расплавленный жидкий металл заливают в специальные формы при каком способе получения заготовки
1.7. Получение заготовок. Литье. Ковка и горячая штамповка.
Перед тем как приступить к изготовлению детали, материал, из которого она должна быть сделана, превращают в заготовки. Заготовки стараются получить такими, чтобы их форма и размеры максимально приближались к формам и размерам готовой детали. Это позволяет сократить расход материалов и электроэнергии, увеличить производительность труда.
В зависимости от характера материала, назначения детали, требуемой точности ее изготовления и т. д. заготовки получают литьем, ковкой, штамповкой, высадкой, прокаткой, волочением и другими способами.
Литье. Расплавленный жидкий металл заливают в специальные формы, после остывания металла и разъема (или разрушения) форм получается заготовка (отливка) заданной конфигурации и размеров.
Заготовки отливают из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов различными способами: в песчаные, металлические и оболочковые формы, под давлением, по выплавляемым моделям, центробежным.
Литье в песчаные формы довольно распространено, так как стоимость таких форм значительно меньше, чем при других способах литья. Песчаные формы изготовляют из формовочной смеси, в состав которой входят песок, глина и специальные добавки.
Металл в такую форму можно заливать только один раз, так как после получения отливки форму разрушают. Поэтому такой способ литья малопроизводителен и, кроме того, дает меньшую точность по сравнению с другими способами литья заготовок.
Литье в металлические формы (кокили) более производительно, так как оно допускает многократную заливку металла в одну форму. При этом обеспечивается более высокий параметр шероховатости поверхности и более точные размеры заготовок.
Литье в оболочковые формы — сравнительно новый способ литья заготовок и деталей из черных и цветных металлов, при котором форму изготовляют из смесей, содержащих термореактивные смолы. Формовочная смесь наносится на поверхность подогретой металлической модели, вследствие чего термореактивная смола оплавляется и на модели образуется предварительно отвердевшая форма (корка) толщиной 5—7 мм. Затем модель со слегка отвердевшей оболочкой помещают в электропечь, где происходит окончательное отвердение формы. После этого форму снимают с модели и направляют для заливки металлом.
Простота изготовления оболочковых форм, значительное уменьшение припусков на механическую обработку, высокая точность размеров отливок сложной конфигурации (±0,2 мм на 100 мм длины) являются основными преимуществами этого способа.
Литье под давлением особенно распространено в производстве электро- и радиоаппаратуры и других подобных изделий. Сущность этого способа состоит в том, что жидкий металл подается в металлическую форму под давлением в специальных литьевых машинах, благодаря чему он хорошо заполняет все ее полости. Литье под давлением используют для получения из цветных сплавов литых заготовок сложной формы с различными выступами, приливами и отверстиями.
Литье по выплавляемым моделям основано на использовании моделей, которые изготовляют в металлических пресс-формах заполнением их парафиностеариновой смесью. Полученные таким образом модели покрывают тонким слоем специальной жидкой массы и мелким кварцевым песком, просушивают и прокаливают в электропечи. При этом парафиностеариновая смесь вытекает из формы, которая затем используется для получения точных металлических деталей.
Этим способом получают весьма точные и чистые отливки. Особенностью такого способа литья является то, что оно позволяет получать не только заготовки, но и готовые детали сложной формы без дальнейшей механической обработки.
При центробежном литье жидкий металл заливают в форму, быстро вращающуюся вокруг вертикальной или горизонтальной оси. Этот способ наиболее эффективен при получении заготовок кольцевидной формы, труб, зубчатых колес и т. д.
Ковка и горячая штамповка. При этих процессах нагретый металл обрабатывают ударом или давлением, пользуясь молотами и ковочными машинами. Если нагретый металл обрабатывают без специальных форм (штампов), то процесс называется свободной ковкой, если же в штампах — горячей штамповкой.
При горячей штамповке на изготовление заготовок затрачивается значительно меньше времени, чем при свободной ковке. При этом заготовки получаются более точные по форме и размерам, с меньшими припусками для дальнейшей механической обработки.
