2.Разделительные процессы. Резка .

Параметры технологического процесса резания

К основным параметрам режима резания относятся скорость главного движения резания, скорость подачи и глубина резания. Скорость главного движения резания и (или ско­рость резания) определяется максимальной линейной скоростью главного движения режущей кромки инструмента. Эта скорость выражается в м/с.

Если главное движение резания вращательное, как при точении, сверлении, фрезеровании и шлифовании, то скорость резания бу­дет определяться линейной скоростью главного движения наиболее удаленной от оси вращения точки режущей кромки — макси­мальной линейной скоростью главного движения (см. рис. 37.4): о = соD/2, где D — максимальный диаметр обрабатываемой поверхно­сти заготовки, определяющий положение наиболее удаленной от оси вращения точки режущей кромки, м; со — угловая скорость, рад/с.

Выразив угловую скорость со через частоту вращения шпинделя станка п, получим: о = nnD.

При строгании и протягивании скорость резания v определяется скоростью перемещения строгального резца и протяжки в процессе резания относительно заготовки.

При хонинговании и суперфинишировании скорость резания определяется с учетом осевого перемещения инструмента.

Скорость резания оказывает наибольшее влияние на произво­дительность процесса, стойкость инструмента и качество обрабо­танной поверхности.

3. термомеханические методы сварки.

Термомеханический

Контактная

Диффузионная

Трением

Индукционнопрессовая

Газопрессовая

Дугопрессовая

Шлакопрессовая

термокомпрессионная

Печная

Билет 13

1. Типовая технология изготовления изделий методами порошко­вой металлургии предусматривает следующие этапы:

получение порошков элементов и других материалов;

формование (прессованием или прокаткой) заготовки из по­рошка (с использованием связки или без нее);

спекание заготовки;

дополнительная обработка (механическая, пропитка и др.) спеченных изделий.

Разновидности технологий порошковой металлургии позволяют изготавливать материалы и изделия таких составов, структуры и свойств, которые нельзя или трудно получить другими методами (литьем, обработкой давлением, термообработкой). Примером служат методы производства вольфрама, псевдосплавов (W—Си, W—Ag), твердых сплавов на основе карбидов, пористых подшипников, фильт­ров, сплавов быстрой кристаллизации на основе алюминия, титана, никеля. С применением порошковой металлургии появилась воз­можность более экономного использования материалов и повыше­ния точности размеров широкой номенклатуры изделий (детали автомобилей, калибры, диски газовых турбин и др.). Так, потери материала при изготовлении деталей машин методами порошковой металлургии не превышают 7—10%, в то время как при использова­нии традиционных методов они могут достигать 60%. Также можно получать металлические порошки и химические соединения, непос­редственно (без спекания) используемые в производстве: краски, пиротехнические и взрывчатые смеси, катализаторы и др.

2.термомеханические условия горячей ОМД

При разработке технологического процесса объемной штампов­ки отправным пунктом является проектирование чертежа поковки, который составляют на основании чертежа детали. От правильной разработки чертежа поковки зависит сложность, а иногда и воз­можность ее изготовления. Принята такая последовательность:

выбор плоскости разъема;

назначение припусков, допусков и напусков;

определение штамповочных уклонов;

определение радиусов закругления; в поковках с отверстиями конструируют наметку под прошив­ку;

конструирование штампов с учетом расположения волокон в поковке, приемов и удобств штамповки, расположения баз после­дующей механической обработки и т. д.

Поверхностью разъема называется поверхность, по которой штам­пы соприкасаются между собой. При открытой штамповке поверх­ность разъема выбирают в виде плоскости или сочетания плоско­стей так, чтобы поковка свободно вынималась из штампа. Жела­тельно, чтобы плоскость разъема совпадала с двумя наибольшими габаритными размерами детали. Тогда третий наименьший габарит­ный размер будет высотой детали. При этом полость штампа будет иметь наименьшую глубину и наибольшую ширину и длину, что обеспечивает его прочность, легкость изготовления и легкий выем поковки. Для возможности контроля сдвига между верхним и ниж­ним штампами необходимо, чтобы плоскость разъема пересекала вертикальную поверхность поковки.

Установление припусков, допусков и напусков необходимо, так как штамповкой нельзя получить абсолютно точные поковки. При­пуски включают дефектный слой металла, вмятины от окалины, искривление поковки, обезуглероженный слой и т. д. Этот дефект­ный слой удаляется при механической обработке. Допуски учитывают недоштамповку поковки по высоте, износ ручья штампов, возможный сдвиг штампов и другие факторы. Припуски и допуски при объемной штамповке назначают по ГОСТу. Величины их зависят от габаритов и массы поковки, от вида оборудования, требуемой шероховатости поверхности.. Штамповочные уклоны необходимы для облегчения заполнения полости штампа металлом и извлечения из нее поковки. Штампо­вочные уклоны устанавливаются сверх припуска и назначаются на все вертикальные поверхности поковки, перпендикулярные плос­кости разъема. Различают наружные и внутренние штамповочные уклоны. Наружные штамповочные уклоны в большинстве случаев составляют 5—7°, внутренние 7—10°. Их величина зависит от отно­шения глубины полости к ее ширине, материала поковки, смазки штампов, наличия выталкивателей и других факторов.

