Обработкой металлов резанием называют процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовок слоя металла и шероховатости поверхности детали.
Современная промышленность использует большое разнообразие методов и схем обработки заготовок, условная классификация которых приведена в [1, стр. 385, р. VI.I].
Для проведения процесса резания необходимо осуществить относительные движения заготовкой детали и режущего инструмента.
Движение, при котором осуществляется срезание с заготовки слоя металла называют движением резания. Движение, определяющее скорость отделения стружки называют скоростью резания. Движение, обеспечивающее непрерывность врезания режущего лезвия инструмента в новые слои называют движением подачи. Движение подачи может быть поступательным, вращательным, поперечным, продольным и т.п.
Движение рабочих органов станка, при котором обеспечивается требуемое положение инструмента относительно заготовки, называется установочным движением.
Движение рабочих органов станка, которые не имеют непосредственного отношения к процессу резания (транспортировка, закрепление детали и т.п.) называют вспомогательными.
Современная промышленность использует большое разнообразие методов и схем обработки заготовок, условная классификация которых приведена в [1, стр. 385, р. VI.I].
Для проведения процесса резания необходимо осуществить относительные движения заготовкой детали и режущего инструмента.
Движение, при котором осуществляется срезание с заготовки слоя металла называют движением резания. Движение, определяющее скорость отделения стружки называют скоростью резания. Движение, обеспечивающее непрерывность врезания режущего лезвия инструмента в новые слои называют движением подачи. Движение подачи может быть поступательным, вращательным, поперечным, продольным и т.п.
Движение рабочих органов станка, при котором обеспечивается требуемое положение инструмента относительно заготовки, называется установочным движением.
Движение рабочих органов станка, которые не имеют непосредственного отношения к процессу резания (транспортировка, закрепление детали и т.п.) называют вспомогательными.
Дефекты, возникающие при сварке и пайке могут быть внешними и внутренними. Внешние – это наплывы, наружные непровары и несплавления, поверхностные трещины и поры. К внутренним – скрытые трещины и поры, внутренние непровары и несплавления.
Сварные и паяные соединения считают качественными, если в них нет дефектов, и их механические свойства удовлетворяют требованиям эксплуатации.
Контроль качества сварных и паяных соединений бывает предварительным, текущим и окончательным. Используются разрушающие и неразрушающие методы контроля.
Для предварительного контроля осматривают поверхности свариваемого или спаиваемого металла. В ответственных конструкциях сваривают контрольные образцы, проводят механические испытания сварных соединений. На макро- и микрошлифах сварного шва проводят металлографические исследования.
Текущий контроль заключается в контроле соблюдения сварщиком требуемых условий сварки.
Окончательный контроль проводится на готовых свариваемых или спаянных изделиях: внешний осмотр, испытания на плотность, магнитные измерения, просвечивание рентгеновскими и гамма-лучами, ультразвуковой контроль.
Сварные и паяные соединения считают качественными, если в них нет дефектов, и их механические свойства удовлетворяют требованиям эксплуатации.
Контроль качества сварных и паяных соединений бывает предварительным, текущим и окончательным. Используются разрушающие и неразрушающие методы контроля.
Для предварительного контроля осматривают поверхности свариваемого или спаиваемого металла. В ответственных конструкциях сваривают контрольные образцы, проводят механические испытания сварных соединений. На макро- и микрошлифах сварного шва проводят металлографические исследования.
Текущий контроль заключается в контроле соблюдения сварщиком требуемых условий сварки.
Окончательный контроль проводится на готовых свариваемых или спаянных изделиях: внешний осмотр, испытания на плотность, магнитные измерения, просвечивание рентгеновскими и гамма-лучами, ультразвуковой контроль.
Пайкой называют процесс соединения заготовок без расплавления их поверхностей. Соединение происходит путем введения между ними расплавленного металла – припоя, с температурой плавления более низкой, по сравнению со спаиваемыми металлами. В процессе пайки обязательно необходимо удалять окисные пленки со спаиваемых изделий.
Качество паяного шва во многом зависит от прочности соединения припоя со спаиваемым материалом. Эта связь зависит от растворения металла основы в припое.
Технологию пайки делят на капиллярную, диффузионную, контактнореактивную, реактивно-флюсовую и пайку-сварку.
