Машина құру зауыттарында жабдық құралдарын және технологиялық үрдістерін өңдеу
Жалпы мәліметтер. Осы күнгі ғылымның және техниканың көпшілік салаларының дамуын және жақсартуы металтану ғылымның аймағындағы жетістіксіздерсіз жүрмейді, ал металтану ғылымы металдардын және қорытпалардын құрамын, құрлымын және қасиетін оқумен, олардын осы қасиеттерінің жылу, химия және механикалық әсерленумен өзгеруін де оқумен жетілдіреді.
Осы күнгі машиналарда, құрлымдарда, аспаптарда және т.б. бір біріне сыйымды және қосылымды металдар мен қоспалардын комплекстері қолданады.Кейбір жағдайда жаңа құрлымды құру үшін материалдардын білігілі қасиеттері жеткілікті болмайды, осы жағдай да бір қатар тәжірибелік бөлшектер сынамадан өтеді, ал кейбір жағдайда машиналарды да сынақтан өткізеді, осынын нәтижесінде қажетті металдарын және қоспалардын араласу қасиеттері анықталады. Металдар физикалық, химиялық, механикалық және технологиялық қасиеттермен белгіленеді.
Металдардын және қортпалардын ішкі құрлымы (структурасы) температураға байланысты, сонымен арнайы механикалық және басқа қасиеттегі металды және қортпаны алу үшін жылу мен өңдеуде структураларын өзгертуге болады.
Металдармен қортпаларды термиялық өңдеу-оларды арнайы температурада қыздыру нмесе суытуы қажетті жылдамдықта жүруі. Термиялық өңдеу-ең бір мәнді технологиялық үдеріс, барлық машинақұру салаларында қолданады. Әр бір материалдар үшін арнайы тәртіпте жүргізіледі, ол қажетті ішкі құрлымды алу үшін қажет. Термиялық өңдеуді баяғы заманнан бері қолданады. Мысыр пирамидасында табылған құралдардын сынықтарында беріктілікті шынықтыру іздері байқалған. Термиялық өңдеу түрлерінің тәртібі температура – уақыт графика координатта берілуі мүмкін (сур.2). Термиялық өңдеу көп сатылы, үзілісті жылыту немесе суыту, әр түрлі температурада әр түрлі ұсталуы т.б. күрделі түрде жүруі мүмкін. Бірақ термиялық өңдеу барлық жағдайда графикалық температурада – уақыт түрінде көрсетілуі мүмкін.
Термиялық өңдеудін барлық түрі академик А.А.Богаровтын жіктеуі бойынша төрт топқа бөлінеді.
Бірінші топ. Бірінші дәрежелі күйдіру (томенгі температурада) – көп тарлған термиялық өңдеу – жылжыту, шыдамдылық және металды тәй суыту – тұрақсыз жағдайда болуы алдынғы өңдеуге байланысты. Күйдіру металды тұрақты жағдайда келтіреді. Мұндай күйдіруге, мысалы, құймалы бөлшектердін көрнеуін түсіру үшін (бір қалыпты суытпауынан пайда болған) немесе суық пластикалық деформацияға түскен және қақталмасы бар бөлшектер-кристалдық тордын бұрмалануы. Жылжыту (атомдардын жылу жылдамдығын жоғарлату) металды тұрақты жағдайын жоғарлатады – кристалдық тордын бұрмалануын төмендету немесе жою.
Екінші топ. Екінші дәрежелі күйдіру (жоғары температуралы) немесе қайта кристалдау мақсатында күйдіру (металдын және қортпанын құрлым дәннің өлшемін және пішінін өзгерту) – металды жоғары температурамен қыздырып артынша өте жәй салқындату – металдын тұрақты жағдайдағы құрлымын алу үшін.
Қортпаны айналу температурасынан жоғары қыздыру қортпа құрлымын өзгертеді. Артынша қортпаны суыту қайта айналуына алып келеді, егер суыту өте жәй өтсе, ол айналым толық болады. Қортпаның құрлымдық құрамы тұрақты жағдайда болады.Берілген күйдіруден құйылмалы бөлшектердің қорпасының химиялық құрамының біркелікті еместігін жою мақсатында өткізеді. Құймакесек құрлымының атомдарының тез қымылдауының және жылжуының қыздыруға байланысты уақыт өтуінен бір келікті болады.
