Химические методы размерной обработки деталей

Состоит в травлении их поверхности в крепких растворах щелочей и кислот. Например, панели крыла на Казанском авиационном заводе, где обработка больших площадей. Поверхности не подлежащие обработке покрывают химически стойкими покрытиями. Для повышения интенсивности травления травильный раствор нагревают до t = 40-80⁰С. По окончанию травления заготовки промывают, нейтрализуют, повторно промывают в горячей воде, сушат и снимают защитные покрытия. Химические травления применяют для панелей, для формирования поверхности труднодоступной механическому инструменту.

17.7 Химико-механическая обработка применяется для разрезания и шлифования пластинок из твердого сплава, при доводке твердосплавного инструмента. В качестве инструмента используются чугунные диски или пластины, Обработка происходит в ваннах, заполненных суспензией, состоящей из раствора серно-кислой меди и абразивного порошка. Заготовке и инструменту сообщают относительное движение. В результате обменных химических реакций кобальтовая связка твердого сплава переходит в раствор в виде соли, а зерна карбидов Тi и W удаляются присутствующим в растворе абразивным порошком.

17.8 Ультразвуковая обработка применяется в настоящее время для обработки твердых и хрупких материалов (например, стекла, рубина, алмаза, керамики, карбида вольфрама и др.), с большим трудом обрабатываемых обычными методами.

Использование ультразвуковых колебаний для обработки твердых и хрупких материалов основано на создании высокой скорости изнашивания обрабатываемого материала при контакте вибрирующего инструмента и абразивов (в виде пасты, водной и масляной суспензии) с местом обработки. Инструмент изготовляют преимущественно из пластичного металла, в который абразивные частицы внедряются без его существенного износа. На рис. 1 приведена схема ультразвуковой обработки. Инструмент 2 совершает продольные колебания с частотой 16000-25000 в секунду и амплитудой 0,02-0,06 мм. Его изготовляют из конструкционной стали и по профилю он соответствует форме обрабатываемого отверстия.

Рис.17.1 Схема ультразвуковой обработки:

1 – заготовка; 2 – инструмент; 3 – магнитостриктор; 4 – электрический генератор; 5 – акустический генератор,6 – насос.

В зону обработки, т. е. в зазор между колеблющимся с ультразвуковой частотой рабочим торцом инструмента 2 и заготовкой 1, с помощью насоса 6 подают абразивный порошок, взвешенный в воде (в качестве абразива, как правило, применяют карбид бора).

Источником колебаний инструмента является магнитострикционный вибратор 3, в котором электрические колебания мощного электрического генератора 4 преобразуются в механические. Магнитострикционная деформация торца вибратора небольшая: 5-10 мкм. Для увеличения амплитуды в 2-5 раз применяют трансформаторы скорости или акустические концентраторы 5.

К узкому сечению концентратора крепят инструмент. В процессе обработки инструмент должен непрерывно перемещаться по направлению к заготовке. При обработке глухих отверстий инструмент необходимо периодически поднимать для заполнения полости свежим абразивом и удаления продуктов резания.

При обработке заготовок из электропроводящих материалов предварительную черновую обработку для снятия большей части материала целесообразно производить электроискровым методом, а чистовую обработку для получения поверхности с шероховатостью 2,5-1,25 мкм по Ra-ультразвуковым методом.

Производительность ультразвуковой обработки зависит от свойств обрабатываемого материала, амплитуды и частоты колебаний инструмента, вида и зернистости абразивного материала, размеров обрабатываемой площади, конфигурации обрабатываемой поверхности и величины давления (статического) между инструментом и заготовкой.

Существующие модели ультразвуковых станков позволяют обрабатывать отверстия диаметром от 0,15 до 90 мм при максимальной глубине обработки два-пять диаметров с точностью обработки для твердых сплавов 0,01 мм.

Ультразвуковой метод может быть применен при изготовлении твердосплавных штампов, для чеканки рельефов (например, медалей); в этом случае вибрирующий инструмент должен иметь рельеф детали.

17.9 Метод обработки электронным лучом (электронная бомбардировка). Практика применения электронного микроскопа позволила установить возможность использования энергии концентрированного электронного луча для обработки твердых материалов методом расплавления.