Холодная штамповка. Это процесс получения заготовок и деталей из листового, ленточного и полосового материала способом вырубки, гибки, вытяжки, отбортовки в штампах на прессах.
Способ холодной штамповки очень производителен и широко применяется в различных видах производства. При различных способах получения заготовок припуск на их обработку будет различным.
Электронная библиотека
Литье является одним из важнейших и распространенных способов изготовления заготовок и деталей машин. Литьем получают заготовки различной конфигурации, размеров и массы из различных металлов и сплавов — чугуна, стали, алюминиевых, медных, магниевых и других сплавов. Литье — это наиболее простой и дешевый, а иногда и единственный способ получения изделий.
Процесс литья заключается в том, что расплавленный металл заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответствует форме и размерам будущей заготовки. После охлаждения и затвердевания заготовка (или деталь) извлекается из формы. Продукция литейного производства называется отливкой.
Литейные формы могут быть разовыми (для изготовления одной отливки) и постоянными (многократного применения).
В зависимости от того, в какую форму (постоянную или разовую) заливается металл и каким способом происходит заливка, существует тот или иной метод литья. В настоящее время до 60 % чугунных и стальных отливок получают методом литья в песчано-глинистые формы. Для получения отливок высокой точности размеров, хорошего качества поверхности и лучшей структуры металла применяют специальные методы литья (в кокиль, под давлением, центробежным способом, по выплавляемым моделям и др.).
Технологический процесс получения отливок в разовых песчано-глинистых формах (рис. 3.5) включает ряд продолжительных операций, связанных с приготовлением формовочных и стержневых смесей, изготовлением модельной оснастки, стержней, сушки их, формовки и т.д. Несмотря на то, что в настоящее время трудоемкие операции этого метода механизированы и автоматизированы, он все же остается сравнительно низкопроизводительным и трудоемким методом литья. Поэтому литье в песчано-глинистые формы применяют в основном, в единичном и опытном производстве, а также в тех случаях, когда изделие другими способами получить невозможно или трудно. На предприятиях, производящих отливки в массовом количестве, созданы автоматические и полуавтоматические поточные линии. Недостатками литья в песчано-глинистые формы являются также низкая точность размеров и плохое качество поверхности отливок, что вызывает необходимость обязательной последующей механической обработки, а это ведет к потерям металла в стружку и удлиняет технологический цикл изготовления изделия.
Рис. 3.5. Схема изготовления литейной формы:
1 – опока; 2 – стояк; 3 – выпоры; 4 – стержень; 5 – жеребейки
Литье в кокиль — один из распространенных способов получения отливок в металлических постоянных формах. Кокили изготавливают из чугуна, стали, алюминия. По конструкции кокили бывают неразъемные и разъемные. Наибольшее распространение получили разъёмные кокили, состоящие из двух частей с горизонтальной или вертикальной плоскостью разъема. Для повышения производительности труда при литье в кокиль применяют многопозиционные машины карусельного типа, на определенной позиции которых последовательно выполняется одна из операций.
Преимуществами литья в кокиль, по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы, являются: более высокая точность размеров и качество поверхности отливок; лучшие механические свойства, что связано с повышенной скоростью охлаждения отливки и получением более тонкой структуры; более высокая производительность.
Литье под давлением — высокопроизводительный метод получения отливок высокой точности размеров из сплавов цветных металлов (алюминиевых, цинковых, медных, магниевых). Суть метода состоит в заполнении металлической пресс-формы расплавленным металлом под давлением поршня. Отливки получают на машинах литья под давлением – полуавтоматах.
Применяют поршневые машины с горячей и холодной (горизонтальной или вертикальной) камерой прессования. Поршневые машины с горячей камерой прессования применяют для изготовления небольших отливок из магниевых и цинковых сплавов. Машины с холодной камерой прессования используют в основном для отливки корпусных деталей из алюминиевых и медных сплавов.
Центробежное литье — производительный метод изготовления отливок, имеющих поверхности тел вращения, с центральным отверстием — труб, втулок и др., а также деталей фасонного литья. Сущность метода заключается в заполнении расплавленным металлом вращающейся формы. Под действием центробежных сил жидкий металл отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. В результате получается плотная структура отливки без усадочных раковин. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки и удаляются при дальнейшей механической обработке.
