Пайка металлов

Пайка металлов — это процесс соединения частей из­делия введением между ними расплавленного промежу­точного металла — припоя с температурой плавления более низкой, чем у соединяемых металлов. Припой в жидком виде заполняет зазор между соединяемыми по­верхностями под действием капиллярных сил, а затем кристаллизуется и прочно соединяется с основным метал­лом. Основной металл при пайке не плавится, а только подогревается.

Источниками теплоты при пайке являются электро­нагрев, индукционный нагрев, газовое пламя, паяльник. При пайке припой нагревается на 30—60"С выше темпе­ратуры его плавления, а основной металл изделия нагре­вается почти до температуры плавления припоя, чтобы обеспечить хорошую смачиваемость поверхностей припоя и капиллярность.

Капиллярность — совокупность явлений, обусловленных силами взаимодействия между жидкими и твердыми тела­ми на их общей границе, при которой припой засасывает­ся в очень малые объемы, зазоры под действием капилляр­ных сил. Паяные конструкции широко применяются в тех­нике при производстве всех систем летательных аппаратов, в электротехнике и других отраслях промышленности. Для пайки чаще всего применяются нахлесточные соединения. Достоинство пайки — практическое отсутствие коробления и равнопрочность изделий.

По ГОСТ 17325-79 различают два основных вида пайки:

1. высокотемпературную;

2. низкотемпературную.

При высокотемпературной пайке температура плавле­ния припоев выше 55О°С. а при низкотемпературной — ниже 550°С. В качестве высокотемпературных припоев используются медь, цинк, серебро, никель. В низкотем­пературных припоях основой являются свинец, олово, сурьма. Существует определенная маркировка припоев, например ПОС-is, ПОС-30, ПОС-40, где цифра указы­вает процентное содержание олова, а остальное — почти все свинец. Для легких сплавов припой группы ПОС не­приемлем, так как большое содержание свинца вызыва­ет сильную коррозию.

Все припои для высокотемпературной пайки можно разделить на медные, медно-цинковые, серебряные, медно-фтористыс. Температура плавления этих припоев от 720 до 980°С. Серебряные припои имеют температуру плавления 720—870°С в зависимости от марки. У медно-фтористых припоев температура до 980°С. При пайке мягкими припоями применяют флюсы: хлористый цинк, нашатырь, а когда от соединения требуется электропро­водность, в качестве флюса используют канифоль, иног­да даже в растворе анилинового спирта.

Тема 5. Основные понятия об обработке металлов резанием

    Технология изготовления подавляющего большинства деталей механизмов и машин включает операции механической обработки резанием. Заготовками для многих деталей являются прутки. Кроме того, заготовки получают путем отливки, ковки, штамповки и других процессов. В процессе обработки резанием с заготовки снимается часть металла, переходящая при этом в стружку; эта часть называется припуском или просто припуском. Общий припуск на обработку данной поверхности определяется как разность между размером до обработки и после обработки. В результате обработки резанием обеспечивается форма, размеры и чистота поверхности, заданные чертежом. 

Снятие стружки с заготовки осуществляется различными режущими инструментами. Закрепление режущих инструментов и обрабатываемых деталей, а также их движение и относительное перемещение производятся рабочими органами металлорежущих станков. Движения рабочих органов станков делятся на основные и вспомогательные. 

Основными движениями называют те движения при которых производится снятие стружки с заготовки. Вспомогательными движениями называют те, при которых снятие стружки не производится (отвод и подвод инструмента). Основное движение разделяется на главное движение и движение подачи. Снятие стружки осуществляется лишь при сочетании этих двух движений. На рисунке приведены различные способы обработки металлов резанием (стрелками указано направление главного движения и направление движения подачи. Как видно из фигуры, главное движение и движение подачи осуществляются инструментами и деталями в различных комбинациях. При точении заготовке сообщается главное движение, а инструментам (резцам) - движение подачи. Точение производится на станках токарной группы. При фрезеровании, наоборот, главное движение сообщается инструментам (фрезам), а движение подачи - заготовкам. 

Фрезерование осуществляется на станках фрезерной группы. При сверлении как главное движение, так и движение подачи обычно сообщаются инструменту (сверлу), однако в специальных станках это может не соблюдаться.

