Лучевые методы обработки

 

Электроннолучевая обработка – основана на превращении кинетической энергии направленного пучка электронов в тепловую энергию. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволяет обрабатывать заготовку за счет нагрева, расплавления и испарения материала с локального участка.

Схема электроннолучевой обработки представлена на рис. 21.9.

Электронный луч образуется за счет эмиссии электронов с нагретого в вакууме катода. Он с помощью электростатических и электромагнитных линз фокусируется на заготовке.

При размерной обработке установка работает в импульсном режиме, что обеспечивает локальный нагрев заготовки.

Электроннолучевой метод эффективен при обработке отверстий диаметром 1…0,010 мм, при прорезании пазов, резке заготовок, изготовлении тонких пленок и сеток из фольги, изготовлении заготовок из труднообрабатываемых металлов и сплавов, керамики, кварца, полупроводникового материала.

 

Рис. 21.9. Схема установки для электроннолучевой сварки: 1 – катод электронной пушки; 2 – электрод; 3 – анод; 4 и 5 – отклоняющая магнитная система; 6 – заготовка

 

Лазерная обработка – основана на тепловом воздействии светового луча высокой энергии на поверхность заготовки. Источником светового излучения служит лазер – оптический квантовый генератор.

Энергия светового луча не велика 20…100 Дж, но она выделяется в миллионные доли секунды и сосредотачивается в луче диаметром 0,01 мм. Поэтому температура в зоне контакта 6000…8000 ⁰С.

Слой металла мгновенно расплавляется и испаряется. С помощью этого метода осуществляется прошивание отверстий, разрезание заготовки, прорезание пазов в заготовках из любых материалов (фольга из тантала, вольфрама, молибдена). Также с помощью этого метода можно осуществить контурную обработку по сложному периметру.

 

Плазменная обработка

 

Сущность обработки заключается в том, что плазму направляют на обрабатываемую поверхность.

Плазменная струя представляет собой направленный поток частично или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000…20000 ⁰С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов используют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.

С помощью этого метода прошиваются отверстия, вырезаются заготовки из листового материала, производится точение в заготовках из любых материалов.

При прошивании отверстий и разрезке головку устанавливают перпендикулярно к поверхности заготовки, при строгании и точении – углом 40…60 ⁰.

Лекция 17 изготовление деталей из композиционных порошковых материалов изготовление резиновых технических деталей

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОШКОВ

Порошковая металлургия — отрасль технологии, зани­мающаяся производством металлических порошков и деталей из них. Из металлического порошка или смеси порошков прессуют за­готовки, которые подвергают термической обработке—спеканию. Промышленность выпускает различные металлические порошки:

железный, медный, никелевый, хромовый, кобальтовый, вольфрамо­вый, молибденовый, титановый и др. Способы получения порошков условно разделяют на две основные группы: механические и физико-химические.

Наибольшее практическое применение имеют способы механиче­ского измельчения исходного сырья (стружки, обрезков, скрапа и т. д.). Измельчение проводят в механических мельницах. Размо­лом получают порошки из легированных сплавов строго заданного химического состава и из хрупких материалов, таких, как крем­ний, бериллий и др.

При применении механических способов исходный продукт из­мельчается без изменения химического состава. К недостаткам механического измельчения следует отнести высокую стоимость К физико-химическим способам получения порошков относят восстановление оксидов, осаждение металлического порошка из водного раствора соли и др. Получение порошка связано с измене­нием химического состава исходного сырья или его состояния в ре­зультате химического или физического (но не механического) воз­действия на исходный продукт. Физико-химические способы полу­чения порошков в целом более универсальны, чем механические. Возможность использования дешевого сырья (отходы производства в виде окалины, оксидов и т. д.) делает многие физико-химические способы экономичными. Порошки ряда тугоплавких металлов, а также порошки сплавов и соединений на их основе могут быть получены только физико-химическими способами.

