Сваркаметаллов
Сварка- это процесс получения неразъемных соединений в различных материалах, в узлахи целых конструкциях, осуществляемый за счет межатомных сил сцепления.Образование сварных соединений исходит в большинстве случаев при нагреве вузкой зоне, расплавлении и кристаллизации с образованием сварного шва за счетсвариваемого метала или при помощи промежуточного металла, называемогоприсадочным. Применяемые в практике процессы сварки подразделяются на классы взависимости следующих факторов. В зависимости от условий, при которыхосуществляется сваривание (образование межатомных связей) частиц металла,различают сварку плавлением и сварку давлением. Сущность сварки плавлениемсостоит в том, что металл по кромкам сваренной детали подвергается плавлению отнагрева сильным источником тепла: электрической дугой, газовым пламенем,химической реакцией, расплавленный шлаком, энергией электронного луча, плазмой,энергией лазерного луча. Во всех этих случаях образующийся от нагрева жидкийметалл одной кромки самопроизвольно соединяется с жидким металлом другойкромки. Создается общий объем жидкого металла, который называется сварочнойванной. После застывания металла по кромкам или дополнительного присадочногометалла, введенного в сварочную ванну, образуется сварной шов. Сущность сваркидавлением состоит в пластическом деформировании металла в месте соединения поддействием силы. Пластическую деформацию кромок деталей осуществить легче, еслинагревать место соединения. Источником тепла (при сварке с местным нагревом)служит электрический ток, газовое пламя, химическая реакция, механическоетрение, при сварке с общим нагревом — кузнечный горн, нагревательная печь. Взависимости от вида энергии различают три вида сварки: сварки: термическая,термомеханическая механичёская.
Ктермическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением: дуговая,газовая, электрошлаковая.
Ктермомеханическому классу относятся виды сварки, при которых используетсятепловая энергия и давление: контактная, диффузная, дуговая.
Кмеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованиеммеханической энергии и давления: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением идр.
Взависимости от технических признаков (способа защиты металла в зоне сварки,непрерывности процесса и степени механизации) сварку различают:
• Поспособу защиты металла: сварку в воздухе, вакууме, защитных газах, под флюсом,по флюсу, в пене и с комбинированной защитой. В качестве защиты могутприменяться активные газы, а также смесь инертных и активных газов. Защитарасплавленного металла газом может быть струйной или в контролируемойатмосфере.
• Понепрерывности процесса: непрерывные и прерывистые виды сварки.
• Постепени механизации: ручные, механизированные, автоматизированные иавтоматические.
Процессысварки плавлением
Средипроцессов сварки плавлением широкое применение получила электродуговая сварка,при которой источником тепла является электрическая дуга, которая образуетсямежду двумя электродами в той или иной среде. Температура электрической дугизависит от материала электродов. В центре дуги по ее оси температура достигает6000—7000 °С. При электродуговой сварке на нагревание, и расплавление металлаиспользуется 60—70% тепла. Остальное количество тепла (80—40%) рассеивается вокружающем пространстве.
Наиболеераспространенными способами, электродуговой сварки являются ручная дуговаясварка, автоматическая сварка под слоем флюса, электрошлаковая сварка, сварка взащитных газах и др. Ручная дуговая сварка. Наибольший объем среди других; видов;сварки занимает ручная дуговая сварка. Сварку выполняют электродами, которыевручную подают в зону горения: дуги и перемещают вдоль свариваемого изделия(рис. 18). Дуга горбит между стержнем электрода 1 я основным металлом 2. Поддействием тепла дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическуюсварочную ванну 3.
/>
рис.18ручная дуговая сварка
Таккак сварные конструкции обычно изготавливаются из стали, то наибольшеераспространение получили стальные электроды диаметром 1—10 мм и длиной до 450 мм. Поверхность таких электродов обычно покрыта слоем специальной обмазки. По мере плавленияэлектрода, обмазка плавится, образуя защитную среду для капель расплавленногометалла замечет дымообразующих веществ, а редкоземельные металлы, содержащиесяв обмазке способствуют поддержанию дугового разряда, за счет уменьшения работывыхода электронов. По мере перемещения электрода расплавленный основной металли электродный кристаллизуется, а обмазка превращается в шлак, располагающийсяна поверхности шва. Шлак защищает расплавленный металл от окисления, насыщенияазотом. Пря необходимости в состав обмазок вводят легирующие добавки(измельченные ферросплавы). Расплавляясь, они переходят в шов, пополняя убыльэлементов, выгорающих из металла под давлением дуги. Источниками тока для сварки служат сварочные трансформаторы иэлектросварочные машины. Первые применяются при сварке переменным током, вторыеявляются источниками постоянного тока. Автоматическая сварка под слоем флюса.Сварка под флюсом – дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочногофлюса, обеспечивающего защиту сварочной ванны от воздуха.
