книги из ГПНТБ / Кузнецов В.И. Машиностроительные материалы и технология их обработки

химическими свойствами. Усиленно ведутся работы по исследованию процессов нагрева электронным лучом и конструированию все более мощных электротермических установок, электротехнического и вакуумного оборудо­ вания, по сварке разнородных материалов электронным лучом (керамика и металлы). Габариты и вес сваривае­ мых этим методом деталей все более увеличивается.

Широкое распространение получила д и ф ф у з и о н ­ н а я с в а р к а в в а к у у м е .

Новые способы сварки, основанные на диффузионных процессах или на применении высококонцентрированных источников нагрева для локального оплавления свари­ ваемых кромок, позволяют осуществить так называемую прецизионную сварку — процесс получения сварной кон­ струкции с заданными расчетными размерами.

Это открывает неограниченные возможности для авто­ матизации сварочного производства, для создания совер­ шенного сварочного оборудования с программным управ­ лением. Сварная конструкция будущего представляется в виде совершенного, гармонического сочетания метал­ лических и неметаллических деталей законченных форм и размеров, свободных от внутренних напряжений, не нуждающихся ни в термической, ни в механической об­

работке.

Пайка. Большое количество деталей и узлов совре­ менных машин, приборов и (механизмов изготовляется методом паяния различными припоями. Изготовление де­ талей методом пайки обладает рядом существенных преи­ муществ, главными из которых являются: возможность изготовлять весьма сложные узлы и изделия из отдель­ ных, простых по форме и легких в изготовлении элемен­ тов; возможность соединять в одном изделии элементы из различных сплавов с различными требуемыми по услрвиям работы изделия физико-механическими свойст­

1G0

вами; сравнительная несложность, невысокая трудоем­ кость и малая стоимость технологического процесса.

Внастоящее время паяние завоевало прочное место

впроизводстве. Методом пайки теперь изготовляют не только отдельные детали, но и целые комплексные узлы, не только мельчайшие детали приборов, но и сложные из­ делия сравнительно больших размеров.

Паянием называется процесс соединения твердых ме­ таллических тел при помощи промежуточного металла или сплава в расплавленном состоянии с последующей его кристаллизацией.

Для того чтобы паяемый шов был заполнен припоем, необходимо прежде всего расплавить его. Но этого мало.

Если мы каким-либо образом нанесем расплавленный припой на поверхность холодного шва, то этот припой быстро закристаллизуется и никакой связи его с метал­ лом основы при этом не произойдет. Поэтому при пайке шов должен быть обязательно прогрет до температуры начала плавления припоя. Прогреву можно подвергнуть не весь подлежащий пайке узел, а лишь поверхность шва; однако ввиду того, что металлы, как правило, об­ ладают высокой теплопроводностью, осуществить такой местный нагрев обычно довольно трудно, а иногда, на­ пример, для массивных деталей из высокотеплопроводной меди вообще невозможно. Одновременно с прогре­ вом паяного шва обычно происходит и расплавление припоя.

После прогрева шва и расплавления припоя послед­ ний должен растечься по поверхности паяемого метал­ ла, а это возможно лишь в том случае, если расплав­ ленный припой хорошо смачивает поверхность твердого металла.

Одной из главнейших характеристик припоя, опреде­ ляющей как назначение, так и способ применения его,

является температура плавления. Наиболее рациональ­ но разделить все припои по этому признаку на два клас­ са: легкоплавкие, имеющие температуру плавления ни­ же 450°С, к которым относятся сплавы на оловянной, свинцовой, кадмиевой, висмутовой и цинковой основе, и тугоплавкие, имеющие температуру плавления выше 500°С, сплавы и на медной, серебряной, золотой, алюми­ ниевой, магниевой и никелевой основе.

Припои должны обладать следующими специфиче­ скими свойствами, без которых невозможно получение надежного соединения:

температура плавления припоя обязательно должна быть ниже температуры плавления паяемых металлов; расплавленный припой должен хорошо смачивать паяемый металл и легко растекаться по его поверх­

ности; в расплавленном состоянии припой должен обладать

высокой жидкотекучестью, необходимой для хорошего заполнения шва;

прочность и пластичность припоя должны быть до­ статочно высокими;

в паре с паяемыми металлами припой должен быть коррозийноустойчивым;

коэффициент термического расширения припоя не должен резко отличаться от коэффициента расширения металла основы;

припои, применяемые для паяния токопроводящих изделий, должны иметь высокую электропроводность;

металлы, входящие в состав припоя, не должны быть дефицитными и чрезмерно дорогими.

