11.2. Пайка

Пайка – это соединение деталей без их расплавления с помощью припоя, температура плавления которого ниже, чем у основного металла (рис. 11.5).

Поверхности предварительно очищают, обезжиривают, удаляют оксиды, применяют флюсы либо защитные газы.

а б

Рис. 11.5. Схема капиллярной пайки:

а – перед пайкой; б – после пайки;

1 – припой

Применяется пайка в печи, в индукторе, погружением в расплав припоя, радиационный нагрев кварцевыми лампами, электронным или лазерным лучом, газопламенными горелками, паяльниками и паяльными лампами.

Припои подразделяются на твёрдые (тугоплавкие и достаточно прочные Т_пл выше 500 С, _в  700МПа) и мягкие, имеющие меньшую температуру плавления и меньшую прочность. Твёрдые припои изготавливают на основе Cu, Ag, Al, Mg, Ni. Они широко применяются для соединения меди, латуни, бронзы, стали, чугуна и др. сплавов. Флюсы: бура, борная кислота, плавиковый шпат и хлористые металлы. Мягкие припои изготавливают на основе Sn, Рd, Кd, Wi, Zn. Они обеспечивают прочность _в  100 МПа. Для них используются флюсы: канифоль, NH₄Cl (нашатырь), ZnCl (травленая соляная кислота). Флюсы при пайке защищают место спая от окисления, обеспечивают смачиваемость припоем и растворяют окисную пленку. Для пайки тугоплавких металлов разработаны тугоплавкие припои на основе никеля, титана, палладия.

Основные припои: оловянно-свинцовые (t = 210 ... 280 C), медно-цинковые (t = 800 ... 890 С), медно-фосфористые (t = 750 ... 869 С), серебряные (t = 600... ... 875 С).

Раздел V. Механическая обработка заготовок

Тема 12. Сущность обработки металлов резанием, металлорежущие станки и инструмент

Наиболее распространенные методы получения заготовок (литье и обработка давлением) не обеспечивают требуемых по условиям эксплуатации точности размеров и шероховатости поверхностей деталей, особенно работающих в ответственных сопряжениях. Эту задачу успешно решает обработка резанием.

Резание заключается в снятии слоя металла с поверхности заготовки с целью получения требуемой геометрической формы, шероховатости поверхностей и точности размеров детали. Срезаемый слой металла называется припуском. Различают следующие виды резания: лезвийное, абразивное, электрофизическое и электрохимическое.

Лезвийное резание производится с помощью инструмента, режущая часть которого имеет клиновидную форму. Основные виды лезвийного резания: точение, строгание, фрезерование, сверление, долбление, протягивание. На рис. 12.1 показана схема лезвийного резания для строгания и отмечены главные углы резания.

Абразивное резание проводится с помощью абразивного инструмента, содержащего твердые частицы неправильной формы, случайным образом ориентированных режущих зёрен абразивного инструмента, каждое из которых представляет собой микроклин.

Рис. 12.1. Схема резания и стружкообразования при строгании:

1– заготовка, 2 – резец, 3 – стружка

На поверхности детали различают обработанную и обрабатываемую поверхности. Переходная поверхность между ними называется поверхностью резания. На режущем клине различают переднюю и заднюю поверхности. По передней сходит стружка, задняя обращена к обработанной поверхности. Для определения углов резания вводят две плоскости:

1– плоскость резания. Она проходит через главную режущую кромку резца параллельно вектору скорости резания V. При строгании (рис. 12.1) она совпадает с обработанной поверхностью.

2 – основная плоскость, которая расположена перпендикулярно плоскости резания. На рис. 12.1 она расположена вертикально.

Главный задний угол резания  определяется между задней поверхностью и плоскостью резания. Главный передний угол  образован передней поверхностью и основной плоскостью. Угол заострения резца  определяется между передней и задней поверхностями. Сумма углов  +  называется главным углом резания . При неизменном угле заострения резца  усилие резания может очень сильно меняться, если изменять угол . Если увеличить угол  более 140, то резание будет крайне затруднено. Угол заострения, главным образом, влияет на прочность режущего клина, а усилие резания и шероховатость поверхности определяются углом  =  + . С уменьшением  снижается усилие резания. Величина заднего угла обычно мала, т. к. он нужен только для того, чтобы уменьшить силы трения по задней поверхности. Для токарных резцов  = 3…8 градусов.