По степенимеханизации процесса различают автоматическую в:полуавтоматическую сваркупод флюсом. При автоматической, сварке. подаче электрода зону сварки иуправления электрической дугой производятся автоматически — специальными механизмами. Автоматическая дуговая сварка осуществляетсяна разнообразных автоматам (рис. 19), включающих источник тока (генератор)сварочную головку 5 и устройство для передвиженияголовки относительно свариваемого изделия 2 илиизделияотносительно головки.
/>
Рис. 19 автоматическая дуговая сварка под слоем флюса
Сваркуведут голой электродной проволокой 3, расположенной в кассете6. Дуга горитмежду свариваемым изделием и электродной поволокой. Самоходный приводперемещает головку с заданной скоростью вдоль шва. В процессе сварки впередидуги в разделку кромок I засыпается флюс, поступающий из имеющегося в головке4. Дуга горит подслоем флюса, который расплавляясь образует пространство междуосновным металлом и шлаком. Расплавленный шлак, имеет меньшую плотностьрасполагает на поверхности расплавленного металла и защищает его от воздействиявоздуха. Остаток неиспользованного флюса через сопло 7 отсасывается в шлак ипоступает обратно в бункер, а на поверхности остается корка закристаллизованногофлюса, которую потом удаляют. Состав применяемых флюсов зависит от вида и маркисвариваемого материала.
Преимуществасварки под флюсом:
—благодаря применению больших токов достигается большая глубина проплавления;
—почтиполное отсутствие потерь металла разбрызгивание;
—механизация процесса сварки;
—высокаяпроизводительность;
—высокийКПД — 0,65
—высокое качество сварных швов за счет хорошей защиты флюсом сварочной ванны отвоздуха.
Недостаткамсварки под флюсом являются сварки только в нижнем положении (наклон до15)трудность применения в монтажных условиях на коротких швах.
Сваркав защитных газах. Кроме способов шлаковой защитысварочной зоны от окислена поглощения азота из воздуха применяют газовую путемсоздания газовой атмосферы вокруг дуги. Для этих целей могут служить различныегазы обладающие восстановительными свойствами по отношению к окислам железа идругих металлов» например водород» окись углерода, или инертные газы» — гелийили аргон. Наибольшее распространение получили аргонодуговая сварка и сварка вструе углекислого газа.
Приэтой сварке (рис. 20 а) электрод 4 закрещен а специальном держателе 3 кобдувается газом» который во* ступает на сопла 3, защищая сварочную дугу ирасплавленный металл
/>
/>
Рис.20Сварка в среде защитных газов:
а)неплавящимся электродом
б)плавящимся электродом
сварочнойванны, а при сварке плавящимся электродом (рис. 20 б) и капли электрода. Сваркане плавящимся электродом осуществляется как без присадочного материала(оплавление кромок), так и с присадочным материалом.
Процессысварки давлением
Сваркадавлением – процесс соединения деталей нагревом их в месте контакта допластического или жидкого состояния с применением одновременного илипоследующего сильного сжатия, обеспечивающего взаимодействие атомов металла. Контактнаясварка является одним из высокопроизводительных способов сварки; она легкоподдается механизации и автоматизации, вследствие чего ее широко применяют вмашиностроении и строительстве. Контактную сварку по форме свариваемогосоединения, определяющего тип сварочной машины, разделяют на точечную,роликовую и стыковую. Нагрев металла при всех видах контактной сваркипроисходит за счет выделения тепла при прохождении электрического тока посвариваемым деталям. Для получения сварной точки (рис. 21) детали 1 и 2помещают между сжимающимися электродами 3 и 4 или роликами 5. Сварочный ток доводит металлмежду электродами до плавления, а прилегающую к ядру зону — до пластического состояния. После кристаллизации расплавленного ядра давлениеснимается.
