Название курса Основы технологии сборки Итоговая аттестация: экзамен (тестирование) Рекомендуемые материалы: • Конспект лекций по сборке, МАИ, 2020 г. • Б.А. Асс Сборка, регулировка и испытание авиационных приборов, Машиностроение • Н.И. Шепелев Сборка, регулировка и испытание авиационных приборов, Машиностроение ЛЕКЦИЯ № 1 (Вводная) Нормирование точности размеров. Система допусков и посадок. 1.1. Основные понятия о размерах, отклонениях и соединениях Разделы курса 1. Теория взаимозаменяемости. Методы обеспечения точности при сборке. Взаимозаменяемость по физическим параметрам. 2. Этапы разработки ТП сборки 3. Типовые сборочные соединения 4. Некоторые типовые технологические процессы сборки Номинальный размер – размер, являющийся началом отсчета отклонений. Относительно номинального размера определяются предельные размеры. Введем следующие обозначения номинальных размеров: D – обозначение диаметра отверстия; d – обозначение диаметра вала; l - линейные размеры. Для деталей, входящих в соединение, номинальный размер является общим. Действительный размер - размер, устанавливаемый при измерении (с погрешностью). Предельные размеры – два предельно допустимых размера, которым может быть равен или между которыми должен находиться действительный размер годной детали. Больший из них -наибольший предельный (Dmax – для отверстия, dmax – для вала), меньший – наименьший предельный (Dmin – для отверстия, dmin – для вала). Действительный размер сравнивают с предельными значениями (в которых он может меняться) и делают заключение о годности детали по этим размерам. Верхнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наибольшим предельным размером и номинальным размером. Их обозначают для отверстия и вала соответственно как: ES, es. Поэтому ES = Dmax − D es = dmax - d (1) (2) Нижнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами. Их обозначают для отверстия и вала соответственно как: EI, ei. Поэтому EI = Dmin − D (3) ei = dmin – d (4) Действительное отклонение - алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами. Отклонения могут быть положительными отрицательными, проставляются в миллиметрах. Пример 50 -0, 022 85 ± 0,02 и Основным понятием, определяющим точность изготовления, является допуск. Допуск T – разность между наибольшим и наименьшим допускаемыми значениями параметра (размера). Это всегда положительная величина. Приведем формулы для допуска. TD = D max – D min Td = dmax – dmin (5) (6) Таким образом, допуск определяет допустимое поле рассеяния действительных размеров годных деталей в изготовленной партии. Поэтому при графическом изображении допуска используют термин «поле допуска». Такое изображение дает наглядное представление о соотношении предельных размеров деталей и соединения (в сборке). Поле допуска ограничено верхним и нижним отклонениями относительно номинального размера. Это нулевая линия. Ее располагают горизонтально. Вверх откладывают положительные отклонения, вниз отрицательные. https://en.pptonline.org/323828 При рассмотрении характера соединения (получаются зазоры или натяги) используют термин «посадка». Посадка – характер соединения деталей, показывающий возможность деталей взаимно перемещаться или оставаться неподвижными. Различают три вида посадок. 1. Посадки с зазором 2. Посадки с натягом 3. Переходные посадки Рассмотрим порядок их расчета https://lektsii.org/8-64559.html https://en.ppt-online.org/323828 S – обозначение зазора. Это разность размеров отверстия и вала, размер вала меньше. На картинке поле допуска отверстия выше. Крайний случай совпадение границ ( Dmin = d max ). N – обозначение натяга. Это разность размеров вала и отверстия до сборки соединения, если размер вала больше размера отверстия. Соединение обеспечивает неподвижность. На картинке поле допуска вала расположено выше. Крайний случай – совпадение границ ( Dmax = d min ). Особенность состоит в расчете максимальных значений зазора и натяга Smax и Nmax. Поля допусков перекрываются. 1.2. Принципы построения системы посадок Речь идет о совокупности посадок, оформленных в виде стандартов. Это позволяет стандартизировать инструмент, облегчить контроль и производство, а также обеспечить требуемое качество. Введены две системы посадок: ➢ система отверстия ➢ система вала В системе отверстия различные посадки получаются соединением основного отверстия, у которого EI = 0 c различными валами. В системе вала соединением различных отверстий с основным валом, у которого es =0. Система отверстия получила преимущественное распространение. Это связано с тем, что точное отверстие получают с использованием режущего инструмента, предназначенного для обработки одного размера с определенным полем допуска. Вал независимо от размера обрабатывается одним и тем же инструментом (резцом, шлифовальным кругом). Случаи использования системы вала: • Чередование нескольких отверстий одного размера номинального с различными посадками на одном валу (при выборе системы отверстия вал при одном и том же номинальном диаметре следует изготовить ступенчатой формы, В подобных примерах необходимо выбирать систему вала. В этой системе вал будет гладким). • Соединение наружного кольца подшипника с корпусом. Система отверстия 1. Все строчные буквы a….. zc обозначают основные отклонения. Это одно из двух предельных отклонений, ближайшее к нулевой линии. a…..h – образуют поля допусков в валов в посадках с зазорами, js….n – переходных посадках, p….zc – в посадках с натягом. 2. Основное отклонение отверстия симметрично основному отклонению вала обозначенному той же буквой в строчном виде относительно нулевой линии (из этого правила есть исключения). 3. Как видно, второй границы у полей допусков нет. Она зависит от квалитета. И получается с учетом допуска принятого квалитета (IT). Например: ei = es – IT, es = ei + IT. Квалитет (определяющий точность изготовления) указывают цифрой (номером) рядом с буквой f9, h6. 4. Посадки обозначаются (в системе отверстия) как сочетание поля допуска основного отверстия (числитель с использованием H и квалитета) и поля допуска вала (знаменатель с использованием строчных букв и квалитета). Рекомендуемые посадки приведены в ГОСТ 25347-82. Слева указывается номинальный размер. ПРИМЕР ОБОЗНАЧЕНИЯ ПОСАДКИ Описание посадки 1. Посадка с зазором, подвижная. 2. Применяется в подшипниках скольжения электродвигателей, центробежных насосах, двигателях внутреннего сгорания. Расчет Отверстие: номинальный размер 50 мм, ES = 25 мкм, ЕI = 0 Вал: номинальный размер 50 мм, es = -25мкм, ei = -50мкм 1. Dmax = D + ES = 50,025 мм Dmin = 50 мм 2. Допуск отверстия: TD = Dmax – Dmin = 50,025 – 50, 000 0,025 мм 3. dmax =50 +(-0,025) = 49,975 мм dmin = 50 + (-0,050) =49,950 мм 4. Допуск вала: Td = dmax – dmin =49,975 – 49,950 = 0,025 мм 5. Зазоры в посадках лежат в пределах: Smax = Dmax – dmin = 50,025 – 49,950 = 0,075 мм, Smin = Dmin – dmax = 50,000 – 49,975 = 0,025 мм. 6. Допуск посадки с зазором можно вычислить двумя способами: ТS = Smax – Smin = 0,075 – 0,025 = 0,05 мм. Или ТS = TD + Td = 0,025 + 0,025 = 0,05 мм. Понятие квалитет Квалитет – совокупность допусков, изменяющихся в зависимости от номинального размера с сохранением уровня точности для всех номинальных размеров. Допуск для любого квалитета: T=k×i (10) i – единица допуска (мкм), выражает зависимость допуска от 𝟑 номинального размера ( i = 0,45 √𝑫 + 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝑫 для размеров до 500 мм, для размеров свыше 500 мм i = 0,004D + 2,1); k - число единиц допуска, число единиц допуска увеличивается при переходе от квалитета к квалитету. Увеличиваются и допуски. Значения единиц допуска (ГОСТ 25346-82) Значения допусков, мкм (ГОСТ 25346-82) Интервалы размеров, мм До 3 Свыше 3 до 6 Свыше 6 до 10 Свыше 10 до 18 Свыше 18 до 30 Свыше 30 до 50 Свыше 50 до 80 Свыше 80 до 120 Свыше 120 до 180 Свыше 180 до 250 Свыше 250 до 315 Свыше 315 до 400 Свыше 400 до 500 13 14 16 Квалитеты 9 10 11 12 Число единиц допуска 25 40 64 100 160 250 400 6 10 14 25 40 60 100 140 250 5 8 12 18 30 48 75 120 180 300 6 9 15 22 36 58 90 150 220 360 8 11 18 27 43 70 110 180 270 430 9 13 21 33 52 84 130 210 330 520 11 16 25 39 62 100 160 250 390 620 13 19 30 46 74 120 190 300 460 740 15 22 35 54 87 140 220 350 540 870 18 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 20 29 46 72 115 185 290 460 720 1150 23 32 52 81 130 210 320 520 810 1300 25 26 57 89 140 230 360 570 890 1400 27 40 63 97 155 250 400 630 970 1550 5 6 7 7 10 4 8 Лекция окончена Лекция № 2 Методы обеспечения точности при сборке. Понятие размерных цепей. 2.1. Понятие размерной цепи. Сборочные узлы изделий состоят из множества деталей. Качество собранного изделия зависит от точности изготовления деталей и точности сборки. Для правильной работы узла нужно выдерживать размеры в определенных пределах. Это связано с тем, что изменение размера любой из деталей при сборке вызывает нарушение положения других деталей. Для определения оптимального соотношения размеров деталей проводят размерный анализ. И строят размерные цепи. Суммарная точность собранного узла зависит от точностных показателей отдельных деталей. Можно записать AΔ = f (А1, А2….Аm-1) AΔ - параметр точности узла (обычно зазор или натяг, определяющий функционирование узла, они рассматриваются как отдельные звенья), Ai – влияющие параметры (размеры деталей сборочной единицы). Под размерной цепью понимают замкнутый контур, образованный взаимосвязанными размерами, влияющими на сборку изделия. Виды размерных цепей. Линейная размерная цепь — размерная цепь, звеньями которой являются линейные размеры. Угловая размерная цепь— размерная цепь, звеньями которой являются угловые размеры. Размерная цепь с параллельными звеньями— размерная цепь, все звенья которой параллельны Плоская размерная цепь — размерная цепь, звенья которой расположены в одной или нескольких параллельных плоскостях. Пространственная размерная цепь — размерная цепь, звенья которой расположены в пространстве под различными углами. Методики расчета размерных цепей являются универсальными. Простейшая цепь содержит две соединяемые детали http://k-at.ru/metrologia/razmernye_cepi_1/index.shtml На примере этой цепи можно рассмотреть виды звеньев, входящих в цепь. Цепь можно изобразить отдельно от сборочной единицы. Звеньям присвоены обозначения. Это одинаковые буквы с разными индексами. D → B1 d → B2 S → BΔ В цепи различают следующие звенья Замыкающее звено формируется в последнюю очередь при сборке и замыкает цепь (BΔ). Остальные звенья называют составляющими звеньями. Исходное звено (как правило, оно же замыкающее) – звено, к которому предъявляются основные требование по точности узла. Составляющие звенья могут быть уменьшающими и увеличивающими. Составляющие звенья называются уменьшающими (B2), если их увеличение (при постоянстве размеров остальных) приводит к уменьшению замыкающего звена. Составляющие звенья называются увеличивающими (B1) в том случае, если их увеличение приводит к увеличению замыкающего звена. увеличивающие →, уменьшающие ←. Их обозначения: http://k-a-t.ru/metrologia/razmernye_cepi_1/index.shtml Запишем, чему равно замыкающее звено для последней размерной цепи. В общем случае формула будет иметь вид Номинальное значение замыкающего звена может быть найдено с помощью номинальных значений составляющих звеньев (11) Максимальное и минимальное значения замыкающего звена определяются (12) Верхнее и нижнее отклонения замыкающего звена определяются через отклонения составляющих звеньев (13) Существует два вида задач, связанных с размерными цепями: Прямая задача В этом случае задаются допуск и отклонения замыкающего (исходного звена). Требуется определить допуски и отклонения всех составляющих звеньев цепи. Эта задача решается при проектировании приборных устройств. Обратная задача В данном случае по известным допускам и отклонениям составляющих звеньев необходимо определить допуск и предельные отклонения замыкающего звена. Эта задача имеет проверочный характер. 2.2. Методы обеспечения точности (расчета размерных цепей) Используют следующие методы полной взаимозаменяемости; неполной взаимозаменяемости; групповой взаимозаменяемости; пригонки; регулирования. 2.2.1. Метод полной взаимозаменяемости. В основе данного метода лежит принцип возможности одновременного сочетания предельных значений увеличивающих и уменьшающих звеньев (этого маловероятного события). Данный случай рассматривается как самый неблагоприятный. Этот случай означает, что в сборке или все увеличивающие звенья имеют наибольшие значения, а уменьшающие - наименьшие или наоборот. При таких сочетаниях замыкающий размер примет крайние значения. Если при этих условиях возможна сборка, значит метод гарантирует 100% - ную собираемость. Метод, которым рассчитывают размерные цепи, носит название метода максимум-минимум. В этом случае требуемая точность достигается только за счет точности изготовления деталей без их пригонки, подбора или регулирования. Можно использовать метод в крупносерийном, массовом производстве. Рассмотрим методику расчета размерных цепей основные уравнения. и Решение обратной задачи Уравнения (11)–(13) используются для выполнения проверочного расчета, когда по заданным точностным характеристикам составляющих звеньев (их допускам, отклонениям) необходимо вычислить точностные характеристики (допуск и отклонения) замыкающего звена размерной цепи. Номинальные значения составляющих звеньев должны точно дать номинальное значение замыкающего звена (11). Предельные значения AΔ по расчету не должны выходить за границы допустимых AΔ max и AΔ min. То же касается и отклонений. Кроме данных формул можно вывести еще одну, которая связывает допуски составляющих звеньев с допуском замыкающего звена. 𝒎−𝟏 ∑ 𝑻𝑨𝜟 = 𝒊=𝟏 𝑻𝑨𝒊 (14) Формула приведена без вывода. Из нее следует, что допуск замыкающего звена при расчете данным методом равен сумме допусков составляющих звеньев. Их m-1. При выполнении проверки в правую часть подставляют известные допуски всех составляющих звеньев. И вычисляют их сумму. Допустимое значение допуска должно быть больше расчетного по формуле. Таким образом формула (14) используется при решении обратной задачи. Пример решения обратной задачи. Соединение вала с корпусом А1 1510.14 А2 А4 5 0.03 А3 140 0.10 А ? Решение прямой задачи В прямой задаче замыкающего звена известны точностные характеристики (допуск и отклонения). Необходимо определить такие же характеристики для каждого составляющего звена размерной цепи. Они должны быть подобраны так, чтобы выполнялась точность замыкающего звена. Подбор номинальных значений, удовлетворяющих уравнению (11) более простая задача, чем определение допусков и предельных отклонений всех звеньев. Для этого дополнительные условия (допущения). нужно применять Основное из них заключается в том, что звенья имеют одинаковую точность. То есть детали изготовлены по одному и тому же квалитету. Так как допуск каждого звена TAi = ki×ii , то 𝒎−𝟏 𝒎−𝟏 ∑ ∑ 𝑻𝑨𝜟 = ∑𝒎−𝟏 𝑻𝑨 = 𝒌 𝒊 = 𝒌 𝒊 𝒊 𝒊 𝒄𝑷 𝒊=𝟏 𝒊𝒊 𝒊=𝟏 𝒊=𝟏 kcр является одинаковым для всех звеньев, так как онги выполнены по одному квалитету. Отсюда можно получить формулу для kср, по которому можно назначать квалитет для изготовления деталей сборки. (1 (15) TAΔ – заданный допуск замыкающего звена, ii - единицы допусков составляющих звеньев. Этапы решения прямой задачи с использованием метода одинаковой точности 1. Определяется i I для всех составляющих звеньев (замыкающее звено исключается). 2. Определяется ∑𝒎−𝟏 𝒊=𝟏 𝒊𝒊 3. Определяется kср по формуле (15). 4. По Кср по таблице определяется квалитет (К ср округляется до ближайшего наименьшего целого значения). 5. По выбранному квалитету назначаются допуски. 6. Правильность расчета проверяется с использованием формул для решения обратной задачи (формула 14). Для этого все назначенные допуски складывают: TAΔ рас = Σ ТAi . Сумма сравнивается с заданным значением допуска замыкающего звена. Должно выполняться условие: TAΔ рас ≤ TAΔ зад. 7. При необходимости проводят корректировку Можно облегчить процедуру окончательного выбора допусков можно для одного звена не проставлять допуск, а вычислить по формуле: 𝒎−𝟐 𝑻𝑨𝒙 = 𝑻𝑨𝜟 − ∑ 𝑻𝑨𝒊 𝒊=𝟏 (𝟏𝟔) Пример решения прямой задачи методов max-min. A1,4 – высота головок левой и правой втулок; A2,3 – расстояния плоскости дна до базовых колец левой и правой стенок; A5 – длина ступеньки вала. Определить допуски и отклонения звеньев для получения в цепи AΔ = 0 +0,4 1. Находим единицы допусков для звеньев i1 = 0,55 мкм; i2 = 0, 90 мкм; i3 = 0, 90 мкм; i4 = 0,55 мкм; i5 =1,08 мкм. 2. Σ i i = 0,55 + 0,90 + 0,90 + 0,55 + 1, 08 = 3,98 3. kcp = 400/3,98 ≈ 100 4. По таблице определяем, что ближайшим является 11 квалитет 5. Назначаем допуски по 11 квалитету 6. Проверяем правильность расчета 7. Необходима корректировка, подразумевающая анализ с точки зрения технологического обеспечения. Размеры A1, A4, A5 являются наружными. Как наружные их можно выдержать с большей точностью, по 10 квалитету. Это даст запас. Труднее обеспечить A2. Поэтому его точность можно принять на квалитет ниже – 12. В результате получим Допуски охватываемых размеров назначают в "-" от номинального значения (как для основного вала), допуски охватывающих размеров в "+" от номинального значения (как для основного отверстия). Достоинства и недостатки метода полной взаимозаменяемости. 1. Обеспечение 100% - ной собираемости с обеспечением точности замыкающего звена без предварительного выбора, пригонки деталей. Простота сборки. Возможность поточной сборки, автоматизации. Снижение трудоемкости, сокращение сроков ремонта. 2. Метод дает суженные значения допусков составляющих звеньев, повышая требования к точности изготовления деталей (это проявляется при большом количестве звеньев), так как 𝑻𝑨𝜟 = ∑𝒎−𝟏 𝒊=𝟏 𝑻𝑨𝒊 . Увеличивается трудоемкость и стоимость. Это может стать экономически неоправданным. Поэтому переходят к методу неполной взаимозаменяемости. 2.2.2. Метод неполной взаимозаменяемости В этом методе одновременное сочетание в сборке деталей с предельными отклонениями размеров рассматривается как маловероятное событие. Размеры деталей в партии – случайные величины, имеющие рассеяние в пределах полей допусков. Фактические размеры находятся ближе всего к среднему значению, число деталей с предельными размерами мало. Смысл: метод позволяет расширить допуски деталей без потери точности сборки. Как это работает? Для связи характеристик случайных величин с точностными характеристиками обработки необходимо ввести дополнительные характеристики. На данной схеме показано поле допуска детали, а над ним кривая распределения размеров детали с учетом вероятностного появления (частость появления). У нее есть вершина: центр группирования. 1. Координата середины поля допуска определяет положение середины поля допуска относительно номинального размера: E0(Ai) = ½[ ES(Ai) + EI(Fi)]. Например: 15 +0,018. E0 = ½(o,018 + 0) = 0,009 Не путать со средним размером: 15, 009 мм 2. Координата середины поля рассеяния Ec(Ai) – положение середины поля рассеяния V(Ai) относительно номинального размера. Если поле рассеяния симметрично перекрывает поле допуска E0(Ai) = Ec(Ai). 