Прогрессивные технологические процессы в машиностроении

 

Вся сфера теплового воздействия  плазменного нагрева на металл может  быть условно разделена на пять областей: область /, расположенную непосредственно под источником тепловыделения ( пятно нагрева); область 2 подхода к режущей кромке инструмента; область 3 - в стружке; область 4, расположенную под площадкой контакта с задней поверхностью инструмента; область 5, лежащую за пределами зоны резания. Каждая область имеет свою специфику происходящих в ней тепловых процессов и распределения температур.

 Одним из новейших  применений высокочастотного плазменного  нагрева является нагрев в  производстве полупроводниковых материалов.

 Вторая схема фрезерования  с плазменным нагревом имеет  несколько вариантов. Такой вариант  наладки целесообразен при фрезеровании  торцовых поверхностей листовых  заготовок из труднообрабатываемых  материалов. Соотношение между величинами t и / определяется исходя из необходимости гарантировать удаление фрезой термически измененного слоя металла.

Рис. 8 - Результаты экспериментов по дефосфоризации в плазменно-частотной печи производительностью. 1 - 1 2 кг / ч. 2 - 1 2 кг / ч. 3 - 0 72 кг / ч. 4 - 0 66 кг / ч. В качестве флюса использовались шлаки Na2COs ( 1, 2 и 39 % Fe2O3 - 39 % СаО - 11 % CaF2 - ll % Na2CO3 ( 3, 4.)

 

Таким образом, использование  комбинации частотного и плазменного  нагрева позволяет достичь нового результата - более высокого качества металла, чем при использовании  этих способов нагрева в отдельности. В недавнем прошлом наиболее мощная промышленная плазменно-частотная  печь для металлургических приложений была смонтирована в Японии (DAIDO Steel); она имеет емкость шахты 2 т металла.

 

Табл. 1 - Параметры электродуговых плазмотронов в плазменно-частотных металлургических печах.

 

 

Плазменно-частотное оборудование позволяет совместить преимущества частотно-индукционного, электродугового и плазменного нагрева.

 Определена целесообразность  предварительного точения с плазменным  нагревом упомянутых материалов, однако при этом выявлена необходимость  автоматического управления силой  тока дуги при значительных  колебаниях припуска, поскольку  при неравномерном нагреве имели  место колебания механических  свойств металла, что, в свою  очередь, вызывало трудности в  получении заданной шероховатости  поверхности перед ультразвуковой  дефектоскопией заготовок. Обращено  внимание на необходимость разработки  мероприятий по сокращению времени  наладки и координированного  управления положением плазмотрона  и режущего инструмента при  изготовлении деталей сложной формы.

 Материалы первой группы  получают при плазменном нагреве  пластические деформации на значительной  части срезаемого слоя. Однако  последние не вызывают появления  существенных термических напряжений  при охлаждении этого слоя  на участке между пятном нагрева  и зоной резания. Поэтому здесь,  как и при обработке заготовок  из жаропрочных материалов, ведущее  место в разупрочнении занимает температура подогрева.

Следовательно, применение черновых операций с плазменным нагревом при соответствующем подборе  режимов резания и параметров плазменной дуги открывает перспективу  улучшения эксплуатационных характеристик  деталей путем формирования благоприятной  картины распределения остаточных напряжений.

 Фрезерование торцовыми  и концевыми фрезами с плазменным  нагревом обрабатываемого материала  целесообразно осуществлять инструментом, оснащенным пластинками из сплава  Т15К6, а также пластинками из без вольфрамовых сплавов КНТ-16 и ТН-20. При получистовом и чистовом точении с плазменным нагревом с высокими скоростями резания, как свидетельствуют опыт зарубежных фирм и некоторые отечественные исследования, успешно применяется инструмент, оснащенный пластинками из минерал керамики.