Все пересекающиеся поверхности поковки сопрягаются по ра­диусам, которые необходимы для лучшего заполнения полости штам­па и предохранения его от преждевременной поломки, уменьшения концентрация напряжений в штампе.

Определив все размеры спроектированной поковки с учетом температурной усадки, получают чертеж горячей поковки, по ко­торому изготовляется полость штампа. Чертеж поковки при штам­повке в закрытых штампах составляется по тем же принципам, но имеются некоторые особенности. Плоскость разъема обычно вы­бирают по верхней или нижней торцевой поверхности детали в той части, которая имеет наибольшую площадь поперечного сече­ния и вертикальные прилегающие к ней стенки. При штамповке на молоте более целесообразно выбирать нижнюю торцевую поверхность, с тем чтобы поковка оставалась на выступе нижнего штампа и ее легко можно было удалить после штампов­ки. Штамповочные уклоны целесообразно выбирать несколько уменьшенными по сравнению с обычной штамповкой. Наружные радиусы закруглений выбирают в зависимости от глубины прилегаю­щей полости, но не менее 1,5 мм; внутренние обычно в 2,5—3 раза больше, чем наружные.

При штамповке в разъемных матрицах наличие двух плоскостей разъема позволяет не предусматривать напусков там, где потребова­лось бы делать их в штампах с одной плоскостью разъема. Штампо­вочные уклоны назначают значительно меньше (0,5—1,5°) или со­всем не предусматривают.

3. электронно-лучевая сварка.

Электронно-лучевая сварка основана на использовании элект­ронно-лучевого нагрева .

Движение электронов в сварочной установке происходит в глу­боком вакууме. Поэтому установка включает в себя герметичную камеру с системой откачивающих насосов.

Узкий шов, незначительные деформации, малые размеры зоны термического влияния, хорошая защита металла от взаимодействия с газами, экономичность и возможность автоматизации способство­вали быстрому прогрессу электронно-лучевой сварки.

Несмотря на необходимость использования сложных, дорогос­тоящих установок, электронно-лучевая сварка может быть более экономична, чем, например, сварка в камерах с защитной атмосфе­рой, где приходится применять дорогостоящие защитные газы и расходовать больше электроэнергии. Для сварки крупногабаритных конструкций были созданы установки с местным вакуумированием или выводом луча в атмосферу.

Наиболее рационально применение электронно-лучевой сварки в промышленности в следующих случаях.

Сварка изделий из тугоплавких агрессивных металлов.

Сварка с минимальными деформациями и зоной термическо­го влияния.

Сварка в труднодоступных местах, узких щелях.

Соединение разнородных металлов. Меньшая величина сва­рочных напряжений при электронно-лучевой сварке благоприятно сказывается на уменьшении склонности к образованию трещин при сварке разнородных металлов.

Сварка деталей малых толщин. Возможность тонкого регули­рования мощности и диаметра электронного луча, небольшое дав­ление его на сварочную ванну позволяют соединять детали толщи­ной в десятые и сотые доли миллиметра, что широко используется при изготовлении изделий электронной техники.

Сварка в космосе. Вакуум космического пространства может быть в перспективе использован для автоматической и ручной элек­тронно-лучевой сварки отдельных деталей, узлов, при сборке кос­мических платформ и различных ремонтных работах.

Недостатки электронно-лучевой сварки, которые следует учи­тывать при назначении этого метода для сварки конструкции и про­ектировании самих узлов, заключаются в необходимости, как пра­вило, использования камер, ограничивающих размеры свариваемых деталей; наличие рентгеновского излучения, которое должно погло­щаться стенками камеры, и требует периодического контроля; слож­ность и высокая стоимость оборудования.

