Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Технология конструкционных материалов. В 2 частях. Ч.2. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1310 11 12 13 > Следующая >>>

изводится в нейтральной, восстановительной или защитной атмосфере в специальных печах или в вакууме, то можно обойтись без применения флюсов.

Пайка алюминия с применением ультразвука выполняется

специальным ультразвуковым паяльником, который присоединяется к высокочастотному генератору, вследствие чего в паяльнике подведенное высокочастотное магнитное поле преобразуется в механическую вибрацию паяльника.

Части, подлежащие соединению пайкой, нагреваются до температуры плавления припоя. Далее на них паяльником наносится оловянный припой. Вследствие вибрации паяльника высокой частоты

(20 000 Гц) происходит отрыв пленки

оксидов от поверхности, под-

лежащей пайке, которая в виде мелких кусочков всплывает на поверхность припоя; одновременно происходит облужение спаиваемых поверхностей, предохраняющее их от окисления. Далее производят пайку.

Контрольные вопросы и задания

1. В чём заключается сущность процесса сварки?

Какие существуют виды сварных соединений и швов?

Каким образом реализуются способы дуговой электросварки?

В чём состоит сущность электрической контактной сварки?

Какими способами осуществляются процессы сварки и на-

плавки плазменной струёй?

Какие особенности имеют способы газовой сварки?

В чём заключается сущность процессов сварки электронным

лучом и лазером?

Какими особенностями обладают технологии диффузионной

и холодной видов сварки?

В чём состоит сущность процессов сварки трением и взрывом?

10.

Какие особенности имеют способы ультразвуковой, тер-

митной и кузнечной сварки?

11.

Какие дефекты сварных соединений возникают в процессе

сварки?

12.

В чём заключается сущность процессов резки материалов?

13.

Какие особенности имеют процессы пайки материалов?

3. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Интенсивное развитие новых отраслей промышленности, особенно авиационной и ракетостроения, привело к необходимости использования материалов со специальными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, таких как твёрдые сплавы, высоколегированные и жаропрочные сплавы, полупроводниковые материалы, керамики и другие.

Обработка таких материалов обычными методами механической обработки или затруднительна, или вообще невозможна. Поэтому

для обработки труднообрабатываемых материалов и изготовления деталей сложной формы и высокой точности успешно применяются электрофизические и электрохимические методы обработки.

Электрофизические методы основаны на физических явлениях, возникающих при прохождении электрического тока, где его разряды расплавляют и испаряют материал. На этих явлениях основаны электротермические методы обработки, такие как: электроискровая,

электроимпульсная, электроконтактная и лучевая. Ультразвуковая обработка основана на механическом действии электрического тока.

Электрохимические методы обработки в большинстве своём основаны на законах анодного растворения материала в электролите (при электролизе). При прохождении электрического тока через электролит на поверхности заготовки-анода происходит химическая реакция, и поверхностный слой металла

превращается в химическое соединение. Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются механически, например, шлифованием.

Электрофизические и электрохимические методы обработки по сравнению с другими методами обладают рядом достоинств. Так, этими методами можно обрабатывать различные материалы, обладающие наиболее высокими физико-механическими свойствами, обработка которых другими методами невозможна или весьма затруд

нительна. Благодаря простоте кинематики формообразования этими методами можно вести обработку, которую невозможно осуществить другими способами (глухие фасонные отверстия, полости сложной формы, отверстия с криволинейной осью, отверстия порядка десятых и сотых долей миллиметра).

Данные методы обеспечивают возможность отображения (копирования) формы инструмента сразу по всей обрабатываемой поверхности заготовки при простом поступательном перемещении инструмента. При обработке этим методами практически нет силового воздействия на заготовку. Обработку этими методами легко автоматизировать.

Однако имеются факторы, ограничивающие применение электрофизических и электрохимических методов обработки. При меха

нической обработке обычных конструкционных материалов в большинстве случаев производительность и точность оказываются более высокими, а шероховатость поверхности меньшей. Поэтому электрофизические и электрохимические методы используются преимущественно при обработке труднообрабатываемых материалов и сложных по профилю деталей.

Тем не менее, данные методы обработки оказывают прогрессивное влияние на развитие ряда

отраслей промышленности (производство штампов, пресс-форм, турбинных лопаток, электронной аппаратуры и других). Они открывают новые возможности в создании надёжных и долговечных машин и аппаратов и в ряде случаев являются единственно возможными методами решения сложных технологических задач.

