Дискретно- упрочненные композиционные материалы (дукм)

Вводят мелкие, равномерно распределенные, тугоплавкие частицы карбидов , оксидов, нитридов, не взаимодействующих с матрицей и не расплавляющиеся в ней вплоть до

, , .

L- Размер композита; , , - размеры армирующего элемента в трех направлениях.

Чем меньше частицы, наполнителя, чем меньше расстояние между ними, тем прочнее композиционные материалы. Основным, несущим элементом является матрица. Ансамбль дисперсных частиц наполнителя упрочняет материал за счет сопротивления движению дислокаций при нагружении, что образует пластичную деформацию. Эффект сопротивления движению дислокаций создается вплоть до матрицы, поэтому ДУКМ характеризуются высокой жаропрочностью к сопротивлениям ползучести, наиболее часто применяют ДУКМ на Al, Ni, основе.

Волокнистые композиционные материалы (вкм).

Арматурой в ВКМ могут быть волокна различной формы(ленты, стержни).

Армирование материала осуществляется по однослойной 2-хслойной,, 3-хслойной схеме.

, , .

Прочность, жесткость таких композиционных материалов определяется свойствами волокон, воспринимающих остаточную нагрузку. Такое армирование дает большой прирост прочности.

Для изготовления композиционных материалов, применяемых до Т=200С используют полимерные матрицы. К таким композитам относят стекло ; пластики, армированные короткими стеклянными волокнами в матрице из полиэфирной смолы. Для работы в условиях более высоких температур применяют Металлические матрицы обычно это металлы с малой плотностью.

Для армирования металлических композитов используют неметаллические волокна (С,В, карбиды, оксиды, Al,нитриды).

Слоистые композиционные материалы (скм).

Набираются из чередующихся слоев и наполнителей и матричного материала.

, , .

Слои наполнителей таких СКМ могут иметь различную ориентацию . Возможно поочередное использование различных наполнителей из разных материалов с различными свойствами. Для СКМ используют неметаллические материалы, в качестве основы материала используется пластмасса, керамика, в качестве наполнителя ленты из ткани, полимерные волокна.

31 Изготовление композиционных материалов.

Все методы изготовления композиционных материалов относят преимущественно к двум группам: Жидкофазные и твердофазные методы.

К жидкофазным методам относят пропитку арматуры полимером или жидким металлом и направленную кристаллизацию. К твердофазным методам относят прессование , прокатку, ковку, волочение, сварку взрывом и диффузионную сварку.

Получение композиционных материалов жидкофазными методами.

Выбор метода получения композиционного материала основан на анализе межфазного взаимодействия компонентов, их химической и механической совместимости. Химическая совместимость-это способность элементов в процессе эксплуатации не образовывать хрупких химических соединений, которые разрушаются под действием внешней нагрузки Ме в композиционных мат-х могут образовывать твердые растворы, технические смеси или хрупкие химические соединения. Если в зоне в зоне соединения компонентов композитного материала не образуется хрупких соединений, а формируется пластичный, переходный слой, такой композит обладает хорошими эксплуатационными свойствами.

Из жидкофазных методов широко распространена непрерывная пропитка волокон расплавленным металлом или термореактивными смолами с формированием профиля протягиванием через фильеру.

1. исходное армирующее волокно.

2. ванна с термореактивной смолой.

3, 5, 7 – формирующие фильеры.

4. печь

6. охладитель.

8 . тянущее устройство.

9. устройство для резки композита на мерные заготовки.

35 Одна из главных задач машиностроения дальнейшее развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок, деталей машин, применение новых конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей. Особенно большое внимание уделяется чистовым и отделочным технологии методам обработки, объем которых в общей трудоемкости обработки деталей постоянно возрастает. Наряду с механической обработкой резанием применяют методы обработки пластическим деформированием, с использованием химической, электрической, световой, лучевой и других видов энергий.

Весьма прогрессивны комбинированные методы обработки. Пространственную форму деталей определяет сочетание различных поверхностей. Для облегчения обработки используют простые геометрические поверхности. Геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии называемой направляющей. При обработке поверхностей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев отсутствуют. Они воспроизводятся комбинацией движения заготовки и инструмента, скорости которых согласованны между собой.