Билет 14

1.Литье в оболочковые формы — это способ получения отливок свободной заливкой расплава в оболочковые формы из термореак­тивных смесей.Оболочковые формы отличаются высоким комплексом технологи­ческих свойств: достаточной прочностью, газопроницаемостью, по­датливостью, негигроскопичностью. По сравнению с отливками, по­лученными в песчаных формах, детали, отлитые в оболочковые фор­мы, имеют в 1,5 раза меньший припуск на механическую обработку.Оболочковые формы изготавливают из формовочных песчано- смоляных смесей с термопластичными или термореактивными свя­зующими смолами. Если смола в смеси находится в порошкообраз­ном состоянии, то такую формовочную смесь называют неплакиро- ванной, а если зерна песка покрыты сплошной тонкой пленкой смолы, то смесь будет плакированной. Формовочная смесь содер­жит наполнитель — мелкозернистый кварцевый песок — 100%: связующее — пульвербакелит (фенолформальдегидная смола с до­бавками уротропина) — 6—7%; увлажнитель (керосин, глице­рин) — 0,2—0,5%; растворитель (ацетон, этиловый спирт) — до 1,5%.Размягчение введенной в смесь смолы происходит при 70—80°С, а при 100—120°С она уже плавится, покрывая поверхность зерен песка тонкой клейкой пленкой. Последующий нагрев смолы до 200—250°С вызывает ее необратимое затвердевание и, как следствие, существенное повышение прочности и жесткости оболочковой фор­мы. Оболочковые формы получают с помощью нагретых металли­ческих моделей, изготавливаемых из серого чугуна, стали и алюми­ниевых сплавов. Каждая форма состоит из двух соединенных (пу­тем склеивания пульвербакелитом и жидким клеем или с помощью скоб, струбцин) оболочковых полуформ. Толщины оболочек для мелких и среднего размера отливок колеблются соответственно в пределах 8—10 мм и 12—15 мм. Технология изготовления оболочек включает в себя следующие операции.

Нагрев модельной оснастки до 200—250°С.

Нанесение на рабочую поверхность модельной оснастки (пуль­веризатором) разделительного состава — быстро затвердевающей силиконовой жидкости, образующей при этом разделительную плен­ку, которая предотвращает прилипание к оснастке формовочной смеси и тем самым упрощает последующее отделение оболочки от модели.Нанесение песчано-смоляной смеси на модельную оснастку одним из следующих способов: путем свободной засыпки из пово­ротного или стационарного бункера, пескодувным методом, путем свободной засыпки с допрессовкой. Указанные способы изготовле­ния оболочковых форм различаются, по существу, лишь приемами нанесения песчано-смоляной смеси на модельную оснастку.Формирование и отверждение оболочки необходимой толщи­ны. Широко применяется насыпной (бункерный) способ формооб­разования оболочки, основанный на использовании поворотного бункера, для свободной засыпки формовочной смесью модели вме­сте с модельной плитой (рис. 20.1). Бункер наполняют песчано- смоляной смесью. Нагретая и обработанная разделительным соста­вом модельная плита с моделью закрепляется на приемной рамке поворотного бункера (рис. 20.1, а). Засыпка модели и модельной плиты смесью осуществляется поворотом бункера на 180° (рис. 20.1, б). Для формирования оболочки толщиной 5—15 мм плиту выдерживают под смесью в течение 15—20 с. При этом смола быстро плавится и затвердевает, образуя полутвердую оболочку. Затем бункер возвра­щают в исходное положение (рис. 20.1, в). С него снимают модель­ную плиту с налипшей оболочкой и помещают ее в печь для доот- верждения оболочки (режим окончательного отверждения смолы — 300—350°С, 1-3 мин).

Преимущества способа литья в оболочковые формы: возможность получения тонкостенных отливок сложной формы; гладкая и чистая поверхность отливок; небольшой расход смеси; качественная струк­тура металла за счет повышенной газопроницаемости форм; широ­кая возможность автоматизации; небольшие допуски на обработку резанием. Недостатки: ограниченный размер отливок (до 1500 мм); высокая стоимость смесей; выделение вредных паров и газов из смесей при изготовлении форм.

2??????????

3. сварка взрывом

Взрывчатое вещество (ВВ) обычно укладывают равномерным слоем непосредственно на деталь , иногда для некоторого смягчения удара между зарядом и деталью помещается прокладка из резины или пластинка . Образование соединения проис­ходит в результате соударения верхней (метаемой) пластины с ниж­ней. Ударной волной взрыва осуществляется и необходимая для сварки очистка от загрязнений свариваемых поверхностей.

Более подробно процесс сварки взрывом и некоторые его зако­номерности можно представить следующим образом. После иници­ирования детонатором взрыва заряда ВВ с огромной скоростью по заряду распространяется плоская детонационная волна. Позади дви­жущейся плоской детонационной волны остаются продукты взры­ва, давление в их объеме составляет 10—20 ГПа. За счет этого давле­ния части верхней детали, расположенной в зоне действия продук­тов взрыва, сообщается ускорение в направлении к неподвижной детали. Силовое воздействие на участки верхней пластины проис­ходит последовательно по мере перемещения фронта детонации, и в любой промежуточный момент времени установившегося процес­са сварки положение свариваемых деталей будет таким, как показа­но на рис. 31.2, б. Та часть верхней пластины, где детонация ВВ еще не произошла, находится в исходном положении параллельно ниж­ней, а где прошел фронт детонации, пластины будут уже сварены (участок между точками А и В). В итоге верхняя пластина получит в процессе сварки двойной изгиб, причем точка В непрерывно и с большой скоростью переместится вправо. При параллельном поло­жении пластин до сварки скорость перемещения точки В (v_c) равна скорости детонации (у_д).