3.2. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Электроэрозионные методы обработки используют явление

эрозии – разрушения электродов (заготовки и инструмента) при пропускании между ними импульсов электрического тока. Электродзаготовку (Э-З) и электрод-инструмент (Э-И) помещают в диэлектрическую жидкость и подключают к источнику тока (генератору импульсов – ГИ). При сближении электродов на расстояние от 10 до 50 мкм между ними возникает

электрический разряд и образуется канал проводимости (рис. 3.1, а), в котором от катода – инструмента к аноду– заготовке движется поток электронов (прямая полярность) (рис. 3.1, б).

Температура электрического разряда достигает (10000…12000) ºС, что вызывает оплавление и частичное испарение части материала заготовки из места контакта. Процесс напоминает явление микровзрыва, за счет чего оплавившиеся частицы

металла заготовки выбрасываются в диэлектрическую жидкость (масло, керосин) и превращаются в ней в микрошарики (шлам) размером от 0,01 до 0,005 мкм

(рис. 3.1, в). В результате на поверхности анода-заготовки образуется

лунка (сферическое углубление) и т. д. Совокупность лунок на обра-

—

ботанной поверхности и их размер (ширина и глубина) формируют шероховатость поверхности.

Э-И

–

Э-И

–

ГИ

–

Э-З

а б в г

Рис. 3.1. Схема процесса электроэрозионной обработки:

а – канал проводимости; б – движение потока электронов; в – удаление материала

с поверхности заготовки; г – обработанная поверхность

Непрерывность процесса обеспечивается за счет подачи элек-

трода–инструмента на необработанные участки электрода–заготовки. Постоянство межэлектродного зазора обеспечивается автоматически следящими системами. Инструменты–электроды изготавливают из меди, латуни, медно-графитовых и других материалов.

На обработанной поверхности, вследствие протекающих реак-

ций, присутствуют следующие явления:

– вследствие мгновенного нагрева до температуры плавления

и резкого

охлаждения в металле возникают температурные напряже-

ния, приводящие к образованию микротрещин;

– из-за возможного поглощения углерода из окружающей среды в поверхностном слое происходят структурные изменения, а с учетом быстрого охлаждения повышается твердость поверхностного слоя;

– в зоне оплавления (под действием высоких температур) материал заготовки вступает в химическую реакцию с

материалом электрода–инструмента и диэлектрической жидкостью, что приводит к изменению химического состава поверхностного слоя заготовки.

При малой длительности импульсов (5…200 мкс) для обработки применяют прямую полярность. При большой длительности импульсов от 2·10

до 2·105 мкс потоки ионов вызывают интенсивную эрозию

катода–инструмента. В этом случае обработку ведут при обратной полярности: Э-И – анод, Э-З – катод.

Электроискровая и электроимпульсная обработка основаны

на явлении электроэрозии – разрушении поверхности металла под действием электрического импульсного разряда.

При электроискровой обработке используют прямую поляр-

ность тока. Продолжительность импульсов от 20 до 200 мкс. Обработка ведётся при напряжении от 30 до 220 В и силе тока от 10 до 100 А. В результате получаются поверхности с высокой точностью и чистотой. Однако процесс низко производительный и требует большого расхода электроэнергии. Величина энергии импульсов регулируется подбором ёмкости конденсаторов. В

зависимости от количества энергии, расходуемой в импульсе, режимы электроискровой обработки делят на предварительную обработку, в которой выделяются жёсткий и средний режимы; отделочную обработку, в которой выделяют мягкий и особо мягкий режимы.

При электроискровой обработке обрабатываемая деталь 3 помещается в ванне 4 с диэлектриком (керосин или масло) (рис. 3.2). Медный или латунный инструмент 2 имеет в сечении форму изготавливаемой детали и является катодом, а деталь 3 анодом. При сближении катода и анода до величины зазора Δ в момент зарядки конденсатора

С происходит пробой диэлектрического промежутка.

Рис. 3.2. Схема электроискровой обработки:

1 – электродвигатель; 2 – инструмент-катод; 3 – деталь-анод; 4 – ванна

Конденсатор разряжается и между инструментом и поверхностью детали происходит импульсный разряд. Разряды следуют с час-

тотой до нескольких тысяч в секунду. Для непрерывности процесса электрод подается электродвигателем 1 и обеспечивает постоянный зазор Δ. В результате процесса эрозии в детали (твёрдом сплаве) получается отверстие или полость по форме электрода.