 Наконец, повышение  температуры заготовки при плазменном  нагреве в местах контакта  влияет на трение режущих поверхностей  инструмента с обрабатываемым  материалом. Если при обычном  резании средняя температура  контактных площадок инструмента (особенно на задней поверхности резца) часто оказывается близкой к упомянутому выше диапазону, соответствующему максимуму коэффициента трения, то при ПМО вследствие дополнительного нагрева металла температуры на контактных поверхностях инструмента, как правило, выше 600 С. Это позволяет предположить, что при ПМО коэффициент трения между обрабатываемым и инструментальным материалами ниже, чем при обычном резании. Следует также иметь в виду и то, что удельные нормальные силы, действующие на контактных площадках резца со стружкой и поверхностью резания, при ПМО ниже, чем при обычном резании, так как прочность металла заготовки вследствие нагревания снижается. Комбинация двух упомянутых выше факторов - коэффициента трения и нормальной нагрузки - приводит к тому, что удельные силы трения на поверхностях инструмента при ПМО существенно ниже, чем при обычном резании. Естественным результатом этого является снижение интенсивности изнашивания и повышение стойкости инструмента при ПМО резанием.

 Нами была сделана  попытка расширить применение  методов прямого индукционного  и плазменного нагрева, рассмотренных  в предыдущих главах, для решения  других проблем ядерного топливного  цикла, в частности для выделения  летучих веществ из рудных  минералов и концентратов.

 На ПО Ижорский завод используют строгание с плазменным нагревом. Совместно с ЛПИ и ВНИИЭСО внедрили строгание с плазменным нагревом плоских поверхностей кованых заготовок размерами 3000x1400x500 мм из стали 12Х18Н10Т под последующий прокат. Тяжелый продольно-строгальный станок 7228 был оснащен двумя источниками питания АПР-403 и двумя плазмотронами ПВР-402, закрепленными в манипуляторах, установленных на вертикальных суппортах станка. Токоподвод смонтирован на боковой стенке станины под столом станка. В схему источников питания были внесены изменения, обеспечивающие постоянное горение дежурной дуги при прерывистом резании.

 Температурное поле  в зоне резания, вызванное плазменным  нагревом. Основным фактором, позволяющим  интенсифицировать процесс резания  при плазменном нагреве, является  тепловое разупрочнение обрабатываемого  материала и изменение условий  трения на контактных поверхностях  инструмента. Важно сопоставить  плазменный способ нагрева с  другими способами и выяснить, какими теплофизическими особенностями  он обладает. Ответ на этот  вопрос может быть получен  при сравнительном анализе температурных  полей в зоне резания, вызванных  тем или иным видом нагрева  без учета теплоты собственно  процесса резания. Температурное  поле, рассчитанное методом источников, в зоне резания при нагреве  заготовки из стали 12Х18Н9Т плазмотроном  эффективной мощностью Wr 12 кВт с коэффициентом сосредоточенности теплового потока дуги k0 6 см 2 при расстоянии от кромки инструмента L 60 мм приведено на рис. 26, а.

 Существенными недостатками  рассмотренных выше вариантов  фрезерования с плазменным нагревом  являются также невозможность  регулирования интенсивности теплового  источника с целью изменения  температуры подогрева фрезеруемого  металла и малые скорости плазменной резки (особенно при значительных толщинах листа), ограничивающие производительность процесса. Так, например, по данным работы 2, применяя для плазменной резки стальных листов толщиной 80 мм плазмотрон ПВР-402, можно достичь скорости подачи не выше 400 мм / мин, что ограничивает производительность процесса фрезерования.

 

Рис. 9 - Печь постоянного тока с керамическим тиглем: а – с одним вертикально расположенным плазмотроном, б – с тремя наклонно расположенными плазмотронами, 1 – футеровка, 2 – свод, 3 – плазмотрон, 4 – подовый электрод

 

Рис. 10 - Плазменная печь для плавки в кристаллизатор: 1 – переплавляемый электрод, 2 – плазмотрон, 3 – ванна расплавленного металла, 4 – кристаллизатор, 5 - слиток

 

Некоторое развитие получили печи комбинированного нагрева, в которых  плазменный нагрев сочетается с пламенным и индукционным.

 Несмотря на уникальные  возможности получения высоких  и сверхвысоких температур,  плазменный  нагрев, однако, во многом ограничивает  условия кристаллизации. Во-первых, поток газов, образующих плазму, не позволяет создать требуемую  атмосферу кристаллизации и полностью  исключает кристаллизацию в вакууме.