При соударении свариваемых пластин в металле возникает упру­гая ударная волна, а затем, если величина давления достаточна и превышает некоторое критическое значение, — пластическая. Под влиянием последней увеличивается число дислокаций и, следователь­но, число активных центров, что активизирует процесс взаимодей­ствия между свариваемыми поверхностями. Именно дислокацион­ный механизм взаимодействия наиболее часто встречается при объяс­нении сущности образования соединения при сварке взрывом. Удаление оксидов происходит под воздействием кумулятивной (направленной) воздушной струи, которая образуется при сближе­нии с огромной скоростью свариваемых деталей. Скорость самой струи достигает 6000—7000 м/с, поэтому она оказывает большое дав­ление на металл.

Как показывает практика, поверхность лучше очищается при сварке деталей, предварительно наклоненных на некоторый угол а (рис. 31.2, в).

Обычно детали располагают друг относительно друга под углом а = 2—15° и с первоначальным зазором /;₀ = 2—3 мм. Однако воз­можна сварка взрывом деталей и без зазора (рис. 31.2, г). В таком случае детали свариваются, очевидно, вследствие некоторого отно­сительного сдвига, а также зазора, который образуется под неиз­бежной деформацией нижней пластины и основания, на котором она находится.

Благодаря энергии взрыва происходит сварка практически по неограниченной поверхности. Таким образом получают биметалли­ческие материалы.

Кроме плоских деталей, с помощью сварки взрывом сваривают детали и более сложной формы (например, заготовки биметалличес­ких переходников для бесфланцевого соединения трубопроводов из разнородных металлов), различные теплообменники, в массивные плиты которых приходится вваривать большое число тонкостенных трубок, облицовывают цилиндрические детали. Сварка плавлением из-за существенной разницы толщин свариваемых деталей достаточ­но трудна, поэтому сварка взрывом для подобных конструкций явля­ется одной из наиболее рациональных. Кроме того, эта сварка при­меняется для некоторых композиционных материалов.

В последнее время сварка взрывом (так же, как и холодная) при­меняется в сочетании со штамповкой. Производя штамповку взры­вом многослойных деталей, в ряде случаев осуществляют одновре­менно и сварку по поверхности их контакта.

Билет 15

1.ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ

Литейные свойства сплавов характеризуют возможность получения качественных отливок. Важнейшими из них являются жидкотекучесть, усадка и ликвация.

Жидкотекучесть — способность металлов и сплавов в расплав­ленном состоянии заполнять полость стандартной формы (пробы) и точно воспроизводить очертания отливки. Жидкотекучесть зави­сит от:

а)состава и физико-химических свойств сплава;

б)теплофизических свойств формы;

в)технологических условий литья.

Наибольшая жидкотекучесть характерна для чистых металлов и эвтектических сплавов (рис. 18.1), а наименьшая — для сплавов на основе твердых растворов или гетерогенных структур (представля­ющих собой твердые растворы с распределенными в них частицами других фаз). Это связано с различным характером процесса затвердевания отливки, обусловленным шириной температурного интервала кристалли­зации А Т — перепада температур между температурой начала (ликви­дус) и конца (солидус) кристаллиза­ции для конкретного сплава. Для уз­коинтервальных сплавов (Д7^< 30*С) характерно последовательное затвер­девание отливки от поверхности к ее центру, наличие узкой двухфазной зоны (расплав с выделившимися кри­сталлами), а также сохранение под­вижности расплава в форме вплоть до затвердевания 60—80% объема отлив­ки. В то же время последовательное затвердевание может реализоваться лишь при большом градиенте температур по сечению отливки. При этом отливки приобретают столбчатую структуру и отличаются по­вышенной плотностью и герметичностью. Эвтектические сплавы яв­ляются узкоинтервальными. К сплавам с узким температурным ин­тервалом кристаллизации относятся, в частности, латуни. В сплавах на основе твердых растворов и гетерофазных структур при наличии широкого температурного интервала кристаллизации (ЛТ_р > 100*С) затвердевание осуществляется посредством образования широкой области твердожидкого состояния, когда в расплаве по всему объе­му отливки почти одновременно выделяются разветвленные крис­таллы (дендриты). Такую разновидность процесса кристаллизации называют объемным затвердеванием. Течение расплава в силу по­вышения его вязкости прекращается уже при содержании твердой фазы более 20—35% от объема. Температура, при которой прекра­щается течение расплава, называется температурой нулевой жидко- текучести t_o (рис. 18.1, д, линии AF и BG). В процессе объемного затвердевания кристаллизация оставшейся жидкой фазы приводит к тому, что во всем объеме отливки происходит выделение раство­ренных в расплаве газов, при этом возникает много пор, заполнен газом, и мелких усадочных раковин.