При капиллярной пайке припой удерживается за счет капиллярных сил. При диффузионной пайке соединение образуется за счет диффузии компонентов припоя в свариваемый материал. При диффузионной пайке необходима длительная выдержка при температуре образования паяного шва. При контактно-реактивной пайке образуется расплав, другого состава, который заполняет пространство и при кристаллизации образуется паяный шов. При пайке-сварке паяное соединение образуется также, как и при сварке, но в качестве присадочного материала используют припой.
Качество паяных соединений зависит от правильного выбора припоя, флюсов, способов нагрева, величины зазора.
Качество паяного шва во многом зависит от прочности соединения припоя со спаиваемым материалом. Эта связь зависит от растворения металла основы в припое.
Технологию пайки делят на капиллярную, диффузионную, контактнореактивную, реактивно-флюсовую и пайку-сварку.
При капиллярной пайке припой удерживается за счет капиллярных сил. При диффузионной пайке соединение образуется за счет диффузии компонентов припоя в свариваемый материал. При диффузионной пайке необходима длительная выдержка при температуре образования паяного шва. При контактно-реактивной пайке образуется расплав, другого состава, который заполняет пространство и при кристаллизации образуется паяный шов. При пайке-сварке паяное соединение образуется также, как и при сварке, но в качестве присадочного материала используют припой.
Качество паяных соединений зависит от правильного выбора припоя, флюсов, способов нагрева, величины зазора.
Некоторые из особенностей сварки различных материалов мы уже отмечали при рассмотрении различных способов сварки.
Из числа других особенностей для низкоуглеродистых и низколегированных сталей следует отметить, что иногда их следует подогревать перед сваркой до 100-150C. Среднеуглеродистые и легированные конструкционные стали лучше использовать в нормализованном состоянии. Основная трудность при сварке этих сталей заключается в закалке околошовной зоны и возможности образования холодных трещин. Для предупреждения появления холодных трещин рекомендуется: 1 – подогревать изделия до 100-300C для замедления охлаждения и предотвращения закалки сварного шва; 2 – сваривать валиками небольшого сечения по неостывшим нижним слоям металла; 3 – перед сваркой электроды и флюсы прокаливать при 400-450C для удаления влаги; 4 – изделия непосредственно после сварки подвергать отпуску при 300-350C для повышения пластичности закаленной зоны.
Высокохромистые стали (с 13-28% Cr) необходимо сваривать при пониженных значениях тока и применять валики малого сечения для ускорения охлаждения, чтобы не успевали выделиться хрупкие фазы.
Аустенитные хромоникелевые стали рекомендуется сваривать при малых энергиях с использованием теплоотводящих медных прокладок или водяного охлаждения; в шов вводить сильные карбидообразующие элементы (титан, ванадий); после сварки производить закалку с температур 1050C; применять для сварки специальную аустенитную проволоку и электроды, легированные марганцем.
Из числа других особенностей для низкоуглеродистых и низколегированных сталей следует отметить, что иногда их следует подогревать перед сваркой до 100-150C. Среднеуглеродистые и легированные конструкционные стали лучше использовать в нормализованном состоянии. Основная трудность при сварке этих сталей заключается в закалке околошовной зоны и возможности образования холодных трещин. Для предупреждения появления холодных трещин рекомендуется: 1 – подогревать изделия до 100-300C для замедления охлаждения и предотвращения закалки сварного шва; 2 – сваривать валиками небольшого сечения по неостывшим нижним слоям металла; 3 – перед сваркой электроды и флюсы прокаливать при 400-450C для удаления влаги; 4 – изделия непосредственно после сварки подвергать отпуску при 300-350C для повышения пластичности закаленной зоны.
Высокохромистые стали (с 13-28% Cr) необходимо сваривать при пониженных значениях тока и применять валики малого сечения для ускорения охлаждения, чтобы не успевали выделиться хрупкие фазы.
Аустенитные хромоникелевые стали рекомендуется сваривать при малых энергиях с использованием теплоотводящих медных прокладок или водяного охлаждения; в шов вводить сильные карбидообразующие элементы (титан, ванадий); после сварки производить закалку с температур 1050C; применять для сварки специальную аустенитную проволоку и электроды, легированные марганцем.
Наплавка – процесс, при котором на поверхность детали наносят слой металла требуемого состава. Наплавку применяют для получения биметаллических деталей, ремонта изношенных деталей и др.