3. Координата центра группирования Em(Ai). Определяет его положение для фактического распределения размера относительно номинального размера. Видно, что она в данном случае не совпадает с Ec(Ai). Это означает асимметрию кривой. 4. Коэффициент относительной асимметрии αi = [Em(Ai) - Ec(Ai)]/ T1i. В знаменателе дроби половина поля допуска T1i. Поэтому коэффициент относительный. То есть это относительная асимметрия в долях от половины поля допуска. Асимметрия может быть отрицательной и положительной. 5. Относительное СКО Получается делением СКО размера σi на половину поля допуска T1i. λ i = σi / T1i. Характеристика связывает поле рассеяния и допуск детали. Известно, что λ зависит от вида распределения. Это показано в таблице (1). Наиболее широко для анализа нормальный закон распределения. размеров https://ppt-online.org/167312 используется Если при этом T1 = 3σ, то поле рассеяния V практически совпадает с полем допуска T, то есть перекрытие этих полей 99, 73 %. Лишь 0,27 % деталей окажется за пределами T.Это брак. Тогда λ = σ/ 3σ = 1/3 ≈ 0,33 Вывод Если допуск выбран в соответствии с действительной зоной рассеяния, описываемой законом нормального распределения (TAi = 6σ, где σ -СКО, показатель рассеивания значений случайной величины относительно её математического ожидания. Обычно указанные термины означают квадратный корень из дисперсии случайной величины), то вероятность выхода размера за границу поля допуска составляет 0,135 %. А так как в размерной цепи много звеньев, вероятность одновременного нахождения на границах полей допусков всех размеров еще меньше. Например, если звена три, вероятность, что все три размера деталей, попавших на сборку, примут предельные значения равна 0,00135 3. При увеличении числа звеньев она будет уменьшаться. Решение прямой задачи. Меняется вид формулы для расчета допуска замыкающего звена. (17) Если сопоставить эту формулу с формулой (14), то можно сделать вывод о том, что при тех же составляющих TAi, суммирование по формуле (17) даст меньшее значение TAΔ. То есть запас. Следовательно, для достижения той же точности можно увеличить допуски на изготовление деталей сборки. Эта форма записана в упрощенном виде в предположении, что все размеры всех деталей распределены по нормальному закону. Допуск замыкающего звена может быть определен через коэффициент риска. Закон Симпсона (равнобедренного треугольника) применяется для описания погрешности размеров заготовок, на которых оказывает влияние один доминирующий фактор с переменным характером изменения во времени, сначала ускоренным, потом замедленным, а затем вновь ускоренным. Такие условия могут возникнуть при быстром изнашивании инструмента. Закон равной вероятности наблюдается в том случае, если на погрешность размеров оказывает влияние один доминирующий фактор, равномерно изменяющийся во времени (равномерный износ режущего инструмента). Прямую задачу можно решить методом одинаковой точности, рассмотренным выше. Но изменяется вид выражения для Kср. (19) Для нормального закона. (20) При одинаковом числе звеньев и допусках замыкающего звена (21) Расчет по методу неполной взаимозаменяемости дает большее число единиц допуска. Проверочный расчет (обратная задача) Кроме определения допуска замыкающего звена координату середины поля рассеяния замыкающего звена можно найти (22) В упрощенном виде формула записывается для нормального закона распределения размеров деталей, когда αi = 0. Метод групповой взаимозаменяемости (селективная сборка). Сущность метода состоит в том, что элементы сборки, изготовленные с установленными допусками, перед сборкой сортируют в пределах этих допусков на размерные группы. Последующая сборка ведется так, что в одну сборочную единицу включаются элементы из одноименных размерных групп. В результате решаются проблемы: 1. Повышается точность сборки до необходимых технических требований без повышения точности изготовления составляющих элементов. 2. Обеспечивается заданная точность выходных параметров при изготовлении элементов с точностью в рамках технологической целесообразности (с учетом технологических возможностей производства). Метод оправдан при массовом производстве сборочных единиц, включающих небольшое количество элементов (не более трех). Основные недостатки метода 1. Взаимозаменяемость ограничена пределами размерных групп. 2. Возникновение незавершенного производства. 3. Необходимость сортировки деталей увеличивает продолжительность сборки. Требуются дополнительные контрольные операции, организация хранения, транспортировки и сборки. Пример: сборка подшипниковых узлов. Число размерных групп определяется по формуле N = (TA + TB)/ Тп (24) TA и TB – производственные допуски деталей А и В. Тп – заданный допуск. Посмотрим, что дает селективная сборка на конкретном примере. Для начала разбиваем поля допусков на 2 группы (N=2). Собираем отдельно первую и вторую группы: 1А и 1В, 2A и 2В. Точность увеличивается в 2 раза. Разобьем исходные поля допусков на 4 группы (N=4) Точность увеличивается в 4 раза. Вывод Селективная сборка позволяет в N раз повысить точность сборки (точность соединения) без уменьшения допусков на изготовление деталей Замечание: в рассмотренном примере поля допусков двух деталей (ТА и ТB) были равны. В противном случае наблюдается нарушение однородности посадок при сборке соединений из разных размерных групп (то есть сборка из разных размерных групп дает разные значения наибольших и наименьших выходных параметров N,S). Решение: деление поля допуска одной из деталей на большее количество размерных групп (при сохранении равенства групповых допусков деталей). Можно рекомендовать разбивку допуска отверстия на 6 размерных групп. 4 размерные группы отверстия принимают участие в селективной сборке. Остальные собираются другими методами. Пример решения задачи с использованием селективной сборки. Задано: A2 = 90, A3 = 10, A1 = 80. Необходимо обеспечить AΔ =0 – 0,2. Используем для решения селективную сборку. Она позволяет назначать на звенья технологически целесообразные допуски. В частности если 90+0,3 A1 =𝟖𝐎+𝟎,𝟏𝟒 −𝟎,𝟎𝟕 A2 = A3= 𝟏𝐎+𝟎,𝟎𝟔 −𝟎,𝟎𝟑 Можно убедиться, что если не использовать сортировку точность замыкающего звена не обеспечивается. А при сортировке на три размерные группы: N = (TA1 + TA2 + TA3) / TAΔ = 3 Незавершенное производство Методы пригонки и регулирования При методе пригонки необходимой точности замыкающего звена добиваются снятием слоя металла с одной из деталей сборочной единицы (компенсирующей детали). При пригонке рассчитывают предельные отклонения компенсирующего звена с учетом того, что на нем должен остаться слой металла, подлежащий удалению. Компенсатор в сборочной единице на рисунке – кольцо толщиной A3. Это уменьшающий размер. В качестве компенсатора выбирается деталь, размер которой просто изменить. Этот размер не должен быть общим звеном для параллельно связанных цепей. Метод позволяет изготавливать составляющие звенья с увеличенными до экономически оправданных значений допусками. Степень взаимозаменяемости низкая. Необходимы доводочные работы. Нарушается ритмичность. Увеличивается трудоемкость. Используется в мелкосерийном и единичном производствах. Величина припуска на пригонку: Δ = Ec' + 0,5(T' – T) – Ec, (25) Ec' T' – координата середины поля допуска и допуск зам. звена по расчету; Т – зад. знач. Пример AΔ =0 – 0,2 Для принятых отклонений А1 = 80-0,21 А2 = 90+0,3 A3 = 10 -0,09 - компенсирующее звено Δ = 0,3 + 0,5(0,6 – 0,2) -0,1 = 0,4 Если компенсирующее звено входит в число уменьшающих, то поправку вносят со своим знаком, если в число увеличивающих, то с обратным. Компенсирующий размер А3 должен быть задан как A3 = 𝟏𝐎+𝟎,𝟒 +𝟎,𝟑𝟏 Метод регулирования В этом методе точность замыкающего звена достигается также изменением размера компенсатора, но без снятия слоя металла, а за счет подбора детали в виде прокладок, колец, выполняемых с N ступенями размеров для такого подбора. В этом случае компенсатор называется неподвижным (дискретная компенсация).Второй вариант компенсатора – перемещающийся узел (с винтовым механизмом). В этом случае компенсатор подвижный (непрерывная компенсация). Регулировочные устройства позволяют изменять замыкающий размер, компенсировать износ детали в ходе эксплуатации, накопленную погрешность. В результате компенсация осуществляется более плавно, чем в случае с неподвижным конструкцию. компенсатором. Однако, они усложняют При расчете определяются наибольшие и наименьшие размеры компенсаторов. Расчет позволяет разделить компенсаторы по размерным группам. Формулы для расчета отклонений компенсатора выводятся с учетом того, каким звеном является компенсатор – увеличивающим или уменьшающим, из уравнений для расчета отклонений замыкающего звена. Если компенсирующее звено - увеличивающий размер, то его отклонения: Δ1 = (26) Δ2 = Σ Если компенсирующее звено - уменьшающий размер, то его отклонения Δ1 = Δ2 = (27) Далее находят минимальные и максимальные размеры компенсаторов, разделяют компенсаторы на группы. Группы будут отличаться на допуск. k N TA (28) где N – количество групп k - разница между максимальным и минимальным размером компенсатора. Пример Н Δв Δн A1 12 0 -0.18 к – компенсатор A2 2 0 -0.1 Т.к. компенсатор - увеличивающее звено, отклонения рассчитываются A3 39 0 -0.25 A4 17 +0.18 0 A5 5 0 -0.12 A6 7 0 -0.15 A7 11 0 -0.18 A8 2 0 -0.1 A9 2 0 -0.1 k MAX 2.86 A10 11 0 -0.18 k MIN 1.52 A 0.25 +0.1 -0.1 k 2.25 - - следующим образом: Округлив N, получаем, что число групп, на которое разбиваем исходный диапазон значений, равно 7. В результате 1: 1,52- 1, 72 (1, 72-0,2) 2: 1,72-1,92 (1,92-0,2) 3: 1,92 – 2,12 (2,12-0,2)……. Список использованных источников 1. 2. Рудзит Я.А., Плуталов В.Н. Основы метрологии, точность и надежность в приборостроении. Скворцов В.Ф. Основы размерного анализа конструкций изделий, издательство Томского политехнического университета, 2012 год. Лекция № 4 Виды сборочных соединений Классификацию проводят по различным признакам 1. по возможности перемещения • подвижные • неподвижные 2. по способу демонтажа • разъемные • неразъемные 3. по форме сопрягаемых поверхностей • плоские • конические, цилиндрические • винтовые • сферические • профильные 4. по методу образования • резьбовые • шпоночные • клиновые • штифтовые • полученные сваркой • полученные пайкой • клеевые. 4.1 Соединение сваркой Сварка – процесс получения неразъемного соединения за счет расплавления и совместной кристаллизации материалов или без расплавления в результате электронного взаимодействия. Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании связей между атомами на соединяемых поверхностях. Для получения сварного соединения требуется сблизить соединяемые поверхности и увеличить энергию атомов нагревом, давлением. Сварку осуществляют плавлением без внешнего механического воздействия и с приложением давления к заготовкам. Холодная сварка - сварка с приложением давления без нагрева места сварки. Также существует сварка с давлением и местным нагревом (контактная, диффузионная, трением). При сварке соединяемых плавлением происходит деталей, а иногда и расплавление присадочного кромок материала (электрода) для заполнения шва между деталями. Для этого область шва разогревают до 2000 °С. В зависимости от источника тепла сварку различают плазменную и электродуговую др. (основной Возникающая вид), газовую, область жидкого металла называется сварочной ванной. Остывая, металл образует сварочный шов. Металл сварочного шва значительно отличается от основного: происходит выгорание отдельных элементов, поглощение газов, диффузия примесей. Для защиты сварочной ванны от взаимодействия с кислородом воздуха применяют сварку под флюсом, в среде защитных или инертных газов и т. п. Преимущества данного типа соединения: 1. Незначительное увеличение массы изделия. 2. Возможность автоматизации процесса. 3. Обеспечение герметичного шва. 4. Получение прочных соединений. Недостатки данного типа соединения: 1. Сложность сваривания некоторых разнородных материалов. 2. Плохая устойчивость к вибрациям. 3. Выделение большого количества тепла. 4. Использование сложного оборудования. Для выполнения процесса сварки необходимо обеспечить несколько условий: 1. Формирование герметичного соединения. 2. Минимальные остаточные напряжения. 3. Постоянную температуру в зоне сварки. Виды сварных соединений • • • • • а) стыковые (рис. а), обозначаемые буквой С, когда детали присоединяются одна к другой встык; б) угловые (рис. б), обозначаемые буквой У, когда свариваемые детали образуют угол; в) тавровые (рис. в), обозначаемые буквой Т, когда свариваемые детали образуют форму буквы Т; г) внахлестку (рис. г), обозначаемые буквой Н, когда кромки свариваемых деталей накладываются одна на другую внахлестку. д) точечные (рис. д), когда сварочный шов выполняется не сплошным, а в виде отдельных точек. https://en.ppt-online.o rg/384250 4.1.1. Контактная сварка Контактная электросварка представляет собой электромеханический процесс образования неразъемного соединения, формирующегося при определенных условиях нагрева и сжатия заготовок изделий. Необходимый нагрев происходит за счет теплоты, выделяемой при прохождении электрического тока непосредственно в заготовках и контактах между ними. При этом коробление изделий в несколько раз меньше, чем при дуговой или газовой сварке Осуществляется на установке для контактной сварки (1). Процесс нагрева отличается очень большой скоростью и резко выраженной локализацией. виды Все сварки выполняют на низком напряжении: 2; 6 или 12 В. Наиболее широко применяют стыковую, точечную и шовную сварку. Стыковая сварка Сварные и паяные соединения - online presentation (ppt-online.org) Перед сваркой необходима очистка торцев от оксидных пленок. Заготовки 1 и 2 сжимаются силой P. Включаются в цепь трансформатора 3. Нагреваются и сдавливаются. Этот вариант сварки называется сопротивлением (стали, медные и алюминиевые сплавы и так далее). Так можно соединять трубки. Второй вариант сварки оплавлением предполагает наличие зазора между заготовками, затем к ним подводят напряжение от сварочного трансформатора. Заготовки сближаются до соприкосновения и разводятся. На торцах возникают искровые разряды, оплавляющие металл. После оплавления сечения заготовки сдавливают. Образуется соединение. Точечная сварка Соединение образуется в отдельных точках. Положение точек определяется расположением электродов точечной машины. Сжимаемое усилие прикладывается со стороны электродов (Сu). В этом случае при включении тока происходит нагрев зажатого участка до расплавления в центре нагретой зоны. Сварка может быть односторонней большинство углеродистых, и двусторонней. Этим способом сваривают конструкционных и легированных сталей, алюминиевые и медные сплавы (толщина до 5 мм). Требования: - размещение сварных точек должно соответствовать требованиям по прочности; - диаметр сварной точки составляет 0,8÷1,2 от диаметра контактной поверхности электродов; - детали из конструкционных сталей должны проходить очистку от загрязнений. Очистка производится травлением. Далее помывка и сушка. - алюминиевые сплавы очищаются от оксидной пленки, промываются в бензине, ацетоне. Шовная (роликовая сварка) Листовые заготовки накладываются друг на друга и сжимаются роликовыми электродами. На электроды периодически подаются импульсы тока. Протекающий ток сильно нагревает контактное пятно между электродами, доводя метал до плавления. По окончании импульса зона расплавления кристаллизуется под давлением, образуя шовный материал и соединяя заготовки в единое целое. Ролики перекатываются на соседний участок заготовки, подается следующий импульс и рабочий цикл повторяется. Вдоль линии шва образуется цепочка пятен точечной контактной сварки овальной формы. Эти пятна могут частично перекрываться, образуя непрерывную и герметичную шовную линию. Роликовая сварка используется для сваривания следующих материалов: ▪ алюминиевые сплавы (с марганцем), ▪ малоуглеродистые стали, ▪ нержавеющие стали, ▪ медные сплавы, ▪ кремнистая бронза и др. Оборудование для контактной сварки ekotehcomp.tiu.ru/p401188835-25092-500-vylet.html Сварочное производство - презентация, доклад, проект (myslide.ru) электроконтактна ясварк33318010.mp4 Этапы технологического процесса электроконтактной сварки. 1. Подгонка деталей. 2. Очистка поверхностей. 3. Контроль свариваемых поверхностей. 4. Сборка деталей под сварку. 5. Скрепление сваркой отдельных точек. 6. Контроль взаимного положения. 7. Сварка с помощью специального оборудования. 8. Контроль, внешний осмотр с использованием специальных методов исследования на герметичность с помощью течеискателей, вакуума или избыточного давления, рентгеновских аппаратов. 9. Предусмотрена термообработка для снятия внутренних напряжений и защита от коррозии (окрашивание). 4.1.2 Диффузионная сварка При диффузионной сварке в вакууме соединение образуется в результате взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов, находящихся в твердом состоянии. Металлы находятся в твердом состоянии. Процесс в большинстве случаев выполняют в вакууме, однако он возможен и в атмосфере инертных защитных газов. С помощью диффузионной сварки можно соединять любые металлы и сплавы в однородных и разнородных сочетаниях, не принимая во внимание их твердость и взаимную смачиваемость, и получать прочные соединения без изменения физико-химических свойств. Можно получать би- и триметаллические детали. Применяя промежуточные специальные прокладки, можно сваривать, например, титан с металлокерамикой, сталь с чугуном, вольфрамом. Диффузионная сварка предполагает групповую технологию с загрузкой большого количества деталей, поскольку длительное время откачки и длительное время охлаждения. Вид камеры для диффузионной камеры изнутри Диффузионная сварка металла (metallsmaster.ru) Схема установки для диффузионной сварки • Температура нагрева составляет 0,5 – 0,7 от температуры расплавления металла свариваемых деталей. Высокая температура обеспечивает большую скорость диффузии и большую пластичность деформирования металла: • процесс сварки осуществляется с использованием разных источников нагрева. В основном применяют индукционный, радиационный, электронно-лучевой нагрев, нагрев проходящим током. • сжимающее давление 1- 20 Мпа; • сварка протекает при давлении в камере – 10−2 мм. рт. ст. или в атмосфере инертного газа (иногда водорода). Вакуум или защитная атмосфера предохраняет свариваемые поверхности от загрязнения. Этапы процесса: заготовки помещают в установку, в которой создается вакуум – сдавливаются – нагреваются – выдерживаются при зад. t – камера охлаждается – давление снимается. Требования: Для выполнения сварки необходимо: - высокие требования к плоскостности; - минимальная шероховатость поверхности; - высококачественная физическая и химическая очистка поверхности. Преимущества данного метода сварки: - детали подвергаются воздействию температуры меньшей температуры плавления металла, т.