1463

лорода увлекаются из бункера (рис. 238), а ацетилено-кислород­ ный резак перемещается в зону реакции. Порошкообразные добавки, состоящие из смеси порошка железа, алюминия, ферро­ фосфора и других материалов, окисляясь в струе кислорода, вы­ деляют дополнительное количество тепла, а также способствуют образованию более легкоплавких соединений, состоящих из окис­ лов основного металла и окислов, получаемых при окислении порошкообразных добавок. Образующиеся легкоплавкие окислы выдуваются кислородной струей из зоны резки. Этот способ при­ меняют при резке нержавеющих, жаропрочных и других спе­ циальных сталей, чугунов, сплавов на основе меди и алюминия. Газовую рез­ ку также применяют взамен обдирки и строжки на металлорежущих стан­ ках для удаления с поверхности дета­ лей излишнего металла и исправления дефектов в чугунных и стальных от­ ливках.

Электродуговая резка металлов.

При электродуговой резке металл рас­ плавляют электрической дугой в обыч­ ных условиях и под водой. Резку про­ изводят металлическими и уголь­ ными электродами. Дуговую резку в обычных условиях в основном приме­ няют для разделки металлического лома, обрезки литников и прибылей на отливках. Для резки металла толщи­ ной не более 20 мм применяют метал­ лические электроды, а для больших толщин — угольные с использованием постоянного тока.

Подводную резку металла произво­ дят при аварийновосстановительных и

судоподъемных работах. Для резки под водой электроды по­ крывают водонепроницаемой обмазкой и в область электриче­ ской душ подают режущий кислород.

17.П АЙКА М Е Т А Л Л О В

Пайкой называется процесс образования неразъемного соеди­ нения металлических деталей без оплавления кромок посредством введения между ними расплавляемого сплава. Такое соединение возникает в результате взаимной диффузии между расплавлен­ ным сплавом и основным металлом. При этом образуется шов

с двусторонним плавным переходом от структуры основного ме­ талла к сплаву. При пайке в качестве сплава применяют припои, температура плавления которых значительно ниже температуры плавления основного металла.

Для обеспечения надлежащей диффузии область пайки на де­ талях подвергают механической и химической очистке. При этом ее нагревают до температуры, которая несколько выше темпера­ туры плавления припоя, и используют флюсы. Во время пайки флюсы расплавляются, связывают окислы и способствуют смачи­ ванию и растеканию припоя по поверхности металла на участке пайки.

Пайку применяют для получения неразъемных соединений из всех железоуглеродистых и легированных сплавов, цветных ме­ таллов и их сплавов, а также разнородных металлов. Ее приме­ няют во всех отраслях производства и особенно широко исполь­ зуют в пищевой, химической, автомобильной и тракторной промышленности. В зависимости от тугоплавкости и прочности применяемых припоев пайка подразделяется на два вида: на пай­ ку мягкими припоями и пайку твердыми припоями.

Пайка мягкими припоями. Для этого вида пайки применяют припои с температурой плавления не свыше 400° С. В качестве припоев применяют различные сплавы на основе олова, свинца, цинка, висмута и кадмия. Наиболее широкое распространение нашли оловяно-свинцовые припои марок ПОС90, ПОС40, ПОСЗО и ПОС18, содержащие соответственно 80—90, 21—39, 29—30 и 17—18% олова, 1,0—2,5% сурьмы и остальное свинец. Их проч­ ность на разрыв 5—7 кг/мм2.

Мягкие припои используют в основном для обеспечения гер­ метичности в изделиях. Их изготовляют в виде прутков проволо­ ки, трубок и порошков и в виде смеси порошка припоя и флюсов.

При пайке мягкими припоями стальных изделий в качестве флюсов используют хлористый цинк (ZnCb) и хлористый аммо­ ний (NH4) или же их смесь. Эти флюсы обладают высокой хими­ ческой активностью и вступают во взаимодействие с металлом, в результате чего происходит коррозия. Для предупреждения появления коррозии металла флюсы после пайки необходима тщательно удалять с поверхности изделия.

Для пайки меди и латуни в качестве флюсов применяют кани­ фоль, а для пайки свинца и легкоплавких сплавов — стеарин. Перед началом пайки поверхность изделия в области паяния тщательно очищают от пленки окислов. Нагревают спаиваемые части изделий и расплавляют припой различными способами, медными пластинками, газовыми горелками, электрическим током и другими способами.