Основные способы наплавки определяются используемыми источниками нагрева. Чаще всего используют электродуговую сварку, как ручную, так и полуавтоматическую, либо автоматическую. Наплавку выполняют короткой дугой на минимальном токе. Для повышения производительности применяют наплавку пучком электродов. Промышленностью используется около 70 марок электродов для наплавки. Кроме того, можно использовать электроды общего назначения.
Используется дуговая ручная наплавка, автоматическая наплавка под флюсом, дуговая наплавка неплавящимся (угольным или графитовым) электродом в защитных атмосферах.
В качестве наплавочного материала используют твердые сплавы, плавленые карбиды, порошкообразные или спеченные материалы, сталинит.
Основой сталинита является смесь ферромарганца и феррохрома. Твердые сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой используют для наплавки на режущий инструмент.
Основные способы наплавки определяются используемыми источниками нагрева. Чаще всего используют электродуговую сварку, как ручную, так и полуавтоматическую, либо автоматическую. Наплавку выполняют короткой дугой на минимальном токе. Для повышения производительности применяют наплавку пучком электродов. Промышленностью используется около 70 марок электродов для наплавки. Кроме того, можно использовать электроды общего назначения.
Используется дуговая ручная наплавка, автоматическая наплавка под флюсом, дуговая наплавка неплавящимся (угольным или графитовым) электродом в защитных атмосферах.
В качестве наплавочного материала используют твердые сплавы, плавленые карбиды, порошкообразные или спеченные материалы, сталинит.
Основой сталинита является смесь ферромарганца и феррохрома. Твердые сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой используют для наплавки на режущий инструмент.
Всем способам сварки давлением присуща пластическая деформация, проводимая как с нагревом, так и без нагрева. Сварку ведут как на воздухе, так и в контролируемых атмосферах. В некоторых случаях такая сварка сопровождается перемещением свариваемых поверхностей (сварка трением).
Параметрами сварки давлением являются: давление (деформация), температура, время, среда (состав газовой фазы), скорость взаимного перемещения (трение).
Наибольшее промышленное применение получил контактный метод сварки давлением, вследствие быстроты пластической деформации, формирующей сварное соединение. Этот способ высокопроизводительный.
Стыковая сварка – один из видов сварки давлением. При этом способе заготовки свариваются по всей поверхности соприкосновения. Изделия зажимаются в специальных узлах сварочной машины. Усилие, под действием которого происходит сварка, развивается специальным механизмом осадки.
Параметрами сварки давлением являются: давление (деформация), температура, время, среда (состав газовой фазы), скорость взаимного перемещения (трение).
Наибольшее промышленное применение получил контактный метод сварки давлением, вследствие быстроты пластической деформации, формирующей сварное соединение. Этот способ высокопроизводительный.
Стыковая сварка – один из видов сварки давлением. При этом способе заготовки свариваются по всей поверхности соприкосновения. Изделия зажимаются в специальных узлах сварочной машины. Усилие, под действием которого происходит сварка, развивается специальным механизмом осадки.
Источником теплоты при дуговой сварке является электрическая дуга, которая возникает между двумя электродами, одним из которых является, часто, свариваемая заготовка.
Различают сварку неплавящимся электродом (угольным или вольфрамовым), сварку плавящимся электродом (металлическим) и сварку косвенной дугой, горящей между двумя неплавящимися электродами.
При использовании в качестве источника постоянного тока, различают сварку на прямой и обратной полярностях. При прямой полярности электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, при обратной полярности электрод подключается к положительному полюсу и служит анодом.
Электрические свойства дуги, используемой при дуговой сварке оцениваются статической вольт-амперной характеристикой (зависимостью между напряжением и током дуги в состоянии устойчивого горения).
В качестве источников сварочного тока используют сварочные трансформаторы, сварочные генераторы, и сварочные выпрямители.
Сварочные трансформаторы используются для дуговой ручной и автоматической сварки под флюсом, электрошлаковой сварки.
Различают сварку неплавящимся электродом (угольным или вольфрамовым), сварку плавящимся электродом (металлическим) и сварку косвенной дугой, горящей между двумя неплавящимися электродами.