На жидкотекучесть существенно влияют физические свойства сплава: увеличение теплоемкости и удельной теплоты кристаллизации металла способствует повышению жидкотекучести, поскольку при этом возрастает количество выделяющейся теплоты в процессе затвердевания и охлаждения отливки. Вязкость расплавов, увеличи­ваясь с понижением температуры, снижает жидкотекучесть. Высо­кое поверхностное натяжение у, с одной стороны, значительно об­легчает разливку металла, но, с другой стороны, способствует зак­руглению острых углов и кромок в отливках.Жидкотекучесть зависит от теплофизических свойств материала формы. Мерой скорости, с которой материал формы может погло­щать теплоту расплавленного металла, является коэффициент акку­муляции теплоты. Усадка сплавов.Усадка — свойство сплавов уменьшать объем и линейные разме­ры при затвердевании и охлаждении.

Различают линейную и объемную е_г усадки (а %).

Фиксирование линейной усадки сплава начинается с момента образования прочного кристаллического скелета в объеме отливки (в случае присутствия жидкой фазы) и твердого каркаса на ее по­верхности. Полная объемная усадка сплава складывается из усадки сплава в жидком состоянии, при затвердевании твердом состоянии. Возникновение наружной усадки, усадочных раковин и пористости (скопление мелких пустот, заполненных газами) в отливке является результатом и проявлением обычной усадки металла. В литейном производстве есть понятия свобод ной и затрудненной усадки. Первая обусловлена лишь свойствами сплавов. Затрудненная же усадка возникает в сложных по конфигурации отливках в результата совместного механического и терт I чес кого торможения процесса изменения их размеров и объема при литье. Затрудненная усадка численно отличается от свободной (например, у серого чугуна свободная линейная усадка составляет 1,1—1,3%, а затрудненная — 0,6—1,2%). На характер и величину усадки влияют, с одной стороны, химический и фазовый состав сплава, величина температурного интервала его кристаллизации, взаимная растворимость компонентов (ширина области гомогенно­сти твердых растворов) и физические свойства сплава (например, коэффициент термического расширения), а с другой технологические условия литья.

Ликвация — это неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Развитие химической неоднородности может происходить как в микрообъемах сплава (внутри отдельных дендритов слитка) — внутри кристаллическая (дендритная) ликва­ция, так и по отдельным его зонам (макрообъемам) — зональная ликвация. Одной из разновидностей зональной ликвации является ликвация по плотности (гравитационная ликвация). Дендритную ликвацию устраняют гомогенизацией — высокотемпературным диф­фузионным отжигом, приводящим | выравниванию химического состава в пределах микрозерна. Гравитационную ликвацию подав­ляют перемешиванием расплава, его быстрым охлаждением, а также применением легирующих добавок, образующих с основой разветв­ленные кристаллы (дендриты), мешающие перемещению в расплаве твердой фазы.

Растворенные в расплаве газы (водород, азот и др.) при затвер­девании и охлаждении отливки могут выделяться в виде химических соединений, а также образовывать газовые раковины и поры. Суще­ственное уменьшение газонасыщенности сплавов достигается при их плавке в вакууме.

2.процессы прокатки

Прокатка — вид обработки давлением, при котором исходная заготовка — слиток или отливка — под действием сил трения не­прерывно втягивается между вращающимися валками и пластичес­ки деформируется с уменьшением толщины и увеличением длины, а иногда ширины. Прокатке подвергаются почти 90% всей выплав­ляемой стали и значительная часть цветных металлов. В зависимос­ти от формы и расположения валков и заготовок по отношению к ним различают следующие основные виды прокатки: продольная, поперечная и поперечно-винтовая.

При продольной прокатке заготовка дефор­мируется между двумя валками 2, вращающимися в разные стороны, и перемещается в направлении, перпендикулярном осям валков.

При п о п ер еч н о й прокатке (рис. 25.1, б) валки 2 враща­ются в одном направлении, а заготовка , имеющая форму тела вра­щения, перемещается параллельно осям валков и обжимается по образующей с увеличением длины и уменьшением площади попе­речного сечения.

При п о п е ре ч н о - винтовой прокатке (рис. 25.1, в) вал­ки 2 расположены под углом друг к другу, вращаются в одну сторо­ну и при обжатии заготовки 7 сообщают ей вращательное и посту­пательное движения. В процессе прокатки во всех случаях переме­щение заготовки между валками обеспечивается наличием контакт­ного трения между обрабатываемой заготовкой и рабочей поверхно­стью валков.

Для нормального протекания процесса, особенно для его начала в период захвата, необходима определенная величина сил трения . Со стороны валков на заготовку действуют нормаль­ные силы N и сила трения Т. Для соблюдения условий захвата и перемещения заготовки в направлении прокатки необходимо, что­бы jVsina < 7cosa. Угол а, при котором это условие выполняется, называется углом захвата. Выразив силу трения как Т = fN, где / — коэффициент трения, и подставив в формулу условия захвата, получим sina < /cosa, или / > tga, т. е. для обеспечения захвата заготовки валками необходимо, чтобы тангенс угла захвата был мень­ше коэффициента зрения.