/>
Рис.21Контактная сварка
а)точечная
б)роликовая
Газоваясварка металлов
Газоваясварка находит широкое применение при сварке деталей малой толщины, чугуна,цветных металлов и сплавов. При газовой сварке металл нагреваютвысокотемпературным газовым пламенем, которое получается при сгорании горючегогаза в атмосфере кислорода. В качестве горючих газов можно использоватьприродные газы, водород, пары бензина и керосина, нефтяные газы. Для сварочныхработ получил наибольшее применение ацетилен, С2Н2, так как он обладаетнаивысшей теплотворной способностью по сравнению с другими газами и дает самуювысокую температуру при сгорании, равную примерно 3200 °С.
Специальныевиды сварки
Приизготовлении сварных изделий производительность труда может быть повышена засчет организационных и технических мероприятий, а также применения специальных способовсварки: трением, холодной, диффузионной, лазерной и др. Все это дает большиевозможности увеличения производительности труда и улучшения качества. Сваркатрением осуществляется за счет тепла, выделяющегося при взаимном тренииповерхностей свариваемых деталей. При сварке трением одна из деталей вращаетсявокруг своей оси со скоростью около 3000 об./мин., а вторая деталь прижимаетсяк ней осевым давлением. Сварку трением применяют для соединения деталей встык(стержней, труб), различных режущих инструментов и для образования Т-образныхтруб. Холодная сварка — сварка, при которой соединение образуется призначительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемыхповерхностей. Сварное соединение при этом способе получается внедрением одного металлав другой при их соприкосновении под местным давлением. Свариваемость металловпри холодной сварке зависит от их пластичности и качества подготовкиповерхностей. Хорошо свариваются пластичные сплавы алюминия, меди, серебра,золота и подобные металлы, и сплавы в. однородных и разнородных сочетаниях.
Диффузионнаясварка в вакууме. При этом способе сварки соединяемыедетали. Помещают в вакуумную камеру и нагревают до необходимой температуры, азатем соединяют друг с другом с усилием. Выбор режима при диффузионной сваркезависит от рода свариваемых металлов. Диффузионную сварку применяют длясоединения трудно свариваемых металлов и сплавов, цветных металлов,металлокерамических изделий, пластин из твердых сплавов с державкой режущегоинструмента, металлов с керамикой, кроме того, этим способом можно получитьразличные биметаллы, триметаллы.
Электронно-лучеваясварка. Одним из эффективных способов соединения деталейиз тугоплавких металлов (молибдена, вольфрама, тантала и др.) и металловхимически активных (цирконий, уран, бериллий), сильно реагирующих с кислородом,азотом, окисью углерода, является огарка электронным лучом в вакууме.
Лазернаясварка. Для получения сварного соединения при лазернойсварке не пользуется когерентный световой высокой плотности оптическогоквантового генератора – лазера. Температура луча столь высока, что его прямомувоздействий ничто нё; может противостоять. Уменьшая диаметр луча, можно довестимощность до очень высоких значений. Лазерный луч способен преломлять призмами изеркалами. Это позволяет сваривать любое место свариваемого изделия свариватьлюбое место свариваемого изделия. Можно сваривать детали, помещенные внутрьгерметично; закрытого объема, в котором создай вакуум.
Газокислороднаярезка металлов
Резкойназывают процесс разделения на части (заготовки) металла сортового илилистового проката окислением или плавлением его или посредством того другого.Сущность резки плавлением состоит в нагреве места резки сильнымконцентрированным источником до температуры выше температуры плавления металлаи выдувании расплавленного металла из места реза дугой с газами, участвующими впроцессе резки.
Основнымивидами термической резки окислением (горением) являются газокислородный икислородно-дуговой. Основными видами термической резки плавлением являютсяплазменно-дуговой, газолазерный, газо-дуговой. Наибольшее распространение длярезки стали получила газокислородная резка. Достоинствами ее являютсянесложность применения оборудования и приемов работы, большая универсальность иэкономичность процесса.
