velikol.ru
1

Электрофизические методы обработки металлов


 




 


Расширенное использование труднообрабатываемых материалов для изготовления деталей машин, усложнение конструкций этих деталей в сочетании с возрастающими требованиями к снижению себестоимости и увеличению производительности послужило причиной разработки и освоения методов электрофизической обработки.

Электрофизические методы обработки металлов основаны на использовании специфических явлений, возникающих под действием электрического тока, для удаления материала или изменения формы заготовки.

Основным преимуществом электрофизических методов обработки металлов является возможность их использования для изменения формы заготовок из материалов, не поддающихся обработке резанием, причём обработка этими методами происходит в условиях действия минимальных сил или при полном их отсутствии.

Важным преимуществом электрофизических методов обработки металлов является независимость производительности большинства из них от твёрдости и хрупкости обрабатываемого материала. Трудоёмкость и длительность этих методов обработки материалов повышенной твёрдости (НВ>400) меньше, чем трудоёмкость и длительность обработки резанием.

Электрофизические методы обработки металлов охватывает практически все операции механической обработки и не уступает большинству из них по достигаемой шероховатости и точности обработки. 


^ Электроэрозионная обработка металлов

Электроэрозионная обработка является разновидностью электрофизической обработки и характеризуется тем, что изменение формы, размеров и качества поверхности заготовки происходит под действием электрических разрядов.

Электрические разряды возникают при пропускании импульсного электрического тока в зазоре шириной 0,01 – 0,05 мм между электродом-заготовкой и электродом-инструментом. Под действием электрических разрядов материал заготовки плавится, испаряется и удаляется из межэлектродного зазора в жидком или парообразном состоянии. Подобные процессы разрушения электродов (заготовок) называют электрической эрозией.

В целях интенсификации электрической эрозии зазор между заготовкой и электродом заполняют диэлектрической жидкостью (керосин, минеральное масло, дистиллированная вода). При достижении на электродах напряжения, равного напряжению пробоя, в среде между электродом и заготовкой образуется канал проводимости в виде заполненной плазмой цилиндрической области малого сечения с плотностью тока 8000 – 10000 А/мм2. Высокая плотность тока, поддерживаемая в течении 10-5 – 10-8с, обеспечивает температуру на поверхности заготовки до 10000 - 12000˚С.

Удаленный с поверхности заготовки металл охлаждается диэлектрической жидкостью и застывает в виде сферических гранул диаметром 0,01 – 0,005 мм. В каждый последующий момент времени импульс тока пробивает межэлектродный зазор в том месте, где промежуток между электродами оказался наименьшим. Непрерывное подведение импульсов тока и автоматическое сближение электрода-инструмента с электродом-заготовкой обеспечивают продолжение эрозии до тех пор, пока не будет, достигнут заданный размер заготовки или не будет удален весь металл заготовки в межэлектродном зазоре.

Режимы электроэрозионной обработки делятся на электроискровые и электроимпульсные.

^ Электроискровые режимы характеризуются использованием искровых разрядов с малой длительностью (10-5…10-7с) при прямой полярности подключения электродов (заготовка “+”, инструмент “-”).

В зависимости от мощности искровых разрядов режимы делятся на жесткие и средние (для предварительной обработки), мягкие и особо мягкие (для окончательной обработки). Использование мягких режимов обеспечивает отклонение размеров детали до 0,002 мм при параметре шероховатости обработанной поверхности Rа=0.01 мкм. Электроискровые режимы используют при обработке твердых сплавов, труднообрабатываемых металлов и сплавов, тантала, молибдена, вольфрама и т.д.; обрабатывают сквозные и глубокие отверстия любого поперечного сечения, отверстия с криволинейными осями; используя проволочные и ленточные электроды, вырезают детали из листовых заготовок; нарезают зубья и резьбы; шлифуют и клеймят детали.



Для проведения обработки на электроискровых режимах используют станки (см. рис.), оснащенные RC-генераторами, состоящего из заряженного и разряженного контура. Зарядный контур включает конденсатор С, заряжающийся через сопротивление R от источника тока с напряжением 100 – 200 В, а в разрядный контур параллельно конденсатору С включены электроды 1 (инструмент) и 2 (заготовка).

