5.2.2. Физико-химические способы обработки

Анодно-механическая обработка является процессом воздействия на ме­талл, основанным на электрохимическом растворении последнего с его ме­ханическим удалением; дополнительно может иметь место еще и элект­роэрозионное разрушение. Принципиальная схема процесса обработки показана на рис. 5.29. При сближении электродов 3 (обрабатываемое изде­лие) и 1 (инструмент) и при наличии между ними электролита (рабочей жидкости) 2 во время прохождения тока происходит разрушение электро­да, соединенного с положительным источником тока (анодом). Это разру­шение при низких плотностях тока происходит в виде анодного растворе­ния металла, а при высоких плотностях в виде его электроэрозионного разрушения. Образующиеся продукты распада 4 плохо проводят ток и изолируют один электрод от другого. Для удаления их осуществляют движение электрода 1 (инструмента) с небольшим усилием. В этом случае процесс протекает непрерывно, обнажающийся материал продолжает раз­рушаться, и требуемая обработка осуществляется независимо от его твердости.

Процесс анодно-механической обработки зависит от электрического ре­жима (плотности тока, напряжения) и механических параметров (давления на обрабатываемую поверхность, скорости движения инструмента). На ри­сунке (см. выноску I) показана одна из предполагаемых схем процесса.

Рис. 5.29. Принципиальная схе­ма анодно-механической установки и процесса обработки

Электролитический режим определяет производительность процесса и качество обработанной поверхности. Напряжение источника тока обычно составляет 14…28 В, плотность тока в А/см² колеблется от десятых долей на чистовых операциях до нескольких сотен на черновых.

Скорость перемещения инструмента относительно обрабатываемой по­верхности влияет на скорость и степень нагрева поверхностного слоя ме­талла заготовки и соответственно на его структурные изменения, а также на шероховатость поверхности.

Наилучший состав рабочей жидкости — раствор жидкого стекла (сили­ката натрия) в воде.

Анодно-механическая обработка характеризуется: малым износом элек­трода-инструмента относительно электрода-заготовки, обычно не превы­шающим 20…30% на грубых и 2…3% на чистовых режимах; высокой про­изводительностью на грубых режимах, достигающей 35…100 мм³/с при шероховатости поверхности R_z = 500…600 мкм, и малой шероховатостью поверхности на мягких режимах, достигающей R_z < 1 мкм при небольшой производительности (около 0,01 мм³/с).

На рис. 5.30, а показана схема анодно-механичсского долбления, а на рис. 5.30, б — схема анодно-механической резки металлов. Долблением обрабатывают отверстия разнообразной формы в деталях из твердого сплава и закаленной стали твердостью HRC 60…65.

Рис. 5.30. Схемы анодно-механического долбления (а)

и резки (б): 1 — электрод-инструмент; 2 - рабочая жидкость; 3 — обрабатываемая заготовка

Электрохимическая обработка материалов основана на химических про­цессах, возникающих в результате прохождения электрического тока через цепь, образованную проводниками (электродами) и находящейся между ними проводящей ток жидкостью (электролитом). При электрохимической обработке происходит растворение и удаление некоторых количеств ме­талла с обрабатываемой заготовки и их переход в неметаллическое состоя­ние (химические соединения) (рис. 5.31, а).

Поддержание заданной плотности тока — одно из важнейших условий правильного ведения процесса. Скорость растворения находится в прямой зависимости от плотности тока.

Большинство материалов хорошо обрабатываются на установках, пи­таемых постоянным током. Однако в некоторых случаях, например при обработке нержавеющей стали, целесообразно применение импульсного тока.

Наиболее распространен в качестве электролита раствор хлористого натрия ввиду его низкой стоимости и длительной работоспособности.

Рис. 5.31. Электрохимическая об­работка (принципиальные схемы): а - схема процесса; б — схема об­работки ;

1 — подвод тока к де­тали; 2 — подвод электролита;

3 — подвод тока к катодам; 4 - профильные катоды;

5 - обраба­тываемая деталь; 6 — отвод электролита;

7 — корпус камеры

Электрохимическая размерная обработка характеризуется: малой ше­роховатостью обработанной поверхности, высокой производительностью, достигающей 1000 мм³/с, большой энергоемкостью процесса — 1000 А-ч на 1 кг снятого металла. Метод используется в основном при образовании отверстий и полостей, при профилировании и формообразовании копиро­ванием, для удаления заусенцев и грата, при резке и долблении. На рис. 5.31, б приведена принципиальная схема электрохимической обработки турбинных лопаток.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное учебное пособие содержит сведения по курсу «Технологические процессы машиностроительного производства», которые соответствуют современным рациональным и распространенным в промыш­ленности прогрессивным методы формообразования заготовок и деталей машин.

