98. Наклеп при резании

87. Износостойкость инструмента

износостойкость – это свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определённых условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания. Износостойкость зависит от состава и структурыобрабатываемого материала, исходной твёрдости, шероховатости и технологии обработки детали, состояния ответной детали. Также существуют методы повышения износостойкости деталей благодаря нанесению специального износостойкого покрытия на поверхность детали. При этом износостойкость детали без покрытия может быть намного ниже, чем у детали с износостойким покрытием.

Признаки износостойкости

Об износостойкости следует судить по различным признакам, причём в качестве характерных нужно ввести следующие подчинённые понятия:

1. Работоспособность. Материал должен обладать способностью выдерживать высокие нагрузки при всех температурах и экономной смазке, т. е. и при граничном трении, при скоростях, колеблющихся от нуля до максимальных значений и меняющихся направлениях движений.

2. Склонность к заеданию, т. е. склонность к свариванию поверхностных частиц с сопрягаемым материалом, должна быть при совместной работе с материалом вкладыша возможно меньшей, даже тогда, когда вследствие точечного сопряжения и высокой нагрузки от попадания между поверхностями скольжения посторонних частиц или частиц от истирания возникнут временно значительные местные повышения температуры.

3. Хорошая прирабатываемость. При заданных условиях напряжения, движения и смазки должна быстро образовываться сплошная зеркальная рабочая поверхность с хорошей адгезией масла. Материал должен поддаваться полировке.

4. Хорошая резервная работоспособность. При временно недостаточной смазке или её временном отсутствии материал должен иметь способность в течение некоторого времени выдерживать заданную рабочую нагрузку без чрезмерного износа.

5. Изнашивание должно происходить так, чтобы от поверхности отделялись только мельчайшие частицы, которые, попадая между шейкой вала и вкладышем, не нарушали работу; при изнашивании никогда не должны выкрашиваться частички. Износостойкость – очень сложное свойство. Оно зависит не только от структуры и свойств инструментальной стали, но и от свойств обрабатываемого материала (его твердости, коррозионного воздействия), а также от коэффициента трения и внешних условий, при которых происходиn

изнашивание: температуры в зоне трения и механических воздействий, величины контактных напряжений, особенностей технологического производства, а также от условий эксплуатации.  При изменении отдельных из этих условий в свою очередь изменяется износостойкость инструментальной стали. Из внешних причин нужно прежде всего учитывать влияние теплового фактора и условий нагружения: величину динамических нагрузок, давления и роль корродирующего воздействия сопряженной пары.      В ходе применения различных способов резания трудно определить, какой вид износа является доминирующим: абразивный, диффузионный, коррозионный, эрозионный или адгезионный. Обычно встречается каждый из них, даже если и в неодинаковой мере. Поэтому на опытных инструментах или моделированием стремятся определить в данных конкретных условиях наиболее износостойкую инструментальную сталь.      Износостойкость инструментальных сталей при абразивном износе может быть поставлена в однозначную взаимосвязь с твердостью стали, с сопротивлением малым остаточной деформации (предел упругости, предел текучести при сжатии), которые в значительной мере зависят от содержания мартенсита и концентрации углерода в стали. Износостойкость инструментальных сталей определяют не только твердость, но также и их структура и обусловленные ею свойства. Чем больше разница между твердостью инструмента и материала обрабатываемой заготовки, тем заметнее различие между износостойкостью инструментальных сталей. Положительное влияние высокой твердости на износостойкость стали проявляется также и при высокой температуре кромки инструмента. Большое влияние на износостойкость стали оказывают содержание карбидов, количество остаточного аустенита. При высокой температуре износостойкими являются только стали, устойчивые против отпуска.  88. Классификация способов литья

ВИДЫ ЛИТЬЯ

Литье в землю (литье в песчано-глинистые формы)

Литье в землю является сравнительно простым и экономичным технологическим процессом. Во многих отраслях машиностроения (автомобилестроение, станкостроение, вагоностроение и др.) при массовом производстве отливок чаще всего применяется этот метод.