Механическая обработка заготовок деталей машин реализует 4 метода формообразования поверхностей:

1. Копирование – состоит в том, что режущая кромка инструмента соответствует форме образующей, обрабатываемой поверхности детали (рис.1). Направляющая линии 2 воспроизводится вращением заготовки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи необходимо для того, чтобы получить геометрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко используют при обработке фасонных поверхностей деталей на различных металлорежущих станках.

2. Метод следов(рис.2), состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки режущей кромки инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точки заготовки. Движение резания формообразующая.

3. Метод касания – образующей линией 1 служит режущая кромка инструмента, а направляющая линия 2 поверхности касательная к ряду геометрических вспомогательных линий – траекториям точек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только движение подачи.

4. Метод обкатки (огибания) – направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки благодаря согласованию двух движений подачи. Скорости движений согласуют так, что за время прохождения круглым резцом расстояния L, он делает один полный оборот относительно своей оси вращения.

36 Обработка Ме резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя Ме в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали. Чтобы срезать с заготовки слой Ме, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих опорах станков, обеспечивающих эти относительные движения: в шпинделе, на столе, в револьверной головке. Движения рабочих органов станков подразделяют на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя Ме или вызывают изменение расстояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение и движение подачи.

За главное принимают движение, определяющее скорость деформирования и отделения стружки, за движение подачи – движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по своему характеру вращательными, поступательными, вращательно-поступательными. Скорость главного движения обозначают v, величину подачи S.

Движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала, называют установочными. К вспомогательным движениям относят транспортирование заготовки, закрепление заготовок и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов станка и др.

Характеристика метода точения. Технологический метод формообразования поверхностей заготовок точением характеризуется двумя движениями: Вращательным движением заготовки (скорость резания) и поступательным движением режущего инструмента – резца (движение подачи). Движение подачи осуществляется параллельно оси вращения заготовки (продольная подача), перпендикулярно к оси вращения заготовки (наклонная подача).

Разновидности точения: обтачивание – обработка наружных поверхностей; подрезание – обработка плоских поверхностей; резка – разделение заготовки на части или отрезка готовой детали от заготовки – пруткового проката.

На вертикальных автоматах, автоматах и токарно-карусельных станках, заготовки имеют вертикальную ось вращения, на токарных станках другого типа – горизонтальную. На токарных станках выполняют черновую, получистовую и чистовую обработку поверхностей заготовок.

Характеристика метода сверления. Сверление – распространенный метод получения отверстия в сплошном материале. Сверлением получают сквозные и несквозные отверстия и обрабатывают полученные отверстия в целях увеличения их размеров, повышения точности и снижения шероховатости поверхности.

Сверление осуществляют при сочетании вращательного движения инструмента вокруг оси – главного движения и поступательного движения вдоль оси – движения подачи. Оба движения на сверлильном станке сообщают инструменту.

Процесс резания инструмента при сверлении протекает в более сложных условиях, чем при точении. В процессе резания затруднены отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости к режущим кромкам инструмента. При отводе стружки происходит трение ее о поверхность канавок сверла и сверла о поверхность отверстия.

В результате повышается деформация стружки и тепловыделение. На увеличение деформации стружки влияет изменение скорости резания вдоль режущей кромки от максимального значения периферии сверла до нулевого значения у центра.

Характеристика метода фрезерования. Фрезерование – один из высокопроизводительных и распространенных методов обработки поверхностей заготовок многолезвийным режущим инструментом – фрезой.

Технологический метод формообразования поверхностей фрезерованием характеризуется плавным вращательным движением инструмента и обычно поступательным движением подачи. Подачей может быть и вращательное движение заготовки вокруг оси вращающегося стола или барабана.

На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля.

Особенность процесса фрезерования – прерывистость резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы находится в контакте с заготовкой и выполняет работу резания только на некоторой части оборота, а затем продолжает движение, не касаясь заготовки, до следующего времени.

37Скоростью главного движения резания v называют расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в единицу времени. Эта скорость измеряется в м/с. Если главное движение резания вращательное (точение), то скорость главного движения резания, м/с, v=πDзагn/(1000*60),

Где Dзаг- наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n-частота вращения заготовки в минуту. Если главное движение возвратно- поступательное, а скорости рабочего и вспомогательного ходов различны, то скорость главного движения резания, м/с, v=Lm(к+1)/(1000*60),

Где L-расчетная длина хода инструмента, мм; m-число двойных ходов инструмента в минуту; к- коэффициент, показывающий соотношение скоростей рабочего и вспомогательного ходов.