Отливки из чугуна, стали и цветных металлов и сплавов изготавливают центробежным способом на машинах центробежного литья с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Фасонное литье малой высоты получают на машинах с вертикальной осью вращения. На машинах с горизонтальной осью вращения изготавливают чугунные и стальные трубы, втулки и другие детали с отверстием. Достоинствами центробежного литья являются: высокие производительность, экономичность (не требуется затрат на приготовление формовочной смеси, изготовление стержней и др.) и качество получаемых отливок.
Литье по выплавляемым моделям применяется для получения отливок высокой точности размеров и качества поверхности из любых литейных сплавов. С его помощью можно получать изделия сложной конфигурации с тонкими сечениями. Однако технологический процесс данного метода литья отличается высокой трудоемкостью и высокой стоимостью применяемых материалов. Технологический процесс литья по выплавляемым моделям включает следующие операции: изготовление модели — эталона отливки из легкообрабатываемого сплава (алюминиевого); изготовление пресс-формы по металли-ческому эталону, в которой прессуют модель из легкоплавких материалов (парафина, стеарина, полистирола, воска и др.); изготовление оболочки путем многократного нанесения на модель огнеупорного состава — керамической суспензии с кварцевым песком с последующим просушиванием (обработкой горячим воздухом) при температуре 150…200 °С для удаления легкоплавкой модели; прокаливание полученной литейной формы в печи при 800…850 °С; заливка формы. Очистку отливки от остатков керамического покрытия производят выщелачиванием с последующей ее промывкой в горячей воде. Высокая стоимость отливок, полученных этим методом, позволяет применять этот способ лишь для изготовления изделий особо сложной конфигурации из труднообрабатываемых и тугоплавких материалов в массовом или крупносерийном производстве.
Оболочковое литье применяют в массовом и крупносерийном производстве для изготовления фасонных отливок из стали, чугуна, алюминиевых и медных сплавов. Сущность метода состоит в том, что на поверхность предварительно нагретой до 200 °С металлической модели, прикрепленной к подмодельной плите, насыпают формовочную смесь (кварцевый песок и 6…7 % бакелитовой синтетической смолы), затем все вместе прокаливают при t = 300 °С в течение 1…2 мин. Смола расплавляется и необратимо затвердевает, образуя песчано-смоляную оболочку толщиной 5…8 мм. Оболочковые полуформы собирают, скрепляют и заливают жидким металлом. Изготавливают эти полуформы на одно-, двух- и четырехпозиционных машинах с полуавтоматическим или автоматическим управлением. Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую точность размеров отливки, малую шероховатость поверхности, высококачественную структуру металла. Для выбора метода литья при получении заготовок необходимо учитывать все факторы, влияющие на технико-экономические показатели процесса.
Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00
Презентация на тему «Способы получения заготовок»
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Способы получения заготовок
Основные способы производства заготовок : Литьё Ковка Штамповка Сварка
Литье Расплавленный жидкий металл заливают в специальные формы, после остывания металла и разъема (или разрушения) форм получается заготовка (отливка) заданной конфигурации и размеров.
Литье в песчаные формы Довольно распространено, так как стоимость таких форм значительно меньше, чем при других способах литья. Песчаные формы изготовляют из формовочной смеси, в состав которой входят песок, глина и специальные добавки. Металл в такую форму можно заливать только один раз, так как после получения отливки форму разрушают. Поэтому такой способ литья малопроизводителен и, кроме того, дает меньшую точность по сравнению с другими способами литья заготовок.
Литье в металлические формы Более производительно, так как оно допускает многократную заливку металла в одну форму. При этом обеспечивается более высокий параметр шероховатости поверхности и более точные размеры заготовок.
Литье в оболочковые формы Сравнительно новый способ литья заготовок и деталей из черных и цветных металлов, при котором форму изготовляют из смесей, содержащих термореактивные смолы. Формовочная смесь наносится на поверхность подогретой металлической модели, вследствие чего термореактивная смола оплавляется и на модели образуется предварительно отвердевшая форма (корка) толщиной 5—7 мм. Затем модель со слегка отвердевшей оболочкой помещают в электропечь, где происходит окончательное отвердение формы. После этого форму снимают с модели и направляют для заливки металлом.