Его технологические возможности:

• в основном, в качестве материала отливок используется серый чугун, обладающий хорошей жидкотекучестью и малой усадкой (1%), малоуглеродистая сталь (< 0,35%С). Весьма ограничено производятся таким способом отливки из медных и алюминиевых сплавов. Качество металла отливок весьма низкое, что связано с возможностью попадания в металл неметаллических включений, газовой пористостью (из за бурного газообразования при заливки металла во влажную форму).

• форма отливок может быть весьма сложной, но все же ограничена необходимостью извлечения модели из формы.

• размеры отливки теоретически неограниченны. Таким способом получают самые крупные отливки (до сотни тонн). Это станины станков, корпуса турбин и т. д.

• точность получаемых отливок обычно грубее 14 квалитета и определяется специальными нормами точности.

• шероховатость поверхности отливок превышает 0,3мм, на поверхности часто наличествуют раковины и неметаллические включения. Поэтому сопрягаемые поверхности деталей, заготовки которых получают таким методом, всегда обрабатывают резанием.

 

Литье по выплавляемым моделям

- это процесс, в котором для получения отливок применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, получаемые по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких грамм до десятков килограмм, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 2—5-му классам точности (ГОСТ 26645-85), и с высокой точностью размеров по сравнению с другими способами литья.

По выплавляемым моделям отливают лопатки турбин, режущий инструмент (фрезы, сверла), кронштейны, карабины, мелкие детали автомобилей, тракторов.

Габариты: максимальный диаметр, высота, длина, ширина – 300 мм; толщина стенок – от 3 мм.

Масса: от 2 г до 20 кг (при художественном литье масса не ограничена)

Марки выплавляемых металлов:

• стали 25Л, 45Л, 35НГМЛ, 40ХНГМЛ, 7Х3, 30Х13, 95Х18, 20ХМЛ, 25ГСЛ;

• стали со специальными свойствами 75Х28Л, 75Х24ТЛ, 45Х26Н2СЛ, 12Х18Н9ТЛ,40Х24Н12СЛ, 20Х14Н15С4Л, 20Х25Н19С2Л, 35Х25Н35С2Л, быстрорез Р6М5ЦЛ;

• чугуны серые, высококачественные всех марок, АЧС – 2, ИЧХ17НМФЛ, ЧХ25МФТЛ;

• бронзы БрАЖ9 – 4, БрА10Ж3Мц2, БрОЦС –4 –4 –17;

• алюминий АК7ч, АК8л

Применение точного литья целесообразно для изготовления деталей:

• из стали и сплавов, трудно поддающихся или не поддающихся механической обработке (режущий инструмент, нуждающийся только в заточке его режущей кромки на наждачном круге);

• сложной конфигурации, требующей длительной и сложной механической обработки, большого количества приспособлений и специальных режущих инструментов, с неизбежной потерей ценного металла в виде стружки при обработки (турбины лопатки, части механизма швейных машин, охотничьих ружей, счетных машин);

• художественной отливки из черных и цветных сплавов.

 

Литье в кокиль

Кокильное литье – это литье металла, осуществляемое свободной заливкой кокилей. Кокиль – металлическая форма с естественным или принудительным охлаждением, заполняемая расплавленным металлом под действием гравитационных сил. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.

Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

Точность отливок обычно соответствует классам 5 -9 для отливок из цветных металлов и классам 7-11 для отливок из черных металлов (ГОСТ 26645-85). Точность отливок, полученных в кокиле. По массе примерно на один класс выше по сравнению с песчаными формами.

Литье в кокиль ограничено возможностью изготовления крупногабаритных кокилей и обычно масса отливок не превышает 250кг.

Широкая гамма изделий для всех отраслей промышленности (детали двигателей, заготовки венцов зубчатых колес, корпусных деталей и т. д.).