е. не происходит преобразования структуры металла; - не возникает деформаций, остаточных напряжений. Установка УДВ 35 01 для диф ф узионной сварки деталей, не поддающихся сварке способами плавления.mp4 4.1.3. Ультразвуковая сварка Механизм УЗ сварки: При ультразвуковой сварке используют давление, нагрев и взаимное трение свариваемых поверхностей. Силы трения возникают в результате действия на заготовки, сжатые силой Р, механических колебаний с ультразвуковой частотой. Колебания распространяются в зону заготовок по концентратору от магнитострикционного преобразователя. 1 2 1 – преобразователь; 2 –концентратор; 4 - рабочий инструмент; 5 – заготовки 6 - опора; 6 – характер колебаний но длине установки Механизм сварки: заготовки сжимают в месте соединения - в зону контакта передают УЗ колебания (15 – 170 кГц) - сдвиговые деформации разрушают поверхностные пленки – поверхностные слои металлов нагреваются – металл размягчается – при сближении поверхностей на расстояние действия межатомных сил возникает связь. Нагрев (300 – зависимости от формы 6000). Сварка может быть точечной и роликовой (шовной) в инструмента. Источником колебаний является магнитострикционный преобразователь. К нему подводится питание от высокочастотного генератора. Магнитострикционный эффект заключается некоторых в изменении размеров металлов, сплавов под действием переменного магнитного поля. В результате концентратор колеблется (в осевом направлении). На его конце находится инструмент. Заготовки находятся между опорой и инструментом. Силы трения способствуют образованию соединения. Достоинства УЗ сварки: • возможность соединять заготовки разной толщины (листы детали); • хорошая свариваемость металлов в разнородных сочетаниях; • сварка пластмасс. 4.1.4.Сварка трением При сварке трением металл нагревается в зоне сварки до температуры пластического состояния за счет взаимного перемещения (трения) соединяемых поверхностей. достижения перемещение требуемой После температуры заготовок мгновенно прекращают и, прикладывая осевое усилие, осуществляют совместное пластическое деформирование кромок деталей. Схема взаимного перемещения (вращением или возвратно-поступательными колебаниями) заготовок зависит от их габаритов и формы свариваемого сечения. Перед сваркой соединяемые поверхности подвергают механической обработке для их плотного прилегания, чистоты и т.п. Заготовки устанавливают соосно в зажимах машины, один из которых неподвижен, а второй совершает вращательное и поступательное движения. Заготовки сжимают силой Р и включают механизм вращения. Возникают силы трения. Работа превращается в теплоту, что приводит к интенсивному нагреву трущихся поверхностей. При достижении температуры 980–1300°С при сварке стали вращение заготовок мгновенно прекращают и сдавливают их дополнительно. Сварка трением Достоинства: • металл сваривается в пластичной фазе, но не расплавляется; • сварка трением обеспечивает прочность сварного соединения до 0,97 % от прочности основного материала; • сваривают заготовки из металлов и сплавов из алюминия, титана, магния, меди, никеля, кобальта, молибдена, тантала и прочих сплавов (в том числе таких, которые трудно сваривать дуговой сваркой), заготовки из различных марок стали, детали из полимеров и композитов. Возможна сварка трением практически всех металлов и сплавов с t плавления до 1800 °C. 4.1.5. Холодная сварка Соединение осуществляется без нагрева. Суть образовании совместного образования соединения в металлических связей пластического в результате деформирования. Оборудованием для холодной сварки являются прессы. Применяется для пластичных материалов: алюминия, сплавов меди, никеля, цинка, серебра, свинца (возможна взаимная сварка: медь – алюминий, медь – серебро). Холодная сварка — Википедия (wikipedia.org) Может быть точечной, шовной, стыковой. 4.1.6. Газовая сварка При газовой сварке в качестве источника теплоты, за счет которой происходит нагрев и расплавление кромок заготовок, используется пламя, образующееся при сгорании какоголибо горючего газа в смеси с чистым кислородом. Обычно применяют ацетилен, выделяющий наибольшее количество теплоты и развивающий максимальную температуру при сгорании в кислороде до 3150°С Газовая сварка Необходимая температура пламени, концентрация, теплота достигается при сжигании горючих газов в смеси с кислородом. Такое смешение достигается с помощью горелки. Кислород и ацетилен передаются в газовую горелку по резиновым шлангам. На выходе из сопла горелки образуется пламя. Ацетилен и кислород хранятся в отдельных баллонах, ацетилен в сжатом состоянии заправляется на специальных станциях, давление 1,5÷1,8 МПа. Структура пламени Зона 1 – зона ядра. Она представляет собой смесь раскаленных частиц ацетилена и кислорода и характеризуется ослепительно белым свечением. Зона 2 – восстановительная зона. Эта зона окружает зону 1 в виде ореола синеватого цвета. В этой зоне на расстоянии 3 -5 мм от конца ядра достигается наивысшая температура – около 3200оC, используемая для расплавления металла. Происходит сгорание в О2, который поступает из баллона. Зона 3 – факел. В этой зоне происходит окисление продуктов реакции (горения и разложения), т.е. СО и Н 2. Вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода. Пары воды и CO2 окисляют металл. Нормальное пламя O2/CO2 ͌ 1, 1 - сварка сталей. Если это отношение <1,1 – чугун, цветные металлы. Недостатки: большая зона разогрева, малая производит., значительные деформации соединяемых элементов, 4.1.7. Дуговая сварка Электродуговая сварка – один из традиционных методов, изобретенный русскими учеными Славяновым и Столетовым. В настоящее время в приборостроении находят применение модификации электродуговой сварки: сварка в среде аргона; сварка в среде углекислого газа; а также, в специальных случаях, сварка в гелеводородной среде, что дало возможность сваривать детали из нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов, высоколегированных и жаропрочных сталей, никелевых сплавов, магниевых сплавов, титана и редкоземельных металлов (тантал, молибден, цирконий). Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга, которая горит между электродом и заготовкой или между электродами, или между электродами и заготовкой. Электрическая дуга - мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла, покрытий, флюса. Сварка. Физические основы сварки - online presentation (ppt-online.org) Процесс разжигания дуги Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3 - 6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда. Этот способ зажигания дуги применяют при сварке плавящимся электродом. В установившейся сварочной дуге различают три зоны: катодную 5, анодную 7 и столба дуги 6. При питании дуги постоянным током наибольшее количество теплоты выделяется в зоне анода. Прямая полярность: электрод - катод (-), заготовки – анод (+). При сварке деталей, требующих большого подвода теплоты для подогрева кромок, применяют прямую полярность. При сварке тонкостенных изделий, тонколистовых конструкций, а также сталей, не допускающих перегрева (высокоуглеродистые, нержавеющие), применяют сварку током обратной полярности. При сварке неплавящимся электродом возможно зажигание дуги с помощью высокочастотного электрического разряда через дуговой промежуток, обеспечивающего его первоначальную ионизацию. Для этого в сварочную цепь на короткое время подключают источник высокочастотного переменного тока высокого напряжения. Разновидности дуговой сварки 1. Ручную дуговую сварку применяют во всех областях техники. Однако этот способ малопроизводителен, и качество сварки зависит от квалификации сварщика (электроды изготавливают из сварочной проволоки с покрытиями). Сварные соединения и швы - online presentation (ppt-online.org) 2. При полуавтоматической механизируют подачу сварке сварочной проволоки, механизм подает проволоку из кассеты к сварочной головке (держателю, пистолету) Механизм автоматической подачи сварочной проволоки (рис. 4) предназначен для непрерывного перемещения роликами 3 и 10 в зону сварки электродной проволоки 2 (по мере ее плавления) с помощью электропривода 4, http://gdkvrn.ru/vaz/remont-posle-avarij/texnologiya-remonta-kuzova/instrument-i-materialy-dlya-svarochnyx-rabot- Сварочный полуавтомат устройство и принцип работы | mystroy24.ru 3. Автоматическая сварка. Возбуждение дуги. Ее поддержание и перемещение осуществляются автоматически. Может осуществляться плавящимися и неплавящимися электродами (угольными, вольфрамовыми). Зона сварки защищается струей газа, флюсом. Дуга горит между проволокой и металлом. Столб дуги, ванна металла закрыты слоем флюса. Флюс расплавляется под дугой, образуя ванну шлака. По мере продвижения электрода происходит затвердевание металлической и шлаковой ванн. Образуется шов. Проволока подается с помощью механизма. Сварка в среде защитных газов. Это способ защиты дуги и сварочной ванны. инертные (аргон, гелий), Соединяются все металлы. Газ подается Используются газы: активные (азот, водород). с помощью горелки через керамическое или медное сопло. Аргонодуговая сварка предполагает использование аргона (возможна в автоматическом и ручном режимах, с плавящимся или неплавящимся электродами). Аргонная сварка (3g-svarka.ru) Показана аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с присадкой. Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом является одним из лучших способов сварки тонколистовых заготовок (0,1–2 мм) изделий из многих алюминиевых и магниевых сплавов, нержавеющих и жаропрочных сталей. Сваривают изделия из тугоплавких и химически активных металлов и сплавов: ниобия, тантала, молибдена, циркония и др. Сварочная проволока – один из наиболее востребованных присадочных материалов, которые применяются в процессе сварки. Главная задача сварочной проволоки – способствовать созданию сварных швов, отличающихся высоким качеством. С ее помощью сварной шов обладает устойчивостью к коррозии и к другим неблагоприятным факторам. Разновидности: • • • присадочная проволока сплошного сечения; флюсовая или порошковая проволока; активированная проволока. Присадочные стержни, упрощая и ускоряя процесс сваривания, имеют ряд преимуществ: • • • • при высоких температурах сохраняют свои механические свойства; гарантируют стойкое стабильное горение дуги; обеспечивают равномерное плавление металла; формирует аккуратный, плотный шов, не поддающийся растрескиванию и коррозии. Присадки, для этого способа соединения деталей из металла представляют собой прочные, жесткие, пластичные пруты, определенного диаметра и фиксированной длинны. 4.1.8. Плазменная сварка Плазменная сварка относится к дуговым видам сварки, при этом в качестве источника нагрева свариваемых заготовок используется сжатая дуга. При обычной дуговой сварке дуга горит свободно между электродом и изделием. Однако если при помощи каких-либо приемов не дать возможность дуге занять ее естественный объем, принудительно сжать ее, то температура дуги значительно повысится. В частности, можно ограничить диаметр столба дуги, пропустив ее через сопло малого диаметра. Используется для соединения высоколегированной стали, тугоплавких сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама. Главный функциональный узел оборудования – плазматрон для получения плазмы. Плазмой принято считать частично или полностью ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул, ионов и электронов. Типичное плазменное состояние вещества имеет место в электрическом газовом разряде. В плазматроне расположен вольфрамовый электрод, подключенный к “-“ Также имеется канал, по которому подается газ для получения плазмы. На конце плазматрона есть сопло, которое может быть подключено к «+» источника. К соплу подключен подвод воды. Зажигается дуга. Подается плазмообразующий газ. Происходит его нагрев, ионизация, расширение в объеме. образованию плазмы. Раскаленная струя расплавляет металл. Изменение состояния газа приводит к Существует два вида плазменной сварки 1. Дуга создается между электродом и металлом. Разность потенциалов прикладывается к детали и электроду. 2. Электрическое напряжение прикладывается только между частями горелки для создания струи плазмы. В первом струя совпадает со столбом дуги. Сначала зажигают вспомогательную дугу ( к соплу подключается + источника), затем зажигается основная дуга. Плазменная дуга имеет большую тепловую мощность, чем плазменная струя. Во втором случае дуга зажигается между частями плазматрона. осциллятора высокого напряжения). Здесь струя выделена из столба дуги. Плазменные сварочные аппараты: (stankiexpert.ru) Зажигается (источника с помощью переменного тока Аппарат для плазменной сварки. Рабочая жидкость: вода со спиртом Достоинства плазменной сварки - По сравнению с аргонодуговой плазменно-дуговая сварка отличается более обеспечивается стабильным более горением равномерное дуги. При проплавление этом кромок. - По проплавляющей способности плазменная дуга занимает промежуточное положение между электронным лучом и дугой, горящей в аргоне. - Столб дуги и струя плазмы имеют цилиндрическую форму, поэтому площадь поверхности металла, через которую осуществляется теплопередача от струи к металлу, не зависит от расстояния между электродом горелки и изделием. Изменение длины дуги конической формы (при аргонодуговой сварке) всегда ведет к изменению диаметра пятна нагрева, а следовательно, и к изменению ширины шва. Плазменная сварка позволяет иметь практически постоянный диаметр пятна и дает возможность стабилизировать проплавление основного металла. Это свойство плазменной дуги используется при сварке очень тонких листов. Микроплазменная сварка Особенность этой сварки в том, что она выполняется при небольших значениях силы тока до 25 ампер. Она применяется при соединении тонких листов металла толщиной от 0,025 до 1 мм. Используется в приборостроении, для сварки пластмасс. 4.1.9. Сварка лучевыми методами К ним относится электронно-лучевая и лазерная сварка. Электронно-лучевая сварка Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) основана на том, что нагрев осуществляется управляемым электронным лучом. Используется кинетическая энергия электронов, движущихся в высоком вакууме с большой скоростью. При бомбардировке электронами поверхности металла подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которая плавит металл. Это сварка плавлением. https://smm-star.com/elektronno-luchevaya-svarka-oborudovanie luchevaya/ https://elsvarkin.ru/texnologiya/vidy/elektronno- Существовала потребность сварки тугоплавких металлов, а добиться хорошего качества швов просто не получалось. Классические сварочные технологии просто не могли обеспечить должный уровень качества. Для решения этой проблемы была изобретена электронно-лучевая сварка, которая концентрирует тепло в одной точке, при этом сварочная зона остается защищенной. Электронный луч генерирует электронная пушка. Плотность энергии в таком луче высока, но ее недостаточно для качественной сварки. Чтобы исправить эту проблему электроны нужно сконцентрировать в магнитной линзе. На рисунке ниже линза обозначена цифрой 6. Магнитная линза — устройство электронной оптики, линза для фокусировки электронов. Представляет собой цилиндрически симметричный электромагнит с очень острыми кольцевыми наконечниками полюсов, который создаёт в малой области сильное неоднородное магнитное поле, которое и отклоняет летящие через эту область электроны. Сила фокусировки электронного пучка осуществляется регулировкой постоянного тока питающей катушки. Электроны, покидающие источник под некоторым углом по отношению к оси достигают начала электромагнитного поля. Горизонтальная компонента поля отклоняет их, за счёт чего они приобретают боковую скорость и, пролетая через сильное вертикальное поле, получают импульс в направлении к оси. Боковое же движение убирается магнитной силой, когда электроны покидают поле, так что окончательным эффектом будет импульс, направленный к оси, плюс «вращение» относительно неё. Расходящиеся электроны собираются в параллельный пучок. Действие такого устройства подобно действию обычной оптической линзы на расходящиеся лучи света от находящегося в её фокусе объекта. Ось ZZ' — направление движения пучка частиц; тёмная штриховка — магнитное ярмо и полюса; штриховка кружочками — токовая обмотка. Ниже приведено распределение продольного магнитного поля. http://900igr.net/prezentacija/fizika/metody-fizicheskikh-issledovanij-59225/magnitnaja-linza-33.htm http://nno.dtn.ru/ Далее электроны, находясь в подвижном состоянии, фокусируются в плотный световой пучок и ударяются о деталь (на картинке обозначена цифрой 1). За счет столкновения электроны тормозятся, и их энергия превращается в тепло. Тепло, в свою очередь, настолько мощное, что быстро нагревает металл до высокой температуры. В конструкции предусмотрена магнитная отклоняющая система (Для отклонения электронных пучков в пространстве используются магнитные отклоняющие системы. Они представляют собой системы электромагнитов (в простейшем случае магнитные двухполюсники), создающие магнитное поле, силовые линии которого направлены перпендикулярно электронному пучку) (обозначена цифрой 7). С ее помощью удается контролировать перемещение электронного луча по детали. Таким образом удается добиться точного положения луча, а значит сформировать шов в том месте, где это необходимо (Например, отклоняющая система прототипа включает в себя корпус и расположенную в нем магнитную электронную линзу, состоящую из многослойного магнитопровода цилиндрической формы и катушек, расположенных в пазах магнитопровода. Корпус с размещенной внутри него магнитной электронной линзой залит эпоксидным компаундом). Варианты отклоняющих систем Отклонение электронов а — магнитный двухполюсник; б — четырехполюсник с последовательным сложением магнитных потоков; в — четырехполюсник с параллельным сложением магнитных потоков; 1 — обмотки; 2 — магнитопровод; 3 — электронный пучок. Обмотки, на которые подано напряжение, выделены темным цветом (2) Генерация электронного луча Электронная пушка находится над камерой. Луч генерируется катодом. Электроны исходят с его нагретой поверхности вследствие термоэлектронной эмиссии. По способу подогрева катоды подразделяются на катоды прямого и косвенного накала. Катод косвенного накала. (В этом типе нить накала не является катодом, а скорее нагревает катод, который затем испускает электроны). В электронных пушках, применяемых в ЭЛТ, используется оксидный катод косвенного накала. Он обеспечивает достаточную эмиссию при относительно невысокой температуре 780—820 °С. При такой температуре катод обладает достаточной долговечностью, и для его подогрева требуется небольшая мощность. Катод и подогреватель образуют катодно-подогревный узел (КПУ). Катод прямого накала представляет собой металлическую нить из металла с высоким удельным электрическим сопротивлением, которая сама является источником термоэлектронной эмиссии. Имеет меньшую долговечность по сравнению с катодом косвенного накала. Модулятор представляет собой цилиндрический стакан, накрывающий катод. В центре его дна имеется калиброванное отверстие, которое называется несущая диафрагма. С её помощью начинается формирование нужной толщины электронного пучка. Модулятор ближе всех остальных электродов расположен к катоду (расстояние между оксидной поверхностью катода и отверстием модулятора составляет 0,08—0,20 ± 0,01 мм), поэтому его потенциал наиболее значительно влияет на ток электронного луча, отсюда и его название. Ускоряющий электрод представляет собой полый цилиндр, расположенный на оси электронной пушки. На него подаётся положительный потенциал в несколько сотен вольт, он располагается между модулятором и фокусирующим электродом, и сообщает электронам начальную скорость в пределах электронной пушки. Когда электроны сталкиваются с молекулами кислорода, теряется огромное количество кинетической энергии. К тому же катод нуждается в дополнительной тепловой защите. Чтобы решить эти задачи в пушке создают вакуум. В результате энергия луча концентрируется строго в одной точке, а площадь нагрева минимальная. Из-за этого металл не деформируется при сварке. Это очень важно при сварке тонких металлов, особенно если деталь маленького размера. Вакуум в установке достигает 10-4 - 10-6 мм. рт. столба. Форма поперечного сечения сварного шва Особенности физики процесса: электроны при бомбардировке свариваемых металлов и проникновения в металл теряют энергию, и на глубине осуществляется самое интенсивное тепловыделение. 