При массовом производстве однотипных изделий обычно при­ меняется пайка нагревом изделий вместе с припоем. Для этого

изделия нагревают до плавления припоя. Расплавленный припой заполняет места соединения и спаивает их. Широкое распростра­ нение получил также способ пайки методом погружения изделий в металлические ванны с расплавленным припоем.

Пайку твердым припоем применяют для получения прочных соединений, выдерживающих значительные нагрузки в деталях машин и механизмов. Для получения прочных соединений мето­ дом пайки, применяют твердые припои, имеющие предел проч­ ности при растяжении до 50 кг/мм2 и температуру плавления 700—1100° С.

Рис. 239. Основные типы соединений для пайки:

а — внахлестку; б — в стык; в — в «ус»

В зависимости от назначения применяемые в нашей промыш­ ленности припои в основном подразделяются на медно-цинковые и серебряные. Медно-цинковые припои применяют следующих марок: ПМЦ46 и ПМЦ52 с содержанием меди соответственно 40—45, 45—49 и 49—52%, олова 1,5% и остальное в основном цинк. Т^кие припои применяют для пайки латуни, бронзы и стали.

Серебряные припои применяются следующих типов: ПСрЮ, ПСр25, ПСр45 и ПСр70 с содержанием серебра соответственно 9,6—10,3, 24,7—25,3, 44,5—25,5 и 69—70,5%, меди соответственно 52—54, 39—41, 29,5—30,5 и 25,5—26,5 %, свинца 0,5—0,3 %, осталь­ ное цинк. Серебряные припои применяют для пайки проводников, контактов и при тонких работах для получения спая высокой чистоты. Для пайки алюминиевых изделий применяют припой марки АЛ2 (силумин), содержащий 87—90% А1, 13—10% Si

иимеющий температуру плавления 577° С.

Вкачестве флюсов при пайке твердыми припоями в основном применяют буру обезвоженную (N2B20 7). Бура имеет темпера­ туру плавления 783° С, обладает высокой жидкотекучестью и ак­ тивно растворяет окислы металлов, в особенности меди. При пайке легкоплавкими припоями к буре добавляют хлористые фтористые соли, хлористый цинк (ZnCl2), фтористый калий (KF)

идругие соли щелочных металлов.

Нагрев изделий и припоя при пайке производят разными спо­ собами: в электрических печах сопротивления, пламенных, газо­ вых, в соляных печах-ваннах и индукционным способом.

Индукционный нагрев широко применяется при напайке пла­ стин твердых сплавов на режущий инструмент.

При пайке в основном применяются три вида соединения (рис. 239): внахлестку, в стык и в «ус». Соединение внахлестку обеспечивает высокую прочность. Стыковое соединение и соеди­ нение в «ус» при качественном исполнении обеспечивает хороший внешний вид и достаточную прочность.

Глава VIII

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Согласно передовой литейной технологии и технологии обра­ ботки металлов давлением заготовке придают форму и размеры, наиболее близкие к форме и размерам готовой детали. Некоторые способы производства заготовок литьем и давлением устраняют необходимость последующей механической обработки, так как при этом получают заготовки точных размеров и с высокой чисто­ той поверхности. Но большинство деталей машин и аппаратов для получения точных размеров и чистой поверхности обрабаты­ вают металлорежущими инструментами. В этом случае обраба­ тывают или все поверхности заготовки или некоторые из них. Кроме заготовок, исходным материалом для изготовления детален резанием могут служить и различные виды проката. В обоих слу­ чаях срезают избыток металла, называемый припуском.

Производительная работа металлорежущих инструментов за­ висит от материала, из которого они сделаны и от их геометриче­ ской формы. Форма режущей части инструмента предопределяется физическими явлениями, вызываемыми резанием того -или дру­ гого материала. Первые исследования в этой области относятся ко второй половине прошлого века, и основоположником их яв­ ляется русский ученый И. А. Тиме. Ряд последующих исследова­ ний очень расширил физические представления о резании металлов. А это является основанием для создания высокопроиз­ водительных конструкций металлорежущих инструментов из теплоустойчивых и износоустойчивых материалов.