Литье под давлением распространено в производстве электро- и радиоаппаратуры и других подобных изделий. Сущность этого способа состоит в том, что жидкий металл подается в металлическую форму под давлением в специальных литьевых машинах, благодаря чему он хорошо заполняет все ее полости. Литье под давлением используют для получения из цветных сплавов литых заготовок сложной формы с различными выступами, приливами и отверстиями.
Литье по выплавляемым моделям Основано на использовании моделей, которые изготовляют в металлических пресс-формах заполнением их парафиностеариновой смесью. Полученные таким образом модели покрывают тонким слоем специальной жидкой массы и мелким кварцевым песком, просушивают и прокаливают в электропечи. При этом парафиностеариновая смесь вытекает из формы, которая затем используется для получения точных металлических деталей.
Центробежное литье При центробежном литье жидкий металл заливают в форму, быстро вращающуюся вокруг вертикальной или горизонтальной оси. Этот способ наиболее эффективен при получении заготовок кольцевидной формы, труб, зубчатых колес и т. д.
Ковка Ковка-процесс горячего пластически деформирования металла универсальным инструментом байкам. Ковкой получают паковки массой от 0,1 кг до 400х тонн. Различают ковку ручную и машинную.
Виды ковки: Ковка лошадей Художественная Ковка может быть горячей и холодной. Горячая ковка создаётся методом нагревания металла и придания ему нужной формы.
Штамповка Штамповка — процесс пластической деформации материала с изменением формы и размеров тела. Чаще всего штамповке подвергаются металлы или пластмассы.
Холодная листовая штамповка Листовая штамповка подразумевает в исходном виде тело, одно из измерений которого пренебрежимо мало по сравнению с двумя другими (лист-до 6 мм). Сущность способа заключается в процессе, где в качестве заготовки используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свёрнутую в рулон. Листовой штамповкой изготовляют самые разнообразные плоские и пространственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (например, секундная стрелка ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров (облицовка автомобиля, самолёта, ракеты).
К преимуществам листовой штамповки относятся: возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности и жёсткости; достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработки резанием; сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность (30—40 тыс. деталей в смену с одной машины); хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразной и в массовом, и в мелкосерийном производстве.
Горячая объёмная штамповка Горячая объёмная штамповка — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа.
Сварка Сварка — процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.
Курс повышения квалификации
Охрана труда
Курс профессиональной переподготовки
Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе
Курс профессиональной переподготовки
Организация деятельности библиотекаря в профессиональном образовании
Номер материала: ДБ-112327
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами
Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно
СК предложил обучать педагогов выявлять деструктивное поведение учащихся
Время чтения: 1 минута
Путин попросил привлекать родителей к капремонту школ на всех этапах
Время чтения: 1 минута
Систему ЕГЭ сделают независимой от Microsoft
Время чтения: 1 минута
Студентам вузов могут разрешить проходить практику у ИП
Время чтения: 1 минута
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
Мишустин поручил проводить международную олимпиаду по философии
Время чтения: 0 минут
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Расплавленный жидкий металл
Расплавленный жидкий металл заливают в специальные формы, после остывания металла и разъема ( или разрушения) форм получается заготовка ( отливка) заданной конфигурации и размеров. Заготовки отливают из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов различными способами: в песчаные, металлические и оболочковые формы, под давлением, по выплавляемым моделям, центробежным. [1]
В расплавленном жидком металле атомы находятся в движении. [3]
Сущность воздушно-дуговой резки заключается в выплавлении металла из линии реза электрической дугой, горящей между концом угольного электрода и металлом, и удалении расплавленного жидкого металла струей сжатого воздуха. [8]
Проще всего угловые швы сваривать в положении в лодочку. Недостатком этого способа является необходимость специальных устройств для укладки и удержания изделий в положении в лодочку, а также необходимость применения специальных мер против протекания расплавленного жидкого металла в зазоры. [10]