В безвоздушной камере образуется электронный луч с частотой от 1 до 3000 Гц и временем импульсов от 0.01 до 0.00005 сек, при скорости электронов порядка 115000-165000 км/сек, с температурой в зоне обработки около 6000⁰С.

 

Рис.17.2. Электронно-оптическая трубка: 1 – электронная пушка – источник электронного луча; 2 – импульсный генератор; 3 – электронное регулирующее устройство; 4 – магнитно-фокусирующая линза; 5 – электромагнитное отклоняющее устройство.

 

Время обработки зависит от количества удаляемого металла и его термических и химических свойств; механические свойства металла на время обработки влияния не оказывают.

Электронно-лучевая установка состоит из источника питания, вакуумной аппаратуры, блока программного управления и электронно-оптической трубки.

Для образования эмиссии электронов и электронного луча служит источник питания, который осуществляет накал катода.

Вакуумная аппаратура, состоящая из механического и диффузионного масляного насосов, создает глубокий вакуум, без которого обработка материалов этим способом невозможна.

Блок программного управления служит для автоматизации обработки электронным лучом.

В электронно-оптической трубке (рис.17.2) находится источник электронного луча 7, так называемая электронная пушка, импульсный генератор 2, электромагнитное регулирующее устройство 3, магнитно-фокусирующая линза 4 и электромагнитное отклоняющее устройство 5.

Импульсный генератор 2 обеспечивает в целях ограничения зоны нагревания прерывность электронного луча, а электромагнитное регулирующее устройство 3 стабилизирует его.

Магнитно-фокусирующая линза 4 предназначена для фокусирования луча до диаметра <0,5 и даже 0,01 мм посредством бесступенчатого регулирования фокусного расстояния, а электромагнитное отклоняющее устройство 5 – для перемещения электонного луча по обрабатываемой поверхности.

Производительность обработки электронным лучом значительно выше, чем при прочих методах обработки; так, для обработки паза шириной 0,005 мм и длиной 3 мм в пластинке из стали толщиной 0,5 мм необходимо 29-30 сек. Стальные листы толщиной до 1 мм режут электронным лучом со скоростью 1200 мм/мин.

Электронным лучом в настоящее время обрабатывают отверстия диаметром до 0,001 мм в изделиях точного приборостроения, а также фрезеруют сложные профили.

Электронный луч применяют для очистки поверхностей деталей, изготовленных из таких материалов как тантал, молибден, цирконий, ниобий, титан и вольфрам, а также для сварки некоторых сплавов.

 

 

18. Технология получения изделий методами порошковой металлургии

 

Для получения изделий, обладающих высокими и в ряде случаев уникальными свойствами, необходимы принципиально новые материалы. При создании таких материалов требуется специальное оборудование и новые технологии. Примером таких материалов могут служить полимерные композиционные материалы, изделия, полученные методами порошковой металлургии и др.

18.1 Порошковая металлургия - особый вид металлургического производства, обеспечивающего получение изделий таких видов и из таких материалов, которые практически невозможно изготовить другими методами. Исходным материалом для изделий служат порошки металлов и неметаллических материалов с размером частиц от нескольких МКМ до 0,1 мм.

Метод порошковой металлургии позволяет получать изделия как из обычных металлов и сплавов, так из сложных порошков металлов, сплавов и неметаллических материалов. Методом порошковой металлургии получают:

-антифрикционные изделия (подшипники скольжения, втулки), представляющих сложные смеси на основе порошков меди, бронзы, железа с добавками графита, окиси кремния, асбеста и др.);

-фрикционные изделия - накладки в тормозных системах тракторов, автомобилей и т.д.;

-фильтры из порошков меди, бронзы, нержавеющей стали и др.;

-щетки для коллекторных электродвигателей из смесей порошков меди, серебра с W, Мо, Ni - электрические контакты и другие изделия электротехнического и специального назначения;

-нити накаливания в электролампах из W;

-все изделия из так называемых инструментальных твердых сплавов (смеси карбидов W, Тi с Со или Ni) для обработки металлов резанием (пластины для резцов, фрез и др.), обработки давлением; фильеры для волочения проволоки; инструмента для бурения скважин и др.