Өзгерістері бар қорпаларда (белгілі температурадан жоғары қыздырғанда құрлымы өзгереді), мысалы, құрлымдық болаттарды күйдіруден өткізгенде қайта кристаллизациялануы жүреді. Бұл жағдай дәндерін майдалануына байланысты. Мұндай күйдіруден қайта кристаллизациялануы және құрлымның майдалануы болаттар үшін 800-900º - да болады. Мұндай өңдеу түрінен құйылмалы және ыстық жәміштелген ірі дәнді құрлымдық және құралдық болаттын дайындамалары өткізіледі. Нәтижесінде болат майда дәнді құрлымда болып, жұмсақтау және жабысқақтау болады. Күйдірілген болаттар металды кесу білдіктерде жақсы өңделеді, жеңіл қалыпталады, ал оны беріктендіру термиялық өңдеуден өткізген соң (шынықтыру және жасыту) механикалық қасиеттері жоғарылайды. Ботаттын құрлымын өзгертумен жұмсарту үшін күрделі шыдамдылық және өте жәй суыту пеште жүргізу қажет. Күйдіру өте ұзақ операция болып табылады және электр қуаты немесе газ шығыны көп болады.
Үшінші топ. Шынықтыру болатты қайта өңдеуде жоғары температурада қыздыру мен жеткілікті тез суытуымен бөлме температурасында біркелікті емес (тұрақсыз) құрлымды алу мақсатында, бұл кейбір жағдайда жоғары температурадағы жағдайда сәйкес болады.
Баяғы заманнан бері болатты және қоланы қыздырған. Бірақ осы жағдайда метал мен не болып жатқаннын жақында ғана белгілі болды. Металдын және қортпанын атом құрлымын білмей шынықтыру үдерісін түсіндіру мүмкін емес.
Орыс металургі Д.К.Чернов (1839-1921гг) 1968ж болатты арнайы бір температурада қыздыру мен онын құрамын өзгертуде болатынын анықтады және, егер болатты шынықтыру қажет болса, оны міндетті түрде жоғары температурада қыздыру қажет.
Егер құрлымдық айналымдары жүргізу үшін арнайы бір температурада қыздырып және қажетті шыдамдылық қажет болса, онда бір келікті емес құрлымды алу үшін және жоғары температуралық жағдайды толық бұзылмауын алдын алу үшін атом қозғалысын тежетуін болдыру үшін мұздату жылдамдығы тандалу қажет. Сондықтан бөлшектерді шынықтыруда салқындату орта болып, суды қолданады. Көпшілік қорытпаларды шынықтыруынан құрлымдық өзгеру мәні 20-шы ғасырдын 30-шы жылдарынан соң анықталады.
Әдетте шынықтырудағы қыздырумен қатты ерітінділер легирлеуші элементтермен байытылады, олар қорытпаның химиялық қоспалар ерітінділерінің нәтижесінде өтеді. Кенеттен салқындатудан соң қорытпаның бір келікті емес жағдайы пайда болады жоғары қоныққан құрлымдағы қатты ерітінді. Қортпа беріктілігі жоғарылайды. Жоғары қаныққан қатты ерітінді кенет салқындағаннан соң торларының ақауы жоғарылайды және бөлшектерде ішінде жоғары кернеулер пайда болады. Онын әсерінен жоғары габаритты әр түрлі қабырғалы бөлшектер қисаяды, ал кейбір массасы үлкен бөлшектер (жоғарғы легирленген болаттан жасалған) жарылуы да мүмкін. Шынығудан пайда болған ішкі кернеуден ажырасу үшін және қортпалардын қассиеттерін жақсарту үшін, олардын ары қарай жұмыс істеу жағдайына байланысты, шыныққан бөлшектерді жасытады, яғни төмен температурадағы қыздыруда өтеді. Большектерді суыту кезінде ішкі кернеуді төмендету үшін, жұмсақ өте жәй салқындатуды майда жүргізеді немесе тұз ерітінділерінде. Шынықтыруда сатылы салқындату қолданады, мұнда қыздыру температурасынан бөлшектерді суыту тұз балқымасында немесе сілтіде өткізеді.
