Учебное пособие: Технологический контроль машин
Пайка и клейка - процессы получения неразъемных соединений.
Пайка - это процесс получения нераз. соединений двух и более заготовок путем их нагрева ниже температуры плавления с заполнением зазора и поверхности заготовок расплавленным припоем с последующей его кристаллизацией и образованием соединения. Пайку можно классифицировать по разным признакам, к примеру, по температуре плавления припоя. По этому признаку пайку делят на низкотемпературную и высокотемпературную. При низкотемпературной пайке используется припой с температурой плавления ниже 550°С, а при высокотемпературной - выше 550°С. Процесс пайки предполагает использование припоя и флюса. Припой представляет собой сплав цветных металлов. Каждый припой имеет свое наименование, сокращенное обозначение и предназначен для пайки строго определенного материала. Рассмотрим более подробно некоторые виды припоя. Для низкотемпературной пайки используют: оловянистоцинковые и оловянистосвинцовые припои. Оловянистоцинковые припои применяют для пайки изделий из алюминия. В состав данного припоя входят: 45% олова, 50% цинка и 5% алюминия. Оловяносвинцовые припои, например, ПОСС4 или 6 предназначен для пайки белой жести, железа, латуни, меди, свинца. ПОС40 для пайки деталей из оцинкованного железа, латуни и медных проводов. Для высокотемпературной пайки применяются меднофосфористые, медноцинковые, медноникелевые, серебряные припои. К меднофосфористому припою относятся припои, предназначенные для пайки меди и сплавов на основе меди. Медноцинковый припой, например Л63 или Л68 используют для пайки меди и углеродистых сталей. Л62 для пайки стали, меди и бронзы. Припои на основе серебра используют для пайки меди и бронзы (марка ПСР45); ПСР12 - для пайки деталей медной группы с содержанием меди до 58%. Оптимальный выбор способа пайки, типа соединения припоя, флюса, размера зазора обеспечивает основные качественные параметры паяных соединений, таких как герметичность, надежность, прочность, долговечность.
Флюсы применяют для очистки спаиваемых поверхностей, растворения оксидов и предохранения металла и припоя от окисления, для улучшения процесса смачивания по металлу припоя. Флюсы производятся твердыми, пастообразными, порошкообразными и жидкими. При низкотемпературной пайке используют флюсы, в состав которых входит: 85% хлористого цинка, 10% хлористого аммония, 5% фтористого натрия. Для пайки стали, меди, медных сплавов применяют флюсы, включающие в себя 30% хлористого цинка 20% хлористого аммония и другие вещества. Существуют следующие типы паяных соединений: нахлесточные, стык и специальные.
Недостаток процесса пайки заключается в пайке швов заготовок, расположенных в нахлестку, что приводит к значительному расходу материалов. Существуют различные способы пайки, отличающиеся друг от друга используемыми источниками нагрева. В настоящее время широко используется как традиционные, так и новые методы пайки, появившиеся благодаря развитию новых технологий.
Способы: паяльником, паянием в печи, в ванной.
Новые методы: пайка в вакууме, в нейтральной и активной газовых средах, пайка световым и электронным лучом, пайка горячим газом.
По прочности паяные соединения уступают сварным, но чаще всего превосходят клееные.
Склейка.
Технология изготовления и применения большинства клеев довольно проста, а по некоторым характеристикам клееные соединения сваркой или пайкой. Клей применяют для художественно-оформительных работ и как связующее для лакокрасочных материалов. Любой клей состоит из двух основных компонентов основания и растворителя. Основанием является само клеющее вещество, с которым растворитель образует клеящий состав.
В зависимости от условий применения и назначения в состав клея часто добавляют следующие компоненты:
1) вспомогательные вещества, предупреждающие преждевременное изменение компонентов клея.
2) пластификаторы, улучшающие пластические свойства клеемого шва.
3) катализаторы - для ускорения или замедления времени схватывания клеевых составов в зависимости от технологии склеивания.
4) наполнители, сокращают процентное содержание основания в общем объеме клея и придают клеевым составом дополнительные функциональные свойства.
5) затвердители - для ускорения или замедления запустения клея.
По химическому составу клеи делят на натуральные и синтетические. К натуральным относят клеи животного, растительного и минерального происхождения. К синтетическим относят неорганические и полимерные клеи. Учитывая быстрое развитие химической отрасли и появление новых видов синтетических смол, несущих в себе разнообразные свойства, синтетические клеи приобрели широкое распространение. Учитывая разнообразную гамму свойств синтетических клеев и иногда более простую технологию их изготовления, синтетические клеи стали вытеснять традиционные, изготавливаемые из натуральных компонентов.
Получение и обработка деталей воздействием концентрированных потоков энергии.
Повышение рентабельности современных машин, приборов и аппаратуры эффективность их использовании, снижение материальных и трудовых затрат, обеспечиваются их качеством и надежность.