Как только напряжение на электродах достигает пробойного, через межэлектродный зазор происходит искровой разряд энергии, накопленной в конденсаторе С. Производительность эрозионного процесса может быть увеличена уменьшением сопротивления R. Постоянство межэлектродного зазора поддерживается специальной следящей системой, управляющей механизмом автоматического движения подачи инструмента, изготовленного из меди, латуни или углеграфитных материалов.

^ Электроимпульсные режимы характеризуются применением импульсов большой длительности (0,5…10 с), соответствующих дуговому разряду между электродами и более интенсивному разрушению катода. В связи с этим при электроимпульсных режимах катод соединяется с заготовкой, что обеспечивает более высокую производительность эрозии (в 8-10 раз) и меньшей, чем при электроискровых режимах, износ инструмента.



Наиболее целесообразной областью применения электроимпульсных режимов является предварительная обработка заготовок сложнопрофильных деталей (штампы, турбины, лопатки и т.д.), изготовленных из труднообрабатываемых сплавов и сталей.

Электроимпульсные режимы реализуются установками (см рис), в которых на электроды 1 и 2 подаются униполярные импульсы от электромашинного 3 или электронного генератора. Возникновение Э.Д.С. индукции в намагниченном теле движущимся под некоторым углом к направлению оси намагничивания позволяет получать ток большей величины.

^ Лучевая обработка металлов

Разновидностями лучевой обработки в машиностроении является электронно-лучевая или светолучевая обработка.

Электронно-лучевая обработка металловоснована на тепловом воздействии потока движущихся электронов на обрабатываемый материал, который в месте обработки плавится и испаряется. Столь интенсивный нагрев вызывается тем, что кинетическая энергия движущихся электронов при ударении о поверхность обрабатываемой заготовки почти полностью переходит в тепловую, которая будучи сконцентрирована на площадке малых размером (не более 10 мкм), вызывает её разогревание до 6000˚С.

При размерной обработке, как известно, происходит локальное воздействие на обрабатываемый материал, что при электроннонно-лучевой обработке обеспечивается импульсным режимом потока электронов с продолжительностью импульсов 10-4…10-6 с и частотой f = 50 … 5000 Гц.

Высокая концентрация энергии при электронно-лучевой обработке в сочетании с импульсным воздействием обеспечивают условия обработки, при которых поверхности заготовки, находящиеся на расстоянии 1 мкм от кромки электронного луча, разогреваются до 300˚С. Это позволяет использовать электронно-лучевую обработку для резки заготовок, изготовления сеток из фольги, вырезания пазов и обработки отверстий диаметром 1 – 10 мкм в деталях из труднообрабатываемых материалов.



В качестве оборудования для проведения электронно-лучевой обработки используют специальные электровакуумные устройства, называемые электронными пушками(см рис). Они генерируют, ускоряют и фокусируют электронный луч. Электронная пушка состоит из вакуумной камеры 4 (с разрежением 133·10-4), в которой установлен питаемый источником высокого напряжения 1 вольфрамовый катод 2, обеспечивающий
эмиссию свободных электронов, которые разгоняются электрическим полем, созданным между катодом 2 и анодной диафрагмой 3.

Далее электронный луч проходит через систему магнитных линз 9, 6, устройство электрической юстировки 5 и фокусируется на поверхности обрабатываемой заготовки 7, установленной на координатном столе 8. Импульсный режим работы электронной пушки обеспечивается системой состоящей из импульсного генератора 10 и трансформатора 11. 


^ Метод светолучевой обработки основан на использовании теплового воздействия светового луча высокой энергии, излучаемого оптическим квантом генератором (лазером) на поверхность заготовки.

Размерная обработка с помощью лазеров заключается в образовании отверстий диаметром 0,5…10 мкм в труднообрабатываемых материалах, изготовлении сеток, вырезании из листа сложнопрофильных деталей и т.д.