При использовании в качестве источника постоянного тока, различают сварку на прямой и обратной полярностях. При прямой полярности электрод подключается к отрицательному полюсу и служит катодом, при обратной полярности электрод подключается к положительному полюсу и служит анодом.
Электрические свойства дуги, используемой при дуговой сварке оцениваются статической вольт-амперной характеристикой (зависимостью между напряжением и током дуги в состоянии устойчивого горения).
В качестве источников сварочного тока используют сварочные трансформаторы, сварочные генераторы, и сварочные выпрямители.
Сварочные трансформаторы используются для дуговой ручной и автоматической сварки под флюсом, электрошлаковой сварки.
Физической основой процесса сварки является образование прочных связей между атомами или молекулами на поверхности соединяемых заготовок. Для получения сварного соединения соединяемые поверхности необходимо сблизить на расстояния, в пределах которых начинают действовать межатомные силы сцепления, обеспечить необходимую температуру, время контакта и качество поверхности. Для этого определенным образом требуется активизировать свариваемые поверхности путем введения определенной энергии. Энергия может быть сообщена в виде теплоты, упруго-пластической деформации, электронного, ионного, ультразвукового облучения.
Подведенная энергия способствует тому, что на поверхности соединяемых заготовок в металлических материалах образуются общие кристаллические решетки, а на поверхности пластмасс объединяются молекулярные цепи.
Способы сварки могут быть классифицированы либо по методу объединения свариваемых заготовок, либо по виду применяемой энергии.
В зависимости от этого способы сварки разделяют на сварку плавлением и сварку давлением.
При сварке плавлением происходит расплавление кромок соединяемого материала. В результате образуется общая расплавленная сварочная ванна, которая, затвердевая, образует соединение в виде сварочного шва.
Подведенная энергия способствует тому, что на поверхности соединяемых заготовок в металлических материалах образуются общие кристаллические решетки, а на поверхности пластмасс объединяются молекулярные цепи.
Способы сварки могут быть классифицированы либо по методу объединения свариваемых заготовок, либо по виду применяемой энергии.
В зависимости от этого способы сварки разделяют на сварку плавлением и сварку давлением.
При сварке плавлением происходит расплавление кромок соединяемого материала. В результате образуется общая расплавленная сварочная ванна, которая, затвердевая, образует соединение в виде сварочного шва.
Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений различных материалов. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, а также металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, стеклом, графитом и др.).
Сварка является экономически выгодным, высокопроизводительным и в значительной степени механизированным технологическим процессом.
Внедрение сварки в технологический процесс изготовления новых изделий часто связано с заменой литых и кованых конструкций и деталей машин на прокатно-сварные или соединенные сваркой кованые или штампованные элементы.
Такая замена экономически целесообразна при изготовлении конструкций сложной формы, а также при единичном и малосерийном производстве. В этом случае при сварке экономится металл, сокращается трудоемкость, снижается себестоимость.
Сварка является экономически выгодным, высокопроизводительным и в значительной степени механизированным технологическим процессом.
Внедрение сварки в технологический процесс изготовления новых изделий часто связано с заменой литых и кованых конструкций и деталей машин на прокатно-сварные или соединенные сваркой кованые или штампованные элементы.
Такая замена экономически целесообразна при изготовлении конструкций сложной формы, а также при единичном и малосерийном производстве. В этом случае при сварке экономится металл, сокращается трудоемкость, снижается себестоимость.
Центробежное литье.
Идея отливки изделий центробежным способом принадлежит нашему великому соотечественнику Д.К. Чернову. В настоящее время имеются горизонтальные и вертикальные машины центробежного литья.
Машины для центробежного литья вертикальным способом дают отливки с неравномерной толщиной стенок по высоте. Машины, производящие отливки горизонтальным способом, осуществляют перемещение разливаемого металла по горизонтальному желобу и позволяют точно регулировать объем порции отливаемого металла.
Литье по выплавляемым моделям.
Метод основан на относительной простоте изготовления модели из легкоплавких материалов, например, воска, стеарина, парафина и др. Если такую точную модель изделия вместе с литниковой системой заполнить формовочным материалом, то при последующем нагреве воск или парафин расплавится, а формовочные материалы сохранят точные формы и размеры изделия. Для экономии средств указанным методом целесообразно отливать целый «куст» изделий. Выгодным является сочетание отливки по выплавляемым моделям с литьем под давлением.