Ручная обработка металлов режущими инструментами, назы­ ваемая слесарной работой, сохранилась к настоящему времени как исключение в отдельных видах ремонта машин и аппаратов. Все детали сейчас обрабатывают металлорежущими инструмен­ тами на металлорежущих станках. Совершенствование конструк­ ций и повышение производительной способности металлорежу­ щих инструментов неминуемо в течение всего хода исторического развития их вызывало появление новых производительных стан­ ков. Большой вклад в конструктивное развитие металлорежущих

станков сделал А. К. Нартов, который в начале восемнадцатого века создал механический суппорт. В ближайшие за этим годы много конструктивных усовершенствований было сделано на Тульском оружейном заводе, на котором зарождалось в то время производство металлорежущих станков. К настоящему времени станкостроение достигло большого совершенства выпускаемых станков. Основным направлением станкостроения на ближайшие годы является широкая замена устаревшего оборудования, мо­ дернизация оборудования и значительное расширение механиза­ ции и автоматизации на машиностроительных заводах, а также развитие производства специальных и многопозиционных станков и станков с автоматическим программным управлением.

Производительная обработка металлов резанием требует при­ менения на металлорежущих станках быстродействующих за­ жимных принадлежностей и приспособлений механического, гид­ равлического, пневматического или электрического действия.

2. ПОНЯТИЕ РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ

При резании всякого материала, когда одна его часть отде­ ляется от другой, происходит разрушение граничного слоя между разделяемыми частями. Материал граничного слоя теряет спо­ собность сохранять взаимосвязь между составными элементами вещества, и в результате утраты этой взаимосвязи происходит разрушение граничного слоя и разделение материала.

Так как в природе не существует абсолютно твердых тел, то во всяком твердом теле под действием внешних сил происхо­ дит относительное перемещение частиц и оно изменяет свои фор­ му и размеры. Эти изменения называются деформациями. Де­ формации происходят в результате изменения расположения ато­ мов, которые удерживаются в равновесии силами взаимодействия.

При этом упругой деформацией называются такие изменения, которые после устранения сил, вызвавших деформацию, пол­ ностью исчезают. Пластическая деформация, наоборот, представ­ ляет собой необратимые остаточные изменения, которые после устранения внешних сил сохраняются.

За исключением отдельных случаев, разрушение наступает после того, как материал претерпел упругую и пластическую де­ формацию. Следовательно, резание всякого материала нужно рассматривать как упругую и пластическую деформации, закан­ чивающиеся разрушением граничного слоя. В зависимости от со­ става и строения вещества, температуры и скорости деформиро­ вания, величины упругой и пластической деформаций могут ме­ няться, так как разные материалы и в разном состоянии имеют различные характеристики механических свойств. Но независимо от этого разрушение всегда наступает после упругой и пласти-

ческой деформаций. Поэтому и содержание понятия резания как деформации, заканчивающейся разрушением, остается неизмен­ ным для всех материалов.

Из этого определения резания материалов следует, что для производства деформаций, приводящих к разрушению гранич­ ного слоя, нужно деформирующее тело, которым и является ре­ жущий инструмент. Инструмент, продвигаясь в разрезаемом ма­

щего инструмента и деформированных слоев материала возни­ кает трение, которое является непременным спутником резания.

Таким образом, сила резания производит работу упругой и пластической деформаций и работу трения. Механическая работа обоих видов, т. е. работа деформации и работа трения', является источником образования тепла. Некоторая часть обра­ зовавшегося тепла переходит в режущий инструмент и создает условия для потери им режущей способности. Инструмент теряет свою твердость, изнашивается и затупляется. Это обстоятельство заставляет заботиться о лучшем отводе образовавшегося тепла от режущей части инструмента.

27 Н. А. Баринов и др.

Интенсивность теплообразования зависит от величины работы сил, производящих деформацию и- преодолевающих трение. В свою очередь на глубину деформированного слоя и на условия трения влияют свойства разрезаемого материала и форма инстру­ мента. Чем тоньше режущий инструмент, тем меньше угол между его рабочими поверхностями, и чем острее лезвие, тем меньше глубина деформации и меньше трение. Вместе с тем уменьшение глубины деформации и уменьшение трения требуют приложения меньшей силы, что вполне целесообразно.

Однако стремление уменьшить деформацию и трение путем уменьшения угла между рабочими поверхностями инструмента, удается осуществлять только при резании материала с очень низким пределом прочности. При резании технических материа­ лов, имеющих высокий предел прочности, в частности таких мате­ риалов, как металлы, инструмент сам должен обладать большой прочностью. Чтобы увеличить прочность металлорежущих инстру­ ментов, они делаются с большим углом между своими рабочими поверхностями, приближающимся, а иногда и превышающим 90° Увеличение объема металла в режущей части инстру­ мента увеличивает его прочность и, кроме того, улучшает отвод от лезвия тепла, которое образуется в результате производимой при резании работы.