Изготовление изделий методом порошковой металлургии имеют следующие преимущества перед другими:

-изделия получаются повышенной точности со специальными свойствами в зависимости от состава порошков;

-сокращается или полностью исключается механическая обработка изделий; т.е. снижается расход металла на изделие и общая трудоемкость изготовления; повышается коэффициент использования металла;

-возможно изготовление изделий из смеси металлических и неметаллических материалов;

-увеличивается долговечность и надежность изделий: пористых подшипников и деталей, работающих в агрессивных средах.

Экономически целесообразно применение порошковой металлургии только при больших масштабах производства изделий небольшого габарита (крупносерийное, массовое).

Технологический процесс производства изделий методом порошковой металлургии включает в себя следующие этапы: производство металлических порошков (самостоятельное направление в порошковой металлургии; дозировка и перемешивания порошков - приготовление шихты; формообразование изделий из порошков; спекание; отдельные операции.

1. Применяют следующие способы производства металлических порошков, основанные на механических, металлургических электрохимических и др. способах.

Механическое измельчение материала. Является несовершенным из-за неравномерной величины частиц 10-500 мкм. Дробление производят в шаровых мельницах, а пластичных металлов - в мельницах вихревого размола.

Распыление жидкого металла в порошок струей воды, пара или воздуха.

Восстановление металла из их окислов и солей и углеродом, водородом, газообразными углеродистыми или углеводородными соединениями. Получение Fе-порошка восстановлением его из железной окалины или руды природным газом дает возможность использовать в качестве сырья большое количество дешевой окалины, образующейся при прокатке и ковке стали.

Электролиз водных растворов и расплавов солей и комплексных соединений. Получают мелкие порошки многих металлов и сплавов: тонкие (массой 05-10 мг и ультратонкие (менее 0,5 мг).

2. Приготовление шихты состоит из очистки порошков от примесей, классификации, их дозировки и перемешивание. Качество подготовки шихты влияет на механические свойства готовых изделий.

3. Этап формообразования изделий из порошков требует применения инструментальной оснастки (штампы, матрицы, пуансоны и др.)

Наиболее широкое применение имеет холодное прессование. Прессование состоит из ряда операций: дозировка и засыпка шихты в пресс-форму, прессование, выпрессовка. В пресс-форму могут загружать брикеты из порошков строго по весу и затем производят прессование под давлением, зависящим от состава порошка и назначения изделия.

Горячее прессование в пресс-форме - изделие не только формуется, но может подвергаться спеканию (операции формообразования и спекания совпадают).

Мундштучное прессование. Заготовку (трубы, полосы, стержня ид р.) получают продавливанием порошка через отверстие соответствующее конфигурации и размерам заготовки, под действием усиления пресса. Форма изделий задается формой матрицы и может быть сколь угодно сложной.

Способ прокатки металлических порошков заключается в подаче в зазор между валками, при вращении которых происходит обжатие и вытяжка порошка в ленту или полосу определенной толщины. Этот метод применяется для производства тонких пластин из твердых сплавов, фрикционных полос и лент, тепловыделяющих элементов атомных реакторов и др. трудно получаемых при обычных способах изготовления изделий. Получают однослойные и многослойные пористые и беспористые ленты, полосы, прутки, проволоку диаметром от 0.25 до несколько миллиметров.

Напылением металлического порошка на соответствующую форму получают тонкие фасонные изделия.

4. Спекание - термическая операция с целью повышения прочности; твердости изделия из прессованного порошка при температурах 0.6-0.9 абсолютной температуры плавления основного компонента сплава. Технология спекания влияет на прочность и твердость изделий - время выдержки и температура процесса должны быть оптимальными. Спекания проводят в вакууме или защитной атмосфере из водорода, окиси азота с водородом (восстановительная атмосфера), в среде аргона, гелия.

5. При необходимости спеченные металлокерамические изделия подвергают отделочным операциям: калиброванию, обработке резанием, термической и химико-термической обработке, повторному прессованию.