При резании обработанная поверхность детали упрочняется на некоторую глубину, твердость её увеличивается до двух раз, что затрудняет последующую обработку резанием и снижает стойкость инструмента. Стойкостью инструмента называется время его работы между двумя переточками.

а б

Рис. 12.2. Процесс резания и геометрия срезаемого слоя (а)

и схема рабочих движений станка (б):

I – обрабатываемая поверхность, II – поверхность резания,

III – обработанная поверхность;

1 – резец, 2 – заготовка

За счет пластической деформации и трения в зоне резания выделяется тепло, 25 ... 85 % которого отводится стружкой, 10 ... 50 % – заготовкой и 2 ... 8 % – инструментом. Интенсивность тепловыделения резко возрастает с увеличением скорости резания, что может привести к потере твердости режущей кромки, снижению стойкости инструмента и качества обработки. Для интенсификации теплоотвода используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ): водные эмульсии и минеральные масла. Для изготовления режущего инструмента стремятся применять материалы, способные сохранять твёрдость до высоких температур. В процессе резания вследствие периодического скалывания стружки возникают вибрации в системе, также снижающие качество обработки и стойкость инструмента.

Наиболее распространённым видом лезвийного резания является точение. Процесс резания и схема рабочих движений токарного станка показаны на рис. 12.2. При точении деталь совершает вращательное движение, а резец – поступательное. Движение при резании, осуществляемое с максимальной скоростью, называется главным движением, а его скорость называется скоростью резания V. При точении главным движением является вращательное движение, а скоростью резания V является относительная скорость перемещения резца и точки на поверхности детали, которой касается резец (м/мин). Другим необходимым движением является поступательное движение резца. Направление этого движения определяет форму получаемой поверхности. Это движение называется подачей (обозначается D_s, его скорость V_s мм/мин). При токарной обработке обычно задаётся не скорость подачи, а перемещение резца за один оборот в мм/об, которое называется подачей и обозначается S. Заметим, что V_s = n  S (мм/мин), где n – частота вращения (об/мин). Различают продольную подачу (вдоль оси вращения) и поперечную (перпендикулярно оси). Относительное движение резца и заготовки (рис. 12.1) со скоростью V и усилием F приводит к пластическому сдвигу и образованию стружки. В зависимости от пластичности материала и величины главного угла резания  характер стружкообразования может сильно отличаться. Для пластичных материалов при углах  < 90 градусов образуется сплошная стружка в виде прочной блестящей ленты (сливная стружка). Для материала со средней пластичностью при резании с углами  > 90 градусов образуется стружка скалывания, состоящая из слабо связанных между собой объёмов по линии скалывания. Линия скола располагается под некоторым углом  к направлению скорости резания (рис. 12.1). В хрупких материалах образуется порошкообразная стружка, которую называют стружкой надлома. Это связано с тем, что разрушение происходит перед резцом с некоторым опережением. При резании с образованием стружки надлома качество поверхности (шероховатость) значительно хуже, чем при других видах стружки. Сливная стружка, обладая большой прочностью, затрудняет удаление стружки из зоны резания. При резании с такой стружкой не удаётся автоматизировать её уборку, что очень важно для автоматических линий. В этих случаях стремятся получить стружку скалывания или устанавливают на резец стружколомы, которые вызывают большую деформацию стружки и её дробление.

Движение подачи D_s со скоростью V_s обеспечивает снятие припуска слой за слоем на заданную глубину резания t. Глубиной резания t является толщина срезаемого слоя, измеренная перпендикулярно обработанной поверхности. Движения, обеспечивающие подвод и отвод резца называются вспомогательными.

При обработке пластичных материалов со скоростями V менее 0,6 м/мин на передней поверхности резца около его вершины может происходить образование наростов за счёт отрыва обрабатываемого материала от стружки. В результате сильной деформации нарост приобретает высокую твердость и участвует в процессе резания, как продолжение резца. Однако в процессе резания нарост периодически разрушается и удаляется с резца, изменяя его длину. Это приводит к ухудшению шероховатости обрабатываемой поверхности. С другой стороны, нарост уменьшает усилие резания и износ инструмента, так как защищает переднюю поверхность. Поэтому образование нароста может быть и полезным, но только при черновой обработке.