Подачей S называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один ход заготовки или инструмента. Подача в зависимости от технологического метода обработки измеряется в мм/об- для точения и сверления; мм/дв. Ход- для строгания и шлифования. На станках с ЧПУ велечина подачи может непрерывно изменяться в процессе обработки заготовки в соответствии с задаваемой программой управления. В адаптивных системах ЧПУ подача может автоматически изменяться по результатам измерения шероховатости обработанной поверхности заготовки( самонастраивающаяся система ЧПУ).

Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней. Глубину резания задают на каждый рабочий ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина резания измеряется в мм. При точении цилиндрической поверхности глубину резания определяют как полуразность диаметров до и после обработки: t=(Dзаг-d)/2, где d- диаметр обработанной поверхности заготовки

38 Токарный прямой проходной резец имеет головку – рабочая часть I и тело стержень II, который служит для закрепления резца в резцедержатель. Головка резца образуется при заточке и имеет следующие элементы: переднюю поверхность 1, по которой проходит стружка; главную заднюю поверхность 2, обращенную к поверхности резания заготовки; вспомогательную заднюю поверхность 5, обращенную к обработанной поверхности заготовки; главную режущую кромку 3 и вспомогательную 6; вершину 4. Инструмент затягивают по передним и задним поверхностям.

Углы резца определяют положение элементов рабочей части относительно координатных плоскостей и друг друга. Эти углы называют углами резца в статике. Углы инструмента оказывают существенное влияние на процесс резания и качество обработки.

У токарного резца различают главные и вспомогательные углы, которые распределяют исходя из следующих условий: ось резца перпендикулярна к линии центров станка, совершается главное движении резания.

Главный передний угол гамма измеряют в главной секущей плоскости между следом передней поверхности и следом плоскости, перпендикулярной к следу плоскости резания. Передний угол гамма оказывает существенное влияние на процесс резания. С увеличением угла гамма уменьшается деформируется срезаемого слоя, т.к. инструмент легче врезается в материал, снижаются сила резания и расход мощности. Одновременно улучшаются условия схода стружки, а качество обработанной поверхности заготовки повышается. Чрезмерное увеличение угла гамма приводит к снижению прочности главной режущей кромки, увеличению износа в следствии выкрашивания, ухудшению цепной теплоотвода от режущей кромки.

При обработке деталей из хрупких и твердых материалов для повышения стойкости резца следует назначать меньшие значения угла гамма, иногда даже отрицательные. При обработке деталей из мягких и вязких материалов передний угол увеличивают.

Главный задний угол альфа измеряют в главной секущей плоскости между следом плоскости резания и следом главной задней поверхности. Наличие угла альфа уменьшает трение между главной задней поверхностью инструмента и поверхностью резания заготовки, что уменьшает износ инструмента по главной задней поверхности.

Вспомогательный задний угол альфа1, измеряют во вспомогательной секущей плоскости между следом вспомогательной задней поверхности и следом плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Наличие угла альфа1 уменьшает трение между вспомогательной задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью заготовки.

Главный угол в плане фи – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи – оказывает значительное влияние на шероховатость обработанной поверхности. С уменьшением угла фи шероховатость обработанной поверхности снижается. Одновременно увеличивается активная рабочая длина главной режущей кромки. Сила и температура резания, приходящаяся на единицу длины кромки, уменьшается, что снижает износ инструмента.

С уменьшением угла фи возрастает сила резания, направленная перпендикулярно к оси заготовки и вызывающая ее повышенную деформацию. С уменьшением угла фи возможно возникновение вибраций в процессе резания, снижающих качество обработанной поверхности.

Вспомогательный угол в плане фи1 – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению подачи. С уменьшением угла фи1 шероховатость обрабатываемой поверхности снижается, увеличивается прочность вершины резца и снижается его износ.

Угол наклона главной режущей кромки лямбда – измеряют в плоскости, проходящей через главную режущую кромку резца перпендикулярно к основной плоскости, между главной режущей кромкой и линией проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. С увеличением угла лямбда качество обработанной поверхности ухудшается.