Технологии конструкционных материалов

      а. Сварка взрывом;

   б. Ультразвуковая;

   в. Холодная  сварка. 

   Электродуговая  сварка.

   

     Рис. 10. Ручная дуговая сварка металлическим электродом с покрытием(стрелкой указано направление сварки): 1 - металлический стержень; 2 - покрытие электрода; 3 - газовая атмосфера дуги; 4 - сварочная ванна; 5 - затвердевший шлак; 6 - закристаллизовавшийся металл шва; 7 - основной металл; 8 - капли расплавленного электродного металла; 9 - глубина проплавления 

   Источником  теплоты является электрическая  дуга, возникающая между торцом электрода  и свариваемым изделием при протекании сварочного тока в результате замыкания внешней цепи электросварочного аппарата. Сопротивление электрической дуги больше, чем сопротивление сварочного электрода и проводов, поэтому бо́льшая часть тепловой энергии электрического тока выделяется именно в плазму электрической дуги. Этот постоянный приток тепловой энергии поддерживает плазму (электрическую дугу) от распада.

   Выделяющееся  тепло (в том числе за счёт теплового  излучения из плазмы) нагревает торец  электрода и оплавляет свариваемые поверхности, что приводит к образованию сварочной ванны - объёма жидкого металла. В процессе остывания и кристаллизации сварочной ванны образуется сварное соединение.

   Газопламенная сварка.

 

Рис. 11. Правый (а) и левый (б) способы газовой  сварки

   Источником теплоты является газовый факел, образующийся при сгорании смеси кислорода и горючего газа. В качестве горючего газа могут быть использованы ацетилен, водород, пропан, бутан, блаугаз, МАФ, бензин, бензол, керосин и их смеси. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, расплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны. Пламя может быть окислительным, «нейтральным» или восстановительным, это регулируется количеством кислорода.

   Электрошлаковая сварка.

   Источником  теплоты служит флюс, находящийся  между свариваемыми изделиями, разогревающийся  проходящим через него электрическим  током. При этом теплота, выделяемая флюсом, расплавляет кромки свариваемых  деталей и присадочную проволоку. Способ находит своё применение при сварке вертикальных швов толстостенных изделий.

   Плазменная  сварка.

   

   Рис. 12. 1. Электрод; 2. Плазменное сопло; 3. Фокусирующее сопло; 4. Защитное сопло; 5. Деталь.

   Источником  теплоты является плазменная струя, получаемые при ионизации рабочего газа в промежутке между электродами, одним из которых может быть свариваемое изделие либо оба электрода находятся в плазменной горелке — плазмотроне. Струя плазмы сжимается и ускоряется под действием электромагнитных сил, оказывая на свариваемое изделие как тепловое так и газодинамическое воздействие. Помимо собственно сварки этот способ часто используется для технологических операций наплавка, напыление и резка.

   Электронно-лучевая  сварка.

   Источником  теплоты является электронный луч, получаемый за счёт термоэлектронной эмиссии с катода электронно-лучевой пушки. Сварка ведётся в высоком вакууме – Па в вакуумных камерах. Известна также технология сварки электронным лучом в атмосфере нормального давления, когда электронный луч покидает область вакуума непосредственно перед свариваемыми деталями.

   Лазерная  сварка.

   Источником  теплоты служит лазерный луч. Применяют  лазерные установки всех видов.

   Контактная  сварка.

   При сварке происходят два последовательных процесса: нагрев свариваемых изделий до пластического состояния и их совместное пластическое деформирование. Основными разновидностями контактной сварки являются: точечная контактная сварка, стыковая сварка, рельефная сварка, шовная сварка.

   Диффузионная  сварка.

   Сварка  осуществляется за счёт диффузии — взаимного проникновения атомов свариваемых изделий при повышенной температуре. Сварку проводят в вакуумной установке, нагревая места соединения до 800 °C. Вместо вакуума может быть использована среда защитных газов. Методом диффузной сварки можно пользоваться при создании соединений из разнородных металлов, отличающихся по своим физико-химическим свойствам, изготавливать изделия из многослойных композитных материалов.

   Способ  был разработан в СССР в 1950-х годах  Н. Ф. Казаковым. 
 

   Сварка высокочастотными токами.

     

     Рис. 13. Схема высокочастотной сварки труб с индукционным (а) и контактным (б) способами подвода тока: 1 - индуктор; 2 и 3 - контакты; 4 - ферритовый стержень; 5 - сжимающие ролики; 6 - труба; 7 - направляющий ролик 
 
 
 
 
 

   Источником теплоты служит высокочастотный ток проходящий между свариваемыми изделиями. При последующем пластическом деформировании и остывании образуется сварное соединение.

   Сварка  трением.

   Если  жестко закрепить одну деталь, а  другую, прижав к ней, вращать, то за счет механической работы сил трения детали в месте прикосновения сильно разогреются, оплавятся и сварятся.

   Способ  достаточно экономичный. Автоматизированые  установки для сварки трением  потребляют электроэнергии в 10 раз  меньше, чем установки для контактной сварки. Соединяются детали за считанные секунды, при этом практически нет газовых выделений.

   Способ  позволяет сваривать разнородные  материалы: медь и алюминий, медь и  сталь, алюминий и сталь и т. д.

   Идея  сваривать детали трением была высказана  токарем-изобретателем А. И. Чудиковым. В 1950-е годы на простом токарном станке ему удалось прочно соединить два стержня из низкоуглеродистой стали.

   Сварка  взрывом.

   Сварка  осуществляется сближением атомов свариваемых  изделий на расстояние действия межатомных сил за счёт энергии, выделяемой при взрыве. С помощью данного способа сварки часто получают биметаллы.