Марки выплавляемых металлов:

• алюминиевые сплавы: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АК12, АК9, АК7;

• магниевые сплавы МЛ5, МЛ6, МЛ12, МЛ10;

• медные сплавы;

• отливки из чугуна;

• отливки из стали: 20Л, 25Л, 35Л, 45Л, также некоторые легированные стали 110Г13Л, 5ХНВЛ

 

Литье под давлением

Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием сил от пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом.

Высокая точность, класс 1- 4 по ГОСТ 26645-85 (10 квалитет), низкая шероховатость поверхности (практически не требует обработки). Возможность изготовления отливок значительной площади с малой толщиной стенок (менее 1 мм).

Сплавы для литья:

• цинковые сплавы: ЦАМ4-1, ЦА4М3;

• алюминиевые сплавы АК12, АК9, АК7, АЛ2, АЛ9, АЛ4;

• магниевые сплавы: МЛ3, МЛ5;

• медные сплавы: ЛЦ40Сд, ЛЦ16К4.

Литье под давлением является наиболее прогрессивным способом изготовления отливок из цветных сплавов (цинковых, алюминиевых, магниевых, латуни), в последнее время широко применяется в точном приборостроении, автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности. Весьма разнообразны конструктивные особенности отливок, получаемых в формах литья под давлением: от простых типа опорных плит, колосников, болванок и втулок, до сложных типа картеров двигателей, головок блоков цилиндров, ребристых корпусов электродвигателей и стоек плугов. Литьем под давлением получают детали с особыми свойствами: повышенной герметичности, износостойкости (например, чугунные с поверхностным и местным отбелом), окалиностойкости и др. Важно подчеркнуть, что под давлением производят детали различного, в том числе весьма ответственного назначения.

Литье под давлением является рациональным только в серийном — массовом производстве из-за трудностей изготовления формы и её высокой стоимости.

 

Литье под регулируемым давлением

К литью под регулируемым давлением относят способы литья, сущность которых заключается в том, что заполнение полости формы расплавим и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или газа. В практике наибольшее применение нашли следующие процессы литья под регулируемым давлением: литье под низким давлением, литье под низким давлением с противодавлением, литье вакуумным всасыванием, литье вакуумным всасыванием с кристаллизацией под давлением (вакуумно-компрессионное литье).

Главными преимуществами являются возможность получения заготовок с минимальными припусками на механическую обработку или без неё и минимальной шероховатостью необработанных поверхностей, а также обеспечение высокой производительности и низкой трудоёмкости изготовления деталей.

Применяется для литья поршней, головок блока цилиндров из алюминиевых сплавов и т. д., втулок, элементов подшипников.

 

Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы появилось как попытка автоматизировать изготовление разрушаемых форм. На нагретую модель, выполненную из металла, насыпается смесь песка с частицами неполимеризованного термореактивного материала. Выдержав эту смесь на поверхности нагретой заготовки определенное время, получают слой смеси, в котором частицы пластмассы расплавились и полимеризовались, образовав твердую корку (оболочку) на поверхности модели. При переворачивании резервуара излишняя смесь ссыпается, а корка, с помощью специальных выталкивателей, снимается с модели. Далее, полученные таким образом оболочки , соединяют между собой склеиванием силикатным клеем, устанавливают в опоках и засыпают песком, для обеспечения прочности при заливке металла. Также получают керамические стержни для формирования внутренних полостей отливок.

Литье в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы имеет существенное преимущество — простоту автоматизации получения форм. Но надо отметить, что литьем в оболочковые формы невозможно получать крупногабаритные отливки и изделия особо сложной формы.

Литье в оболочковые формы отливают: радиаторы парового и водяного отпления, детали автомобилей и ряда машин.

 

Центробежное литье

Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливок происходят при вращение формы либо вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси, либо при её вращение по сложной траектории.

Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

• высокая износостойкость.

• высокая плотность металла.

• отсутствие раковин.

• в продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Центробежным литьем получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:

• втулки

• венцы червячных колес

• барабаны для бумагоделательных машин

• роторы электродвигателей.

Наибольшее применение центробежное литье находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз.