Большое сечение инструмента, обусловленное большим углом между его рабочими поверхностями, не дает ему возможности при резании материалов с высоким пределом прочности и боль­ шим сопротивлением деформации проходить между разделяемы­ ми частями, как это имеет место при резании малопрочных мате­ риалов. Поэтому при резании металлов и других высокопрочных материалов разделяемые части неравноценны по своей толщине, а одна из них представляет по отношению к другой сравнительно тонкий срезаемый слой. Режущий инструмент располагается так, что он деформирует главным образом срезаемый слой, который в результате деформации занимает после разрушения граничного слоя новое положение ho отношению к основной части материала (рис. 240, б). Продеформированный срезаемый слой, отделив­ шийся от основной части материала в результате разрушения по линии наибольших напряжений, называется стружкой. В дру­ гую сторону от линии разрушения деформация также имеет место, но она проникает на небольшую глубину.

Сравнение обеих схем резания показывает, что резание метал­ лов и других материалов с высоким пределом прочности сохра­ няет, несмотря на видоизмененное положение инструмента по отношению к линии разрушения, общую для резания всех мате­ риалов природу, а именно упругую и пластическую деформации, заканчивающиеся разрушением граничного слоя. В обеих схе­ мах эту работу одинаково выполняет режущий инструмент.

Таким образом, резание металлов, хотя и имеет особенности, обусловленные кристаллическим строением и высокими механи­ ческими качествами металлов, но в своей сущности оно ничем не отличается от резания других материалов.

3. МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Инструментальные материалы

Требования к инструментальным материалам

В одних случаях режущие инструменты изготовляют целиком из инструментального материала, в других для экономии мате­ риала их делают составными или сборными. В составных и сбор­ ных конструкциях корпус инструмента выполняют из конструк­ ционной стали, а инструментальный материал используют только для режущей части, которую наваривают, напаивают или крепят механически (рис. 241). В сборных инструментах режущая часть по большей части имеет вид пластинок или вставных ножей.

На основании определения понятия резания металлов, рас­ сматривающего режущий инструмент как деформирующее тело, призванное деформировать срезаемый слой и слой остающийся под поверхностью металла, выявляются требования к инструмен­ тальным материалам. Эти требования, которым должен удовлетво­ рять материал режущей части инструмента, следующие: проч­ ность, твердость, вязкость, износоустойчивость, теплостойкость, сопротивление адгезии.

Первое требование диктуется тем, что режущая часть инстру­ мента, находясь под действием силы резания, должна противодей­ ствовать большим нагрузкам, не деформируясь и не разрушаясь. Поэтому материал режущей части должен обладать большой прочностью.

Обрабатываемые металлы имеют большую твердость. Чтобы их деформировать, материал режущей должен иметь твер­ дость еще большую. В противном случае он сам будет деформи­ роваться и инструмент не сможет выполнить свое назначение.

Нагрузки, испытываемые инструментом, в процессе резания

вестной вязкостью, т. е. свойством, противоположным хрупкости, которая делает инструмент непригодным для резания металлов.

Стремление к большой производительности выдвигает необхо­ димость работать возможно большее время без затупления режу­ щего инструмента и его вынужденного перетачивания. Ввиду этого к инструментальным материалам предъявляется требование

износоустойчивости, т. е. противодействия истиранию поверх­ ностями обрабатываемого металла и стружкой.

Производимая при резании металлов работа, которую затра­ чивают на выполнение деформаций и преодоление трения, яв­ ляется причиной большого теплообразования. Известная часть

режущие свойства при высокой температуре, не терять при этом твердости и износоустойчивости.

В условиях высокой температуры появляется слипание поверх­ ностей режущего инструмента и стружки. Это явление называется адгезией. Для уменьшения отрицательного влияния адгезии нужно, чтобы материал'” ржущей части инструмента обладал возможно большим сопротивлением этому явлению.

Перечисленные физические и механические свойства инстру­ ментальных материалов становятся тем более необходимыми, чем тяжелее условия резания, т. е. чем больше поперечное сечение срезаемого слоя и чем с большей скоростью производится реза­ ние. Не все материалы, используемые для изготовления режущей части инструментов, в одинаковой степени обладают нужными свойствами. Этим собственно и предопределяется выбор мате­ риала для изготовления разных инструментов, так как в работе каждого из них наиболее важными являются одни или другие свойства.