Станки для прошивки отверстий имеют следующий принцип работы (рис. 3.3). На основании 8 установлена ванна 5 с диэлектриче

ской жидкостью, в которой находится установленная на приспособлении 7 обрабатываемая заготовка 6. От зажима генератора импульсов 1 постоянный ток идет к катоду (инструменту) 4, через зазор δ – к аноду (заготовке) 6 и возвращается к другому зажиму генератора 1.

а б в

Рис. 3.3. Электроискровая обработка:

а – прошивка отверстий; б и в – схемы прошивки фасонной полости;

1 − генератор импульсов; 2 − соленоидный регулятор; 3 − сопротивление;

4 − инструмент (катод); 5 − ванна; 6 − обрабатываемая заготовка (анод);

7 − приспособление; 8 − основание

Сопротивление R предназначено для регулирования силы тока и напряжения цепи, которые контролируются амперметром А и вольтметром V. Для образования одного за другим импульсных разрядов большой силы в электрическую цепь параллельно заготовке 6 и электроду-инструменту 4 включена конденсаторная батарея К. Как только электрод-инструмент приблизится к заготовке на величину пробивного зазора δ, возникает электрический разряд, на который затрачивает-

ся вся энергия, накопленная в батарее конденсаторов. Чтобы заново зарядить конденсаторы, ток надо прервать, то есть разомкнуть цепь.

Для этого, а также того, чтобы электрод-инструмент переместился на новый необработанный участок заготовки, электродуинструменту сообщают перемещение (подачу – S), с помощью соле- ноидного регулятора 2. Он обеспечивает автоматическое опускание инструмента, форма

которого соответствует форме обработанной по-

верхности.

Электроискровую обработку применяют для отделки практически всех токопроводящих материалов, но эффект эрозии при одинаковых параметрах электрических импульсов различен и зависит от электроэрозионной обрабатываемости (зависимость интенсивности эрозии от свойств материалов). Если принять электроэрозионную обрабатываемость стали за единицу, то для других материалов она

будет иметь следующие относительные величины: твёрдые сплавы – 0,5; латунь – 1,6; никель – 0,8; алюминий – 4; медь – 1,1; магний – 6.

Точность и шероховатость поверхности зависят от электрического режима обработки. Шероховатость составляет: при черновом точении – R

= 20 мкм; при чистовом – Rа от 1,6 до 0,63 мкм.

Электроискровым методом целесообразно обрабатывать твёрдые сплавы, труднообрабатываемые металлы и сплавы, титан, молибден и другие материалы. Электроискровую обработку применяют для получения отверстия любой формы поперечного сечения, в том числе глухих отверстий и полостей, фасонных отверстий и полостей по способу трепанации, отверстий с криволинейными осями. Также данный вид обработки применяют для вырезания заготовки из листа, разрезки заготовки и клеймения детали.

Кроме того, электроискровая обработка используется при изготовлении деталей, штампов и пресс-форм, фильер, режущего инструмента, деталей топливной аппаратуры, двигателей внутреннего сгорания, сеток, сит. Также данный вид обработки применяется для упрочнения поверхностного слоя материалов

деталей машин, пресс-

форм, режущего инструмента.

При электроимпульсной обработке используются электриче-

ские импульсы большой длительности от 2·10

до 2·105 мкс, создавае-

мые специальными генераторами: машинными при черновой обработке и ламповыми или транзисторными при чистовой, что обеспечивает высокую производительность процесса обработки. Применение генераторов и графитовых электродов, а также обработка на обратной полярности позволяют уменьшить разрушение электродов.

Здесь инструмент является анодом, а деталь катодом. Электродинструмент изготавливают из меди, алюминия и сплавов на его основе, чугуна, но наилучшими являются углеродографитовые электроды. Используется низкое напряжение (от 25 до 30 В) и большая сила тока (от 50 до 500 А) и низкая частота импульсов (от 400 до 800 имп/с) большой мощности. Температура рабочей

зоны достигает (4000…5000) ºС, что значительно ниже, чем при электроискровой обработке, поэтому и инструмент срабатывается меньше.

Съём металла с заготовки составляет до 1500 мм

/мин, но обра-

ботанные поверхности имеют невысокую чистоту (от 3 до 4 классов). Низкочастотная обработка обеспечивает шероховатость до R а высокочастотная – от R

= 20 мкм до Rz = 1,25 мкм.