В практике применяют как разделительную, так и поверхностную воздушно-дуговую резку. Сущность этого способа резки заключается в выплавлении металла по линии реза угольной дугой, горящей между концом угольного электрода и металлом, и принудительном удалении расплавленного жидкого металла струей сжатого воздуха. Воздушно-дуговую резку применяют в основном при резке углеродистых сталей, цветные металлы и чугун поддаются воздушно-дуговой резке хуже, чем стали. Воздушно-дуговую резку используют при обрезке прибылей от литья, удаления дефектных мест сварных швов. [11]
В практике применяют как разделительную, так и поверхностную воздушно-дуговую резку. Сущность этого способа резки заключается в выплавлении металла по линии реза угольной дугой, горящей между концом угольного электрода и металлом, и принудительном удалении расплавленного жидкого металла струей сжатого воздуха. Воздушно-дуговую резку применяют в основном при резке углеродистых сталей; цветные металлы и чугун поддаются воздушно-дуговой резке хуже, чем стали. Воздушно-дуговую резку используют при обрезке прибылей от литья, удаления дефектных мест сварных швов. Недостатком этого способа резки является науглероживание поверхностного слоя металла. [12]
Электронный луч имеет неоспоримые преимущества перед всеми другими способами нагрева. С помощью фокусировки его удельная мощность может меняться от единиц до миллионов киловатт на квадратный сантиметр. Электронным лучом можно плавить любые материалы, в том числе и самые тугоплавкие, достигая любой температуры расплава и длительности выдержки расплавленного жидкого металла в вакууме. [14]
Получение заготовок и их обработка в жидкой фазе
При литье заготовок на процесс затвердевания и образования кристаллической структуры существенно влияют температура заливки металла в форму и скорость охлаждения отливки.
Низкие температуры заливки металла, как правило, приводят к образованию мелкозернистой структуры, а высокие — вызывают получение крупных кристаллитов в заготовках.
Низкие скорости охлаждения отливки способствуют получению крупных дендритно-равноосных кристаллитов. С увеличением скорости охлаждения появляются зоны столбчатых кристаллитов. При очень большой скорости охлаждения расплава получается сплошная мелкая столбчатая структура большой плотности, для которой характерны высокие механические свойства.
Особенностью отливок, изготовленных с кристаллизацией под давлением (жидкой штамповкой), является отсутствие прибылей и литниковых систем. При этом усадка заготовок зависит от свойств сплава, схемы прессования, давления и времени выдержки отливки под нагрузкой. Увеличение давления и времени прессования способствуют уменьшению величины усадки отливки.
При сварке плавлением кромки соединяемых элементов и присадочного материала расплавляются и образуется сварочная ванна. Этот процесс является разновидностью литья в металлическую форму, поэтому кристаллизация шва в значительной степени напоминает формирование отливок. Однако условия кристаллизации сварочной ванны имеют ряд отличий:
• средняя скорость кристаллизации металла шва равна скорости перемещения сварочной ванны;
• кристаллизация шва зависит от формы подвижного температурного поля;
• наличие «готовых» центров кристаллизации на стенках соединяемых элементов и др.
Способ и режимы сварки влияют на размеры столбчатых кристаллитов. С увеличением длительности существования сварочной ванны при высоких температурах, например в случае электрошлаковой сварки, заметно растут размеры кристаллитов в зоне шва и в зоне термического влияния.
Процесс наплавки заключается в получении поверхностных слоев нанесением расплавленного присадочного материала методом сварки (рис. 23.9). Проплавление основного металла, перемешивание основного и наплавленного металлов должны быть минимальными для сохранения механических свойств наплавляемого слоя.
Материалы, применяемые для наплавочных работ, можно подразделить на следующие группы: сплавы на основе железа (стали, высокохромистые чугуны и др.); сплавы на основе никеля и кобальта; сплавы на основе меди; карбидные сплавы (с карбидом вольфрама или хрома) и др.
Наплавку применяют для восстановления изношенных изделий и создания поверхностей с необходимыми свойствами при изготовлении новых изделий. Масса наплавленного слоя обычно не превышает нескольких процентов от общей массы заготовки. При затвердевании расплавленного металла рост кристаллитов в наплавленном слое происходит на базе частично оплавленных зерен основного металла.
