и пайка-свар­ка. Качество пая­ных соединений зависит от правильного выбора основного металла, припоя, флюса, способа на­грева, величины зазоров, типа соединения.

Припои для пайки должны отвечать следующим требо­ваниям: температура их плавления должна быть ниже температуры плав­ления паяемых материалов; они должны хорошо смачивать паяемый ма­териал и легко растекаться по его поверхности; должны быть достаточно прочными и герметичными;. По химическому составу припои де­лятся на свинцово-оловянные, серебряные, медно-фосфорные, цинковые, титановые и др. По температуре плавления подразделяют на низкотем­пературные (I < 500 ^оС), или мягкие припои, и высокотемпературные (I > 500 ^оС), или твердые припои. По технологическим свойствам делятся на самофлюсующиеся (час­тично удаляют окислы с поверхности металла) и композиционные (со­стоят из тугоплавких и легкоплавких порошков, позволяющих произво­дить пайку с большими зазорами между деталями).

Для проведения пайки используются различные источники нагрева: печи электросопротивления, с индукционным нагревом, газопламенные и газовые.Пайку широко применяют в машиностроении и приборостроении. В после­днее время пайку стали использовать и в строительстве для соединения оцинкованных труб и листов, мачт электропередач и т.д

Клеевое соединение - это неразъемное соединение деталей с помо­щью клея, наносимого на соединение поверхности. Склеивание применяется для закрепления элементов на платах, шасси и лицевых панелях, для соеди­нения различных прокладок и уплотнительных колец с металлическими деталями. Клеящими веществами в большинстве являются высокополимерные синтетические смолы или реактивные смеси различных химических струк­тур. Клеевое соединение выбирается таким, чтобы в нем возникали в основном сдвигающие нагрузки, а остальные виды нагрузок были мини­мальными (клеевые соединения лучше работают на сдвиг, чем на отрыв). Прочность соединения существенно зависит от свойств отвержденного клея в клеевом соединении, прочности склеиваемого материала, вида со­единения, толщины слоя клея, поэтому толщина пленки клеящего веще­ства должна быть равномерной и не превышать 0,2 мм.Прочными клеевыми соединениями являются: одинарная нахлестка, двойная нахлестка, нахлестка с подсечкой, соединение со скошенными кромками, полушиповое, с двойной накладкой и др.

К клеям предъявляют следующие требования: нейтральность к скле­иваемым материалам, стойкость к воде, к воздействию окружающей сре­ды, нагреванию, охлаждению, резким перепадам температур; простота нанесения на поверхность; хорошее за­полнение зазоров между соединяемыми поверхностями; возможность склеивания при нормальной температуре и давлении. Технологический процесс склеивания включает следующие опера­ции: подготовка поверхностей склеиваемых деталей; подготовка клея; нанесение клея на склеиваемые поверхности; сушка нанесенного клея перед сборкой соединяемых деталей; сборка дета­лей; запрессовка; отверждение клеевых швов; за­чистка клеевых соединений; контроль качества соединения.

Поверхности тщательно пригоняют одну к дру­гой, отчищают от загрязнений, в некоторых случаях повышают шерохо­ватость поверхности для увеличения поверхности склеивания, создают промежуточные слои, имеющие повышенную адгезию. Эти операции про­изводят пескоструйкой, зачисткой наждачной бумагой, стальными щет­ками и т.п. Лаки и жиры удаляют растворителями при погружении дета­лей в ацетон, бензин, хлористые и фтористые углеводороды или водные растворы моющих веществ (акрил, щелочные растворы тринатрий фосфата), ультразуковой обработкой. Для приготовления боль­ших количеств клея используют вакуумные смесители. Жидкоте- кучие клеи наносят кистью, пульверизатором или погружением и накаты­ванием с помощью валика. Пастообразные клеи наносят шпателем. Твер­дые клеи перед употреблением сначала разжижают. Для этого склеиваемые детали нагревают и их по­верхность посыпают порошком клеящего вещества. При автоматическом склеивании используют клеевые пленки.

Фиксирование деталей выполняют с помощью сталь­ных стяжных лент, болтовых соединений, струбцин, скоб, прессов и пресс- форм. Клеевые соединения применяются в различных отраслях производ­ства - легкой промышленности, машиностроении, строительстве и других.