   Ультразвуковая  сварка металлов.

   Сварка  осуществляется сближением атомов свариваемых  металлических изделий на расстояние действия межатомных сил за счёт энергии ультразвуковых колебаний, вводимых в материалы. Ультразвуковая сварка характеризуется рядом положительных качеств, что несмотря на высокую стоимость оборудования, обуславливает её применение в производстве микросхем (сварка проводников с контактными площадками), прецизионных изделий, сварка металлов разных типов и металлов с неметаллами.

   Холодная  сварка. 

   Холодная  сварка представляет собою соединение однородных или неоднородных металлов при температуре ниже минимальной  температуры рекристаллизации; сварка происходит благодаря пластической деформации свариваемых металлов в зоне стыка под воздействием механического усилия. 
 

   

   

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис. 14. Схема холодной точечной сварки (а), геометрия сварного соединения (б) и формы пуансонов (в)

   Рис. 15. Схема холодной шовной сварки: 1 - детали; 2 - ролики; 3 - выступы 
 
 
 
 

Технология  обработки заготовок, деталей машин  на металлорежущих станках. 

9. Станки токарные, инструмент и обработка заготовок. 

   

   Главным движением токарного станка является вращение заготовки, а режущие инструменты (обычно однолезвийные) регулируемо закрепляются на неподвижной станине. Резец может подаваться по направляющим вдоль или поперек оси шпинделя. Заготовка закрепляется либо в патроне шпинделя, либо в центрах передней и задней бабки. Скорость подачи может регулироваться вручную или автоматически посредством ряда клиноременных или зубчатых передач, приводящих в движение ходовой винт и поперечные салазки суппорта. Скорость вращения заготовки регулируется в широких пределах в соответствии с выбранными режимами резания. Приводной электродвигатель может иметь как фиксированную, так и переменную частоту вращения. На токарных станках (а они составляют основу станочного парка) обычно выполняют операции обработки цилиндрических поверхностей, поперечной обточки и обрезки, нарезания винтовой резьбы и расточки осевых отверстий.

   УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНЫЙ СТАНОК. Такие  станки составляют основу станочного парка. Резец закреплен на поворотном суппорте, позволяющем автоматически или вручную подавать его вдоль или поперек детали, либо под углом при точении конических поверхностей. 1 – передняя бабка; 2 – планшайба; 3 – деталь (вал); 4 – резцедержатель; 5 – резец; 6 – суппорт; 7 – задняя бабка; 8 – делительная головка; 9 – поперечная подача; 10 – токарный хомутик.

   Существуют  токарные станки разных видов, типов  и размеров. Токарно-револьверный станок, часто применяемый для изготовления одинаковых деталей, снабжается несколькими режущими инструментами, закрепленными в поворотном (револьверном) суппорте. Блок управления револьверного токарного станка с ЧПУ дает команды движения шпинделя, поворота и перемещения револьверных суппортов, перемещения задней бабки. В тех случаях, когда очень велик вес заготовки или ее форма такова, что заготовку легче обрабатывать на горизонтальном столе, применяются большие токарно-карусельные станки. Рабочий стол такого станка вращается вместе с заготовкой, а режущие инструменты подаются либо сбоку, либо с торца заготовки. 

10. Станки расточные, инструмент и обработка заготовок. 

   Расточные станки — группа металлорежущих станков, предназначена для обработки заготовок крупных размеров в условиях индивидуального и серийного производства. На этих станках можно производить растачивание, сверление, зенкерование, нарезание внутренней и наружной резьб, обтачивание цилиндрических поверхностей, подрезку торцов, цилиндрическое и торцовое фрезерование. Иногда на расточных станках можно произвести окончательную обработку заготовки корпусной детали без перестановки ее на другие станки.

   Отличительной особенностью расточных станков  является наличие горизонтального (или вертикального) шпинделя, совершающего движение осевой подачи. В отверстии шпинделя закрепляется режущий инструмент — борштанга с резцами, сверло, зенкер, развертка, фреза и др.

   Перемещения, обеспечивающие установку шпинделя в заданное положение, и движения подачи сообщаются различным узлам  расточных станков в зависимости  от назначения, компоновки, размеров станка, а также характера операции.

   

   

   Рис. 10. Станок универсальный расточный с неподвижной передней стойкой с крестовым поворотным столом:1, 5 — салазки, 2 — станина, 3 — задняя стойка, 4 — люнет, 6 — поворотный стол, 7 — расточная оправка с резцом, 8— шпиндель, 9 —планшайба с суппортом, 10 — неподвижная передняя стойка, 11 — расточная бабка; В — ширина стола, D — диаметр шпинделя, s — подача, v — вращательное движение шпинделя 

11.  Резьбонарезание - инструменты и станки.

    
Ручной клупп- представляет собой резьбонарезной инструмент, состоящий из рукояти и гнезда, в котором закрепляются резьбонарезные плашки. Простейшие модели головок клуппа имеют жестко фиксированные резьбонарезные плашки. Такие головки резьбонарезного инструмента предназначены для нарезки резьбы на деталях одного диаметра. Более сложные головки клуппа имеют механизм подачи плашек. Благодаря возможности подачи плашек резьбонарезного инструмента, их можно отводить для быстрого снятия резьбонарезного инструмента после нарезки резьбы. Эта особенность головки клуппа уменьшает время выполнения операции нарезки резьбы. Часто головки резьбонарезного инструмента имеют направляющие плашки или направляющий хвостовик для центрирования детали в резьбонарезном инструменте, для повышения качества нарезки резьбы.