Заготовка является объектом машиностроительного производства, из которой посредством механической, термической, электро-физико-химической и упрочняющей обработки осуществляется изготовление детали, включающее в себя изменение размеров, формы и расположения поверхностей, формирование физико-механических и микрогеометрических свойств поверхностного слоя (ГОСТ 3.1109-82). Понимание всех этих вопросов при создании конструкций машин и приборов, возможность обеспечения на прак­тике их заданных характеристик и надежности работы с учетом экономических показателей позволит инженеру успешно решать производственные задачи. Для этого он должен обладать глубокими технологическими знаниями.

Данная работа будет полезна для студентов машиностроительных специальностей для понимания в дальнейшем тех задач, которые будут решаться в специальных дисциплинах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Афонькин М.Г., Звягин В.Б. Производство заготовок в машиностроении / М.Г. Афонькин, В.Б. Звягин. СПб.: Политехника, 2007. 380 с.

2. Горбунов Б.И. Обработка металлов резанием, металлорежущий инструмент и станки: учеб. пособие для студентов немашиностроительных специальностей вузов / Б.И. Горбунов. М.: Машиностроение, 1981. 287 с.

3. Лахтин Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин. Машиностроение, 1993. 448 с.

4. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; под ред. Г.П. Фетисова. М.: Высш. шк., 2001. 638 с.

5. Справочник технолога-машиностроителя: В 2 т. / под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. М.: Машиностроение-1, 2001. Т. 1. 912 с.

6. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроит. спец. вузов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под ред. А.М. Дальского. М.: Машиностроение, 2004. 512 с.

7. Технология металлов и материаловедение / Б.В. Кнорозов, Л.Ф. Усова, А.В. Третьякова и др. М.: Металлургия, 1987. – 800 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………...3