По сравнению с литьем в неподвижные формы центробежное литье имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

 

Литье по газифицируемым моделям

Технология литья по газифицированным моделям является одной из самых перспективных и развивающихся в настоящее время технологий литья. Эту технологию можно отнести к способу литья по выплавляемым моделям, но отличие в отличии от данных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который вытесняя (замещая) «испаряющуюся модель» из формы, занимает освободившиеся пространство полости формы.

Основными преимуществами отливок, изготовленных по этой технологии являются следующие:

• высокая точность получаемых отливок даже при сложной конфигурации. (7-12 класс по ГОСТ 26645-85)

• качество и плотность металла в отливке обеспечивается за счет частичного вакуумирования в процессе литья.

• высокое качество поверхности отливок (RZ 80) позволяет в некоторых случаях совсем отказаться от механической обработки, которая была бы необходима при другом способе изготовления.

• минимальный припуск на механическую обработку если она всё же необходима.

• полная идентичность отливок в серии.

Области применения литья по газифицированным моделям – это отливки различной серийности, от единичного производства до промышленных серий.

Материалы отливок – это практически все марки чугунов от СЧ15 до ВЧ-50, износостойкие ИЧХ. Стали – от простых углеродистых ст. 20-45 до высоколегированных, теплостойких и жаропрочных. Бронзы – практически все литейные марки бронз.

Основной развес отливок от 1 до 300 кг. Штучное изготовление – до 1 тн.

 

Непрерывное литье

Сущность способа состоит в том, что жидкий металл равномерно и непрерывно заливают в охлаждаемую форму-кристаллизатор с одного конца и в виде затвердевшего слитка (прутка, трубы, заготовки квадратного, прямоугольного или другого сечения). Затем его вытягивают специальным механизмом с другого конца. С помощью этого способа можно получать отливки из всех известных черных и цветных сплавов.

При непрерывном литье возможно получат получение слитка, трубы, профиля неограниченной длины и требуемого поперечного сечения.

Способ непрерывного литья используют также и для получения слитков из цветных и черных сплавов. Практически все алюминиевые сплавы для передела прокаткой в листы, профили и другие изделия разливают в слитки данным методом.

 

Литье металла в ХТС

- формы из холодно-твердеющих смесей. COLD-BOX-AMIN -технология. Холодно-твердеющие смеси – это специальные смеси, которые после изготовления не требуют нагрева в сушильных печах. Благодаря связующим составляющим и отвердителям, они самозатвердевают на воздухе за 10-15 мин. Эта технология очень похожа на традиционную (литье металла в песчано-глинистые формы), только в виде связующего вещества для смесей песка применяют искусственные смолы. Для отверждения смол применяется продувка стержневых ящиков различными третичными аминами. Возможность получать отливки 7 класса точности по ГОСТ 26645-85.

Холодно-твердеющие смеси крайне редко применяются в качестве общих формовочных материалов вследствие высокой стоимости связующих и затруднительной регенерации смесей. Применение ХТС для изготовления форм экономически оправдано в том случае, когда отношение массы формы к массе заливки металла не превышает 3:1. Поэтому эти смеси используются преимущественно для изготовления стержней, позволяющих формовать полости в отливке.

Технология литья в ХТС позволяет обеспечить высокое качество поверхности литья, отсутствие газовых дефектов и засоров в отливке.