В промышленности наиболее широкое распространение получила дуговая наплавка покрытым электродом, порошковой проволокой, в среде защитных газов, под флюсом и др. Электрошлаковую наплавку применяют, когда необходимо нанести большое количество металла; лазерная наплавка обеспечивает локальность теплового воздействия, минимальное перемешивание наплавленного и основного металлов, а также практическое отсутствие деформации изделия после наплавки.
При проведении работ по наплавке следует иметь в виду, что в поверхностных слоях наплавленного металла возникают остаточные, как правило растягивающие, напряжения. В результате этого возможно не только искажение формы и размеров заготовок, но и появление трещин в наплавленном слое. Процесс газотермического нанесения покрытий заключается в формировании направленного потока дискретных частиц размером 10. 200 мкм (рис. 23.10). Для образования прочных связей между частицами в покрытии необходимо обеспечить достаточный уровень активации при их контактировании с поверхностью, которая, как правило, не оплавляется. Этого достигают нагревом и ускорением частиц в процессе переноса.
В зависимости от источника теплоты и движущих сил переноса различают следующие способы напыления: газопламенное, плазменное, детонационное, дуговая металлизация и высокочастотная металлизация. В газопламенных процессах для нанесения покрытий используют теплоту, выделяющуюся при сгорании горючих газов в смеси с кислородом или сжатым воздухом. Для создания потока частиц основными видами материалов, используемых при газопламенном напылении, являются порошок и проволока (см. рис. 23.10). В качестве горючего газа применяют ацетилен, пропан или водород, при сгорании которых в кислороде на выходе из сопла температура достигает 2 500 °C, скорость движения частиц — 50. 120 м/с, а производительность — 2. 8 кг/ч для стали и 5. 30 кг/ч для цинка.
При плазменном напылении применяют в основном струи, получаемые в дуговых плазматронах, в которых источником нагрева является дуга, горящая между водоохлаждающими электродами. В качестве плазмообразующих газов применяют аргон, водород, азот, аммиак, гелий, воздух и др. Частицы порошка, попадая в плазменную струю, расплавляются и переносятся на поверхность обрабатываемого изделия.
При детонационном напылении источник нагрева представляет собой высокоскоростной поток газовой смеси, который образуется в результате направленного взрыва, обусловленного детонацией. Скорость продуктов детонации определяет скорость напыляемых частиц, которая обычно составляет 800. 1200 м/с.
При электродуговом напылении (металлизации) поток наплавляемых частиц образуется в результате плавления материала высокоамперной дугой. Особенностью горения дуги в электрометаллизаторе является воздействие мощного скоростного потока распыляющего газа, в результате чего происходит сжатие дуги, температура которой достигает 4 000 °C.
Процесс высокочастотного напыления (металлизации) основан на использовании токов высокой частоты. Помещенный в индуктор стержень (проволока) расплавляется вихревыми токами, возникающими под действием переменного магнитного поля, которое образуется при прохождении высокочастотного тока по катушке. Расплавленный металл распыляют струей сжатого воздуха и наносят на обрабатываемую поверхность. При напылении металлов, активно взаимодействующих с кислородом, используют инертные газы.
Газотермическое нанесение покрытий проводят как при атмосферном, так и при пониженном или повышенном давлении. Скорость и размер частиц наплавляемого материала существенно влияют на структуру и свойства покрытия. С увеличением скорости частиц повышается плотность и однородность покрытия. Частицы размером менее 10 мкм становятся непригодными для напыления на воздухе: они не достигают поверхности изделия, поскольку увлекаются потоком газа, обтекающим изделие.
Различные способы газотермического напыления применяют для получения коррозионно-стойких, износостойких, жаростойких и других покрытий из алюминия, цинка, сталей, бронзы, карбидов вольфрама, керамики. Размеры и форма изделий при этом методе неограниченны, а толщина покрытия может составлять 0,1. 2 мм. Для получения прочного соединения покрытия с поверхностью заготовки следует провести специальную подготовку поверхности, которую перед нанесением металла толщиной до 1 мм обдувают корундом для очищения, придания необходимой шероховатости и активации. Если напыляют более толстые слои, то шероховатость обеспечивают черновым точением или фрезерованием канавок типа «ласточкин хвост».