Материалы для ручной дуговой сварки маркировка , классификация , назначение. Укажите методы сварного шва.



Классификация материалов по функциональному назначению


Материаловедение изучает состав, структуру, свойства и поведение материалов в зависимости от воздействия окружающей среды. Воздействие бывает тепловым, электрическим, магнитным и т. д. Любой компонент конструкций или сооружений подвергается нагрузкам, как со стороны других компонентов, так и со стороны внешней среды.

Классификация материалов: металлические, неметаллические и композиционные материалы. Металлические материалы подразделяются на цветные металлы, порошковые материалы. Неметаллические материалы: резина, стекло, керамика, пластические массы, ситаллы. Композиционные материалы являются составными материалами, в состав которых входят два и более материалов (стеклопластики).

Существует классификация материалов в зависимости от вида полуфабрикатов: листы, порошки, гранулы, волокна, профили и т. д.

Техника создания материалов положена в основу классификации по структуре.

Металлические материалы подразделяются на группы в соответствии с тем компонентом, который лежит в их основе. Материалы черной металлургии: сталь, чугуны, ферросплавы, сплавы, в которых основной компонент – железо. Материалы цветной металлургии: алюминий, медь, цинк, свинец, никель, олово.

Основу современной техники составляют металлы и металлические сплавы. Сегодня металлы являются самым универсальным по применению классом материалов. Для того чтобы повысить качество и надежность изделий, требуются новые материалы. Для решения этих проблем применяются композиционные, полимерные, порошковые материалы.

Металлы – вещества, которые обладают ковкостью, блеском, электропроводностью и теплопроводностью. В технике все металлические материалы называют металлами и делят на две группы. Простые металлы – металлы, которые имеют небольшое количество примесей других металлов Сложные металлы – металлы, которые представляют сочетания простого металла как основы с другими элементами.



Термический вид сварки включает все методы с использованием тепловой энергии (дуговая сварка, газовая сварка, плазменная сварка и т. д.).


Термомеханический вид объединяет все методы сварки, при которых используются давление и тепловая энергия (контактная сварка, диффузионная сварка)


Механический вид включает методы сварки, осуществляемые с помощью механической энергии (холодная сварка, сварка трением, ультразвуковая сварка, сварка взрывом).Методы сварки классифицируются по следующим техническим признакам: • по типу защитного газа (в активных газах, в инертных газах);
• по способу защиты металла в зоне сварки (на воздухе, в среде защитного газа, в вакууме, под слоем флюса,  с комбинированной защитой);


• по степени механизации (ручная, механизированная, автоматизированная, автоматическая);
• по характеру защиты металла в зоне сварки (со струйной защитой, в контролируемой атмосфере).



Пайка металлов ее физическая сущность


Пайка является одним из самых первых способов соединения металлов. В истории развития пайки можно выделить три периода, которые связаны с развитием источников нагрева и особенностями развития техники. Первый период начался в бронзовом веке, когда человечество начало изготовлять из бронзы бытовые вещи, оружие, украшения. Источником нагрева при паяльных работах служило биологическое топливо. Второй период в развитии пайки связан с применением электрических источников нагрева. Третье, современное развитие пайки, началось с 1930 — 1940-х годов, когда возникли проблемы с освоением техники из новых металлов и их сплавов – алюминиевых, титановых, циркония, вольфрама, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов. Во второй половине ХХ ст. были разработаны принципиально новые способы пайки. Знания о сущности техники пайки были известны практикам в течение всего исторического периода развития процессов пайки, и только последние полвека пайка интенсивно изучается и разрабатывается научными работниками. В настоящее время технические возможности пайки значительно расширились, и во многих случаях технология пайки является единственно возможной технологией соединения новых материалов.

В настоящее время технология пайки является высокоразвитой технологией изготовления изделий различного назначения из разнообразных металлов и сплавов. Пайка находит использование в разных отраслях для соединения как мельчайших деталей, например, в электронных приборах, так и узлов крупногабаритной техники в ракетостроении, энергетике и других отраслях.