В результате практического отбора подобраны следу­ ющие группы сплавов, применяемых в качестве припоев:

свинцовооловянные сплавы, как в чистом виде, так и с присадкой сурьмы, кадмия, серебра и др.;

162

сплавы цинка с алюминием, оловом и медью; сплавы меди с цинком, оловом, никелем, марганцем,

фосфором и серебром; сплавы серебра с медью, цинком, оловом, кадмием,

марганцем, фосфором и никелем; сплавы алюминия с кремнием и медью и некоторые

другие.

В настоящее время производится пайка вольфрама, молибдена, тантала, титана, циркония и т. д.

Вольфрам паяется золотом, медью, хромоникелевы­ ми и меднозолотыми припоями, а также припоем, содер­ жащим золото, серебро и платину.

Очень важна тщательная очистка вольфрама перед пайкой. Для этой цели чаще всего применяется погру­ жение металла в раствор, состоящий из азотной и соля­ ной кислот, с ‘последующей промывкой в воде и спирте. Очищающей средой может также служить горячий кон­ центрированный раствор едкого натрия. После обработ­ ки в одной из указанных ванн процесс пайки ведется обычным путем.

Молибден паяется теми же припоями, что и вольф­ рам. Кроме того, для этой цели может применяться по­ рошковый припой, состоящий из кобальта и никеля, а также серебряный припой с добавкой небольшого коли­ чества фосфора.

Титан паяется чаще всего чистым серебром или се­ ребряными припоями.

Пайка циркония затруднительна из-за отсутствия подходящего флюса. Удовлетворительная пайка может быть осуществлена с помощью предварительного покры­ тия циркония другими металлами, в частности цинком, путем погружения металла в расплавленный хлористый цинк. Такое покрытие значительно улучшает качество пайки и делает ее менее сложной.

Соединение металлов со стеклом может быть легко осуществлено, если поверхность стекла будет покрыта слоем металла, осажденного гальваническим методом. Стеклянную поверхность покрывают обычно медью, для чего место пайки обрабатывают наждачной бумагой до появления матовой поверхности, а затем втирают тряп­ кой графит и осаждают медь электрохимическим ме­ тодом.

Кварцевую, фарфоровую и резиновую поверхности, подлежащие пайке, очищают от грязи, тщательно обез­ жиривают, промывают в воде и покрывают контактным методом слоем серебра, на который затем электролити­ чески наращивают слой меди из кислой медной ванны. После покрытия неметаллических деталей медью пайка

164

вновь покрыться окислами под действием кислорода, обычно содержащегося в кавитационных пузырьках.

Для возбуждения в припое ультразвуковых колеба­ ний при пайке или облуживании применяют магнитострикционные преобразователи, механически связанные с жалом паяльника или дном ванны (рис. 27).

Ультразвуком можно без флюса лудить и паять медь, алюминий и другие металлы.

Особенно важна ультразвуковая пайка для алюми­ ния. Как известно, алюмйний с большим трудом под­ дается пайке обычными методами, так как на воздухе он мгновенно покрывается окисной пленкой, которая препятствует смачиванию поверхности металла жидким припоем. Ультразвук дает возможность разрушить окисную пленку и сделать поверхность алюминия доступной для припоя. •

Основное достоинство ультразвуковой пайки состоит в том, что для этого процесса не требуется флюса, кото­ рый ухудшает электрические параметры полупроводни­ ковых приборов.

Метод ультразвуковой пайки погружением в ванну с припоем дает возможность ввести полуавтоматическое облуживание деталей полупроводниковых приборов.

Подготовленные кристаллодержатели устанавлива­ ют в специальные контейнеры, проходящие под ванной с припоем, контейнер опускается, кристаллодержатели по­ гружаются в припой на определенную глубину и облуживаются.

Механическая обработка резанием

Важной особенностью механической обработки в ма­ шиностроении является исключительно большое количе­ ство различных типов и видов выпускаемой продукции

165

и, следовательно, разнообразие методов механической обработки. Хотя в настоящее время появились более эко­ номичные способы обработки, пока еще механическая обработка остается превалирующей и проблемы комп­ лексной механизации и автоматизации механических цехов имеют первостепенное значение.