Төртінші топ. Жасыту – қортпаның құрлымды тұрақтылығын алу үшін шыныққан қортпаны төмен температурада (аналу температурасынан төмен) қыздыру өңдеу түрі. Жасыту – екінші операция, ол шынықтырудан кейін жүргізіледі. Қортпалардың жасытуы әдетте 160-500º С-да жүргізіледі.Бірақта осы температурада да атомдардын қимылы өте жоғары болады және олар қозғалып, қайта топ тасаалады да қортпанын тұрақты құрлымын түзе алады. Жасытуда да қаныққан қатты ерітінділерден химиялық қоспалардын жіңішке бөлшектерді бөлінеді. Мысалы, жасытуда да болаттан цементит Fe3C бөлінеді, дуралюминиден-CuAl2 қоспалары, отқа төзімді никель қортпалары – Ni3(Al,Ti) т.б.
Кейбір қорпаларда, мысалы, дуралюминиде шынығудан соң атомдардын қайта топтасуы химиялық қоспалардын қатты ерітінділерден бөлінеді, өте жәй болса да, бөлме температурасында жүре бастайды. Осы жағдайда қорпаның қасиеті де жәйлап өзгереді.
Қатты ерітіндінің өзінен өзі қыздырусыз ыдырау үдерісі табиғи қартаю деп аталады. Қыздырылғанда бұл үрдістер тездетіле түседі. Берілген қыздыру немесе төмен жасыту жасанды қартаю деп аталады. Осы уақытта, минус температурада жұмыс істейтін бөлшектер үшін жаңа термиялық өңдеу түрі қолданады – суық пен өңдеу, оны тұрақты құрлым және жоғары қасиеттерді алу үшін қолданады.
Әр бір бөлшектерді, онын қандай материалдан жасалғанына байланысты және жұмыс жағдайына байланысты белгіленген қатал тәртіп бойынша термиялық өңдеулерден өткізеді. Мұны жақсы қасиеттер жиынтығын алу үшін жүргізеді. Кейбір жағдайда бір бөлшектін әр бір бөліктерін әр түрлі термиялық өңдеуден өткізу қажет болады. Белгіленген термиялық өңдеу тәртібін бұзу бөлшектердін жарамсыздығына алып келеді.
Қортпалардын термиялық өңделуін әр түрлі құрлымдағы электр пештерінде жүргізеді. Тапсырылған температуралық тәртіп арнайы аспап (пирометр) көмегімен сақталады. Қыздыру үдерісінде қортпалардын тотығуын алдын алу үшін атмосферасы қорғалған немесе нейтралданған пештер қолданады.
Бақылау сұрақтары:
1.Машина құру зауыттының технологиялық құжаттары.
2.Бұйым сапасының сипаттамасы.
3.Шақтамалар және қондырулар.
4.Типтік және топтық технологиялық үдерістердің өңделуі.
5.Құймалы пішіндер.
6.Қалыптастыру материалдарды және жабдықтар.
7.Әр түрлі шойын түрлерінен құймаларды дайындау.
Пісіру тәсілдері. Сымдау. Илем. Пресстеу. Кесу. Машина жасау технологиясы
Пісіру деп бөлшектердің бөлінбейтін қосылыстарын алу технологиялық үдерісті айтамыз. Осынын нәтижесінде металдық бөлшектердің және құрлымдардың жиектерін балқыту немесе пластикалық жағдайға дейін сол жерге қыздыру қолданады. Машина құруда металдары және балқымаларды пісірудін мәні өте үлкен болады. Пісіру құрлымдар мықты, арзан және жеңіл болады тойтару немесе болттауға қарағанда. Пісіруді, құйылған, тойтаратылған, болтталған және механикалық өңделетіндердін орнына, әр түрлі пісірілген құрлымдарды дайындау үшін қолданады, сонымен бірге жарамсыз құйылмаларды жөндеу үшін және сынған бөлшектерді орнына келтіру үшін.