1,2 - испарение металла в виде атомов и ионов; 3 - электроны; 4 - рентгеновское излучение; 5 - отраженные электроны; 6 - тепловое излучение Вид установки для ЭЛС 1высоковольтный источник питания,2электромагнитная линза и отклоняющие катушки,3телескопическое устройство для наблюдения, 4сварочная камера, 5электронно-лучевая пушка, 6-вентиль, 7диффузионный насос, 8-освещение, 9вакуумный вентиль, 10-роторный форвакуумный насос, 11-пульт управления движения детали, 12электрический пульт управления Особенности применения ЭЛС ЭЛС сварку можно применять при сварке самых разнообразных металлов. У двух деталей может быть разная толщина, состав и даже температура плавления. Шов все равно получится качественным. Минимальная толщина для сварки составляет 0,02 миллиметра. А максимальная — 100 миллиметров. Лазерная сварка Нагревание и плавление в рабочей области происходит при помощи лазерного луча. Световой поток, который генерируется лазером, обладает монохромностью. Принцип работы лазерной сварки основывается на следующих свойствах: • когерентности. Когерентностью называют согласованное протекание во времени волновых процессов, совпадение фаз колебаний. Обычные источники света (лампа накаливания, газоразрядные лампы и др.) испускают некогерентный свет; • • монохроматичности (Источники лазерного излучения имеют очень узкий спектр). направленности. При проведении сварочного процесса не происходит рассеивание луча при его движении от источника к свариваемому изделию. https://osvarka.com/ Достоинства лазерной сварки 1. Сварка лазерным лучом может использоваться для разнообразных материалов - от металлов и магнитных сплавов до термопластов, стекла, керамики. 2. Наблюдается высокая точность и стабильность траектории пятна нагревания. 3. Небольшой размер сварного соединения. Именно это делает его незаметным. 4. Отсутствует нагревание околошовной области. Вследствие этого наблюдается минимальная деформация свариваемых деталей. 5. При проведении нагревании не образуются продукты сгорания, не проявляется рентгеновское излучение. 6. Высокая химическая чистота сварочного процесса. Это связано с тем, что во время сварки не используются присадки, флюсы, электроды. 7. Подходит для сваривания в труднодоступных местах, может применяться на большом удалении от зоны расположения лазера. 8. Может применяться для сварки элементов, которые находятся за прозрачными материалами. 9. Быстрая перенастройка при переходе на изготовления нового изделия. 10. Сварные швы имеют высокое качество и прочность. https://osvarka.com/ Лазер – оптический квантовый генератор. http://900igr.net/prezentacija/fizika/po-medetsinskoj-optike-na-anglijskom-jazyke-256912/skhema-stroenija-lazerana-rubine-17.htm Схема строения лазера на рубине - Презентация 256912-17 (900igr.net) Лазер на рубине был первым, на котором была осуществлена генерация и который все еще находит применение. Рубиновый кристалл представляет собой кристалл оксида алюминия Al2O3 с небольшой добавкой (0,05%) хрома. При добавлении атомов хрома прозрачные кристаллы рубина приобретают розовый. Всего кристаллами рубина поглощается около 15% света лампы-вспышки. При поглощении спектра ионами хрома происходит переход ионов в возбужденное состояние. В результате внутренних процессов возбужденные ионы хрома переходят в основные состояния не сразу, а через два возбужденных уровня. На этих уровнях происходит накопление ионов, а при достаточно мощной вспышке лампы возникает инверсная населенность между промежуточными уровнями и основным уровнем иона хрома. Торцы рубинового стержня полируют, покрывают отражающими интерференционными пленками, выдерживая при этом строгую параллельность торцов друг другу. При возникновении инверсии населенностей уровней ионов хрома в рубине происходит лавинное нарастание числа вынужденно испущенных фотонов и обратной связи на оптическом резонаторе, образованном зеркалами на торцах рубинового стержня, обеспечивает формирование узконаправленного луча красного света. Лазер состоит из трех основных частей: активного (рабочего) вещества, резонансной системы, представляющей две параллельные пластины с нанесенными на них отражающими покрытиями, и системы возбуждения (накачки), в качестве которой обычно используется лампа-вспышка. Рубиновый стержень помещают в спиральную импульсную ксеноновую лампу, витки которой охватывают его со всех сторон. Вспышка лампы длится миллисекунды. За это время лампа потребляет энергию в несколько тысяч джоулей, большая часть которой уходит на нагревание прибора. Другая, меньшая часть, в виде голубого и зеленого излучения поглощается рубином. Эта энергия и обеспечивает возбуждение ионов хрома Схема лазерной сварки а– наведение сварки; б – на место сварка; 1 – лампа подсветки системы наведения; 2 – импульсная лампа накачки; 3 – призма двойного преломления; 3 – конденсаторная линза; 5.7 – резонаторы; в – кристалл рубина; 8 – линза сменного объектива; 9 – подсвета микроскопа; 10 – шторка; 11 – микроскоп; 12 – призма оптической головки; 13 – диафрагма; 14 – светофильтр лампа Лазер является тепловым источником с примерно такой же плотностью энергии, как и у электронного луча. Однако КПД лазерных установок с твердым кристаллом низкий. Сварка с помощью лазера выгодно отличается от сварки электронным лучом тем, что может выполняться в любой среде, передающей лучи, – на открытом воздухе и т.д. С помощью лазера можно сваривать очень тонкие металлические элементы (спирали, кольца), изготовленные из проволоки диаметром в несколько десятков микрон. (1) 4.2 Соединения с натягом Натяг – положительная разность диаметров вала и отверстия (охватывающая деталь имеет меньший размер). Цель создания соединения: обеспечение неподвижности, а также необходимой точности взаимного расположения деталей. После сборки из-за деформаций деталей у них появляется общий размер – диаметр соединяемых поверхностей (d). На посадочной поверхности возникают контактные давления (p) и силы трения при попытке деталей. относительного перемещения Способы формирования соединений • запрессовка - реализуется с помощью прессов и приспособлений, исключающих перекос деталей. Происходит смятие и срезание шероховатостей посадочных поверхностей. • температурное деформирование – выполняют по двум схемам: с предварительным нагревом охватывающей детали и с охлаждением охватываемой. При нагреве температура подбирается так, чтобы не происходили структурные изменения детали. Нагрев выше 400°С нежелателен. Охлаждение охватываемой поверхности осуществляется сухим льдом до температуры -79°С, в жидком азоте (температура составляет -196°С). Расчет температуры нагрева N MAX + z 103 d N +z , = 20 − MAX 103 d t НАГР. = 20 + t ОХЛ . 10 3 − переводной множитель (возникает из-за разной размерности d и a). N MAX − z− наибольший натяг, [мкм]. минимальный зазор, необходимый для соединения деталей в результате температурной деформации. d− диаметр посадки, [мм]. − коэффициент линейного расширения нагреваемой (охлаждаемой) детали, [ С ]. −1 Расчет соединения с натягом Конструктивная схема соединения с натягом Обычно натягом соединяют детали по круговым цилиндрическим поверхностям, хотя они могут быть и другой формы. Осевая сила F, крутящий момент Т, контактные давления р определяются условиями работы соединения. Контактное давление должно быть таким, чтобы сила трения посадочной поверхности превосходила внешние сдвигающие силы. Если действует только осевая сила, то ее допустимое значение определяется по следующей формуле: F d p f где f - коэффициент трения. При воздействии на соединение только крутящего момента, его допустимое значение должно отвечать условию: T 0.5 d 2 p f где − длина соединения d − диаметр соединения f − коэффициент сцепления , При воздействии и осевой силы, и крутящего момента должно выполняться следующее условие: 2 T k F 2 + 2 103 d p f , d где k – коэффициент, учитывающий возможность нестабильного сцепления, изнашиваемость посадочных поверхностей (принимает значения от 2 до 4.5). Отсюда значение контактного давления должно отвечать условию: T k F 2 + 2 103 d p d f 2 По значению контактного давления определяют расчетное значение натяга: N расч. где C1 ,C2 − коэффициенты C1 C 2 , = p d 10 + E1 E 2 жесткости 3 охватываемой и охватывающей поверхностей соответственно. C1 = d +d − 1 2 , d −d 2 2 1 2 1 d − диаметр соединения d 1− диаметр отверстия в охватываемой детали d 2 − наружный диаметр охватывающей детали E1 , E2 − модули упругости материалов 1 , 2 − коэффициенты Пуассона материалов d 22 + d 2 C2 = 2 + 2 2 , d2 − d При дальнейшем расчете необходимо перейти от расчетного значения натяга к требуемому. Для этого учитывают следующие поправки: • поправка, связанная с частичным снятием микронеровностей поверхности во время запрессовки 5.5(Ra1 + Ra 2 ), Ra − среднее арифметическое отклонения профиля (характерные значения 1.25, 0.8, 0.63, 0.4 мкм). • поправка, появляющаяся, когда соединение, собранное из деталей из различных материалов, работает в условиях нагрева. Учитываются разные деформации, связанные с воздействием температуры окружающей среды и ослабляющие натяг. температуры 103 d (t 2 − 20) 2 − (t1 − 20) 1 , охватываемой и охватывающей деталей 1 , 2 − коэффициенты линейного расширения деталей. где t1 ,t 2 − соответственно. N треб .MIN N расч. + 5.5(Ra1 + Ra 2 ) + 103 d (t 2 − 20) 2 − (t1 − 20)1 Это расчет минимального натяга. Максимальный натяг связан с пределом прочности охватывающей детали. , где Pmax − максимальное контактное давление, допускаемое прочностью охватывающей детали. Pmax d = 0.5 max 1 − d 2 2 max − предел текучести материала охватывающей детали. Исходя из требуемого значения натяга, подбирается стандартная посадка. Она должна быть такой, чтобы натяг лежал в интервале значений N min N max . При запрессовке сила запрессовки рассчитывается по формуле: FП = d p f Мелкие и средние детали нагревают в и направления сопрягаемых масляных ваннах, для крупных деталей применяют деталей при запрессовке местный нагрев газовым пламенем или индуктором ТВЧ. Детали охлаждают в термостате с сухим льдом, крупные - в холодильных установках с применением жидкого азота. 4.3. Соединения, получаемые пайкой Пайка – технологический процесс получения неразъемных соединений из металлов и сплавов в результате расплавления легкоплавкого припоя, смачивания и растекания его по поверхности металла и заполнения зазора между соединяемыми заготовками с последующим затвердеванием. Сплав в зазор вводится в расплавленном виде (припой). Соприкасающиеся поверхности перед пайкой должны очищаться от окисей, грязи и жира. Для удаления с поверхностей деталей оксидных пленок и для лучшего смачивания металла припоем используют специальные химические вещества – флюсы. Различают кислотные и бескислотные флюсы. Выбор того или иного флюса оговаривается в технических условиях. Недостатком кислотных флюсов является то, что они вызывают коррозию материала. Достоинства пайки по сравнению со сваркой • большее число соединяемых материалов • в меньшей степени происходит деформация соединяемых деталей • сохраняется внутренняя структура материалов • возможность электрического монтажа с высокой плотностью • возможен демонтаж Недостатки • ограниченная прочность соединения • токсичность используемых материалов Типы паяных соединений Методы пайки 1. Капиллярная пайка. Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями. Припой и металл при этом химически не взаимодействуют. Это наиболее распространенный метод пайки. 2. Диффузионная пайка — длительная выдержка при высокой температуре. Происходит упрочнение шва за счет взаимной диффузии компонентов припоя и основного металла. Химического взаимодействия нет, образуется твердый раствор. 3. Контактно-реактивная пайка. В этом случае между соединяемыми деталями или между деталями и припоем протекают активные реакции с образованием в контакте легкоплавкого соединения. 4. Реактивно-флюсовая пайка. Шов образуется за счет реакции вытеснения между флюсом и основным металлом. 5. Пайка — сварка, шов образуется способами сварки, но в качестве присадочного материала используется припой. http://weldzone.info/technology/soldering/265-soldering-method Капиллярная пайка. Припой заполняет зазор между соединяемыми поверхностями и удерживается в нем за счет капиллярных сил. Соединение образуется за счет растворения основы в жидком припое и последующей кристаллизации раствора. Капиллярную пайку используют в тех случаях, когда применяют соединение внахлестку. Однако капиллярное явление присуще всем видам пайки. + Диффузионная пайка. Соединение образуется за счет взаимной диффузии компонентов припоя и паяемых материалов. Для диффузионной пайки необходима продолжительная выдержка при температуре образования паяного шва и после завершения процесса. Контактно-реактивная пайка. При пайке между соединяемыми металлами или соединяемыми металлами и прослойкой другого металла в результате контактного плавления образуется сплав, который заполняет зазор и при кристаллизации образует паяное соединение. На рис. показана схема контактно-реактивной пайки. + Реакционно-флюсовой пайкой называется метод пайки, при котором припой образуется за счет реакции вытеснения между основным металлом и флюсом. Реакционно-флюсовая пайка может осуществляться в двух вариантах: без внедрения припоя и с дополнительным введением припоя. Реакционно-флюсовую пайку без введения припоя можно продемонстрировать на примере пайки алюминия с флюсом, содержащим большое количество хлористого цинка. При пайке на соединяемые поверхности алюминиевых деталей наносится избыточное количество флюса. При нагреве между хлористым цинком и алюминием протекает реакция: 3Zn Cl2 + 2Al = 2Al Cl3 + 3Zn Восстановленный из хлорида цинк является в данном случае припоем. Он осаждается на поверхности алюминия, затекает в зазор и соединяет паяемые детали. Пайка-сварка. Паяное соединение образуется так же, как при сварке плавлением, но в качестве присадочного металла применяют припой. Наибольшее применение получила капиллярная пайка и пайка-сварка. Диффузионная пайка и контактно-реактивная более трудоемки, но обеспечивают высокое качество соединения и применяются, когда в процессе пайки необходимо обеспечить минимальные зазоры. Национальный исследовательский университет «МИЭТ» https://studfile.net/preview/9570867/page:42/ Способы пайки можно классифицировать в зависимости от источника нагрева Пайка с общим нагревом Пайка в печах обеспечивает равномерный нагрев соединяемых деталей без заметной деформации даже при их больших габаритах и сложной конфигурации. Для пайки применяются печи с нагревом электросопротивлением, индукционным нагревом и газопламенные печи. https://tkm71.ru/vakuumnaya-pajka/ а — с электроподогревом; б — индукционная; в — газопламенная; 1 — кожух с теплоизоляцией; 2 — камера нагрева; 3 — камера охлаждения; 4 — дверцы печи; 5 — ленточный конвейер; 6 — электронагревательные элементы; 7 — индуктор; 8 — паяемые детали; 9 — камера предварительного нагрева Припой заранее закладывают в шов собранного изделия, на место пайки наносят флюс и затем помещают в печь, где это изделие нагревают до температуры пайки. Припой расплавляется и заполняет зазоры между соединяемыми заготовками. Процесс пайки продолжается несколько часов. Печи сопротивления – это облицованная изнутри огнеупорными и теплоизоляционными материалами камера с расположенными в разных конфигурациях проволочными и/или ленточными элементами. Выделение тепла происходит в нагревателе. В установках индукционного нагрева электромагнитное поле создают индуктором, представляющим собой многовитковую цилиндрическую катушку (соленоид). Через индуктор пропускают переменный электрический ток, в результате чего вокруг индуктора возникает изменяющееся во времени переменное магнитное поле. Нагреваемый объект помещают внутрь индуктора или рядом с ним. Изменяющийся (во времени) поток вектора магнитной индукции, созданной индуктором, пронизывает нагреваемый объект и индуктирует электрическое поле. Электрические линии этого поля расположены в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного потока, и замкнуты, т. е. электрическое поле в нагреваемом объекте носит вихревой характер. Под действием электрического возникают токи проводимости В нагреваемом объекте энергия индуктированного переменного электрического поля необратимо переходит в тепловую. (inductor.su) Достоинства пайки в печах Способ пайки в печах нашел самое широкое применение в производстве изделий летательных аппаратов. Это объясняется следующими факторами. • • • 1. Высокая производительность, что обеспечивается возможностью пайки сложных изделий одновременно в нескольких местах или пайки большого количества однотипных изделий, загруженных в печь с помощью конвейера или других средств механизации. 2. Высокая стабильность качества паяного соединения, которая обеспечивается возможностью точного контроля температурных режимов пайки на любой стадии технологического процесса, а также возможностью создания контролируемой атмосферы при пайке (вакуум, восстановительная, инертная атмосфера). 3. Минимальные деформации и остаточные напряжения в паяных узлах в связи с равномерным нагревом и охлаждением их в процессе пайки. Наиболее часто применяются электрические камерные печи с контролируемой атмосферой. Подача собранных под пайку деталей в рабочее пространство таких печей осуществляется ленточным конвейером, системой приводных роликов или с помощью специальных толкателей. В процессе пайки детали проходят через три камеры: камеру предварительного подогрева, камеру нагрева и камеру охлаждения. Во всех трех камерах создается защитная газовая среда под небольшим избыточным давлением. Защитные газы должны не только предохранять паяемый металл от окисления в процессе нагрева, но и удалять с их поверхности имеющиеся оксиды, т.