Резкастали осуществляется специальными режущими горелками — резаками, которыеотличаются от сварочных горелок наличием канала для поступлением кислорода.Когда металл разогреется, пускают струю кислорода, сжигающую железо ивыдувающую окислы (шлак). Выделяющееся при сгорании железа тепло вместе степлом подогревающего пламенем нагревает близлежащие слои метала и приперемещений резака в структуре кислорода сгорают новые частицы металла, образуярез по ходу движения резака.
/>
рис.22Схема обработки резанием
Вмашиностроении основным видом обработки является станочная обработка, котораявыполняют на металлорежущих станках. Чтобы обработать ту или иную поверхность иполучить детали формы необходимо закрепить заготовку и инструмент и перемещатьих в процессе обработки относительно друг к другу
1) главноедвижение резания, при котором лезвие инструмента, врезаясь в материал отделяетоб него стружку
2) движениеподачи, необходимо для подвода под лезвие новых слоев метала.
Этидвижения могут быть вращательными и поступательными.
Приточении главное движение сообщается обрабатываемому изделию, вращающемусявокруг своей оси. При фрезеровании главное движение – вращательное сообщаетсяинструменту, а поступательное движение подачи. При шлифовании главное движениесообщать инструмент, а движение подачи может сообщаться как заготовки, так иинструменты
Припускина обработку и выбор заготовок
Приобработке резанием с обрабатываемого изделия (заготовки) снимается слойматериала для получения готового изделия (детали). Этот слой материаланазывается припуском на обработку. Размер припуска определяют разностью междуразмерами заготовки и размером детали по рабочему чертежу. Припускиподразделяют на общее, т.е удаляемые в течении всего процесса обработки даннойповерхности и межоперационные удаляемые при выполнении отдельных операций.Размер припуска обеспечивается изготовление заготовки, однако повышениетребованиям точности в ряде случаев повышают и себестоимость их изготовление.
Понятияоб основных элементах процесса резания
Различныеспособы обработки резанием характеризуются элементами резания; глубинойрезания, подачей при резании и скоростью резания. Сочетание этих элементовназывается режимом резания. Слой материала, снимаемый с поверхности заготовкиза один проход инструмента или одно пёремещёние заготовки, толщиной tмм называется глубина резания. Непрерывность резания обеспечиваетсяпередвижением инструмента относительно обрабатываемой/поверхности. Перемещениеинструмента за определенное перемещение детали называется подачей, S.Скорость, с которой какая-либо точка обрабатываемой поверхности деталиперемещается в единицу времени относительно, но режущей кромки инструмента,называется скоростью резания, У. Выбор режима резания заключается в определенииглубины резания, подачи и скорости резания. Как правило, первые два фактораопределяются заданными условиями обработки: глубина — величиной припуска наобработку, а да дача — требуемой чистоты.
Взависимости от конкретных условий работы скорость резания изменяется в оченьшироких пределах, она определяется материалом и формой обрабатываемого изделия,геометрией резания инструмента, глубиной резания, подачей, охлаждением, устойчивостьюизделия и инструмента.
Металлорежущиестанки, их классификация и условные обозначения
Машины,предназначенные для обработки резанием металлов, сплавов и других материалов,называются металлорежущими станками. Эти станки находят широкое применение вовсех отраслях народного хозяйства. Металлорежущие станки классифицируются поразличным признакам, зависящим от методов обработки, характера главногодвижения и движения подачи, степени автоматизации вида и особенностейприменяемых инструментов и т. д. Для классификации станков пользуются системой,разработанной экспериментальным научно-исследовательским институтомметаллорежущих станков (ЭНИМС). По этой системе станки подразделяются на 9групп. В свою очередь, каждая группа делится на девять подгрупп (типов) всоответствии с конструктивными и технологическими особенностями специализации ит. д. Тип (модель) металлорежущего станка обозначают соответствующим номером»Первая цифра в номере указывает группу станка, вторая — его подгруппу (тин),третья и четвертая цифры показывают условные размеры станка размер обрабатываемойдетали и прочее (для токарных станков — высоту центров, для сверлильных —наибольших диаметров отверстия). По степени универсальности различают станкиуниверсальные, специализированные и специальные. Первые предназначены дляобработки деталей разнообразной номенклатуры вторые – для конфигурации, ноимеющих различные размеры; на специальных станках обрабатывают детали одноготипоразмера.