В настоящее время уровень механизации труда на основных операциях механической обработки весьма вы­ сок и достигает 95%.

Наиболее актуальна проблема автоматизации основ­ ных операций. В станочном парке механических цехов удельный вес автоматического и полуавтоматического оборудования не превышает 15%.

А в т о м а т и з а ц и я м е х а н и ч е с к о й о б р а б о т ­ ки — это создание автоматических линий, участков и цехов. Естественно, что создание автоматических линий легче осуществить на предприятиях массового или круп­ носерийного производства. Расширение масштабов про­ изводства и переход к массовому производству, макси­ мальное укрупнение размеров выпуска отдельных дета­ лей с целью повышения специализации производства — одно из важнейших условий повышения экономической эффективности автоматизации.

Практика отечественной промышленности свидетель­ ствует, что оснащение предприятий автоматическими ли­ ниями идет, во-первых, путем создания автоматических линий на специализированных станкостроительных за­ водах, во-вторых, за счет модернизации существующего оборудования и создания автоматических линий силами самих предприятий.

Значительное количество автоматических станков и линий создано силами самих предприятий путем пере­ оборудования наличного парка станков.

Многие предприятия машиностроения при заказе

166

Рис. 28. Способы обработки металлов резанием:

/ — т о ч е н и е ; 2 — ф р е з е р о в а н и е ; 3 — с в е р л е н и е ; 4 — с т р о г а н и е ; 5, 6 — ш л и ф о в а н и е ; 7 — п р о т я г и в а н и е .

новых станков предпочитают выбирать такие станки, ко­ торые легко было бы встроить в автоматические линии.

Р е з а н и е м называют технологический процесс об­ работки материалов путем снятия стружки различными режущими инструментами.

Основными способами механической обработки ме­

лов различными резцами, производимый на станках то­ карной группы. Точением изготовляют детали цилиндри­ ческой, конической и фасонной формы, получают тор­ цовые поверхности, различные отверстия, резьбу разно­ образных профилей.

Для обработки точением применяют разнообразные резцы из инструментальной стали, с пластинками из твердого сплава и минералокерамики.

Прогрессивные методы обработки точением связаны со специальными резцами, позволяющими работать с большими числами оборотов детали (скоростное реза­

обработки материалов, с помощью которой в сплошном материале получают отверстия. Режущим инструментом для сверления служит сверло, которое может иметь раз­ личную конструкцию. Для изготовления массовых дета­ лей с большим числом отверстий на машиностроитель­ ных заводах используются специальные агрегатно-свер­ лильные станки.

Ф р е з е р о в а н и е м называют вид механической об­ работки резанием, при которой многолезвийный инстру­ м ент-ф реза имеет вращательное движение, а обраба­ тываемая заготовка— поступательное. Фрезерование яв­ ляется одним из наиболее производительных видов об­

168

ботки, выполняемый резцами при возвратно-поступа­ тельном движении заготовки или самих резцов.

Высокопроизводительное строгание достигается с по­ мощью резцов, оснащенных твердыми сплавами, кото­ рые позволяют вести обработку на повышенных режи­ мах резания. Применяют также строгание с помощью многорезцовой державки, в которой можно закреплять сразу до четырех резцов, что обеспечивает резкое уве­ личение производительности труда.

Ш л и ф о в а н и е м называют вид механической об­ работки поверхностей заготовок абразивными материа­ лами. В большинстве случаев шлифование применяется для отделки и доводки, обеспечивающих высокую точ­ ность и чистоту обработанных поверхностей.

Наибольшее количество шлифовальных работ вы­ полняется на различных типах шлифовальных станков с использованием быстровращающегося абразивного крута.

Для шлифования используют естественные и искус­ ственные абразивные материалы. Искусственные абра­ зивы: электрокорунд, карборунд и карбид бора — при­

меняются наиболее широко. Из естественных абразивов

применяются наждак, корунд, алмаз и др.

Сцепление отдельных абразивных зерен при изготов­ лении шлифовальных кругов производится посредством различных связок: керамической, силикатной, магнези­ альной, вулканитовой и бакелитовой.

Кроме вида абразива и связки, шлифовальные круги характеризуются формой, размерами, зернистостью и твердостью,

169