е. обладать восстановительными свойствами. К таким газам относятся водород, смесь водорода с азотом или оксидом углерода. Более сложные конструкции имеют вакуумные печи, которые комплектуются дорогостоящим оборудованием для создания вакуума и контроля степени разряжения. Особенности применения вакуумных печей • • • Вакуумированное пространство, которое создается внутри рабочей камеры (камеры нагрева) таких печей, необходимо поддерживать с помощью системы вакуумных насосов в течение всего процесса пайки. В вакуумных печах не рекомендуется паять детали из сплавов, содержащих металлы с высокой упругостью паров (цинк, магний, марганец), легко испаряющиеся при пайке. Поэтому же нельзя использовать припои, в состав которых входят указанные элементы. Спаянная деталь охлаждается вместе с печью. Но из-за низкой теплопроводности вакуумного пространства рабочей камеры охлаждение происходит несколько часов. В этом заключается существенный недостаток пайки в вакуумных печах — чрезвычайно низкая производительность. Поэтому, несмотря на то, что пайка в вакуумной печи обеспечивает высокопрочные, плотные, коррозионно-стойкие швы и позволяет изготавливать паяные детали из труднопаяемых другими способами металлов, этот способ применяется весьма редко, когда технологический процесс пайки необходимо вести при высоких температурах (свыше 1373 К -10990). Более рациональным является процесс пайки в контейнерах. Быстрое охлаждение деталей осуществляется в результате выемки контейнера из печи. Конструкции контейнеров представлены на рис. Жесткий контейнер (рис. в) имеет охлаждаемую водой крышку 10 с резиновыми уплотнителями. В печь он загружается только той частью корпуса, где установлены паяемые детали. Типы контейнеров для пайки Контейнер второго типа (рис. б) имеет наружный кожух 6 с теплоизолирующей засыпкой 9. Наружный контейнер 7 делается сварным из обычной малоуглеродистой стали. В нем помещается на графитовой подушке 12 внутренний контейнер 14. Материал этого контейнера — тонколистовая коррозионно-стойкая сталь. Контейнер герметично обваривается по контуру после загрузки в него узла 13, подлежащего пайке. В контейнерах подобного типа проводят пайку панелей сотовых конструкций, деталей авиационных двигателей и т.п. Через патрубок 8 воздух откачивается из наружного контейнера, а через патрубок 11 — из внутреннего, вакуум в котором выше. Вследствие разницы давлений во внутреннем и наружном контейнерах тонкостенный контейнер деформируется и плотно прижимает паяемые детали друг к другу. В период сборки внутреннего контейнера между паяемыми деталями укладывается припой и наносится, если необходимо, флюс (при пайке жаропрочных никелевых сплавов или коррозионно-стойких сталей, на поверхности которых образуются оксиды хрома, а вакуум, создаваемый в контейнере, недостаточно глубок). Последующий нагрев контейнера в печи обеспечивает плавление припоя и пайку конструкции. В контейнере, показанном на рис. а, производят пайку в защитной атмосфере. Газ в контейнер непрерывно поступает и выходит из него через патрубки 5. Постепенно воздух вытесняется из полости контейнера и в ней создается защитная атмосфера. Крышка 3 корпуса 1 закрывает контейнер и герметизирует его с помощью засыпки, заполняющей желоб 4. Деталь 2 после пайки и охлаждения вынимается из контейнера, и в него могут загружаться новые детали. Пайка погружением (общий нагрев) Общие сведения Существуют две основные разновидности пайки погружением в зависимости от среды, которая используется в качестве источника нагрева: пайка погружением в расплавленную соль и пайка погружением в расплавленный припой. В обоих случаях температура жидкой ванны на 30—50° выше температуры плавления припоя. Как правило, состав соляной ванны подбирается таким образом, чтобы соли являлись флюсом для паяемого металла. Поэтому, выполняя роль теплоносителя и флюса, расплав солей при погружении в него деталей очищает их от оксидов и обеспечивает защиту от окисления в процессе пайки. Схема конвейерной пайки с погружением: 1 — конвейер; 2 — сборка под пайку; 3 — расплавленные смеси солей или расплавленный припой Состав солей для пайки погружением Компоненты, % Температура пайки, К LiСl KF NaCl BaCl2 КСl СаСl2 Na2B407 AlF3 — — 22,5 77,5 — — — — 938—1573 — — 40,0 50,0 — — 10 — 1203—1223 — — 30,0 65,0 5,0 — — — 843—1173 — — 22,0 30,0 — 48,0 — — 758—1173 — 45,0 — — 5,0 863—878 35,0 5,0 10,0 Состав соли, приведенный в последней строке таблицы, применяется для пайки алюминия. Соли перед загрузкой в печь должны быть тщательно обезвожены, так как в присутствии влаги некоторые компоненты, например LiCl, теряют флюсующие свойства. Погружением в расплавленные соли можно паять стали, медь и медные сплавы, алюминий и его сплавы. Перед пайкой детали должны быть собраны в приспособлении. Припой вносят в виде фольги, дозированных заготовок или прутков и закрепляют его. Приспособления должны быть изготовлены из материала, не вступающего во взаимодействие с расплавом солей и не загрязняющего их. Например, для пайки алюминия — это коррозионно-стойкая сталь, никель и его сплавы. Собранные узлы перед погружением в соли нагревают в печи предварительного подогрева. Обычно нагреву до температуры 823—843 К (для перевода -273,15) подлежат массивные алюминиевые узлы, независимо от массы и габаритов. Предварительный подогрев исключает термоудар и связанные с ним деформации паяного узла. Затем собранные узлы погружают в расплав солей и выдерживают в течение 0,5—3,0 мин. Высокая скорость пайки, возможность паять за одно погружение несколько узлов, а также механизация отдельных операций процесса (подача узлов в ванну, выгрузка спаянных узлов) позволяют значительно повысить производительность этого метода пайки по сравнению с другими. Так, по данным предприятий, трудоемкость узлов, спаянных в соляной ванне, в 2,7 раза ниже, чем пайка их газопламенной горелкой. Для устранения непосредственного контакта с поверхностью деталей расплавленных солей пайку погружением производят иногда косвенным нагревом в специальных контейнерах, опускаемых в расплавленную соль. Таким образом, паяемые детали изолированы от солей, а защитная газовая атмосфера или вакуум, создаваемые в контейнере, обеспечивают хорошие условия для качественной пайки. Недостатком пайки в контейнерах является снижение скорости нагрева по сравнению с пайкой прямым погружением. При второй разновидности пайки погружением — погружением в расплавленные припои — чаще всего используются низкотемпературные оловянно-свинцовые припои ПОС 40, ПОС 30 и др., нагретые до температуры на 50—60°, превышающей температуру их плавления. Этим способом обычно паяют сотовые конструкции, а также другие тонкостенные детали со множеством близко расположенных паяных швов. При пайке детали погружаются в припой целиком или частично в зависимости от расположения паяного шва. Чтобы погружаемая деталь не вызвала значительного понижения температуры расплавленного припоя в ванне, масса последнего должна не менее чем в 20 раз превышать массу детали. Время пребывания детали в припое максимально ограничивают, так как в результате растворения металла деталей припой сильно насыщается медью, железом и т.д. Повышенное содержание меди (более 0,5%) в припое вызывает увеличение его вязкости и повышение температуры плавления. Поэтому в процессе пайки следует периодически контролировать состав припоя и проводить его рафинирование (очистку от нежелательных примесей). Кроме того, необходимо тщательно следить за соотношением в расплаве олова и свинца. Как правило, в ваннах с расплавленными оловянно-свинцовыми припоями в результате разности удельной плотности олова и свинца наблюдается ликвидация по удельной плотности. Верхние слои припоя обогащаются оловом, нижние — свинцом. Так как погружаемые в ванну детали паяются в верхних слоях расплава, расходуя обогащенный оловом припой, то средний состав припоя в ванне постепенно обедняется оловом. Паяные швы становятся шероховатыми вследствие осаждения на них кристалликов избыточного свинца. Для предотвращения этого явления необходимо периодически корректировать состав ванны добавлением в нее необходимого количества олова. Необходимое для пайки количество припоя наносят при сборке в виде пасты или дозированных заготовок (колец, шайб). Пайка волной. Указанный выше недостаток отсутствует при пайке деталей волной расплавленного припоя. Сущность этого процесса состоит в том, что подаваемый в специальное сопло механическим или магнитным способом и постоянно перемешиваемый припой образует над поверхностью ванны непрерывную волну. Детали, например, радиоэлементы, установленные на печатной плате, вместе с ней перемещают над волной припоя. Касаясь припоя, выводы деталей запаиваются. Пайка волной припоя широко распространена в производстве печатного радиомонтажа. Недостатком метода пайки погружением в расплавленный припой и волной является расходование большого количества припоя. Кроме того, при погружении деталей в припой неизбежно обслуживание всех поверхностей деталей. Для уменьшения расхода припоя на поверхности деталей, не подлежащие пайке, наносят различные покрытия, маски из эпоксидных смол, эмалей и другие минеральные и органические покрытия. Пайка погружением В качестве нагревательной среды используют различные смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов BaCl2, CaCl2, KCl, NaCl и так далее. Большинство применяемых смесей солей обладают флюсующими свойствами. Рабочие температуры пайки в соляных ваннах 600...1300°С. Например, соляная смесь может состоять из 55% KCl и 45% HCl. Температура ванны 700-800оС. На паяемую поверхность, предварительно очищенную от грязи и жира, наносят флюс, между кромками или около места соединения размещают припой, затем детали скрепляют и погружают в ванну. Соляная ванна предохраняет место пайки от окисления. Схема нагрева при пайке погружением в соляную ванну: а - прямой нагрев, б косвенный нагрев; 1 - ванна, с расплавом солей, 2 - соединяемые детали, 3 - оснастка, 4 контейнер, 5 – нагреватель https://msd.com.ua/svarochnye-processy-v-elektronnom-mashinostroenii/xarakteristikaistochnikov-nagreva-pri-pajke/ Существует две разновидности нагрева при пайке в соляной ванне. Первый способ «прямой нагрев» заключается в том, что предварительно собранные в оснастке детали погружают в расплав солей (рис. а). Состав расплава зависит от соединяемых материалов, температуры пайки и других факторов. Например, соляная ванна состава: хлористый натрий (NaCl), хлористый кальций (СаСl2), хлористый барий (ВаСl2) имеет температуру плавления - 435 °С, а максимальная рабочая температура состава - 850 °С. Солевой расплав защищает паяемые детали от взаимодействия с окружающей атмосферой не только в процессе пайки, но и при охлаждении, образуя на поверхностях тонкую корку застывшей соли. После пайки детали вынимаются из соляной ванны, охлаждаются и затем погружаются в ванну с горячей водой для удаления остатков солей. Однако таким образом можно паять детали, из которых можно удалить остатки солей после пайки. При косвенном нагреве в соляных ваннах (рис. б) детали помещают в контейнер, в котором создается контролируемая газовая среда или вакуум. Контейнер подогревают до температуры 100-150 °С для удаления с поверхности контейнера влаги, после чего его погружают в соляную ванну, нагретую до температуры пайки. При пайке в контейнерах скорость нагрева в соляных ваннах снижается. Погружение в расплавленный припой Перед погружением в ванну с расплавленным припоем, покрытые флюсом детали нагревают до 550оС. Поверхности, не подлежащие пайке, предохраняют от контакта с припоем специальной обмазкой из графита с добавками небольшого количества извести. Пайку погружением в расплавленный припой используют для стальных, медных и алюминиевых твердых сплавов, деталей сложных геометрических форм. Разновидностью пайки погружением является пайка бегущей волной припоя, когда расплавленный припой подается насосом и образует волну над уровнем расплава. Паяемая деталь перемещается в горизонтальном направлении. В момент касания ванны проходит пайка. Бегущей волной паяют в радиоэлектронной промышленности при производстве печатного радиомонтажа. Способы пайки волной и струей припоя распространение получили наибольшее при выполнении групповых соединений (например, при пайке печатных плат). 1 - ванна с припоем, 2 - волна припоя, 3 - соединяемые детали, 4 - струя припоя https://msd.com.ua/svarochnye-processy-v-elektronnom-mashinostroenii/xarakteristika-istochnikov-nagreva-pri-pajke/ Процесс пайки погружением состоит из следующих основных операций: • • • • • • • обезжиривания; наклейки маски; покрытия подготовленной поверхности флюсом; пайки; удаления маски; отмывки флюса; сушки и контроля. Для обезжиривания плату погружают в специальные растворители. После выдержки (7 – 10 сек) плату извлекают из растворителя и обдувают сжатым воздухом до полного высыхания. Защитные маски штампуют из бумажной ленты, покрытой клеем. При штамповке в маске образуются отверстия для крепления платы в процессе пайки. Сторону маски, покрытую клеем, смачивают водой, накладывают на нее плату и плотно прижимают на 2 – 4 мин. Затем плату укрепляют в зажимном приспособлении и в горизонтальном положении погружают в ванну с флюсом на глубину 0,8 – 0,9 толщины платы. Включают вибратор, амплитуду вибрации выбирают в зависимости от типоразмера платы, чтобы избежать разбрызгивания флюса. Затем плату извлекают из ванны и выдерживают для стекания припоя. После этой операции плату погружают в ванну с расплавленным припоем и включают вибратор. Плату выдерживают до тех пор, пока не появится припой в верхней части всех отверстий, после чего ее извлекают и выдерживают 5 – 7 сек над ванной, не выключая вибратор. Это необходимо для формирования припоя в виде полусферических головок. Пайка волной припоя. Схема пайки волной представлена на рис. Метод заключается в том, что в ванне с расплавленным припоем с помощью специального устройства, работающего от сжатого воздуха, создается плоская волна припоя в виде выступа. По гребню волны проходит печатная плата с установленными на ней РЭ. Плата закрепляется на транспортере, который двигается под определенным углом к поверхности расплавленного припоя. Контакт платы с постоянным притоком припоя обеспечивает быструю передачу тепла, что сокращает время пайки. При пайке волной также необходимо провести операции защиты и флюсования, как и при методе пайки погружением. Автоматическая система пайки погружением в припой, модель ADS-3530 купить в Москве | «СМТ технологии» (smttech.ru) Конденсационная пайка Суть процесса: переход агента в жидкое состояние из газообразного высвобождает тепловую энергию для пайки. Пайка осуществляется в парах фторсодержащей жидкости нагретой до температуры кипения. На дно установки заливают жидкость с низкой температурой испарения, которая быстро испаряется. Жидкость химически инертна специальную по отношению к материалам, контактирующим с ней, и Количество химически стабильна при пайке. тепла, выделяемого при конденсации паров жидкости на поверхности ПП, достаточно для расплавления https://m.habr.com/en/post/358336/ припоя, недостаточно для ухудшения свойств паяемых изделий. но 1 – вторичный змеевик; 2 – первичный змеевик; 3 – нагреватель; 4 – испаряющаяся жидкость; 5 – паяемое изделие; 6 – рабочая зона пайки; 7 – верхний паровой слой Пар жидкости не имеет запаха, нетоксичен и не воспламеняется при пайке, плотнее воздуха и не вытекает из камеры пайки, имеет ту же температуру, что и кипящая жидкость. Используются фторуглеродные жидкости. Они инертны (температура кипения ниже 300 гр.). Специальной жидкостью с такими свойствами является, например, фторированный углерод флюоринерт FC-70. Температуры кипения и конденсации этой жидкости около 215 °С, и поэтому в ее парах возможна пайка оловянно-свинцовым припоем. Сущность процесса (этапы) • Электронный модуль с установленными на паяльную пасту компонентами перемещается в зону пайки (рис. 1). Во избежание термоудара он может быть предварительно нагрет ИКизлучением или верхним слоем паров кипящей жидкости меньшей температуры. Рис. 1. Электронный модуль перемещается/покидает зону пайки • Модуль погружается в пар и таким образом нагревается (рис. 2). Модуль выводится на режим предварительного нагрева, то есть выдерживается при температуре активации флюса заданное время (140 °С для свинцовосодержащих паяльных паст и 180 °С — для бессвинцовых паяльных паст). Рис. 2. Модуль погружается в пар • Изделие перемещается ниже в камере пайки (ближе к кипящей жидкости), где концентрация пара наиболее высока (рис. 3). Это позволяет нагреть изделие до температуры оплавления припоя. Рис. 3. Изделие перемещается ниже в камере пайки • Изделие достигает максимальной температуры — температуры пара (рис. 4). Эту температуру модуль не может превысить физически, как бы долго он не оставался в камере пайки. Рис. 4. Изделие достигает максимальной температуры • После того как изделие покидает зону пайки, на нем остается конденсированная жидкость, но благодаря тому, что изделие имеет более высокую температуру по сравнению с окружающей средой, она вся испаряется, и из установки выходит сухое изделие (рис. 1). https://tech-e.ru/2010_4_32.php Индукционная пайка Это пайка с использованием местного нагрева. Паяемый участок нагревают в катушке-индукторе. Через индуктор пропускают т. в. ч., в результате чего место пайки нагревается до необходимой температуры. . Индуктор выполнен в виде петли или спирали из красной меди. Формы и размеры индуктора зависят от конструкции паяемого изделия. Различают две разновидности пайки с индукционным нагревом: стационарную и с относительным перемещением индуктора или детали. При индукционном нагреве могут быть получены очень большие скорости нагрева. Однако это не всегда можно использовать, так как резко возрастает неравномерность нагрева соединяемых деталей. Возникает большая разность температур между поверхностными и внутренними слоями нагреваемой детали, что может сказаться на качестве паяного соединения. Нужную равномерность нагрева достигают за счет уменьшения выделяемой в паяемых деталях мощности либо применением прерывистого нагрева. Схема индукционной пайки: 1 - индуктор; 2 - паяемые детали; 3 - припой; 4 – подставка Пайка индукционным нагревом - метод соединения металлических деталей, при котором сочленяемые участки нагреваются до температуры, более высокой, чем температура расплавления материала, используемого в качестве припоя, и более низкой, чем температура расплавления самих деталей. Заполнение расплавленным припоем зазоров между деталями и диффузионное проникновение его в поверхностные слои в зоне пайки, а также взаимное растворение металла деталей и припоя обеспечивают, после охлаждения деталей и кристаллизации припоя, получение механически прочного и герметичного соединения. Пайка при индукционном нагреве производится с помощью «твердых» припоев, обладающих температурой плавления выше 550° С, и «мягких» припоев с температурой плавления менее 400° С. Твердые припои обеспечивают получение