Качество изделия - это совокупность его свойств, характеризующих его способность удовлетворять при эксплуатации требованиям назначения данного изделия.
Надежность - это совокупность свойств, определяющих способность изделия сохранять необходимые значения показателей качества, в течение требуемого времени его эксплуатации и хранения, минимизировать возможность их внезапного выхода за допустимые пределы, а так же сократить время, необходимое для восстановления показателей качества.
В настоящее время наиболее широко используются производственно-технологические методы, которые обеспечивают заранее заданные показатели качества и надежности изделия. Более конкретно к получению деталей с требуемыми, зачастую ранее недостижимыми, свойствами: размерами, конфигурациями, физико-механическими, химическими свойствами и их специфическими распределение по объему детали.
В настоящее время наряду с традиционными методами обработки в распоряжении имеется ряд новых технологических методов. Технологическая сущность таких методов является изменение заготовки, осуществляемое не механическим силовым воздействием обрабатывающего инструмента, а воздействием потока энергии того или иного вида, сконцентрированного на обрабатываемом участке заготовки.
Виды воздействия потока энергии могут быть: электронные и ионные пучки, световое (лазерное) излучение, потоки плазмы, электрические искровые и дуговые разряды в жидких и газообразных диэлектрических средах, микродуговые и дуговые разряды в электролитах, а так же разновидности и комбинации таких воздействий. Использование каждого из таких потоков имеет свою область применения. Все детали, подвергаемые обработке концентрированными потоками энергии, можно разделить на различные группы по их физико-химическим и геометрическим характеристикам. Процессы обработки концентрированными потоками энергии, как и другие методы обработки, независимо от лежащих в их основе физических и химических явлений, направлены на преобразование либо физико-химических свойств заготовки, либо ее геометрических свойств, либо того и другого вместе. Если конфигурация или (и) размеры получаемой детали отличаются от исходной заготовки, то говорят о размерной обработке деталей или об операции формообразования. Если формы и размеры получаемой детали с допустимой точностью совпадают с исходной заготовкой, то имеет место неразмерная обработка. В большинстве операций под воздействием концентрированного потока энергии происходит изменение как объема (массы), так и формы заготовки. Энергия, поступающая в зону формообразования, в общем случае, содержит тепловую, механическую, электрическую, электромагнитную и другие компоненты. Преобразование заготовки за счет локализованной и поглощенной в рабочей зоне энергии происходит путем изменения состояния вещества в этой зоне. В ряде случаев энергоемкость обработки концентрированными потоками энергии оказывается сопоставимой и даже меньшей чем при традиционной обработке резанием. При формообразовании воздействием концентрированных потоков энергии необходимо расширить понятие инструмента. Инструментом следует называть всякую замкнутую область, в которой создаются и поддерживаются заданные параметры физико-химических явлений, определяющие скорости перемещения изменяемых поверхностей зоны обработки заготовки в процессе их изменения. Проблема улучшения показателей технологического процесса, а также специфическое состояние продукта обработки, обусловливает необходимость изучения физико-химического механизма, происходящего при данной обработке.
Основное направление в изучении процессов, происходящих при обработке концентрированными потоками, является составлением познавательных моделей, которые несут в себе количественное и качественное описание процессов, которые происходят при обработке заготовки. Данные модели устанавливают характер взаимосвязи между параметрами, которые определяют ход этого процесса. Математические модели могут быть одномерными или многомерными, сосредоточенными или с распределенными параметрами, с постоянными или переменными величинами. Для каждого конкретного случая строится своя модель, которая устанавливает качественные зависимости технологических показателей от параметров режима обработки. В общем случае, задача проектирования технологического процесса обработки детали концентрированным потоком энергии, независимо от физической природы этого потока, базируется на подготовке исходной информации о детали, заготовке и программе выпуска, а так же сводится к оценке технологичности детали, внесении изменений в его конструкцию, выбору метода маршрута обработки и оценки всех действий, связанных с этим.
10. Плазменная обработка
Среда, в которой значительная часть молекул или атомов ионизирована, называется плазмой. Плазма находит технологическое применение, прежде всего, в процессах, которые требуют высокотемпературного концентрированного нагрева значительных зон заготовки. В промышленности широко используется плазменная резка металлов, плазменная наплавка, сварка, напыление тугоплавких металлов, а так же комбинированное воздействие, называемое плазменной механической обработкой. Для получения плазмы, используемой в технологических целях, разработан ряд устройств, называемых плазматронами или плазменными горелками. Наиболее распространены плазмотроны, в которых нагрев газа до температуры образования плазмы осуществляется электрическим дуговым разрядом. Принципиально тот же результат можно достигнуть и при сжигании горючих смесей в обычных горелках, но эффективность таких устройств значительно ниже. Плазмообразующие газы во всех вариантах плазмотронов могут быть различными. В технологических целях применяют, как правило, низкотемпературную плазму, представляющую собой частично ионизированный газ с температурой 103-105 К.