При горячей прокатке стали гладкими валками угол захвата ра­вен 15—24°, при холодной — 5—8°.

Контактное трение оказывает сильное влияние на давление ме­талла на валки, расход энергии при прокатке, перемещение металла при его деформировании, качество поверхности и однородность структуры прокатываемой заготовки.

3.диффузионная сварка

Диффузионная сварка деталей происходит в твердом состоянии вследствие возникновения связей на атомарном уровне, появившихся в результате максимального сближения контактных поверхностен, благодаря локальной пластической деформации при повышенной температуре, обеспечивающей взаимную диффузию в приповерх­ностных слоях соединяемых материалов.

Свариваемые детали сдавливают с небольшим усилием и нагре­вают до температуры, равной 0,4—0,8 температуры плавления ме­талла. Процесс сварки последовательно включает в себя возникно­вение и развитие физического контакта, активацию контактных поверхностей, взаимодействие атомов, в результате чего между ними устанавливаются связи, приводящие к образованию монолитного соединения.

К режимам диффузионной сварки относятся: температура на­грева, удельное давление при сварке, время выдержки, а также сте­пень вакуумирования.

Повышение температуры сварки, как известно, способствует уве­личению поверхности соприкосновения деталей из-за увеличения пластичности металла. Кроме того, с повышением температуры уве­личивается скорость диффузии атомов, ускоряются процессы очис­тки поверхности металлов от оксидов.

Обычно температуру нагрева при диффузионной сварке выби­рают в интервале (0,4—0,8) 7"_пл. Однако металлы, склонные к увели­чению зерна при нагреве, сваривают при более низких температу­рах. Кроме того, стремятся снизить температуру сварки тонких де­талей во избежание их деформаций. В таком случае необходимая прочность соединения достигается увеличением продолжительнос­ти нагрева. Сварка разнородных материалов производится при тем­пературе, выбираемой в соответствии с температурой плавления наиболее легкоплавкого материала.

Удельное давление при диффузионной сварке не должно вызы вать заметных пластических деформаций деталей. Максимальное усилие Р, с которым можно сдавливать детали, ориентировочно определяют, зная площадь соприкосновения деталей и среднее зна­чение предела текучести при температуре сварки:Р = a F.

Среда, в которой происходит диффузионная сварка, в значи­тельной мере влияет на сварное соединение, поэтому она чаще все­го осуществляется в вакууме, имеющем хорошие защитные свойства: не только исключается окисление и взаимодействие с азотом при сварке, но и удаляются оксидные пленки.

Преимущества диффузионной сварки определяются отсутстви­ем плавления металла при сварке, незначительными изменениями свойств основного металла, минимальными остаточными напряжениями и деформациями; большей точностью изготовления узлов, чем при сварке плавлением; малой вероятностью образования трещин; возможностью сварки разнородных металлов.

И качестве основных недостатков следует указать на необходи­мость тщательной предварительной очистки свариваемых поверхностей, сложность достижения полноценного физического контакта при сварке деталей с большой площадью соприкосновения, длительность процесса сварки.

16 билет

1.основы литейного производства

Литейная форма представляет собой конструкцию, состоящую из элементов, образующих рабочую полость, заполнение которой расплавом обеспечивает получение отливки заданных размеров и конфигурации. Литейные формы подразделяют по количеству зали­вок на разовые и многократные, по материалу — на песчаные, пес- чано-цементные, гипсовые, металлические, из высокоогнеупорных материалов и др.

Металлические формы из чугуна и стали являются многократны­ми (постоянными), поскольку выдерживают сотни и тысячи запивок.

Песчаные, оболочковые формы со смоляным связующим и фор­мы, изготовленные по выплавляемым моделям, являются разовы­ми. Разовые литейные формы получают с помощью специальных приспособлений — моделей. Процесс изготовления литейных форм из формовочных смесей называется формовкой.

Литейная форма должна обладать прочностью (выдерживать си­ловые нагрузки), газопроницаемостью (пропускать газы, образую­щиеся в литейной форме), податливостью (уменьшаться в объеме при усадке отливки), огнеупорностью (не оплавляться под действи­ем тепла жидкого металла) и др.

Комплект приспособлений, используемых для изготовления от­ливок, называют литейной оснасткой. Часть оснастки, включающая все приспособления, необходимые для образования рабочей полос­ти литейной формы при ее формовке, называется модельным комплектом. В комплект входят модели отливки и элементов литнико­вой системы, модельные и сушильные плиты, стержневые ящики, формующие, контрольные и сборочные шаблоны для конкретной отливки. Существует также понятие «формовочный комплект», под которым подразумевается полный комплект оснастки, используе­мый для получения разовой формы. В него дополнительно входят (наряду с приспособлениями модельного комплекта) необходимые при формовке опоки, наполнительные рамки, штыри, скобы и др.