более высокой прочности в зоне пайки. Наиболее распространена в промышленной практике пайка при питании индукторов от высокочастотных генераторов 2,5 кгц — 70 кгц и даже током промышленной частоты (50 гц). Схема устройства для автоматической пайки с непрерывной подачей деталей в индуктор: 1 — лента конвейера; 2 — керамические подставки; 3 — оправка для насадки детали; 4 — подвергаемые пайке детали; 5 — петлевой индуктор. Достоинства индукционной пайки: 1) возможность быстро нагревать металл и пропаивать глубинные швы за счет выделения тепла в самом изделии; 2) высокая производительность процесса, обеспечиваемая концентрацией значит, мощности в малом объеме, особенно при использовании высокочастотных токов; 3) получение однородных результатов благодаря точной дозировке энергии, передаваемой в изделие; 4) возможность автоматизировать процесс пайки и осуществить его в потоке механической обработки; 5) удешевление процесса (по сравнению с пайкой при нагреве газовыми горелками и в электропечах) при высокой его производительности; 6) улучшение и оздоровление условий труда рабочих. Недостатки: 1) большие затраты на приобретение оборудования; 2) зависимость формы индуктора от формы шва в зоне пайки и конструкции детали (каждая деталь требует спец. индуктора). Индукционная пайка применяется в инструментальной, радиотехнической, электротехнической, машиностроительной промышленности и др. и особенно выгодна при массовом производстве изделий. http://electricalschool.info/main/electrotehnolog/1990-indukcionnaya-payka-naznachenie-vidy-dostoinstva-inedostatki.html При индукционном нагреве источниками нагрева служат машинные или электронные генераторы. От генератора высокочастотный ток подается на медный индуктор, в магнитном поле которого производится бесконтактный нагрев паяемых деталей индуцируемыми вихревыми токами Фуко. Индукторы имеют различную конфигурацию в зависимости от формы паяемых изделий. При индукционном нагреве используют три эффекта: поверхностный, эффект близости и кольцевой. Поверхностный эффект состоит в том, что плотность индуцируемого тока наибольшая на поверхности детали и резко уменьшается по толщине детали. Эффект близости проявляется в том, что при протекании переменного тока в двух близко расположенных проводниках в одном направлении наибольшая плотность тока будет на обращенных друг к другу сторонах проводников. Кольцевой эффект проявляется в том, что из-за несимметричности электромагнитного поля в кольцевом проводнике плотность тока наибольшая у внутренней поверхности кольца. Эти эффекты усиливаются при увеличении частоты индуцированного тока, электропроводности и магнитной проницаемости нагреваемой детали. В зависимости от конкретных условий нагрева названные эффекты могут усиливать или ослаблять друг друга. Основные положения индукционной пайки Индукционная пайка дает возможность осуществлять локальный нагрев, обеспечивает большую скорость нагрева места пайки и, следовательно, высокую производительность — это ее основное отличие от других типов пайки. Процесс индукционной пайки легко поддается автоматизации, а установки для нее без особых трудностей встраиваются в автоматизированные линии. Индукционный нагрев может производится в любой атмосфере, в том числе в вакууме. От лампового или машинного генератора ток высокой частоты подводится к охлаждаемому индуктору. В паяемой детали под воздействием переменного магнитного поля, образованного током, проходящим по индуктору, возникают мощные вихревые токи, разогревающие ее до необходимой температуры. Нагрев определяется мощностью генератора, расстоянием от индуктора по детали, а его глубина — частотой тока. Индуктор изготавливается из медной трубки круглого или прямоугольного сечения, внутри которой пропускается вода. Эффективность использования мощности генератора зависит от формы индуктора, которая, в свою очередь, определяется формой паяемой детали и в зависимости от этого может быть круглой, прямоугольной и пр. Индуктор бывает одно- или многовитковым, располагается внутри изделия или снаружи, но в любом случае паяемую деталь размещают в зоне индуктора так, чтобы плоскость паяемого шва была параллельна плоскости индуктора. Ось детали должна совпадать с осью индуктора или быть ей параллельной, а зазор между деталью и индуктором должен быть не менее 2—20 мм. Некоторые типы индукторов приведены на рис. Типы индукторов: а — наружный; б — внутренний; в — плоский Пайку тонкостенных деталей следует вести при непрерывной работе генератора. При пайке крупногабаритных деталей рекомендуется периодически выключать генератор для выравнивания температуры нагрева детали. Для обеспечения более равномерного нагрева между индуктором и паяемой деталью иногда помещают металлический экран. В этом случае вихревыми токами нагревается экран, который отдает затем тепло паяемой детали. Роль экрана может выполнять и герметичный контейнер. Припой, который укладывается в зоне паяемого шва, при сборке под пайку не должен представлять собой замкнутый контур, иначе он будет очень быстро нагреваться и плавиться до наступления момента пайки под действием индуцируемого в нем как в проводнике тока. Наряду с перечисленными ранее преимуществами индукционный нагрев имеет ряд недостатков. Это, прежде всего, наличие деформаций и напряжений вследствие неравномерного нагрева при пайке, определенные трудности контроля за температурным режимом из-за высокой скорости нагрева, ограниченные возможности пайки крупногабаритных изделий, а также деталей сложной конфигурации. Пайка электросопротивлением Пайка осуществляется теплотой, выделяющейся при прохождении тока через детали и токопроводящие элементы. Детали являются частью электрической цепи. Чтобы обеспечить надежный электрический контакт между электродами и деталями, так же как и при электроконтактной сварке, прикладывают усилие Р. Силу тока и длительность его протекания подбирают так, чтобы расплавить припой и прогреть соединяемые кромки, не перегревая близлежащие участки изделия, чувствительные к перегреву. Принципиальная схема нагрева пайки методом электросопротивлением приведена на рис. Как очевидно из схемы, при этом методе пайки можно использовать машины для контактной сварки а) и сварочные трансформаторы б). В обоих случаях нагрев осуществляется в результате выделения тепла в месте контакта между деталями, где величина сопротивления максимальна. Нагрев сопротивлением: а — на контактных машинах; б — с использованием сварочных трансформаторов; 1 — электроды; 2 — детали; 3 — припой; 4 — трансформатор Схема нагрева соединяемых деталей при пайке электросопротивлением: а - двусторонний подвод тока, б односторонний подвод тока; 1 - электроды, 2 - соединяемые детали, 3 - припой, Припой, размещенный между деталями в виде фольги или нанесенный предварительно на паяемые поверхности, плавится при нагреве, образуя паяное соединение. Электроды изготавливаются из меди или графита, который чаще применяется для ручных контактных клещей. https://msd.com.ua/svarochnye-processy-v-elektronnom-mashinostroenii/xarakteristikaistochnikov-nagreva-pri-pajke/ Графитовые электроды при пропускании через них тока интенсивно нагреваются и передают тепло к месту пайки. Применяются графитовые электроды для пайки небольших деталей (наконечников проводов, контактов, деталей приборов и т.п.). Ток отключают после выдержки при температуре плавления припоя в течение 0,5—3 мин в зависимости от массы паяемой детали, а давление не снимают до полного затвердевания припоя. При пайке на контактных сварочных машинах, где вследствие высокой скорости нагрева припой, зажатый между паяемыми поверхностями, не успевает окисляться, флюс применять не следует. При более медленном нагреве деталей графитовыми электродами применение флюса или защитных сред необходимо. К пайке электросопротивлением относится пайка с нагревом только одного электрода, тепло от которого передается за счет теплопроводности через деталь к месту расположения припоя. Этот метод нагрева применяется для пайки деталей малых толщин, в основном при изготовлении изделий электронной техники. Расположение электродов Газопламенная сварка Вид горелки Источником нагрева служит пламя, полученное при сжигании газообразного или парообразного топлива в смеси с кислородом или воздухом. В качестве такого топлива используют пары керосина, бензина, спирта или газы: ацетилен, бутан, пропан, водород. При пайке небольших изделий среднеплавкими припоями используют паяльные лампы, работающие на бензине, керосине, спирте, сжиженных газах (бутане, пропане).При необходимости быстрого нагрева изделия под пайку до температур выше 600°С применяют газовые горелки, работающие на смесях кислорода или воздуха с горючими газами или парами. При газопламенной пайке припой обычно вносится в зону пайки вручную в виде прутка. Пайка обычно ведется с применением флюса, который наносится на зону пайки еще до нагрева в виде пасты. Для высокотемпературной пайки узлов и блоков летательных аппаратов могут применяться газовые горелки. В газовых горелках тепловая энергия образуется в результате сгорания какоголибо горючего газа, например, ацетилена С2Н2, в струе кислорода. Пламя такой горелки имеет максимальную температуру 3373— 3473 К. Так как для пайки горелкой обычно требуется температура не выше 1273—1373 К, то при работе с высокотемпературным ацетилено-кислородным пламенем нагрев шва производят более холодной наружной частью факела. Вместо ацетилена могут быть использованы природный газ, пропан-бутановые смеси, водород. Для получения ацетилено-кислородного пламени применяются горелки низкого давления (инжекторные), при работе на заменителях ацетилена используются горелки высокого давления (безынжекторные). В горелку первого типа ацетилен при избыточном давлении 1—50 кПа подается вследствие разрежения, создаваемого струей кислорода, вытекающего с большой скоростью из отверстия инжектора. В безынжекторных горелках кислород и горючий газ подаются при одинаковом давлении 40— 100 кПа. Мощность пламени горелки, а следовательно, и расход горючих газов регулируется подбором сменных наконечников. Для обеспечения большой скорости и равномерности нагрева при пайке крупногабаритных и толстостенных конструкций применяются многопламенные горелки. На рис. приведено тонкое пламя горелки, работающей на смеси водорода и кислорода, используемое для прецизионной пайки. . Микрогазовое пламя горелки, работающей на водороде и кислороде Меньшую концентрацию тепловой энергии обеспечивает пламя паяльной лампы, работающей на керосине, бензине, спирте, реже — на сжиженных газах. Однако в силу своей компактности, отсутствия устройств для получения газов (генераторов), баллонов и т.п. паяльные лампы находят применение при проведении ремонтных работ, при пайке малогабаритных изделий в радиотехнической промышленности. Температура нагрева деталей при пайке газопламенными горелками контролируется с помощью термоиндикаторов плавления (ТП-36, ТП-44 и др.), представляющих собой термочувствительные вещества, изменяющие цвет по достижении определенных температур. В бензиновой паяльной лампе ручной насос расположен прямо в топливном баке. Для зажигания лампы нужно закрыть запорный кран-регулятор топливной смеси и сделать несколько качаний ручкой насоса, чтобы создать в баке избыточное давление. Затем нужно разогреть горелку до рабочей температуры, для чего следует налить в специальную чашечку под ней немного бензина и поджечь его. При догорании разогревающего пламени открывается запорный кран, и топливо под давлением вырывается через форсунку в виде топливовоздушной смеси и воспламеняется https://tpspribor.ru/ Источник: https://tpspribor.ru/instrumenty/stroenie-i-principraboty-payal-noy-lampy.html https://mehmanxona.ru/izmereniya/chem-zapravlyayut-payalnuyu-lampu.htm Электролитная пайка Электролитная пайка осуществляется при контакте паяемых деталей с водным электролитом, через который пропускается постоянный электрический ток. В качестве электролита используются 10—15%-ные водные растворы Na2C03. Схема пайки в электролите: 1 — паяемые детали; 2 — электролит; 3 — пузырьки водорода; • 4 — электрод; 5 — источник тока • Электрический ток, проходя через электролит, разлагает его. Выделившийся на стенках паяемых деталей водород увеличивает сопротивление прилегающего к ним слоя, что вызывает нагрев деталей и плавление припоя. Этот метод применяется только при пайке деталей небольших размеров. То есть, пайка основана на нагреве катода, погруженного в электролит при пропускании по нему тока. Катод – нагреваемые детали. Этапы процесса: в результате электролиза водного раствора (Так, при электролизе водных растворов следует учитывать присутствие ионов воды: Н2О ↔ Н+ + ОН-) происходит выделение водорода, ионы водорода образуют рубашку вокруг катода. При повышении напряжения количество выделения водорода у катода возрастает. Слой ионов водорода оказывает электрическое сопротивление. Температура катода растет. Далее устанавливается стационарный электрический режим. Ионы водорода бомбардируют катод. Кинетическая энергия вызывает его нагрев. Лучевые методы пайки Используются световой и электронный лучи Пайка световыми лучами. При пайке световым лучом с помощью ламп обеспечивается нагрев с малой тепловой инерционностью. Так, для кварцевой лампы время достижения номинального энергетического потока с момента ее включения составляет 0,6 с. Достоинством лучистого нагрева является бесконтактный подвод энергии, в том числе через оптически прозрачные стенки. С его помощью можно паять на воздухе, в инертной среде, вакууме, а также нагревать магнитные и немагнитные материалы, в широких пределах регулировать температуру нагрева, осуществлять визуальное наблюдение за процессом пайки. В тех случаях, когда необходим локальный нагрев, используют специальные малогабаритные кварцевые лампы накаливания. Йод добавляется в кварцевые, аргонные или ксеноновые лампы для повышения стабильности светового потока и сохранения его энергетической мощности, практически неизменной до конца службы лампы. В зависимости от типа лампы, ее мощности, подводимого к ней напряжения может быть получена температура от 2553 до 3203 К. Благодаря применению кварцевых ламп время пайки удалось сократить с 30 до 3—5 мин. Одновременно был исключен перегрев металла и уменьшены деформации деталей. Электронно-лучевая пайка Электронно-лучевой нагрев применяется для локальной, в том числе импульсной, пайки изделий электронной и радиотехнической промышленности, деталей из тугоплавких металлов. Необходимое для пайки тепло, как и для сварки, выделяется в поверхностном слое паяемых деталей при торможении быстролетящих электронов, ускоренных высоким напряжением в поле между катодом и анодом. Пучок электронов фокусируется на весьма малом участке (диаметром менее 0,01 мм). Благодаря высокой концентрации электронного пучка время нагрева и плавления припоя может быть существенно сокращено, что особенно важно при пайке чувствительных к нагреву тугоплавких металлов. Пайка может производиться как неподвижным сфокусированным лучом, так и сканирующим (совершающим, например, поперечные колебания). В качестве примера пайки электронным лучом можно назвать пайку электрических выводов к контактным площадкам пленочных микросхем. Электронно-лучевой нагрев эффективен при пайке металлокерамических узлов, сильфонных конструкций. Лазерная пайка Нагрев паяемых деталей с помощью лазера при пайке микроминиатюрных деталей, контактов и т.п. Лазерный нагрев в определенном отношении более универсален, чем электронно-лучевой: световой луч свободно проходит сквозь прозрачные преграды, не требуется наличия электрического контакта с деталью, пайка возможна не только в вакууме, но и на воздухе или в защитной атмосфере. Высокая удельная тепловая мощность лазерного луча способствует испарению с поверхности припоя и основного металла оксидных пленок, что улучшает процесс пайки. Световой луч лазера характеризуется монохроматичностью, когерентностью, параллельностью и высокой плотностью энергии, что позволяет сфокусировать луч лазера в пятно диаметром 1 - 10 мкм без существенной потери энергии и получить плотность энергии в фокусе 109 Вт/см2. Применяя лазер для нагрева зоны пайки, можно обеспечить минимальное нарушение состояние основного металла рядом с паяным швом, паять тончайшие детали, например, в микроэлектронике. Плазменная пайка При использовании плазменных горелок пайка осуществляется плазмой, образуемой в плазмотроне. В плазмотроне дуга возбуждается между вольфрамовым электродом и соплом. Ионизированный газ (аргон, азот, водород или их смесь), имеющий высокую температуру, выходит в виде сужающейся струи плазмы и нагревает припой и паяемые детали, одновременно защищая место пайки от окисления. Плазменная горелка позволяет за счет изменения силы тока, диаметра сопла регулировать в широких пределах как общее количество вводимого в детали тепла, так и величину поверхности нагрева. В этом случае используется косвенная плазменная дуга. Паяемое изделие при этом электрически не связано с микроплазменной горелкой. Электрическая дуга, горящая между вольфрамовым электродом и водоохлаждаемым соплом, нагревает теплообразующий газ, непрерывно подаваемый через отверстие сопла малого диаметра. На выходе из сопла создается поток высокотемпературной плазмы, направляемый на изделие. Обычно в качестве плазмообразующего газа используется аргон. Для защиты места пайки от окисления во внешнее керамическое сопло подается защитный газ (аргон, гелий или смесь аргона с гелием или водородом). Схема нагрева места пайки плазменной струей (косвенной дугой): 1 - вольфрамовый электрод, 2 –водоохлаждаемый анод, 3 - керамическое сопло, 4 - плазменная струя, 5 - соединяемые детали Схема пайки пламенем газовой горелки: 1 - газовая горелка, 2 - пламя, 3 - паяемое изделие https://msd.com.ua/svarochnye-processy-v-elektronnom-mashinostroenii/xarakteristika-istochnikov-nagreva-pri-pajke/ Пайка паяльником С помощью паяльников производится пайка низкотемпературными припоями с температурой плавления до 623 К. Перенос тепла в зону пайки осуществляется вследствие контакта рабочей части паяльника с паяемыми поверхностями. Рабочая часть паяльника — наконечник изготавливается из меди. Медь применяется для этих целей из-за ее высокой теплопроводности, теплоемкости, способности хорошо смачиваться припоями. Однако вследствие ее повышенной растворимости в расплавленных припоях наконечники из чистой меди быстро изнашиваются. Повышенной износостойкостью обладают наконечники из медного сплава с добавками никеля, хрома, циркония. Применение таких наконечников позволяет экономить значительное количество меди. Существует большое разнообразие паяльников, которые различаются способом нагрева, мощностью, формой. Они могут быть с периодическим и постоянным нагревом. Паяльники с периодическим нагревом по мере их охлаждения подогреваются от постоянного источника тепла (пламени, электрической дуги). Аккумулированное их массивной медной рабочей частью тепло расходуется на расплавление припоя и нагрев паяемых деталей. Электрические паяльники с