Пісірудің көп түрлері бар. Металды пісіруде бөлшектердін жанасу орнында балқып сосын бөлшектерді бір бірімен байланыстырып (құйылып) (газды – жалынды пісіру, доғалы электр пісіру, электронды сәулемен пісіру т.б.), немесе жоғарғы температурада қыздырылған метал қысым қолданудан сығылып бөлшектенген беттерді тығыз сенімді жанастырып пластикалық дефформацияланған атомдарын жақындатумен және жанасу орнындағы метал диффузиясы нәтижесінде, немесе металдық беттер пластикалық деформациядан және үйкелістен жақындасады да пісіріледі, олар жанасқан беттердін пісірілген бөлшектердін тотыққан қабықшаларын жояды, сонын нәтижесінде металдын сенімді түйісуі алынады (үйкеліспен суық пісіру, ультродыбыспен т.б.).
Ауада балқытылған метал пісіру орнында күрделі тотығады, осынын нәтижесінде онын ішінде газдар ериді және легирленген элементтер жанады, олар металдын сапасын жақсарту үшін енгізілген болатын. Тотығуды және жанып кетуді алдын алу үшін пісіруді флюс қабатының астында жүргізеді немесе нейтралды қорғаныс атмосферада (әдетте аргон немесе гелий ортада). Кейбір жағдайда пісіру тігінінің сапасын жақсарту үшін оған кірікпелі материалдан енгізіледі. Ол материалға легирленген элементтер қосылады. Бұл элементтердін саны негізі балқымадағы элементтер санынан көп болады. Жану әсері осымен өтемделеді де мықты және сапалы тігін алынады.Кірікпелі материалды арнайы майланумен жабады, олар пісіруде тотықтырмайтын атмосферанықұрайды және балқыған металдын пісіру ваннасына қорғаныс әсерін тигізеді, және де олар электр доғалы пісіруде тұрақты доғаны алуға жол береді. Содан жоғарғы сапалы тігіннің құрылуын қамтамасыздандырады.
Осы уақытта балқыту мен пісіруды құнының төмен болудан кеңінен қолданады (жабдықтары қарапайым және әмбебап). Оны мұнай және газ құбырларын жүргізуде, көпір құруда, ғимараттардын метал құрлымдарын құруда т.б. көп қолданады.
Газбен пісіруде ең ыстық жалын аймағында ацетиленнің жануынан температура 3000ºС – ға көтеріледі. Электр доғасын жандыруда температурасы 4000ºС-ға жетеді, сондықтан электр доғалық пісіру газбен пісіруге қарағанда қуатты және концентратталған жылуды береді. Мұндағы термиялық әсерлену аймағы яғни пісіру ваннасынан жайылатын қызу, кішірей түседі. Термиялық әсерлену аймағымен тігін пісу орынның механикалық қасиеттерінің төмендеуімен байланысты, әсіресе алдын ала термиялық өңделген металдарды және қортпаларды пісіргенде.
Доғаны реттеу жеңілдігі және оның тұрақтылығы газды жалынына қарағанда электр доғалық пісіру үдерісін автоматтандыру мүмкіншілігін береді, осыдан пісіру өнімділігі өседі және сапасы жақсарады және де пісірілген қосындылар берік болады. Сондықтан осы уақытта электр доғалық пісіру кеңінен қолданады. Мұны темір жол вагондарын, сыртын, едендерін және өзен мен теңіз кемелердін бөлшектерін, бу қазғандықтарын, ғимараттардын металдық құрлымдарын және арматураларын, көпірлерді, машина құру бөлшектердің әр түрлі түйіндерін пісіруде қолданады. Электродоғалы пісіруді жіңішке жапырақты тот баспайтын болаттарды, никельді, титанды және басқа қорпаларды аргон газының атмосфералық қорғалуында қолданады (сур.1). Флюс астында немесе аргон ортасында автоматты доғалы пісіруде балқыған метал тотығуда жақсы қорғалады. Автоматты доғалы пісірудің өнімділігі қолмен пісіруге қарағанда 5-10 есе жоғары болады.
Контакты нүктелі электр пісіру жылуды қолдануға негізделінген, мұндағы жылу ағымы пісіру орыннан электр тоғының өтуінен бөлінеді (сур.23). Большектердің электродтармен 2 қысылған контакт орнында трансформатордың екінші орамынан жоғарғы күштегі тоқ өтіп шын жырдын басқа бөлімдеріне қарағанда электр кедергісінің жоғарлауы байқалынады.