1. Основы металловедения……………………………….4

1.1. Кристаллические решетки металлов……………..4

1.2. Реальное строение металлических кристаллов….5

1.3. Анизотропия кристаллов………………………….7

1.4. Кристаллизация металлов…………………………7

1.5. Аллотропия (полиморфизм) металлов…………..10

1.6. Кристаллическое строение сплавов……………..11

1.7. Свойства металлов и сплавов……………………12

1.8. Железо и его сплавы……………………………...15

1.8.1. Фазы в железоуглеродистых сплавах…….16

1.8.2. Диаграмма состояния железо — цементит.17

1.8.3. Применение диаграммы Fe—Fe₃C………..19

1.8.4. Основные виды термической обработки

стали………………………………………...20

1.8.5. Поверхностная закалка стали……………...25

1.8.6. Химико-термическая обработка…………..26

1.8.7. Диффузионное насыщение сплавов

металлами и неметаллами…………………28

1.8.8. Лазерная термическая обработка………….29

1.8.9. Классификация углеродистых сталей…….30

1.8.10. Стали обыкновенного качества………….31

1.8.11. Углеродистые качественные стали………33

1.8.12. Автоматные стали…………………..…….34

1.8.13. Легированные стали………………………34

1.8.14. Классификация легированных сталей…..35

1.8.15. Маркировка легированных сталей………37

1.8.16. Чугуны….…………………………………38

1.9. Инструментальные материалы………………….40

1.9.1. Характеристика свойств

инструментальных материалов…………...40

1.9.2. Углеродистые инструментальные стали…41

1.9.3. Легированные инструментальные стали...42

1.9.4. Быстрорежущие стали…………………….42

1.9.5. Твердые сплавы……………………………42

1.9.6. Минералокерамика………………………...43

1.9.7. Синтетические сверхтвердые

материалы (СТМ)………………………….44

1.9.8. Абразивные материалы…………………...44

1.9.9. Алмазные инструменты…………………...45

1.10. Цветные металлы и сплавы………………..……46

2. Основы литейного производства……………………..49

2.1. Сущность литейного производства……………...49

2.2. Литье в песчаные формы…………………………50

2.3. Литейные сплавы и их свойства…………………55

2.4. Специальные способы литья…………………….59

2.4.1. Кокильное литье……………………………59

2.4.2. Литье в оболочковые формы………………63

2.4.3. Литье по выплавляемым моделям………...65

2.4.4. Литье под давлением………………………67

2.4.5. Литье с кристаллизацией под давлением…69

2.4.6. Литье вакуумным всасыванием…………...70

2.4.7. Центробежное литье……………………….71

2.4.8. Литье выжиманием………………………...72

2.4.9. Электрошлаковое литье (ЭШЛ)…………..73

2.4.10. Получение отливок методом

направленной кристаллизации…………..74

2.4.11. Обеспечение технологичности литых

деталей…………………………………….75

2.4.12. Технологичность конструкции

отливок………………………………….…79

2.4.13. Выбор способов литья……………………85

3. Обработка металлов давлением………………………86

3.1. Понятие о механизме пластического

деформирования при обработке давлением…….87

3.2. Нагрев металла для обработки давлением………90

3.3. Нагревательные устройства……………………...93

3.4. Прокатное производство…………………………95

3.4.1. Сущность процесса………………………...95

3.4.2. Продукция прокатного производства….…97

3.4.3. Инструмент и оборудование для

прокатки…………………………………….99

3.4.4. Производство бесшовных и сварных

труб………………………………………...102

3.4.5. Производство специальных видов

проката…………………………………….105

3.5. Волочение………………………………………..107

3.6. Прессование……………………………………...110

3.7. Ковка……………………………………………..112

3.7.1. Основные операции свободной ковки…..112

3.7.2. Оборудование для ковки…………………115

3.7.3. Типы поковок……………………………..116

3.8. Горячая объемная штамповка…………………..118

3.8.1. Сущность процесса……………………….118

3.8.2. Конструкции штампов……………………122

3.8.3. Основные этапы технологического

процесса горячей объемной штамповки…126

4.8.4. Оборудование для горячей объемной

штамповки…………………………………150

3.9. Холодная объемная штамповка………………...132

3.9.1. Холодное выдавливание………………….133

3.9.2. Холодная высадка………………………...134

3.9.3. Холодная формовка ………………….......135

3.10. Листовая штамповка…………………………...137

3.10.1. Разделительные операции

листовой штамповки………………….....138

3.10.2. Формоизменяющие операции

листовой штамповки……………..……...141

3.10.3. Штампы для холодной листовой

штамповки…………………………….…145

3.10.4. Оборудование для холодной листовой

штамповки………………………..………147

4. Сварка и пайка металлов…………………………….148

4.1. Физические основы образования

сварного соединения……………………………148

4.2. Классификация видов сварки…………………..149

4.3. Свариваемость металлов и сплавов…………….151

4.4. Термические виды сварки………………………152

4.4.1. Источники теплоты при дуговой сварке...152

4.4.2. Электронно- и ионно-лучевой нагрев…...159

4.4.3. Световые источники нагрева…………….159

4.4.4. Газовое пламя……………………………..161

4.4.5. Ручная дуговая сварка……………………162

4.4.6. Автоматическая дуговая сварка

под флюсом……………………………….166

4.4.7. Дуговая сварка в защитном газе…………169

4.4.8. Электрошлаковая сварка…………………170

4.4.9. Газовая сварка…………………………….172

4.4.10. Плазменная сварка………………………175

4.4.11. Электронно-лучевая сварка……………..176

4.4.12. Лазерная сварка………………………….177

4.5. Термомеханические методы сварки……………178

4.5.1. Контактная сварка………………………...178

4.5.2. Конденсаторная сварка…………………...183

4.5.3. Диффузионная сварка…………………….184

4.5.4. Индукционно-прессовая (высокочастотная)

сварка………………………………………185

4.6. Механические методы сварки………………….186

4.6.1. Холодная сварка…………….……………186

4.6.2. Сварка трением………………….………..188

4.6.3. Ультразвуковая сварка…………….……..189

4.6.4. Сварка взрывом……………………..…….190

4.6.5. Магнитоимпульсная сварка…………..….192

4.7. Специальные термические процессы

в сварочном производстве………………………193

4.8. Пайка металлов………………………………….196

4.8.1. Основные понятия и определения……….196

4.8.2. Способы пайки……………………………198

4.8.3. Технологический процесс пайки………...198

4.9. Контроль качества сварных

и паяных соединений……………………………200

4.9.1. Дефекты сварных и паяных соединений..200

4.9.2. Методы контроля качества сварных

и паяных соединений……………………..201

5. Основы размерной обработки

заготовок деталей машин……………………………202

5.1. Основы механической обработки резанием…...203

5.1.1. Сущность обработки резанием…………..206

5.1.2. Усадка стружки и наростообразование

при резании………………………………..210

5.1.3. Силы резания……………………………...212

5.1.4. Тепловые явления при резании…………..214

5.1.5. Износ и стойкость режущего

инструмента……………………………….215

5.1.6. Влияние вибраций и технологической

наследственности на качество

обработанных поверхностей……………...216

5.1.7. Производительность обработки…………...217

5.1.8. Основные способы обработки резанием….218

5.1.9. Параметры технологического процесса

резания………………………………………221

5.1.10. Геометрические параметры

токарных резцов…………………………..223

5.1.11. Определение параметров режима

резания……………………………………..225

5.1.12. Металлорежущие станки. Классификация

металлорежущих станков………………...227

5.1.13. Движения в металлорежущих станках…..233

5.1.14. Структура металлорежущего станка…….236

5.1.15. Передачи, применяемые в станках………239

5.1.16. Кинематика станков………………………240

5.1.17. Приводы главного движения и подач…...242

5.1.18. Технологические возможности

токарной обработки………………………245

5.1.19. Технологические возможности

обработки заготовок на сверлильных станках………..248

5.1.20. Технологические возможности

фрезерования……………………………...251

5.1.21. Технологические возможности

строгания…………………………………..252

5.1.22. Технологические возможности

протягивания……………………………...254

5.1.23. Технологические возможности

шлифования……………………………….256