Преимуществом газотермического нанесения покрытий является возможность применения широкого спектра материалов и проведение процесса как в атмосфере, так и в защитных камерах. К недостаткам следует отнести высокую стоимость процесса, относительно низкую производительность, высокий уровень шума.
Нанесение покрытий в жидкой фазе осуществляют также погружением в расплавленные среды, электролитическим осаждением металлов и химической обработкой (нанесение покрытий и поверхностное легирование).
Термическую резку применяют для обработки металлов и неметаллических материалов сжиганием, плавлением, испарением и удалением расплава струей газа в зоне реза. Этот процесс предназначен для изготовления заготовок, создания отверстий, удаления поверхностных слоев (строжки) и др. В промышленности наиболее широкое применение для разделительной и поверхностной обработок заготовок получили кислородная резка, а термогазоструйная резка, плазменная резка и разделение лазерным лучом.
При кислородной резке происходит локальное сжигание металла в струе кислорода и удаление этой струей образующихся оксидов. Для начала горения металл подогревают до температуры его воспламенения в кислороде, например, сталь нагревают до температуры 1000. 1200 °С. Горение металла сопровождается выделением теплоты, которая вместе с подогревающим пламенем разогревает лежащие ниже слои на всю толщину заготовки. Образующиеся оксиды расплавляются и выдуваются струей режущего кислорода из зоны реза.
Для обеспечения процесса резания необходимо выполнение следующих условий:
• температура плавления металла должна быть выше температуры горения в кислороде, а температура плавления образующихся оксидов — ниже температуры плавления материала заготовки;
• количество теплоты, выделяющейся при сгорании металла в кислородной струе, должно быть достаточным для поддержания непрерывного процесса резки;
• образующиеся оксиды должны обладать высокой жидкотекучестью и легко выдуваться струей режущего кислорода;
• теплопроводность материала заготовки должна быть низкой.
Указанным требованиям отвечают низкоуглеродистые и низколегированные стали. Кислородной резкой получают заготовки толщиной 5. 300 мм. При резке большей толщины используют специальные резаки.
Термогазоструйную резку применяют при ремонте и утилизации изделий из высокопрочных, тугоплавких или цветных металлов. Для этой цели созданы газоструйные аппараты, которые работают на газообразном кислороде и жидком горючем (керосине или дизельном топливе). Используемые резаки оснащают режущей головкой, выполненной по типу камеры сгорания жидкостного ракетного двигателя, которая обеспечивает генерацию высокотемпературной химически активной газовой струи.
Особенностью такого процесса резки является возможность разрушения материалов широкой номенклатуры. Резкой этого вида разделяют изделия из высоколегированных и высокоуглеродистых сталей, чугунов, цветных металлов и их сплавов, бетона, гранита и др. Максимальная толщина разрезаемых материалов составляет, мм:
Газоструйная резка по сравнению с кислородной является более универсальной для разрушения разнообразных материалов, мобильна и оперативна в работе, ее себестоимость ниже; при использовании этого процесса отсутствуют требования к организации специальных мер безопасности. Наибольшей эффективности при термической резке достигают, обрабатывая изделия сложной конфигурации из разнородных материалов в условиях, малоприспособленных для механизации процесса разрушения.
Плазменную резку применяют практически для всех материалов. Плазменная струя представляет собой направленный поток полностью или частично ионизированного газа, имеющего температуру 10 000. 20 000 °С. Плазму получают в горелках (плазматронах), пропуская газ через столб сжатой дуги, где газ нагревается, ионизируется и выходит из сопла в виде высокотемпературной плазменной струи. В качестве плазмообразующих газов служат азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.
Основными плазменными источниками нагрева являются плазменная струя, выделенная из столба косвенной дуги (рис. 23.11, а), и плазменная дуга, в которой дуга прямого действия совмещена с плазменной струей (рис. 23.11,б).