В создании новых материалов, оборудования и технологий пайки значительный вклад сделали ученые ведущих научных школ, которые образовались в научно —исследовательских институтах, учебных заведениях, отраслевых лабораториях разных стран. В Украине материалы и технику пайки разрабатывали и продолжают разрабатывать в Институте электросварки имениЕ. О. Патона и Институте проблем материаловедения имениИ. М. Францевича, в других научно–исследовательских институтах и лабораториях и учебных заведениях, в том числе и в Киевском политехническом институте на кафедре сварочного производства.

Пайка становится в настоящее время практически единственным способом получения надежного соединения между материалами, которые обладают малой пластичностью или не могут быть нагреты до высокой температуры. Речь идет о соединении полупроводниковых кристаллов, керамики, стекла и сочетаний металлов, образующих при нагреве интерметаллические соединения, либо обладающих резко отличающимися температурой плавления (например, соединения алюминий— сталь, медь— титан, цирконий— алюминий) и коэффициентами термического расширения.Пайка — процесс получения неразъемного соединения материалов в процессе нагрева ниже температуры их автономного расплавления, при локальном контактном плавлении соединяемых материалов, при см, растекании и заполнении зазора между ними расплавленным припоем и сцеплении их при кристаллизации шва с образованием спая.В отличие от автономного плавления — одностадийного процесса, который протекает в объеме при температуре, равной или выше температуры солидус соединяемых материалов, контактное плавление того же материала протекает при контактном равновесии по поверхности контакта с твердым, жидким или газообразным телом, иным по составу; это многостадийный процесс, при котором на различных этапах происходит смачивание, растворение, диффузияиспарение компонентов паяемого металла и припоя; жидкая фаза при контактном плавлении твердого тела образуется ниже его температуры солидус


Основные закономерности технические возможности судостроения

В этой последней главе, а по существу — заключении, автор приносит свои извинения читателю за небольшую мистификацию: речь в книге шла не о гипотетической верфи 80-х годов XXI века, а о той верфи, которая сегодня должна находиться на рабочих столах, кульманах и дисплеях проектировщиков. Нет, не об эфемерной 100-летней перспективе написана книга, а о вполне конкретном завтрашнем дне судостроительного производства.

Зачем же понадобилась эта мистификация? Причин на то было три. О первой из них уже говорилось в начале книги: создаваемые сегодня верфи будут служить многие-многие десятилетия, а значит, 100-летняя перспектива все-таки имеет отношение к техническим решениям, которые должны принимать проектировщики в наши дни.

Вторая причина также объективна. Известен методический прием, заключающийся в разработке идеальной модели изучаемого объекта или явления и в последующем сознательном „отступлении" от этой модели к реальному объекту (явлению). Идеальная модель позволяет лучше понять основные закономерности и связи, для чего при ее разработке необходимо абстрагироваться от деталей и частностей, которыми так богата наша жизнь. Рассмотренная в книге „судостроительная верфь XXI века" и является той идеальной моделью, которая позволяет „уйти" от реальностей производственных программ, разработанных технологических процессов, используемого оборудования, отработанных строительных решений и т. п. Имея перед глазами такую модель, всегда можно оценить, какие ее элементы могут быть реализованы в проектах конкретных судостроительных заводов, а какие нет, и с ними необходимо подождать до „лучших времен".

Третья причина — субъективная. Автор хотел свести до минимума возможные возражения своих рецензентов и оппонентов. Если бы написанная им книга называлась, например, „Перспективы развития судостроительного производства", то ее вряд ли прочитали бы более, чем один-два человека, а именно издательские рецензенты. Далее последовали бы их замечания приблизительно такого характера:

„Автор утверждает о нецелесообразности использования сухих доков в качестве построечно-спусковых сооружений, в то время как они являются основным и наиболее прогрессивным типом таких сооружений в мировом судостроении..."

„Автор доказывает неэффективность использования подъемных кранов в судостроительном производстве, тогда как бескрановые схемы постройки судов не только экономически не эффективны, но и не разработаны технически..."