Идея отливки изделий центробежным способом принадлежит нашему великому соотечественнику Д.К. Чернову. В настоящее время имеются горизонтальные и вертикальные машины центробежного литья.
Машины для центробежного литья вертикальным способом дают отливки с неравномерной толщиной стенок по высоте. Машины, производящие отливки горизонтальным способом, осуществляют перемещение разливаемого металла по горизонтальному желобу и позволяют точно регулировать объем порции отливаемого металла.
Литье по выплавляемым моделям.
Метод основан на относительной простоте изготовления модели из легкоплавких материалов, например, воска, стеарина, парафина и др. Если такую точную модель изделия вместе с литниковой системой заполнить формовочным материалом, то при последующем нагреве воск или парафин расплавится, а формовочные материалы сохранят точные формы и размеры изделия. Для экономии средств указанным методом целесообразно отливать целый «куст» изделий. Выгодным является сочетание отливки по выплавляемым моделям с литьем под давлением.
Литейные медные сплавы применяют для отливок, которые должны обладать износостойкостью, коррозионной стойкостью в кислых и щелочных средах, стойкостью в обыкновенной и морской воде.
Наиболее широко из медных литых сплавов используют бронзы и латуни. Бронзы подразделяют на две большие группы – оловянные и безоловянные (машиностроительные).
Латуни используют в качестве арматурных материалов, различных деталей приборов в судостроении, деталей, работающих в тяжелых коррозионных условиях.
Литейные износостойкие подшипниковые сплавы.
Указанные сплавы применяют для заливки подшипников с целью уменьшения трения. Сплавы должны обладать сочетанием высокого сопротивления износу с низким коэффициентом трения между подшипником и валом.
Подшипниковые сплавы (баббиты) содержат две фазы – мягкую, которая должна хорошо прирабатываться к валу, и твердую, способную выдерживать высокие давления.
Наиболее широко из медных литых сплавов используют бронзы и латуни. Бронзы подразделяют на две большие группы – оловянные и безоловянные (машиностроительные).
Латуни используют в качестве арматурных материалов, различных деталей приборов в судостроении, деталей, работающих в тяжелых коррозионных условиях.
Литейные износостойкие подшипниковые сплавы.
Указанные сплавы применяют для заливки подшипников с целью уменьшения трения. Сплавы должны обладать сочетанием высокого сопротивления износу с низким коэффициентом трения между подшипником и валом.
Подшипниковые сплавы (баббиты) содержат две фазы – мягкую, которая должна хорошо прирабатываться к валу, и твердую, способную выдерживать высокие давления.
В машиностроении применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами.
К литейным конструкционным сталям относятся низко- и среднеуглеродистые, а также легированные со структурой ферритно- перлитного и перлитного классов. Их используют для изготовления нагруженных деталей (при статических, динамических и вибрационных нагрузках). Инструментальные стали (высокоуглеродистые и легированные стали перлитного, мартенситного и карбидного классов) используют для режущего, штамповочного и мерительного инструмента.
Стали со специальными свойствами (жаропрочные, износостойкие и др.) обычно имеют структуру ферритного и аустенитного классов. Из них выплавляют литые изделия, работающие в условиях высоких нагрузок при повышенных температурах.
Выбивка и очистка деталей производится на пневматических решетках. Очистка производится дробеструйными аппаратами, наждаками и газовой резкой, закрытыми пескоструйными агрегатами.
Вес остальных отливок может достигать 300 тонн.
К литейным конструкционным сталям относятся низко- и среднеуглеродистые, а также легированные со структурой ферритно- перлитного и перлитного классов. Их используют для изготовления нагруженных деталей (при статических, динамических и вибрационных нагрузках). Инструментальные стали (высокоуглеродистые и легированные стали перлитного, мартенситного и карбидного классов) используют для режущего, штамповочного и мерительного инструмента.
Стали со специальными свойствами (жаропрочные, износостойкие и др.) обычно имеют структуру ферритного и аустенитного классов. Из них выплавляют литые изделия, работающие в условиях высоких нагрузок при повышенных температурах.
Выбивка и очистка деталей производится на пневматических решетках. Очистка производится дробеструйными аппаратами, наждаками и газовой резкой, закрытыми пескоструйными агрегатами.
Вес остальных отливок может достигать 300 тонн.