нагревательной спиралью внутри корпуса применяются в основном при монтаже и ремонте радиоэлектроаппаратуры и приборов, устанавливаемых в летательных аппаратах. При пайке элементов, не допускающих перегрева, используются паяльники, оснащенные специальными терморегуляторами. Для бесфлюсового лужения алюминиевых сплавов, не содержащих магний, применяют специальный прибор, названный ультразвуковым паяльником, который имеет магнитостриктор 1, излучающий колебания, передающиеся наконечнику 2. Возбуждаемые в расплавленном припое колеблющимся наконечником кавитационные пузырьки 3 эффективно разрушают оксидные пленки 4. Обмотка магнитостриктора подключается к высокочастотному генератору 5, дающему импульсы с частотой 15—20 кГц. Нагревается наконечник спиралью 6, через которую пропускается электрический ток. При лужении наконечник должен располагаться как можно ближе к поверхности детали, но не касаться ее. Наконечник паяльника изготавливается из стойкого к кавитационному разрушению серебряно-никелевого сплава. Облуженные с помощью ультразвука детали можно паять обычным электрическим паяльником, без флюса с применением оловянно-цинковых или оловянно-свинцовых припоев. Материалы, используемые при пайке Флюсы Процесс взаимодействия твердого паяемого металла с расплавленным припоем активно может протекать только после удаления с поверхности паяемого металла окисной пленки, которая препятствует образованию металлических связей. Несмотря на то, что при подготовке деталей к пайке окисная пленка с них удаляется, в атмосфере воздуха металл снова окисляется. С повышением температуры процесс окисления усиливается. Окисные пленки надежно изолируют металл, поэтому взаимодействие его с расплавленным припоем возможно лишь при условии удаления пленки окислов непосредственно в процессе пайки, что достигается многими средствами, наиболее распространенными из которых является применение флюсов. https://kvent.ru/rashodnye-materialy/pripoj Одновременно с удалением окисной пленки и защитой основного металла и припоя от окисления флюс должен удовлетворять еще нескольким требованиям: 1) флюс должен иметь при температуре пайки достаточную жидкотекучесть; 2) способствовать формированию шва; 3) легко удаляться после пайки; 4) остатки флюса не должны оказывать коррозионного воздействия на паяемый металл; 5) нагрев флюса не должен вызывать изменения его состава и свойств; 6) флюс должен сохранять свои флюсующие свойства в течение всего процесса пайки. Нанесенный на соединяемые поверхности паяемых металлов и краев флюс в процессе нагрева плавится, растекается, смачивает их при некоторой температуре, вступает в химическое взаимодействие, результатом которого является удаление окисной пленки. С повышением температуры интенсивность этого взаимодействия усиливается. В зависимости от физико-химических свойств паяемых металлов и припоя в качестве компонентов флюсов применяются соли, кислоты, окислы, а также вещества органического происхождения. Флюсы могут быть как однородными веществами, например, тетра-борнокислый натрий (обезвоженная бура)- Na2В4О7 или хлористый цинк ZnCl2, так и сложными системами, состоящими из двух и более компонентов. а)Флюсы на основе соединений бора применяются при пайке всех черных и цветных металлов. б) Флюсы на основе фтористых соединений, применяются при пайке тех металлов и сплавов, для которых боридные флюсы недостаточно активны и вследствие этого не обеспечивают удаление окисной пленки в процессе пайки. в) Флюсы на основе хлористых соединений бора применяются главным образом при пайке алюминиевых и магниевых сплавов. г) Флюсы на основе канифоли и др. органических соединений применяются только для низкотемпературной пайки меди и некоторых сплавов на ее основе. Наиболее распространенными паяльными флюсами являются бура (Na2B4O7) и борная кислота (H3BO3), хлористый цинк (ZnCl2), фтористый калий (KF) и другие галоидные соли щелочных металлов. Канифоль - твёрдое стекловидно6е вещество с температурой плавления 1250С, получаемое из сосновой смолы. Флюсовый эффект связан с содержанием в ней абиетиновой кислоты, растворяющей окислы меди. При температуре 300-4000С канифоль разлагается с выделением углерода и водорода. Вследствие этого окислы меди интенсивно восстанавливаются. Место использования флюса в процессе пайки a) Предварительная подготовка паяемых соединений; б) Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры плавления паяемых деталей; +в) Удаление окисной плёнки с поверхностей паяемых металлов с помощью флюса; г) Введение в зазор между паяемыми деталями жидкой полоски припоя; д) Взаимодействие между паяемыми деталями и припоем; е) Кристаллизация жидкой формы припоя, находящейся между спаевыми деталями. www.sinref.ru/000_uchebniki/04600_raznie_3/899_Spetsialnye_sposoby_svarkiLEKTsII/020.htm Припои Пайкой можно соединять любые металлы и их сплавы. В качестве припоя используются чистые металлы (они плавятся при строго фиксированной температуре) и их сплавы (они плавятся в определенном интервале температур). Применяемые для паяния металлы и сплавы—припои—должны обладать следующими специфическими свойствами, без которых невозможно получение надежного соединения: 1) температура плавления припоя обязательно должна быть ниже температуры плавления паяемых металлов; 2) расплавленный припой должен хорошо смачивать паяемый металл и легко растекаться по его поверхности; 3) в расплавленном состоянии припой должен обладать высокой жидкотекучестью, необходимой для хорошего заполнения шва; 4) прочность и пластичность припоя должны быть достаточно высокими; 5) в паре с паяемыми металлами припой должен быть коррозионноустойчивым; 6) коэффициент термического расширения припоя не должен резко отличаться от коэффициента расширения металла основы; 7) припои, применяемые для паяния токопроводящих изделий, должны иметь высокую электропроводность; 8) металлы, входящие в состав припоя, не должны быть дефицитными и чрезмерно дорогими. В зависимости от температуры автономного плавления припой разделяют на особо легкоплавкие (Тпл. < 145°C), легкоплавкие (145°С < Тпл. < 450°C), среднеплавкие (450°С < Тпл. < 1100°C), высокоплавкие (1100°С < Тпл. < 1850°C), тугоплавкие ( Тпл. > 1850°C). К особо легкоплавким припоям относятся сплавы на основе висмута, индия, таллия, олова, свинца, кадмия, ртути, цинка. К легкоплавким припоям относятся сплавы на основе алюминия, магния и меди. Среднеплавкие припои включают сплавы на основе магния, серебра, меди, золота, некоторые титановые, палладиевые и никелевые сплавы. Высокоплавкие припои изготовляют на основе никеля, железа, и других тугоплавких металлов. Припои на основе тугоплавких металлов с температурой плавления выше 1850°С относятся к классу тугоплавких. Если в припое содержится более 50% одного из компонентов, название припоя дается по этому компоненту. При этом различают припои оловянные, кадмиевые, цинковые, магниевые, алюминиевые, медные, серебряные, кобальтовые, никелевые марганцевые, золотые, палладиевые, платиновые, титановые, железные, циркониевые, молибденовые, ванадиевые и другие. Благодаря исследованиям подобраны следующие виды припоев 1) оловянно-свинцовые сплавы, как в чистом виде, так и с присадкой сурьмы, кадмия, серебра и др.; 2) сплавы на цинковой основе с алюминием, оловом и медью; 3) сплавы на медной основе с цинком, оловом, никелем, марганцем, фосфором и серебрим; 4) сплавы на серебряной основе с медью, цинком, оловом, кадмием, марганцем, фосфором и никелем; 5) сплавы на алюминиевой основе с кремнием и медью, и некоторые другие. Припои изготовляют в виде прутков, проволок, листов, полос, спиралей, колец, дисков, зерен и т. д., укладываемых в место соединения. Марки припоев ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПАЙКИ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Технологический процесс пайки Технологический процесс пайки включает комплекс последовательно выполняемых операций, основными из которых являются следующие: • • • • • • подготовка поверхностей под пайку; • сборка деталей; • укладка припоя, в ряде случаев внесение флюса; • пайка; • обработка деталей после пайки. Подготовка поверхности под пайку. Качество подготовки поверхности под пайку во многом определяет уровень и стабильность свойств паяного соединения. При выборе способа подготовки поверхности, заключающегося в удалении с нее оксидов, продуктов коррозии и загрязнений, необходимо учитывать химический состав основного металла и применяемый метод пайки. Существуют следующие основные способы очистки поверхности: • 1) термический (горелками, отжигом в восстановительной атмосфере, в вакууме); • • 2) механический (режущим инструментом или абразивом, галтовка, гидропескоструйная или дробеструйная, резка); 3) химический (обезжиривание, химическое травление, электрохимическое травление, травление с ультразвуковой обработкой, комбинированное с обезжириванием и травлением). Подготовка детали под пайку включает в себя также нанесение специальных технологических покрытий гальваническим или химическим способом, горячим лужением (погружением в расплавленный припой), с помощью ультразвука, плакированием, вжиганием, термовакуумным напылением. Указанные технологические покрытия наносят с различными целями: • • • • • • а) для улучшения смачиваемости некоторых паяемых металлов расплавленным припоем; б) для защиты основного металла от испарения отдельных их компонентов в процессе пайки; в) для предотвращения вредного взаимодействия припоя с основным металлом, приводящего к образованию хрупких структур; г) в качестве припоя при контактно-реактивной пайке. Сборка деталей. Качество паяного шва, его внешний вид, соответствие паяного узла размерам чертежа во многом зависят от качества сборки. При сборке должны быть обеспечены необходимые зазоры под пайку (табл.). • • Детали во избежание смещения при пайке должны быть зафиксированы друг относительно друга. Фиксация деталей, исключающая их смещение в процессе пайки, часто обеспечивается самой конструкцией узла Допускается прихватка аргонодуговой или контактной сваркой, закрепление скобами. Зазоры, рекомендуемые при пайке металлов Основной Припой ний и сплавы Медь и ее сплавы его Припой Величина зазора, мм металл Аl—Си— Si 0,05—0,2 Стали Al—Si 0,15—0,25 низкоуглеродистые Си Zn 0,1—0,25 Си—Zn 0,04—0,2 металл Алюми- Величина Основной Си—Р Сталь коррозионно- 0,04—0,20 стойкая зазора, мм Sn—Pb 0,05—0,5 0,01—0,05 Си—Zn 0,05—0,15 Sn—Pb 0,20—0,75 Си 0,01—0,1 Ag—Си— Р 0,02—0,15 Си—Zn 0,02—0,12 Ag-Cd- 0,04—0,25 Си— Ag, 0,05—0,15 Си—Zn Никелевые Ag—Mn Sn—Sb— Ag 0,07—0,20 Au—Си 0,08—0,2 Sn—Pb, Sn—Sb 0,07—0,20 Ni—Cr 0,65—0,1 Ni—Cr 0,05—0,1 Титан и его Си—Ti 0,03—0,05 сплавы Ag, 0,03 сплавы Вольфрам Ni—Cr 0,05—0,1 Ag—Mn В тех случаях, когда при пайке сложных конструкций детали нельзя закрепить каким-либо из приведенных способов, сборка деталей под пайку и пайка производится в специальных приспособлениях. Примеры фиксации деталей при их сборке и укладке припоя: 1,3 — детали; 2 — припой • Укладка припоя Часто сборка включает в себя нанесение припоя, укладку его в виде дозированных заготовок из проволоки или фольги. При размещении припоя необходимо учитывать условия пайки: расположение изделия в печи или другом нагревательном устройстве, режимы нагрева и охлаждения. • Нанесение флюса. Иногда при сборке деталей под пайку требуется нанести флюс. Порошкообразный флюс для этого разводят дистиллированной водой до состояния негустой пасты и наносят шпателем или стеклянной палочкой, после чего детали подсушивают в термостате при температуре 343—353 К в течение 30—60 мин. При газопламенной пайке флюс подается на паяемые поверхности непосредственно в процессе пайки, при пайке паяльником — рабочей частью паяльника или вместе с припоем, в случае применения оловянно-свинцового припоя — в виде трубок, наполненных канифолью. • Пайка (нагрев места соединения или общий нагрев собранных деталей) выполняется при температурах, превышающих температуру плавления припоя, как правило, на 50—100°. В зависимости от температуры плавления применяемых припоев пайка подразделяется на низкотемпературную и высокотемпературную. При низкотемпературной пайке нагрев в месте контакта паяемых материалов и припоя не превышает 723 К, при высокотемпературной — превышает 723 К. • Обработка после пайки включает в себя удаление остатков флюса. Флюсы, частично оставшиеся после пайки на изделии, портят его внешний вид, изменяют электропроводность, а некоторые — вызывают коррозию. Поэтому остатки их после пайки должны быть тщательно удалены. Остатки канифоли и спирто-канифольных флюсов обычно коррозии не вызывают, но если по условиям эксплуатации изделий требуется их удалить, то промывка осуществляется спиртом, спиртобензиновой смесью, ацетоном. Агрессивные кислотные флюсы, содержащие соляную кислоту или ее соли, тщательно отмываются последовательно горячей и холодной водой. Особенности пайки авиационных материалов Пайка конструкционных сталей • Углеродистые и низколегированные стали. Пайка сталей этого класса не вызывает особых трудностей и может осуществляться всеми известными способами — в печи, погружением в расплавленные соли, нагревом токами высокой частоты, газопламенной горелкой и паяльником. При низкотемпературной пайке углеродистых и низколегированных сталей применяют оловянно-свинцовые припои. Пайка ведется паяльником. В качестве флюса применяют раствор хлористого цинка или активированный спиртовой раствор канифоли. Надо отметить, что все применяемые для пайки стали флюсы активны, остатки их в процессе эксплуатации могут вызвать коррозию. Поэтому после пайки их необходимо немедленно и тщательно удалить. • • • Высоколегированные стали. Пайка этих сталей осложняется наличием на их поверхности термически и химически стойких оксидов хрома, титана и других легирующих элементов. Указанные оксиды ухудшают смачиваемость паяемых поверхностей припоями. Поэтому для пайки высоколегированных коррозионно-стойких сталей газопламенной горелкой используют активные флюсы. Медно-цинковыми припоями высоколегированные, в том числе коррозионно-стойкая стали паяют редко, так как они обладают повышенной склонностью к образованию трещин. Чаще применяют серебряные припои, в частности ПСр72ЛМН. Для придания паяному соединению повышенной стойкости к щелевой коррозии в припой добавляется никель; с целью улучшения смачивания и растекания припой активируется литием. С оксидом хрома (Сг203 Тпл = 2260 К) литий образует соединение Li2OCr203, имеющее Г1]Л = 780 К. Это легкоплавкое соединение переходит в шлак. Литий первоначально образует при нагревании оксидом 1л20, который взаимодействует с оксидом хрома: При производстве изделий ЛА в электронике используются припои на основе золота с добавками Ni, Сг. Они обеспечивают хорошие коррозионные свойства, могут работать при повышенных температурах, сохраняя высокие физические, механические и жаропрочные качества. Пайка титановых сплавов. Процесс пайки титановых сплавов сопряжен с рядом трудностей, обусловленных их физико-химическими свойствами, прежде всего высокой химической активностью. Указанное свойство титановых сплавов требует при пайке обеспечения хорошей защиты металла от взаимодействия с воздухом, а также надлежащей подготовки под пайку. По тем же причинам непригодна при пайке газовая защита, содержащая водород или азот. Допустим лишь вакуум или повышенной чистоты аргон. Процесс пайки осложняет высокая химическая стойкость оксида, покрывающего поверхность деталей. Для его удаления применяется химическое травление в водном растворе азотной и плавиковой кислот (для небольших по толщине пленок) и в водном растворе HCl-HN03 и NaCl или НС1 и HF (при большом слое окалины). Часто используется механическое удаление оксидных пленок. При выборе припоя и режимов технологического процесса пайки необходимо учитывать способность титана образовывать хрупкие соединения, отрицательно влияющие на прочностные характеристики паяного шва, почти со всеми элементами, входящими в состав припоев. С серебром титан образует интерметаллид (химическое соединение металлов) менее хрупкий, чем с остальными металлами. Поэтому чаще всего для пайки применяются припои на основе серебра. Наиболее широко используется в производстве летательных аппаратов печная пайка титана в герметичных контейнерах из коррозионно-стойкой стали. Перед погрузкой деталей в контейнер последний необходимо тщательно очистить и продуть аргоном в течение 10—15 мин. На протяжении всего процесса пайки, а также после нее, до полного охлаждения деталей, в контейнер непрерывно подается аргон (расход 2,5—3,5 л/мин). Этот способ позволяет исключить контакт титана в процессе нагрева с кислородом, азотом и водородом. Применяются в основном серебряные припои и, в частности, разработанный специально для титана припой, легированный марганцем и никелем. Прочность шва, паяного этим припоем, достаточно высокая и достигает 250—300 МПа. Также применяется бессеребряный медно-титановый припой ПрМТ45. Но он рекомендуется только для деталей, толщина которых в зоне шва не менее 0,6 мм. Низкотемпературная пайка титана осуществляется с флюсами, которые обычно используются для пайки меди, никеля, серебра — спиртоканифольным бескислотным или спирто-канифольным. • Пайка алюминия, магния и их сплавов. Алюминиевые и магниевые сплавы широко применяются в изделиях летательных аппаратов, поэтому часто приходится решать вопросы, связанные с их пайкой. Процесс пайки указанных металлов и сплавов на их основе осложняют тугоплавкие оксидные пленки на их поверхности, обладающие высокой химической устойчивостью и не удаляющиеся при пайке в высоком вакууме и в восстановительных газовых средах. Для очистки поверхности деталей из алюминия и его сплавов от оксидов применяют механическую зачистку и травление в 10—15%-ном растворе едкого натра NaOH при температуре 333 К. С целью предупреждения последующей коррозии детали промывают в холодной воде, тщательно смывая остатки едкого натра, а затем обрабатывают в 20%-ном растворе азотной кислоты. Промытые в горячей и холодной воде детали просушивают. Оксидная пленка на магниевых сплавах удаляется травлением в водном растворе хромового ангидрита (CrO3) при температуре 333—343 К. После травления детали промывают в горячей, а затем в холодной воде. Временной интервал между травлением и пайкой не должен превышать 24 ч, иначе толщина вновь образующейся оксидной пленки будет недопустимой. Это может отрицательно повлиять на качество паяного соединения. В зависимости от эксплуатационных требований к прочности паяных алюминиевых узлов летательных аппаратов может быть применена низко- или высокотемпературная пайка. Для низкотемпературной пайки используют припой на оловянно-цинковой основе П200А, П150А, а также П200Г с улучшенными благодаря введению в него германия антикоррозионными свойствами (цифры в марках указанных припоев обозначают температуру их плавления). Эти припои на подлежащие пайке поверхности наносятся без флюса с помощью ультразвукового паяльника. Однако соединения, паянные оловянно-цинковыми припоями, недостаточно коррозионно-стойкие. Причиной является электрохимическая коррозия, возникающая вследствие большой разности нормальных электродных потенциалов этих припоев по сравнению с алюминием. Для эксплуатации таких изделий в условиях повышенной влажности необходимо наносить на них влагозащитные лакокрасочные покрытия. Нанесенные на алюминиевые детали химическим или гальваническим методом медное, никелевое, кадмиевое и другие покрытия позволяют применять оловянно-свинцовые припои ПОС 61, ПОС 40, ПОСК50-18 и др. При подборе соответствующих флюсов такие детали можно паять из меди, титана, стали. Высокотемпературная пайка алюминия осуществляется всеми известными способами нагрева: газопламенным, индукционным, в печах, погружением в расплавленные соли. При этом используются припои 34А (Си — 27,89%; Si — 5,5—6,5%; Аl — остальное) и другие. И флюсы, содержащие хлористые и фтористые соли металлов (KCl, LiCl, NaF, ZnCl2). Необходимо отметить, что при газопламенной пайке алюминия применение ацетилена в качестве горючего газа недопустимо, так как он, взаимодействуя с компонентами флюса 34А, снижает его активность. Целесообразно применять воздушнопропановые, пропан-бутановые, а также бензовоздушные смеси. После пайки остатки флюса должны быть тщательно удалены. Для более эффективной промывки применяются ультразвуковые ванны, позволяющие удалять остатки флюсов из пор, раковин и других труднодоступных мест. Характерной для алюминиевых сплавов является реактивно-флюсовая пайка с использованием в качестве флюса хлористого цинка, хлористого олова или кадмия. Металлы из перечисленных солей выделяются в процессе реакции и выполняют функцию припоев. Детали из магниевых сплавов паяют паяльниками, горелками, индукционным нагревом, в расплавленных флюсах, в печах с контролируемой атмосферой (аргон, аргон с азотом, азот), в вакууме. Пайка меди и ее сплавов. Пайка меди и основных ее сплавов — латуней, бронз и медно-никелевых сплавов может быть осуществлена почти всеми видами пайки при использовании обширной номенклатуры припоев и флюсов. Однако каждый из указанных выше материалов имеет свои характерные особенности, которые влияют на технологию пайки, выбор режимов, оборудования и т.