В горелках для получения плазменной струи дуга горит между вольфрамовым электродом и соплом, которое интенсивно охлаждается водой. Тепловая мощность плазменной струи ограниченна, ее применяют для резки заготовок из неэлектропроводных материалов (например, керамики), тонких стальных листов, изделий из алюминиевых, медных сплавов и др.
Для резки токопроводящих материалов большой толщины в целях увеличения эффективности тепловой мощности используют плазменную дугу, которая горит между электродом и заготовкой, в отличие от горелок первого типа. Плазменной дугой разрезают толстые листы алюминия и его сплавов (до 80. 120 мм), заготовки из высоколегированных сталей и медных сплавов. Скорость резки плазменной дугой, при прочих равных условиях, выше скорости резки плазменной струей.
Плазменную резку можно проводить вручную, однако чаще всего применяют автоматизированные устройства, а для резки по сложному контуру — системы с числовым программным управлением (ЧПУ). Ширина реза может достигать 1. 2 мм, а шероховатость — Rz 30. 40 мкм.
Недостатком этого способа резки является высокий уровень шума и загрязнение окружающей среды, поэтому часто резку осуществляют под слоем воды.
Большое распространение получает лазерная резка, которая обеспечивает малую зону нагрева (0,1. 0,2 мм), узкий рез (0,2. 1,0 мм), шероховатость Rz 20. 35 мкм и незначительное окисление кромок. Лазерное разделение заготовок обеспечивает высокую производительность при раскрое листов из углеродистой стали толщиной до 20 мм. При этом, по сравнению с механической обработкой резанием, не происходит изнашивание инструмента. Лазерным лучом термически разделяют заготовки из любых материалов — как металлов, так и неметаллов.
Лазерная резка заготовок осуществляется в результате испарения, плавления с удалением материала из зоны реза и других процессов, например горения или термодеструкции. Лазерный луч представляет собой вынужденное монохроматическое излучение, длина волны которого может быть в диапазоне значений 0,1. 1000 мкм.
При разделении заготовок в режиме испарения материал нагревается до температуры кипения, а его удаление происходит под давлением, возникающим в парокапельной фазе. Этот способ отличается наибольшими удельными энергозатратами: он эффективен при разделении металлов и неметаллов малых толщин.
Резку заготовок в режиме плавления материала и удаление расплава осуществляют с использованием газа (в основном кислорода). Такую резку называют газолазерной. Газ подают в зону резки под высоким давлением через специальное сопло коаксиально с лазерным излучением.
Лазерная резка — высокопроизводительный процесс, позволяющий получать резы различной конфигурации как при отрезке заготовок, так и при вырезке их по замкнутому контуру. Современные лазерные установки для резки снабжены системами перемещения заготовок с ЧПУ или управляемыми ЭВМ. Применение лазерной резки особенно целесообразно в единичном и мелкосерийном производстве, например для вырезки в штампованных и свальцованных обечайках отверстий или проемов под иллюминаторы.
Недостатком резки этого вида является высокая стоимость процесса и низкий КПД используемого оборудования. Максимальная толщина заготовки, которая может быть разрезана лазерным лучом, значительно меньше (например, толщина листов из алюминиевых сплавов не превышает 8 мм), чем при кислородной и плазменной резке.
При обработке термическими методами практически отсутствует силовое воздействие инструмента на заготовку, поэтому погрешности формы и размеров изделия ниже, чем при механической обработке резанием. Электрофизические и электрохимические процессы предназначены в основном для обработки изделий из очень твердых, вязких и хрупких материалов.
Наиболее широкое применение получила электроэрозионная обработка (ЭЭО), в результате которой изменяют форму, размеры, шероховатость и свойства поверхностей заготовок. Под воздействием высоких температур в зоне разряда происходит нагрев, расплавление и частичное испарение металла. Процесс ЭЭО проводят в рабочей жидкости, заполняющей пространство между электродами. При этом один электрод является заготовкой, а другой — инструментом. Под действием сил, возникающих в канале разряда, жидкий и парообразный металл выбрасывается из зоны разряда в рабочую жидкость и застывает в ней с образованием гранул диаметром 0,01. 0,005 мм (рис. 23.12).