= 40 мкм,

Принцип электроимпульсной обработки заключается в последовательном возбуждении разрядов между инструментом 5 и заготовкой 8, которая на специальном приспособлении 7 установлена в ванне с диэлектрической жидкостью 6 (рис. 3.4). От приводного электродвигателя 1 движение передается генератору импульсов 2, который дает импульсы только одного напряжения (униполярные). Между анодом-инструментом

5 и катодом-заготовкой 8 возникают электрические разряды. Колебательные движения инструменту в направлении подачи S сообщает регулятор подачи 4. Для регулирования силы тока в цепь включено сопротивление 3.

Электроимпульсную обработку целесообразно применять при предварительной обработке штампов, пресс-форм, турбинных лопаток, твердосплавных деталей, фасонных отверстий в деталях из кор

розионностойких и закаленных высоколегированных сталей, а также жаропрочных сплавов. Например, колесо турбины подвергают электроимпульсной обработке, поскольку его изготовление на металлорежущих станках чрезвычайно сложно.

Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве

заготовки в месте контакта с электродом-инструментом и удалении размягченного или даже расплавленного металла из зоны обработки механическим способом: относительным движением заготовки и инструмента.

Удаление металла с заготовки 2 осуществляется в воздушной среде вращающимся инструментом – диском-электродом 1 (рис. 3.5). Диск и обрабатываемая заготовка включаются в электрическую

сеть переменного тока, получающую питание от понижающего трансформатора 3. Заготовка прижимается к диску с давлением от 2·10 до 5·10

Па, при вращении которого происходит периодический раз-

рыв контактов. Это возбуждает электродуговые разряды, под дейст-

–

6 7

вием которых и разрушается материал заготовки. Тепло, возникающее из-за прохождения через место контакта электрического тока, нагревает, размягчает и плавит материал заготовки, который выбрасывается вращающимся диском в виде снопа искр.

Рис. 3.4. Схемы установки для электроимпульсной обработки:

1 − двигатель; 2 − генератор импульсов; 3 − сопротивление;

4 − регулятор подачи; 5 − инструмент; 6 − диэлектрическая жидкость;

7 − приспособления; 8 − заготовка

Итак, при электроконтактной обработке имеют место процессы плавления металла вследствие превращения электрической энергии в тепловую в месте с повышенным электрическим сопротивлением (джоулево тепло), а также в результате эрозии, протекающей при периодическом разрыве контактов между неровностями инструмента и заготовки и возникающих при этом электрических разрядов.

Для того чтобы не допустить электрода-инструмента, скорость его вращения выбирают от 30 до 40 м/с, что даёт ничтожно малую длительность контакта электрода-инструмента и электрода-заготовки. Инструмент изготавливается

сильного разогрева и плавления

из стали, меди, латуни. Процесс ведётся при напряжении до 40 В и силе тока до 25 000 А, а съём металла достигает до 200 000 мм

/мин.

Рис. 3.5. Схема электроконтактной обработки:

1 – инструмент; 2 – заготовка; 3 – трансформатор

Рассматриваемый метод не обеспечивает высокой точности и шероховатости поверхности (от R связи данный метод применяется для грубой обработки крупногабаритных деталей из трудно обрабатываемых материалов и может быть

= 80 мкм до Rz = 20 мкм). В этой

использован в сочетании с обычными методами механической обработки (точение, фрезерование) для ускорения процесса резания.

Кроме того, этим методом осуществляется резка металлических и металлокерамических заготовок любой твёрдости, удаление оксидных

плёнок, окалины, электроконтактное шлифование, заточка инструмента, очистка отливок от заливов, отрезка литниковых систем и прибылей, зачистка проката из специальных сплавов, черновое шлифование корпусных деталей машин из труднообрабатываемых сплавов, шлифование и одновременная закалка деталей из углеродистых сталей.

Ультразвуковая обработка материалов, являющаяся разно-

видностью механической обработки, основана на разрушении материала обрабатываемой зоны, которая находится под воздействием упругих колебаний с частотой от 16 до 30 кГц (ультразвук). При этом на обрабатываемую зону (или на всю заготовку) воздействуют удары взвешенных в жидкости (воде, масле) зёрен абразивного инструмента, получающих большие скорости от вибратора, который

колеблется с ультразвуковой частотой. Источником энергии служат ультразвуковые генераторы тока с частотой от 16 до 30 кГц.

100

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1310 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]