Сурет - 23. Аргонның қорғау атмосферасында электр доғалы пісіру
1-кірікпе сым; 2-пісірілетін бөлшектер; 3-пісіру ваннасы; 4-мундштук; 5-вольфрамды электрод.
Сурет - 24. Нүктелі электрлі пісіру сұлбасы.
Сурет - 25. Роликті электрлі пісіру сұлбасы
Пісірілген бөлшектердің контакт бөлімінде 3 электр тоғының әсерінен метал қызып электр кернеуі жоғарылайды. Температура жеткілікті болғанда, ол пісіруде қатысатын балқымалардын балқұ темепературасынан кішілеу, контакты пісіру машинасының арнайы қысу көмекші электродтарының және пісіру жүреді (рис.24, б).
Роликті пісіру нүктелікке ұқсайды. Дайындалған жапырақты дайындамалар 1 (сур 25) пісіру машинаның айналмалы электродтарының 2 арасынан өткізіледі (электродтардан электр тоғы өтеді). Контакты бөліктердің қызуынан пісірілген тігін 3 пайда болады. Контакты машинадағы роликті пісіру жылдамдығы 6 м/мин-қа жетеді. Роликті пісірумен герметикалық ыдыстарды, құбырларды және басқа да жапырақта материалдар бұйымдары пісірімді.
Контактты (нүктелі және роликті) пісіруді, сонымен бірге аргонды доғалы тігінді электр пісіру самолеттерді, ракеталарды, қозғалыштарды, қайықтарды, автомобильдерді т.б. жасауда кеңінен қолданады. Мысалы, осы заманғы реактивті қозғалыстардың барлық пісірілген түйіндерінің 75% - зы жоғары өнімді контактты пісірумен жасалған мұнда отқа төзімді болаттардын бөлшектерінің жоғарғы сенімділігі қамтамасыздалынған.Электронды сәулемен қиын балқитын металдан (вольфрам, молибден, ниобий т.б.) жасалған кішігірімді бұйымдар пісіріледі.Пісірілетін бөлшектер вакуум камерасына орналыстырылады және фокусталынған электрон сәулесі пісірілетін жерге бағытталынады.Электрон сәленің әсерінен метал балқиды және пісіріледі.
Суық пісірумен және үйкеміспен пісіру пластикалық металдардын пластикалық деформациялануымен жүргізіледі. Мұндай қосу типтері алюмин сымдарын, желілерді мысты ұштықтармен т.б. пісіру үшін қолданады.
Әр түрлі дайындамадағы металдарды кесу: сымдарды, тақталарды, профилдерді т.б. қайшы, ара т.б. құралдармен механикалық кесуі ғана мүмкін болмайды, сонымен бірге электр доғасымен немесе газ жалынымен де жүргізіледі. Электродоғалық кесумен дайындаманық кесу орнын балқытумен де бөлшектерде бөледі, мұнда метал жанбайды газды кесу сияқты. Доғалы кесу графитты немесе металды электродтармен жасалады және кіші өнімділігімен ерекшілінеді.Соңғы уақытта жоғары өнімді ауалы-доғалы кесу әдістері кеңінен қолдана бастады, мұнда балқыған метал қысылған ауа ағымымен үрленеді, және де плазмамен – қызған иондалған металдар бөлшектерінің ағымымен.
Металдарды дәнекерлеу. Дәнекерлеудің пісіруден өзгешілігі, мұнда тек кірікпе дәнекер материалы балқиды, ол дәнекерлеу үрдісінде қосылатын бөлшектердің саңлау аралығына ағып қатады және бөлінбейтін құрлымды құрайды. Осы жағдайда қосылып жатқан бөлшектердің беті қатты болып қалабереді.
Дәнекерлеудін артықшылығы – үдерістін қарапйым орындалуы, мықтылығы және дәнекер тазалығы, тігін жанында ішкі кернеудін төменділігі бөлшектердін аз бұжырлануы және әр түрлі металдарды қосу мүмкіншілігі. Дәнекерлеуде қызудын төмен болуы қуаттын аз шығынына байланысты, сондықтан дәнекерлеу бөлінбейтін қоспаларды алуда ең тиімді үдеріс болып табылады.