При строгании на продольно-строгальных станках главное движение сообщается заготовке, а движение подачи - инструменту (резцу). При строгании на поперечно-строгальных станках и обработке заготовок на долбежных станках главное движение сообщается инструменту (резцу), а движение подачи - заготовке. При шлифовании главное движение всегда осуществляется инструментом (шлифовальным кругом). При круглом шлифовании заготовка вращается, чем обеспечивается окружная подача. Однако круг в ряде случаев не может перекрыть сразу всей заготовки, поэтому оказывается необходимой еще и продольная подача (вдоль заготовки), которая осуществляется заготовкой или кругом. При плоском шлифовании продольная подача осуществляется чаще всего заготовкой, а поперечная подача - шлифовальным кругом или заготовкой. Заметим, что в рассмотренных основных видах обработки металлов резанием подача происходит непрерывно, за исключением подачи при строгании и поперечной подачи при плоском шлифовании, осуществляемых прерывисто. Скорость главного движения во много раз превышает скорость движения подачи. Способы обработки металлов резанием.

Рассмотрим основные характеристики режима резания при окачивании, являющемся одним из основных видов обработки резанием.

 

На рисунке приведена схема обтачивания вала резцом. Заготовке 1 от шпинделя станка передается главное движение, резцу 2 суппортом станка сообщается движение подачи; оба движения осуществляются непрерывно. Режим резания при точении характеризуют следующие величины:  Глубина резания - расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по перпендикуляру оси заготовки.  Подача - величина перемещения резца за один оборот обрабатываемой заготовки (измеряется в мм/об)  Ширина срезаемого слоя - расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания, в мм;  Толщина срезаемого слоя - расстояние, измеренное в направлении, перпендикулярном к ширине срезаемого слоя (в мм); Площадь номинального поперечного сечения стружки подсчитывается как произведение глубины резания на подачу или ширины на толщину  Скорость резания - это путь, проходимый в единицу времени точкой, лежащей на обрабатываемой поверхности, или точкой режущей кромки инструмента.

Понятие о штучном времени. Производительность труда находится в непосредственной зависимости от штучного времени, т. е. времени, затрачиваемого на обработку одной детали. Штучное время включает в себя: машинное (основное технологическое) время в мин, вспомогательное время в мин, время технического обслуживания рабочего места; время организационного обслуживания рабочего места, время на отдых и естественные надобности. Машинным временем называется время, затрачиваемое на процесс резания. Машинное время прямо пропорционально расчетной длине обрабатываемой поверхности и числу проходов и обратно пропорционально числу оборотов заготовки и подаче. Вспомогательное время включает время на установку, закрепление и снятие детали, время на управление станком и на контроль размеров деталей. Основы учения о резании металлов. Резание металлов, как и всяких других материалов, производится инструментом, режущая часть которого представляет клин. Металлы значительно прочнее многих других материалов (например, дерева), поэтому инструменты для обработки металлов должны иметь прочную режущую часть и должны быть надежно закреплены. Первым исследователем процессов резания и образования стружки был русский профессор И. А. Тиме, который опубликовал свои работы еще в 1870 г. В своих исследованиях И. А. Тиме установил номенклатуру стружек, усадку стружки, положение плоскости скалываний, распространение деформации срезаемого слоя, завивание стружки и направление ее схода. Профессор К. А. Зворыкин (в 1893 г.) составил схему сил, действующих на инструмент. Дальнейшим своим развитием учение о резании металлов обязано обстоятельным работам Я. Г. Усачева, который исследовал образование нароста при резании, температурные деформации и т. д., а также ряду других исследователей.

  Проходной резец для внешнего обтачивания.

Резец состоит из головки I и тела II. Тело резца служит для закрепления его в резцедержателе или в державке, причем резец опирается на подошву; головка затачивается таким образом, что образуются режущие элементы резца. Пересечением передней поверхности 1 и главной задней поверхности 2 образуется главная режущая кромка 3, а пересечением передней поверхности и вспомогательной задней поверхности 4 - вспомогательная режущая кромка 6. Главная и вспомогательная режущие кромки сходятся в точке 5, называемой вершиной резца. На рисунке ниже приведена схема образования стружки при резании. Прочно закрепленный и перемещаемый в направлении стрелки Б резец / (рис, а) передней поверхностью 2 сминает и скалывает частицы металла, лежащие выше плоскости В А, причем образующаяся стружка 3 состоит из отдельных элементов: а, б, в, г, д.

Схема образования стружки при обработке.