Модель— это часть модельного комплекта, предназ­наченная для образования отпечатка в литейной форме, соответ­ствующего наружной конфигурации и размерам отливки. При этом размеры модели увеличивают по сравнению с соответствующими размерами отливки с учетом линейной усадки сплава (0,8—2%) и припусков на механическую обработку. Модели изготавливают из древесины, металлических и специальных модельных сплавов, а так­же из пластмасс. Различают модели разовые и многократные. Дере­вянные модели отличаются простотой изготовления, относительно малой массой и невысокой стоимостью. Однако они недолговечны.

По сравнению с деталью модель имеет выступающие части (так называемые стержневые знаки), посредством которых стержень, оформляющий внутреннюю полость, крепится в форме.Стержень, являясь элементом литейной формы, служит для образо­вания отверстия, полости или иного сложного контура в отливке.

Модельная плита обеспечивает формирование по­верхности разъема литейной формы и несет на себе различные час­ти модели, включая литниковую систему. При машинной формовке

часто используют металлические модельные плиты в сочетании с быстросменной модельной оснасткой, которые вместе образуют модельные комплекты. Модельные плиты подразделяют на одно­сторонние (часть модели с одной стороны) и двухсторонние. Односто­ронние плиты используются при раздельной формовке полуформ. Стержневые ящики (неразъемные — вытряхные и разъемные) пред­назначены для изготовления стержней . При их изго­товлении, в основном, используют те же материалы, что и при про­изводстве моделей. Для удержания формовочной смеси при изго­товлении литейной формы, а также при транспортировке последней и ее заливке жидким металлом используют опоки, представляющие собой сварные, литые или сборные жесткие металлические рамы различной конфигурации .

Литниковая система представляет собой систему каналов и эле­ментов литейной формы, обеспечивающих подвод расплавленного металла в полость формы и ее заполнение, а также питание отливки при затвердевании (рис. 19.3). По способу подвода металла и распо­ложению в форме литниковые системы подразделяют на горизон­тальные, вертикальные, верхние, дождевые, сифонные (нижние), ярусные и «по разъему».

Вертикально-шелевая (этажная) система является разновиднос­тью ярусной и применяется, в частности, при стопочной формовке мелких отливок . Для отделения крупных шлаковых включений в литниковую чашу иногда устанавливают фильтры (на­пример, керамические сетки).

К литниковой системе относят также выпоры и прибыли. Вы­пор предназначен для вывода газов и всплывающих шлаков из по­лости формы: он же сигнализирует о конце заливки появлением избытка металла. Прибыли компенсируют усадку отливки, поэтому

их располагают над массивными частями отливки . При этом конфигурацию и размеры прибылей подбирают таким обра­зом, чтобы процесс кристаллизации отливки завершался именно в них. Так, например, толщина прибыли всегда больше толщины от­ливки в том месте, над которым ставят прибыль (см. рис 19.3). Раз­личают открытые (прямого питания), закрытые (шаровой и кони­ческой формы), работающие под газовым давлением (заряд газотворного вещества размещен в полости прибыли), а также легко отделяемые прибыли и др. Простота отделения прибыли (рис. 19.5, г) обеспечивается применением диафрагм (разделитель­ных пластин), выполненных из шамотно-глинистых смесей.

2. Прессование

Прессование — процесс выдавливания металла из контейнера через одно или несколько отверстий в матрице с площадью меньшей, чем поперечное сечение исходной заготовки. При прессовании реализу­ется одна из самых благоприятных схем нагружения, обеспечиваю­щая максимальную пластичность — всестороннее неравномерное сжатие. Это позволяет обрабатывать даже малопластичные материа­лы. Обычно коэффициент вытяжки при прессовании составляет 10—50, а в отдель ных случаях может быть значительно выше.

Прессование может выполняться дву­мя методами — прямым и обратным. При прямом методе заго­товку помещают в полость контейнера 2 и с помощью мощного пресса через пу­ансон 3 и пресс-шайбу 4 выдавливают на­гретый или холодный металл через отвер­стие в матрице 5, укрепленной в матри­це-держателе 6.

При обратном прессовании давление пресса передается через полый пуансон 3 с смонтированной внутри его матрицей 5. Таким образом, металл заготовки Утечет навстречу дви­жению пуансона.

При прямом прессовании требуется прикладывать значитель­но большее усилие, так как часть его затрачивается на преодоле­ние трения при перемещении металла заготовки внутри матрицы. Отчасти поэтому значительная часть металла заготовки не может быть выдавлена из контейнера. Остающаяся его часть — пресс- остаток — составляет в отдельных случаях 30—40% от массы ис­ходной заготовки.

Усилие при обратном прессовании примерно на 25% меньше, пресс-остаток также почти вдвое меньше, чем при прямом.

Однако сложность конструкции пресса, ограниченность разме­ров получаемых изделий по длине препятствуют широкому приме­нению способа обратного прессования.