Поведение металлических порошков при прессовании и спекании зависит от свойств порошков, которые, в свою очередь, определяются способами их получения. Металлические порошки характеризуются их химическим составом, а также физическими и технологическими свойствами. Химический состав порошков определяется содержанием основного металла или компонента и примесей. Физические свойства порошков определяются размером и формой частиц, микротвердостью, плотностью, состоянием кристаллической решетки. Технологические свойства характеризуются текучестью, прессуемостью и спекаемостью порошка.

Текучесть — способность порошка заполнять форму. Текучесть ухудшается с уменьшением размеров частиц порошка и повышением влажности. Текучесть оценивают количеством порошка, вытекаемого через отверстие диаметром 1,5—4 мм в секунду. Текучесть порошка имеет большое значение, особенно при автоматическом прессовании, где производительность пресса зависит от скорости заполнения формы. Низкая текучесть способствует также получе­нию неоднородных по плотности заготовок.

Прессуемость характеризуется способностью порошка уплот­няться под действием внешней нагрузки и прочностью сцепления частиц после прессования. Прессуемость порошка зависит от пла­стичности материала частиц, их размеров и формы и повышается с введением в его состав поверхностно-активных веществ.

Под спекаемостью понимают прочность сцепления частиц в ре­зультате термической обработки прессованных заготовок.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Порошковой металлургией получают различные конструк­ционные материалы для изготовления заготовок и готовых деталей. Большое применение находят композиционные материалы со спе­циальными физико-механическими и эксплуатационными свой­ствами.

Из антифрикционных металлокерамических материалов изготов­ляют подшипники скольжения для различных отраслей промыш­ленности. В антифрикционных материалах с пористостью 10—35 % металлическая основа является твердой составляющей, а поры, заполняемые маслом, графитом или пластмассой, выполняют роль мягкой составляющей. Пропитанные маслом пористые подшипники способны работать без дополнительного смазочного материала в те­чение нескольких месяцев, а подшипники со специальными «карма­нами» для запаса масла — в течение 2—3 лет.

Для пористых антифрикционных материалов используют железо-графитовые, железо-медно-графитовые, бронзографитовые, алюминиево-медно-графитовые и другие композиции. Процентный состав этих композиций зависит от эксплуатационных требований, предъ­являемых к конструкциям деталей,

Фрикционные композиционные материалы представляют собой сложные композиции на медной или железной основе. Коэффициент трения можно повысить добавкой асбеста, карбидов тугоплавких металлов и различных оксидов. Для уменьшения износа в компози­ции вводят графит или свинец. Фрикционные материалы обычно применяют в виде биметаллических элементов, состоящих из фрик­ционного слоя, спеченного под давлением с основой (лентой или диском). Коэффициент трения по чугуну для фрикционных материа­лов на железной основе 0,4—0,6. Они способны выдерживать тем­пературу в зоне трения до 500—600 °С. Применяют фрикционные материалы в тормозных узлах и узлах сцепления (в самолетострое­нии, автомобилестроении и т. д.).

Из высокопористых материалов изготовляют фильтры и другие детали. В зависимости от назначения фильтры выполняют из по­рошков коррозионно-стойкой стали, алюминия, титана, бронзы и других материалов с пористостью до 50 %. Металлические высоко­пористые материалы получают спеканием порошков без предвари­тельного прессования или прокаткой их между вращающимися валками при производстве пористых лент. В порошки добавляют ве­щества, выделяющие газы при спекании.

Металлокерамические твердые сплавы характеризуются высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью., Поэтому из них изготовляют режущий и буровой инструменты, их наносят на по­верхность быстроизнашивающихся деталей и т. п» Твердые сплавы изготовляют на основе порошков карбидов тугоплавких металлов. В качестве связующего материала применяют ко­бальт. Процентное соотношение /казанных материалов выбирают в зависимости от их назначения,

Порошковой металлургией изготовляют алмазно-металлические материалы, характеризующиеся высокими режущими свойствами. В качестве связующего для алмазных порошков применяют металли­ческие порошки (медные, никелевые и др.) или сплавы.

Из жаропрочных и жаростойких материалов изготовляют детали, работающие при высоких температурах. Эти материалы должны иметь высокую жаропрочность и стойкость против окисления.