Основными характеристиками плазменного источника энергии является его тепловая мощность, определяемая отношением количества теплоты, вводимой в основной металл, ко времени ее введения, а так же коэффициент сосредоточенности, определяющий распространение теплового потока по поверхности обрабатываемого изделия. При использовании плазменной струи часть энергии расходуется на нагрев анода сопла. Поэтому с энергетической точки зрения более рационально использовать плазменную дугу, чем плазменную струю. Плотность теплового потока у плазменных источников энергии выше, чем у открытой дуги. Нагрев газа в плазматроне приводит к резкому уменьшению плотности газа, за счет чего увеличивается скорость его истечения. Большая скорость потока плазмы при выходе ее из плазматрона позволяет получать значительный газодинамический напор, который растет с увеличением силы тока и может быть использован в различных технологических целях. Нагрев детали и материалов до невысоких температур (ниже точки их плавления) с помощью плазменных горелок используется сравнительно редко. Однако применяется плазменная механическая обработка металлов. Сущность этого метода состоит в том, что при обработке резанием высокопрочных материалов и сплавов перед резцом устанавливается плазматрон, нагревающий узкую зону обрабатываемого материала. Так как при нагреве прочность обрабатываемого материала снижается, а пластичность увеличивается, можно увеличить подачу и глубину резания. Плазменная механическая обработка применяется при изготовлении деталей из жаропрочных сплавов и сталей на базе вольфрама, молибдена и других материалов. Плавка металлов, сплавов, а так же неметаллических материалов с использованием плазменного нагрева получила широкое распространение, так как данный способ отличается высокой стабильностью, простотой и гибкостью технологического процесса. Наиболее распространенной является схема плавки в водоохлаждаемый кристаллизатор. В таких установках обычно выплавляют сложнолегированные сплавы, например, инструментальные стали. Довольно широко используется сварка с использованием плазменных источников, поскольку по сравнению со свободно горящей электрической дугой удается получить большую глубину проплавления, меньшую ширину шва и наиболее узкую зону термического влияния. Процесс идет с большой скоростью при улучшении качества сварного шва. Плазменная наплавка используется для нанесения поверхностных слоев (чаще всего из металлов и сплавов, отличных по составу от материала подложки) с целью повышения эксплуатационных свойств детали. Для наплавки применяют материалы с поверхностной износостойкостью, высокой твердостью, коррозионной и термической стойкостью и др. Возможна многослойная наплавка. Наплавку производят плазменной струей, что дает возможность регулировать глубину проплавления основного металла посредством изменения расстояния между плазматроном и заготовкой. В качестве плазмообразующих газов используется аргон и водород. Плазменной наплавкой упрочняют отдельные детали станков, изготавливают режущие инструменты из обычных углеродистых сталей с наплавкой рабочих лезвий из инструментальных сталей. Плазменное на пыление отличается тем, что наносимый материал нагревается внутри самого плазматрона, а затем насаждается на подложку. Плазменную наплавку применяют для нанесения на стальные подложки меди, бронзы и хромоникелевые сплавы. Металлические покрытия, получаемые с помощью плазменного напыления, чаще всего состоят из вольфрама, молибдена, кобальта, никеля и других металлов и сплавов при достаточно высокой температуре плавления. Напыленные оксидные покрытия отличаются высокой жаростойкостью и сравнительно низкими показателями тепло - и электропроводности. Плазменным напылением получают тонкостенные детали сложной геометрической формы. Материал напыляют на оправки или шаблоны, которые потом могут или растворяться химическим путем или разбираться на части. Плазменной резкой можно разрезать практически любые материалы, тогда как кислородная резка пригодна только для углеродистой стали. Недостатком плазменной резки является то, что толщина разрезания заготовок не превышает 250-300 мм. В качестве плазмообразующих газов при резке используется аргон, азот, водород и их примеси.
11. Основы электронно-лучевой обработки
При взаимодействии ускоренных элементов с твердым телом происходит множество процессов, в результате которых наблюдается эмиссия атомных частиц, а свойство самого твердого тела может существенно изменяться. Многие из этих процессов используют на практике в электровакуумных приборах разнообразного типа и назначения. Другая обширная область применения электрических потоков - это использование их в качестве универсального технологического инструмента, позволяющего не только изменять заданным образом свойства обработки материалов, но и весьма тонко контролировать эти изменения. Рассмотрим, какие из физических явлений, сопровождающих электронную бомбардировку, могут быть использованы для этих целей. Закономерности протекания процессов при такой бомбардировке определяются параметрами электронного пучка: энергией электронов, направлением их движения и интенсивностью потока.