К достоинствам процесса прессования следует отнести возмож­ность получения изделий сложных профилей, в том числе и пустоте­лых, не только из высокопластичных, но и малопластичных металлов и сплавов; универсальность применяемого оборудования, позволяю­щего легко переходить на производство профилей различных конфи­гураций; достаточно высокую точность размеров и малую шерохова­тость поверхности получаемых изделий. На рис. 25.13, в представле­на схема получения пустотелого профиля типа тонкостенной трубы.

Инструмент для прессования — контейнер, матрица, пресс-шай­бы, иглы — работают в очень сложных условиях: больших удельных давлений до 150 кгс/мм² и часто при высоких температурах. Темпера­турный интервал прессования цветных металлов 500—900°С, а сталей, никелевых и титановых сплавов 1000—1250°С. Поэтому для изготовле­ния инструмента применяют дорогие материалы с повышенными жа­ростойкостью и прочностными характеристиками. Стоимость комп­лекта инструмента для получения пустотелых профилей иногда дос­тигает 15% от стоимости всего агрегата.

В качестве силового агрегата для прессования наибольшее рас­пространение получили гидравлические прессы с усилием прессова­ния 1000—5000 т. Они не боятся перегрузки, позволяют регулировать в широких пределах скорость перемещения силового плунжера, лег­ко автоматизируются, в том числе с помощью систем программного управления.

Прессование широко применяют для получения изделий из меди, латуни, бронзы, алюминия, магния, цинка, титана, сталей, пласт­масс и др.

3. Соединение при этом методе сварки образуется под влиянием давления и ультразвуковых колебаний.

Ультразвуковые колебании в сварочных установках получают следующим образом. Ток от генератора высокой частоты подается на обмотку магнитострикционного преобразовате­ля, который собирается из пластин толщиной 0,1—0,2 мм. Мате­риал, из которого они изготовлены, способен изменять свои гео­метрические размеры под действием переменного магнитного поля. Пели магнитное поле направлено вдоль пакета пластин, то любые его изменения приведут к укорочению или удлинению магнитостриктора, что позволит преобразовать высокочастотные электрические колебания в механические той же частоты.

Преобразователи ультразвуковых колебаний с помощью припоя или клея соединяются с волноводом . Волновод служит для переда­чи колебаний концентратору , который может усиливать амплитуду колебаний. Волновод цилиндрической формы передает колебания, не изменяя их амплитуды, в то время как ступенчатые, конические концентраторы усиливают их. Поэтому выбирается специальная форма концентратора, а его размеры рассчитывают с учетом необ­ходимого коэффициента усиления.

Размеры волноводной системы подбираются так, чтобы в зоне сварки был максимум амплитудного значения колебаний

За счет поворота волновода вокруг опоры сваривающий выс­туп (наконечник) прижимает детали друг к другу и к нижней опоре — электроду с усилием Р, создаваемым механизмами пнев­матического или рычажно-грузового типа.

В итоге к деталям, находящимся под давлением, через концент­ратор подводятся продольные, сдвиговые колебания. Сварное со­единение образуется в результате совместного воздействия давле­ния и колебаний при сдвиге.

Наиболее рационально применение сварки ультразвуком в сле­дующих областях.

Сварка деталей малых толщин. При этом ультразвуковая свар­ка имеет определенные преимущества перед некоторыми другими методами, например конденсаторной. Эти преимущества обусловлены тем, что при одинаковой толщине деталей диаметр точки при сварке ультразвуком можно получить больше, чем при конденса торной сварке, также применяемой, как известно, для соединения деталей малых толщин.

Сварка деталей разных толщин и разнородных металлов, ко­торые не свариваются или трудно свариваются другими методами.

Существенные успехи достигнуты при сварке ультразвуком ме­таллов с неметаллами (полупроводниками, стеклом и некоторыми другими материалами). Это обеспечило применение ультразвуко­вой сварки в электронной и радиотехнической промышленности. С помощью ультразвука сваривают детали из пластмасс. Ультразву­ковая сварка наряду с лазерной применяется для соединения био­логических тканей, что является одним из уникальных примеров использования сварки ультразвуком и одновременно характеризует ее широкие возможности.

Сварка деталей из термообработанных материалов. Отсутствие значительного нагрева не приводит к заметному понижению проч­ности металла околошовной зоны.

Сварка без предварительной зачистки поверхности деталей, защищенных покрытиями (плакирование, анодирование).

Сварка ультразвуком более экономична с точки зрения затрат электроэнергии. Однако недостатки ультразвуковой сварки суще­ственно сужают область ее применения: толщина свариваемых де­талей ограничена 1,5—2 мм; наблюдается неустойчивость парамет­ров режимов сварки и, как следствие, нестабильность прочности сварных соединений, устранить которые и надежно проконтроли­ровать методами неразрушающего контроля довольно сложно.

Билет 17