„Автор пишет о необходимости механизации и автоматизации процессов сборки и насыщения корпусных блоков и судов в целом, однако сборочное оборудование для этих целей будет настолько громоздким и дорогим, что говорить об экономичности его применения не приходится..."

„Автор предлагает для судостроения многоэтажные производственные здания, но действующие СНиПы предусматривают для подобных производств только одноэтажные здания..." И т. д. и т. п. с общим выводом: в представленном виде книга к изданию рекомендована быть не может.

Книга, однако, называется „Судостроение — XXI век". И в ней автор состязается „на равных" с возможными оппонентами. Пусть кто-нибудь попытается доказать, что в 2087 году будет не так, как написано в книге. Вы думаете, что будет по-другому? Пишите свою книгу!

Но шутки шутками, а в книге изложена концепция дальнейшего развития судостроительного производства. Как любая концепция будущего она, безусловно, субъективна. Проверить ее (или поверить в нее) можно лишь путем анализа логики, на которую эта концепция опирается. В частности, концепция учитывает отмеченные выше тенденции и противоречия развития судостроения, по возможности сглаживает последние на основе компромиссных решений.

Удалось ли автору решить поставленную перед собой задачу и создать непротиворечивую концепцию — пусть судит читатель. При оценке проделанной работы следует иметь в виду, что подавляющее большинство высказанных автором идей и суждений не являются оригинальными. Они заимствованы им из многочисленных публикаций советских и зарубежных специалистов, ссылки на которые по возможности даны в подстрочных сносках. В заслугу себе автор может поставить лишь систематизацию всех этих идей и суждений, т. е. создание самой концепции.

Пользуясь случаем, автор выражает глубокую благодарность В. А. Аршанице, В. А. Никищенкову, С. И. Сироткину, с которыми он неоднократно и весьма плодотворно обсуждал многие проблемы, рассмотренные в этой книге. Благодарен автор и рецензентам книги кандидатам технических наук М. К. Глозману и В. С. Дорину, тщательно изучившим рукопись и давшим ряд справедливых и благожелательных замечаний.

Предложенная автором концепция, очевидно, не является единственно возможной. Могут (и, наверное, будут) предложены и иные непротиворечивые концепции развития судостроения, поскольку прогноз на более или менее далекую перспективу всегда отличается высокой степенью неопределенности и инвариантен по отношению к исходным (наблюдаемым в прошлом) фактам. По этой причине автор с благодарностью примет любые замечания и предложения своих читателей, которые могут быть. направлены по адресу: 191065, Ленинград, ул. Гоголя, 8, издательство „Судостроение".

Неопределенность и инвариантность прогноза не обесценивают прогнозирование, а еще больше повышают его актуальность, так как именно при сопоставлении возможных вариантов дальнейшего развития могут быть выявлены наиболее эффективные направления научно-технического прогресса.

А ускорение научно-технического прогресса сегодня — главный рычаг повышения эффективности производства.

В новой Программе Коммунистической партии Советского Союза отмечено, что „первостепенное значение имеет быстрое обновление производственного аппарата путем широкого внедрения передовой техники, наиболее прогрессивных технологических процессов и гибких производств, позволяющих оперативно перестраиваться на выпуск новой продукции и дающих наибольший экономический и социальный эффект. Необходимо... сделать крупный шаг в автоматизации производства с переходом к цехам и предприятиям-автоматам, системам автоматизированного управления и проектирования.

...На основе ускорения научно-технического прогресса, коренных преобразований в технике и технологии, мобилизации всех технических, организационных, экономических и социальных факторов предстоит добиться значительного повышения производительности труда, без чего, как учил В. И. Ленин, «окончательный переход к коммунизму невозможен».

Очевидно, что все предлагаемые концепции должны отвечать приведенным выше требованиям Программы.

Плодотворное обсуждение возможных концепций развития судостроения позволит отобрать прогрессивные технические идеи и решения, которые уже сегодня должны найти применение в проектах реконструкции действующих и строительства новых судостроительных предприятий. Дело останется за их реализацией. Будущее начинается сегодня!