Постепени точности станки делятся на пять классов;
Н- нормальной
П- повышенной
В- высокой
А- особо высокой
С- особо точной (мастер станки)
Взависимости от размеров различаются станки настольные, мелкие, средние, крупныеи тяжелые.
Постепени автоматизации – обыкновенные, полуавтоматические и автоматическиестанки.
Автоматическиестаночные линии
Дляединичного и мелкосерийного производства характерно групповое расположениеоборудования с концентрацией станков определенного технологического назначенияна отдельных участках механического цеха (участок токарных ставков, участокфрезерных станков и т. д.). В массовом производстве наиболее эффективнорасположения оборудования по ходу технологического процесса, что значительносокращает длину пути, проходимого обрабатываемого деталью, и уменьшает цикл производства.Наибольшее распространение получили автоматические станочные линии. Их основнымоборудованием являются металлорежущие станки-автоматы, выполняющие циклопераций по обработке заготовок резанием. В зависимости от типа используемыхстанков различают из универсальных, специальных, типовых и агрегатных станков.Автоматические линии из специальных станков создаются для обработкиопределенных деталей и не допускают переналадки. Переналадочные станочные линиисоздаются из типовых станков-автоматов и применяются для обработки валов,втулок и др. деталей.
Применениеагрегатных станков в автоматических станочных линиях особенно эффективно дляобработки крупных корпусных деталей сложной формы. Важнейшим условиемэкономической целесообразности применения автоматических линий явл.неизменность выпуска продукции, которая в них изготавливается. Один станок сЧПУ заменяет 3—8 обычных станков, расходы на зарплату сокращаются на 70% у всевздержки производства уменьшаются на 67% производительность труда увеличиваетсяв 3—5 раз. Общая экономия от себестоимости изготовления продукции на этихстанках может составить до 90% по сравнению с обычным оборудованием, а экономиятрудовых затрат-до 80%.
Характеристикадеталей, обработанных резанием
Современноемашиностроение создает мощные и быстроходные машины, механизмы которые работаютв сложных условиях.
Этотребует улучшения комплекса качественных показателей выпускаемых изделий ипрежде всего— технологического процесса их производства, обеспечивающегоусловия качества обработку деталей машин. Во всех случаях при решении вопросовточности в машиностроении следует учитывать сроки службы машин затраты на ееизготовление и эксплуатацию. Пути достижения требуемой точности должны решатьсяс учетом всех стадий технологического процесса. Во всех случаях при решениивопросов точности в машиностроении следует учитывать сроки службы машин,затраты на ее изготовление и эксплуатацию. Учитывая, что конечная цель любогомашиностроительного производства — это выпуск машин высокого качества, вопросывзаимозаменяемости качества и точности обработки приобретают особо важноезначение.
Химико-механическаяобработка
Этойобработкой достигают формоизменения металлических заготовок вследствиепротекания химических и электрохимических реакций с применениемповерхностно-активных и химически-активных веществ или электролитов (растворовсолей, в основном сульфата меди). Заготовки могут быть из черных и цветныхметаллов и сплавов, а также из металлокерамических сплавов. При погруженииизделия 1 (рис.27) в ванну 2 с раствором металлической соли (обычно сернокислоймеди) с абразивным порошком происходит обменная реакция, в результате которойметалл изделия переходит в раствор в виде солей, а металлическая медь оседает ввиде рыхлого порошка на обрабатываемой поверхности. Осевший рыхлый порошокмеханически удаляют путем шлифования порошком, взвешенным в растворе.Шлифование осуществляют в ванне взаимным перемещением обрабатываемого изделия 1и притира 3 при помощи специальных приспособлений. Скорость обработки зависитот концентрации раствора и частоты снятия меди, оседающей на обрабатываемойповерхности.
/>
Рис.27. Схема химико-механической обработки
Химико-механическойобработкой выполняют притирку, чистовую доводку и шлифование поверхностейизделий, прежде всего из металлокерамических сплавов, а также их разрезание,если в качестве притира принять диск. Кроме того, этим способом производятхимическое фрезерование титана, алюминиевых, магниевых и ряда других сплавов.