В начале образования стружки режущий инструмент режущей кромкой внедряется в металл заготовки около точки А; далее при своем движении инструмент передней поверхностью давит на верхний слой металла и отрывает его от основной массы металла заготовки (б); при этом образуется опережающая трещина. Под влиянием этого давления, а также сил сцепления между частицами отделяемого металла и основной массы его срезаемый слой припуска претерпевает сложную деформацию сжатия и изгиба. Когда создавшиеся в слое напряжения превзойдут прочность металла, происходит относительный сдвиг частиц (скалывание) и образуется элемент стружки а (показан пунктиром). Далее части припуска б, в, г и т. д. последовательно переходят в стружку. Сливная стружка (а) и стружка надлома (б). 

Плоскость, в которой происходит скалывание элементов, называется плоскостью скалывания, а угол, образован касательной к поверхности резания - углом скалывния. Величина угла скалывания колеблется для разных металлов в пределах 145—155°. Характер и величина деформации срезаемого металла заготовки при переходе его в стружку зависят от многих причин, в первую очередь свойств металла заготовки. При обработке пластичных металлов (медь и др.) будет образовываться сливная стружка - длинная лента, отдельные элементы которой не будут выражены явно (рис. а). При образовании сливной стружки происходит значительная (до 50%) усадка срезаемого металла. При обработке менее вязких металлов (например, твердой стали) образуется стружка скалывания (см. рассмотренный выше пример, рис.а). Усадка стружки скалывания меньше, чем сливной. При обработке хрупких металлов (например, чугуна) стружка отделяется разобщенными элементами. Такая стружка называется стружкой надлома б); она почти не имеет усадки.

Схема образования нароста.

В процессе резания режущие элементы резца внедряются в металл и непрерывно образуют новые поверхности (обработанная поверхность, поверхности стружки). Вследствие большого давления и высоких температур в месте контакта металла заготовки с металлом резца на резце образуется нарост из сильно деформированных частиц металла заготовки. При дальнейшем увеличении размеров нароста происходит его частичное разрушение и удаление со стружкой (со стороны передней поверхности резца) и заготовкой (со стороны задней поверхности резца). Количество последовательно образующихся наростов может доходить до 200 в одну секунду. Наростообразование зависит от вязкости обрабатываемого металла и от скорости резания. С увеличением скорости резания наростообразование уменьшается и исчезает полностью при скоростях свыше 50—70 м/мин. Для дальнейшего ознакомления с вопросами резания и с резцами необходимо уяснить понятия основной плоскости и плоскости резания.

Основная плоскость определяется направлениями продольной и поперечной подач.

Плоскость резания это плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку. В процессе резания на резец действует сила Р, которую можно разложить на три составляющие:

а) вертикальную составляющую, эта сила действует в плоскости резания направлена вертикально  б) осевую составляющую, эта сила действует на высоте режущей кромки плоскости, параллельной основной, и направлена в сторону, противоположную продольной подаче  в)радиальную (или перпендикулярную к оси заготовки) составляющую; эта сила действует в той же плоскости, что и сила, и направлена в сторону, противоположную поперечной подаче.  Усилия могут быть практически определены с помощью специальных динамометров.

Схема сил, действующих на резец.

Классификация металлорежущих станков

Металлорежущие станки классифицируются по группам в зависимости : от характера главного движения; от распределения функций главного движения и движения подачи между заготовками и инструментами; в) от вида применяемых инструментов.

Наиболее распространенными являются группы: токарных станков;  сверлильных и расточных станков; фрезерных станков; строгальных станков; шлифовальных станков.

Кроме перечисленных, существуют также группы зубо и резьбо обрабатывающих станков, протяжных, отрезных (пил), комбинированных и пр.

Внутри каждой группы станки подразделяются на подгруппы и типы в соответствии с конструктивными и технологическими особенностями, назначением, степенью специализации и т. п.

Более подробная классификация производится с учетом размеров станков (настольные, мелкие, средние, крупные и тяжелые), степени точности обработки (нормальные, повышенной точности, высокой точности), степени чистоты обработки (обдирочные, нормальные и отделочные), по скоростной характеристике (нормальные и быстроходные), по количеству шпинделей (одношпиндельные и многошпиндельные), по степени универсальности (универсальные — для выпол­нения различных операций при обработке деталей самых разнооб­разных типов, специализированные - для обработки деталей одного наименования, специальные - для обработки одной определенной детали) и т. д.