Технологические процессы восстановления втулок рабочих цилиндров судовых дизелей , способы технологические схемы и материалы.


Во время эксплуатации двигателя внутреннего сгорания возможно образование таких дефектов цилиндровых втулок как: коррозия, трещины, наработки, натиры, риски, задиры, забоины, разъедания, увеличение диаметра, овальность и конусообразность рабочей поверхности, ослабление втулки в местах посадки.

Все характерные дефекты цилиндровых втулок, возникающие при её эксплуатации, сведены в таблицу 1.

Некоторые дефекты цилиндровых втулок можно определить, не демонтируя втулку из блока цилиндров. При визуальном осмотре будет заметна течь из зарубашечного пространства блока, если уплотнение посадочного пояска разрушено полностью до нижнего уплотнительного кольца. Это приведёт к обводнению смазочного масла, с потерей его свойств, неравномерности охлаждения цилиндровой втулки, и как следствие, возможен аварийный отказ дизеля (задир в узле поршень – втулка, перегрев и выход из строя рамовых подшипников и т.д.). При разрушении посадочных поясков наблюдается уменьшение наружного диаметра пояска, что приводит к ослаблению посадки втулки в блоке, из-за появления зазора между посадочными поверхностями сопрягаемых деталей. В связи с возможными последствиями данного дефекта предлагается обязательно проводить предварительную дефектацию рассматриваемого узла во время остановок двигателя, плановых осмотров.


Характерные дефекты цилиндровых втулок, причины их возникновения, способы дефектации

Дефект

Причина

Способ дефектации

1. Изнашивание рабочих поверхностей втулок

Причина связана с давлением газов и температурным режимом - ухудшение условий смазки при работе двигателя в условиях высоких температур. Если двигатель работает на тяжелых сортах топлива, то возможно явление нагаро - и коксообразования в зазорах между поршнем и втулкой, что в дальнейшем приведёт к интенсивному абразивному износу рабочей поверхности втулки. Возможно ухудшение условий смазки между втулкой поршнем, что может привести к появлению сухого трения поршневых колец о втулку, что приведет к износу втулки и колец.

Дефектацию проводят с помощью микрометрического нутромера или индикаторным нутромером, путём замера диаметра рабочей поверхности втулки.

Измерения производят в трех сечениях по высоте в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Также дефект можно обнаружить невооруженным глазом или с помощью лупы.

2.Образование задиров на рабочих поверхностей втулок

Плохая смазка или нарушение охлаждения поршня. Задиры могут возникать вследствии нагарообразования и попадания нагара на поверхность трения. Недостаточный зазор в замке поршневых колец и осевых смещений колец.

Визуальный осмотр с помощью лупы.

Образование трещин в опорном бурте и по поверхности втулки.

Несовпадение осей симметрии опорного пояска и уплотнительной канавки втулки. Трещины появляются в результате действия нормальной силы, возникающей при перекладке поршня, при этом наблюдается “раскачивание” втулки в блоке цилиндров при зажатом бурте, следовательно, увеличиваются напряжения, что приводит к появлению трещин в бурте.

Высокие температурные напряжения

также могут стать причиной образования трещин во втулке, и как следствие, выхода ее из строя. Первопричиной данного дефекта служит высокий температурный перепад между стенкой со стороны охлаждающей жидкости и стенкой со стороны газов.

При пусках и остановках двигателя также наблюдается резкое изменение температурных напряжений.

Такие дефекты выявляются визуальным методом, с помощью лупы, керосино – меловым методом, а так же по результатам гидравлических испытаний.

Коррозионно-кавитационное разрушение поверхности втулки со стороны охлаждения.

Причинами дефекта могут быть: не соблюдение технологий при изготовлении втулки; неудовлетворительное качество материалов для изготовления втулки; неудовлетворительная подготовка охлаждающей воды для дизелей (солесодержание и жесткость выше нормы);

вибрации, возникающие при работе двигателя.

Дефектацию проводят визуально и при помощи лупы.