90. Специальные виды сварки

Электроннолучевая сварка (элс) Сущность способа

Электронный луч представляет собой остросфокусированный поток электронов, эмитованных катодом и ускоренных в вакууме разницей потенциалов между катодом и анодом. При торможении ускоренных электронов возле поверхности анода (изделия) их кинетическая энергия преобразуется в тепловую. Высокая концентрация энергии в анодном пятне, диаметр которого равен 0,01... 1,0 мм, позволяет получить сварные швы с минимальной зоной термического влияния и отношением глубины к ширине от 20 и более. Толщина свариваемого материалу при ЭЛС достигает 100 мм и более за один проход.  Преимущества ЭЛС:  - низкая погонная энергия (15... 20% от характерной для сварки под флюсом), незначительные деформации свариваемых кромок;  - возможность отклонения пучка электронов при сварке с помощью магнитного или электрического поля и возможность исключения взаимного перемещения изделия и пушки;  - низкое содержание вредных включений в вакууме, что обуславливает высокое качество шва;  - улучшение условий дегазации расплаву сварочной ванны;  Недостатки ЭЛС:  - высокий вакуум;  - камеры.  Основные параметры процесса ЭЛС:  - ускоряющее напряжение Unp, кВ;  - ток пучка I, мА, ток магнитной линзы Iм, мА;  - скорость сварки, м/ч;  - вакуум, мм. рт. ст. (1-10¹... 1-10⁵)  Установки для ЭЛС состоят из двух основных комплексов - электромеханического и энергетического. 

Лазерная сварка

Лазерное излучение - это высококонцентрированный источник нагрева. Плотное мощности лазера превосходит традиционные сварочные источники, включая электронный луч.  Одним из важных преимуществ лазерного излучения есть также возможность его легкого транспортирования на значительные расстояния с помощью оптических систем. Источником лазерного излучения служат оптические квантовые генераторы. Это излучение возникло в результате генерации квантов света атомами активного вещества, предварительно приведенных в возбужденное состояние. Возбужденное состояние атомов может достигаться различными способами: за счет световой энергии, энергии химических pi акций, электрического разряда в газах, облучением электронным лучом и т.д.  В сварке применяют генераторы с использованием в качестве активного тела кристалла рубина (оксид алюминия, в котором часть атомов защищена атомами хрома - до 0,5%) рис. 21.    Рис. 21 Схема квантового генератора. 1 - непрозрачное зеркало; 2 - кристалл рубина; 3 - импульсная лампа; 4 - корпус; 5 - полупро¬зрачное зеркало; 6 - система наблюдения; 7 - система фокусировки; 8 - источник питания Кристалл рубина обрабатывают до формы цилиндра, размеры которого опреде¬ляют мощность излучения. После тщательно¬го полирования торцы цилиндра покрывают слоем серебра для придания свойств зеркала. Рубиновый стержень размещают возле импульсной лампы, в середине зеркального цилиндра. При освещении рубина импульс¬ной лампой, большинство атомов хрома по¬глощают фотоны и переходят в возбужден¬ное состояние. Возбужденное состояние может спонтанно вернуться к нормальному состоянию, излучивши при этом фотон света. Вдоль оси рубинового стержня такой процесс проходит лавиноподобно, вследствие много кратного отбивания от торцов кристалла.  Если интенсивность импульсной лампы превысит некоторый критический уровень, может проявляться эффект квантового усиления. При этом с полупрозрачного торца рубина выкидается короткий по времени существования интенсивный пучок света. Пучок - монохроматичный, то есть он имеет конкретную частоту, когерентный (связан с возбуждением, синфазный) и узконаправленный.  Преимущества процесса лазерной сварки наиболее ярко выражены в сравнении с дуговой сваркой неплавящимся электродом.  1. Высокая концентрация энергии дает возможность получать ширину сварных швов в 2...5 раза меньше, с большим на порядок соотношением глубины провара к ширине шва, что дает возможность уменьшить деформацию деталей до 10 раз.  2. Острая фокусировка луча и возможность передачи его на значительные расстояниядает возможность сваривать в тяжелодоступных местах.  3. Высокие скорости нагрева и охлаждения содействуют уменьшению зоны термического влияния и снизить неблагоприятные изменения структуры и свойств металла в ней.  В сравнении с электроннолучевой сваркой, лазерная сварка не требует использования вакуумных камер, что значительно сокращает время на выполнение работ и снимает ограничение габаритов изделий.  Лазерная установка может использоваться для сварки на нескольких рабочих местах, поскольку луч лазера можно отклонять с помощью зеркала.  К недостаткам лазерной сварки можно отнести относительно высокую стоимость оборудования, низкий коэффициент полезного действия установок и сложность их конструкции.