 В то же время  ряд факторов серьезно сдерживает  расширение области применения плазменного нагрева.

 Рассмотрим - описание  технических ограничений процесса  черновой обточки заготовок из  сталей с плазменным нагревом. Исходными данными для описания  ограничений являются пять групп параметров.

 Процесс чистовой обработки  проводится на тех же станках,  но уже без использования плазменного  нагрева. Для плазменно-механической  обработки используются стандартные  станки, оснащенные плазменной установкой  мощностью 150 кВА с рабочим током 200 - 500 А, напряжением 100 - 270 В. В качестве плазмообразующего газа в плазматроне используют воздух.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Накатывание зубчатых колёс в матрице

 

 

Накатка – образование  на заготовке резьбы или мелких рифление непрерывным воздействием инструмента. Деформационное упрочнение поверхностного слоя при накатке и волокнистое строение структуры повышают прочность резьбовых соединений примерно в 1,6 раза по сравнению с нарезкой.

Накатку зубчатых колес и  звездочек используют как окончательную  операцию обработки зубчатого венца  при производстве зубчатых колес.

В технологии производства применяют несколько схем накатывания  зубчатых колес:

1) одним валком;

2) двумя валками без  заборной части; 

3) двумя валками с заборной  частью;

4) тремя валками;

5) двумя рейками. 

Предварительное накатывание  производят зубчатыми валками 2 и 7, а окончательное – калибрующими валками 4 и 6, принудительно вращающимися в одном и том  же направлении.

При сближении зубчатых валков в радиальном направлении в результате пластической деформации металла вращающейся  заготовки постепенно заполняются  впадины зубьев валков металлом заготовки  и образуются зубья на заготовке.

На заданное число зубьев заготовку делят принудительно  с помощью делительных зубчатых колес 1 и 8 (ведущих) и 9 (ведомого).

 

 

Рис. 11 – Схемы накатывания  зубчатых колес: а – накатывание  одиночной заготовки двумя валками  без заборной части; б – накатывание  заготовки с длинной образующей зуба двумя валками с заборной частью.

 

Рис. 12 – Схемы накатывания  зубчатых колес: 1 – накатываемое колесо; 2 – накатники; 3 – делительное  колесо.

 

 Зубья цилиндрических и конических зубчатых колес могут быть образованы горячим или холодным накатыванием. При горячем накатывании венец обрабатываемой заготовки нагревают токами высокой частоты до температуры 1100—1200 °С и обкатывают его между вращающимися валками-накатниками (рис. 223).

При этом на венце выдавливаются  зубья. Этим способом производят обычно предварительное формообразование зубьев (9—10-я степень точности). Для получения зубьев колес с  более высокой точностью требуется  последующая механическая их обработка  или их холодное обкатывание —  калибровка (7—8-я степень точности).

Накатывание зубьев холодным обкатыванием применяют лишь при  модуле колеса до 1 мм, так как пластичность металла без его нагрева не достаточная.

Горячим накатыванием производят также предварительное формирование зубьев конических колес.

Так как при нарезании  зубьев в целом металле на это  расходуется до 50% общего времени  на обработку зубчатого колеса и  много металла уходит в стружку, зубонакатывание имеет большие  перспективы применения при значительных программах выпуска.

 

 

Рис. 13 - Схема горячего накатывания  зубьев

 

Первые опыты по накатыванию  зубчатых колес относятся к I860 г., но тогда они не были реализованы  ввиду низкого уровня техники.

 Первые опыты по  накатыванию зубчатых колес относятся  к 1860 г., но тогда они не были  реализованы ввиду низкого уровня  техники. Затем различного рода  схемы технологического процесса  накатывания зубчатых колес были  предложены различными учеными  и инженерами-исследователями.

 Оправки  целесообразно применять при накатывании зубчатых колес с внутренним диаметром 10 мм. Накатывание на таких оправках можно производить даже при малых диаметрах отверстий заготовок, так как усилия распора замыкаются между двумя втулками и передаются непосредственно на станок.