Дәнекерлеуде жақсы тұтасу болу үшін, дәнекерлену беттерді тотығу қабықшаларынан мұқият тазалау қажет. Сонымен бірге сұйық дәнекер сияқты негізгі метал да тотығудан жақсы қорғануы қажет. Сондықтан дәнекерлеу флюс қабаты астында немесе аргонның нейтралды атмосферасында өтуі қажет.
Дәнекерлеуде қолданатын дәнекер екі түрге бөлінеді: жұмсақ және қатты. Жұмсақ дәнекерлердін мықтылық реттілігі 5-7 кг/мм2 және балқу температурасы 400ºС-дан төмен. Бұл негізінде қалайлы – қорғасынды дәнекер. Қатты дәнекердің балқу температурасы 550ºС-тан жоғары, ал мақтылығы 50 кг/см2-қа дейін. Қатты дәнекерлердін құрамына мыс, мырыш, күміс және басқа да элементтер кіреді.
Дәнекерлеу үшін электр дәнекерлеушісі, газ жанғышы, индукционды тоқ және т.б. қолданады.
Жаңа құрамды дәнекерлерді жасау және дәнекерлеу технологиясын жетілдіру осы уақытта көрсетілген үдерісті самолеттерді, ракеталарды, автомобильдерді, машиналарды, механизмдерді және аспатарды жасауда қолдануға болады. Құралдарды жасау кәсіп орындарында дәнекерлеуді кеңінен қолданады. Мұнда қатты балқытылған кесілетін тақташаларды кескіш, кесу және т.б. ұстағыштарды қосу үшін дәнекерлеу қолданады.
Металдардын иілімділігі (пластикалығы). Қысыммен өңдеу металдардын иілімділігіне негізделген, олардын пішінін өзгерте алу қасиетіне – қысым күшін немесе соққының әсерінен бұзылусыз иілімді деформациялану және қолданған күшті жойған соң өзгерген пішінді сақтау. Металдын иілімділігі жоғары болған сайын ол қысыммен жақсы өңделеді, және керісінше, нәзік қорытпаларды қысыммен өңдеуге болмайды.
Ең иілімді метал – қорғасын – бөлме температурасында да қысым астында жақсы иіледі. Мыс, алюминий және қалайлы қорғасынға қарағанда нашарлау болса да, олар да қыздырусыз қысыммен өңделеді. Вольфрам, магний, болаттын және басқа металдардын және қортпалардын иілімділігі суық хәлінде жеткілікті болмайды, бірақ қажетті температураға дейін қыздырылғанда олардын иілімділігі жоғарылайды және деформациялану қабілеті кенеттен жоғарылайды. Кейбір металдар және қортпалар,мысалы, марганец, шойын балқығанша қыздыралса да иілімді болмайды, сондықтан оларды қысыммен өңдемейді. Қысыммен өңдеуде кеңімен қолдануы, бөлшектердін жеңіл пішінделуі қалдықсыз жүруі мен түсіндіріледі, өйткені олардын пішіне өзгереді, ал көлемі өзгермейді. Өңдеудін бұл түрі бір типті бөлшектердің және дайындамаларды көп шығарудын мүмкіншілігі бар және еңбек өнімділігін бірден көтеруге болады. Мысалы, осы заманғы суық шығаратын автоматтар бір смена ішінде 200000 бұйымды шығарады, ал жіңішке илем орнақ лентаны немесе жапырақты шығаруы 100 км/сағ – қа жетеді.
Қысыммен өңделіп алынған бөлшектердін механикалық қасиеттері жоғары болады.
Қысыммен ыстық өңдеу үдерісте дәндерді майдаланып көп ақаулар жабылады (кейбір біртегістіктер емес және жарықтар, құйылмамен дайындалған бөлшектерде болатын).
Осы
уақыттағы қысыммен металдарды өңдеу
негізгі түрлері: илем, престеу, сым
тарту, соғу, көлемді және жапырақты
қалыптамалау (сур.26).