д. Медь паяется серебряными, медно-цинковыми, медно-фосфористыми и оловянносвинцовыми припоями. Для низкотемпературной пайки меди используются оловянносвинцовые припои типа ПОС-61, ПОС-40, ПОСК 50-18 и др. В качестве флюса могут быть использованы сосновая канифоль или ее раствор в спирте. Пайку следует вести паяльником при температурах, не превышающих 573 К. При нагреве места пайки свыше 573 К канифоль теряет флюсующие средства и обугливается, загрязняя тем самым паяный шов. Высокотемпературная пайка меди выполняется серебряными, меднофосфористыми и медно-цинковыми припоями, причем для пайки серебряными и медно-фосфористыми припоями применяются флюсы на основе фтористых солей легких металлов, для пайки медно-цинковыми припоями требуются более тугоплавкие флюсы на основе буры ( неорганическое соединение, натриевая соль борной кислоты с химической формулой Na2B4O7) и борного. Медно-цинковые припои при пайке меди дают хрупкие, пористые швы, поэтому их применяют сравнительно редко и только для тех деталей, которые не испытывают в процессе эксплуатации вибрационных или ударных нагрузок. Чаще применяются медно-фосфористые припои, которые из-за наличия в их составе фосфора обладают самофлюсующими свойствами. Но, как правило, флюсующего действия фосфора недостаточно, и для получения качественных паяных швов применяются флюсы 209, 284. Пайка меди перечисленными припоями выполняется с помощью индукционного нагрева, а также газопламенными горелками. В печи с восстановительной водородной атмосферой можно паять только бескислородную медь или медь вакуумной плавки, потому что обычная техническая медь подвержена так называемой водородной болезни, т.е. растрескиванию по границам зерен. При пайке латуней необходимо учитывать следующие технологические особенности. В отличие от меди латунь не рекомендуется паять в вакууме или в восстановительной атмосфере из-за возможного испарения цинка при нагреве. Пайку в указанных средах можно осуществлять при условии нанесения на латунные детали гальванического или химического покрытия никелем или медью (толщина слоя 18—30 мк). При этом используется припой ПСр72 (Ag— 72%, Си — 28%). Соединения из латуни, паянные медно-фосфористыми припоями, вследствие образования хрупких фосфидов цинка не выдерживают вибрационных и ударных нагрузок. Поэтому указанные припои при пайке латуни имеют ограниченное применение. Чаще применяются серебряные припои, обеспечивающие высокопрочные, пластичные, коррозионно-стойкие швы. Низкотемпературная пайка латуни выполняется паяльником и теми же припоями, что и медь, однако канифоль и обычные спирто-канифольные флюсы в данном случае непригодны. Для удаления оксидов, образующихся на поверхности латунных деталей в процессе пайки, используются флюсы ЛТИ 120 и др., содержащие в своем составе активирующие добавки. При низкотемпературной пайке латуни оловянносвинцовыми припоями возникает опасность разрушения паяных швов. Для предотвращения этого явления детали перед пайкой должны быть термически обработаны. Трудности пайки бериллиевой и алюминиевой бронз связаны с наличием на их поверхности труднорастворимых стойких оксидов. Эти сплавы перед пайкой требуют обработки по специальному режиму. Так, бериллиевая бронза сначала обрабатывается в 50% -ном растворе серной кислоты при температуре 339—348 К, а затем травится смесью серной и азотной кислот, после чего тщательно промывается водой и просушивается. Для пайки меди и ее сплавов перспективной является контактно-реактивная пайка. В качестве припоя на паяемые поверхности гальваническим способом наносится серебро (10—50 мкм), если паяется медь, или серебро плюс медь, если паяется латунь. В контакте с медью при нагреве серебро образует эвтектический сплав типа ПСр72, который при затвердевании обеспечивает прочное паяное соединение. Пайка тугоплавких металлов. Тугоплавкие металлы благодаря их высокой жаропрочности применяют при изготовлении конструкций, надежно работающих при температурах 2273—3973 К. Температура плавления тугоплавких металлов значительно выше температуры плавления титана и сталей: Металл Температура плавления, К Железо 1812 Титан 1941 Ванадий 2192 Ниобий 2474 Тантал 3269 Молибден 2895 Цирконий 2125 Вольфрам 3683 Тугоплавкие металлы относятся к разряду труднопаяемых высокотемпературными припоями. Трудности пайки обусловлены следующими особенностями их физико-химических свойств. Тугоплавкие металлы, особенно цирконий, при пайке образуют с компонентами припоя хрупкие интерметаллидные соединения, которые ухудшают пластические свойства металлов. Поэтому перед пайкой поверхность тугоплавких металлов подвергается особо тщательной очистке от оксидов, для чего используются химическое или электролитическое травление, механическая очистка. Пайка вольфрама, самого тугоплавкого и самого жаропрочного металла, может осуществляться практически всеми известными способами во всех защитных и восстановительных средах, но чаще применяется вакуум, который обеспечивает более плотные швы. Хорошие результаты дает пайка в водороде при индукционном нагреве. В качестве припоев для пайки вольфрама используются такие металлы, как тантал, ниобий, никель, медь, а также сплавы никель — титан, никель — медь и др. Однако ввиду того, что никель активно взаимодействует с вольфрамом при пайке, образуя хрупкие интерметал- лиды, паять припоями следует при минимальных выдержках деталей при температуре пайки. Иногда паяют серебряными припоями типа ПСр в водородной среде. Характерной особенностью пайки молибдена является окисление его при температурах выше 973 К. Для предотвращения испарения молибдена детали, подлежащие пайке, предварительно покрывают гальваническим способом медью, никелем или хромом. Так же как и вольфрам, молибден можно паять такими металлами, как медь, никель, палладий, серебро и припоями на основе серебра. При пайке серебряными припоями допускается нагрев слегка окислительным ацетилено-кислородным пламенем. Обязательным условием при этом является применение флюсов. Цирконий лучше всего паяется по предварительно нанесенному покрытию, однако возможна пайка в среде очень чистого, хорошо осушенного аргона или гелия. Пайка циркония в водороде или на воздухе не допускается из-за большей, чем у остальных тугоплавких металлов, химической активности к кислороду, водороду, азоту. Низкотемпературная пайка указанных металлов применяется очень редко и осуществляется оловянно-свинцовыми припоями с канифолесодержащими активированными флюсами по предварительно нанесенному никелевому покрытию. Пайка разнородных металлов. Во многих конструкциях приходится соединять разнородные металлы, а также металлы с неметаллами (стекло, графит, пластмасса, керамика). При выборе припоев, способов нагрева, типов соединения необходимо учитывать: • • • • 1) степень различия физических свойств материалов и коэффициентов теплового расширения, теплопроводности и температуры плавления; 2) особенности химических свойств — наличие оксидов, их химическую стойкость, окисляемость и активность по отношению к таким газам, как азот, водород; 3) характеристику смачиваемости различными припоями; 4) возможность и условия образования интерметаллидных прослоек. При пайке конструкций из разнородных металлов неизбежно происходит изменение паяльного зазора из-за разности коэффициентов термического расширения. При большем коэффициенте термического расширения соединительный зазор, охватывающий детали, при нагреве может увеличиться настолько, что припой вытечет или не поднимется по капилляру. Если же деталь с большим коэффициентом термического расширения располагается внутри, то зазор при температуре пайки может уменьшиться и слой припоя окажется тонким, что приведет к разрушению при охлаждении или возникновению внутренних напряжений. Поэтому телескопическое соединение двух трубок из меди и алюминиевого сплава имеет большую прочность, если деталь, расположенная внутри, будет из меди. Это объясняется более благоприятным характером внутренних напряжений. Для предотвращения разрушения паяных соединений из материалов с разными коэффициентами линейного расширения следует применять припой, обладающий повышенной пластичностью, компенсирующей разницу в указанных свойствах. Например, припои на основе индия или чистый индий. В тех случаях, когда припой плохо смачивает один из паяемых материалов или образует с ним хрупкие соединения, на него наносят покрытие гальваническим или химическим методом, облуживанием, осаждением из газовой фазы. Благодаря покрытию и обеспечивается пайка. На алюминиевые сплавы наносят покрытия из меди, никеля, серебра; на вольфрам — из никеля, меди, ниобия, тантала, из сплавов никеля с титаном, никеля с медью; на титановые сплавы — из никеля, серебра. Пайка металла с неметаллами, например с керамикой производится по предварительно металлизированной поверхности. Металлизационные смеси состоят из порошков тугоплавких металлов (молибдена, вольфрама с некоторыми добавками). Смесь наносится на поверхность керамики, затем спекается в водородной атмосфере, содержащей некоторое количество паров воды. В результате происходит окисление металлов, и их оксиды при высокой температуре взаимодействуют с оксидами керамики. В настоящее время для пайки керамики применяют оксидные припои, включающие в себя оксиды алюминия, кальция, магния. Пайка этими припоями осуществляется в вакууме. Достоинством таких припоев является возможность использования их без предварительной металлизации керамики и обеспечения диэлектрических свойств паяного шва. Металлизированную керамику можно паять низкотемпературными оловянно-свинцовыми припоями. Припои насыщают медью или серебром. Наиболее часто применяются припои на оловянносвинцовой основе, содержащие 2% Си (ПОС61М – 61 олово, есть медь) Марка Sn% Pb% Sb% Cu% Bi% As% Fe% Ni% S% Zn% Al% олово свинец сурьма медь висмут мышьяк железо никель сера цинк алюминий Припои бессурьмянистые ПОС 61 59-61 баланс 0,05 0,05 0,1 0,02 0,02 0,02 0,02 0,002 0,002 и 3% Ag (ПОССрЗ), оловянно-свинцовый припой, содержащий 18% кадмия (ПОСК50-18 олово – 50, кадмий и свинец – 18 и 32+ добавки). Конструирование паяных соединений Конструктивное оформление паяных изделий определяется в зависимости от условий их эксплуатации, регламентированных техническими условиями. В свою очередь, эксплуатационные параметры паяных изделий: статическая и динамическая прочность, герметичность и вакуумная плотность, электропроводность, коррозионная стойкость, работоспособность при высоких и отрицательных температурах и т.д., определяют выбор основных материалов, припоев и флюсов. Типовые паяные соединения, встречающиеся в плоских паяных конструкциях, — это соединения внахлестку, встык, втавр, в угол (рис. а, б, в, и). Предпочтительно применение соединения внахлестку, так как за счет увеличения частичного перекрытия взаимно параллельных поверхностей деталей (нахлестки) достигается его равнопрочность с основным металлом. Остальные разновидности паяных соединений являются комбинациями названных выше. Для устранения изгибающего момента, неизбежного в нахлесточном соединении, применяют ступенчатое соединение. Увеличить поверхность пайки можно благодаря использованию таких соединений, как замковое (рис., г, е), гребенчатое (рис. ж), косостыковое (рис. з), тавровое с отогнутой полкой (рис. л), встык с накладками (рис. к). Соединения встык и втавр (см. рис. б, в) применяются крайне редко, так как равнопрочности они не обеспечивают и используются лишь в тех случаях, когда конструкция не может быть выполнена иначе. В связи с тем, что паяный шов, как правило, имеет пониженную пластичность, следует так проектировать соединения, чтобы они не находились в зоне концентратора напряжений. Примеры правильного и неправильного проектирования соединений при пайке приведены на рис.. Соединение (рис. а) менее прочно, так как место расположения концентратора напряжений совпадает с паяным швом. Менее нагруженными будут швы в случае, показанном на рис. Б и в. Максимальную прочность обеспечит соединение, показанное на рис. г. Прочность паяного шва в значительной степени зависит от расстояния между паяными поверхностями (паяльного зазора). Устанавливаемая величина паяльных зазоров, в свою очередь, находится в прямой зависимости от физикохимических свойств паяемых материалов и припоев. При слишком малом зазоре припой может не заполнить паяный шов и прочность соединения таким образом будет ослаблена. При очень большом зазоре капиллярные силы перестают действовать, в шов не затечет достаточного количества припоя, и прочность соединения также будет понижена. Слои припоя в шве, расположенные непосредственно около поверхности паяемого металла, обладают большей прочностью, так как они испытывают упрочняющее влияние основного металла. Чем меньше толщина шва, тем сильнее это упрочняющее действие и тем выше его прочность. Зависимость предела прочности паяного соединения при срезе от величины зазора показана на рис. Предел прочности паяного соединения при срезе в зависимости от величины зазора (припой — ПОС61, основной металл — латунь) При анализе прочности соединений необходимо учитывать возможные изменения в структуре основного металла. Их величина будет незначительной при низкотемпературной пайке и равномерном нагреве в печах, но может оказаться существенной при локальных высокотемпературных нагревах (газовыми горелками, токами высокой частоты, лучом и т.п.) для сплавов, чувствительных к нагреву. Иногда это вызывает необходимость термообработки после пайки. Термообработка - совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры Одним из средств уменьшения внутренних напряжений является последующая термообработка. Она, естественно, является неэффективной для паяных конструкций из разнородных металлов, так как внутренние напряжения возникают вновь. В этом случае снизить величину внутренних напряжений можно рациональным проектированием соединений (применением в конструкциях согласованных по коэффициенту линейного теплового расширения материалов, увеличением толщины в зоне пайки металлической детали, расположенной снаружи). 4.4 Клеевые соединения Склеивание — это метод получения неподвижных неразъемных соединений. Его применяют для соединения разнородных материалов (металлов и неметаллов), преимущественно слабонагруженных деталей из листового материала, гнутых профилей, труб и т.д. Склеивание позволяет соединять детали весьма малой толщины, получать герметичные изделия, оно предотвращает значительные напряжения и деформации деталей, уменьшает массу конструкций. По сравнению со сварными и паяными в клеевых конструкциях напряжения распределены равномерно и не вызывают коробления. Достоинства этого вида соединений • • • • • Возможность соединения разнородных материалов: металлов неметаллов; Обеспечение высокой прочности при статических нагрузках; Обеспечение герметичности; Снижение трудоемкости; Защита шва от окружающей среды. и Недостатки • ограниченная прочность при динамических нагрузках; • нестабильность механических и диэлектрических свойств клея во времени; • токсичность; • некоторые клеи нельзя хранить после приготовления, они должны быть использованы сразу; • клеи плохо работают при повышенных температурах и при колебаниях температуры. Основные определения Клей или вещество, многокомпонентные композиции на основе органических неорганических различные составляющих, материалы. прочной адгезионной способные Склеивание связи между соединять обусловлено прослойкой клея (склеивать) образованием и материалами соединяемых поверхностей или появлением новых межмолекулярных связей. Адгезия - состояние взаимного удержания приведенных в соприкосновение двух разнородных твердых и (или) жидких тел (фаз) в результате действия физических и (или) химических сил. Для объяснения адгезии клея к основному материалу (субстрату) существует ряд теорий — молекулярная, электростатическая, диффузионная и др. В соответствии с молекулярной теорией адгезия обусловлена молекулярным взаимодействием функциональных групп основы и клея. Связи образуются в два этапа: • • 1) транспортировка молекул клея к основе; 2) межмолекулярное взаимодействие, причем прочность соединения зависит от числа и типа функциональных групп. Электростатическая теория предполагает наличие двойного электрического слоя, образующегося в системе «основа — клей — основа», и прочность соединения определяется притяжением поверхностей с различным зарядом. Согласно диффузионной теории прочность соединения обусловлена взаимной диффузией полимеров или других материалов через границу фаз. При этом на прочность соединения влияют продолжительность диффузии, температура, вязкость, молекулярная масса и др. По механической теории клей используется для механического «заклинивания», «захвата» двух поверхностей за счет заполнения микронеровностей, полостей, пор и т. п. В этом случае прочность соединения определяется прочностью клея. В соответствии с химической теорией образование прочного соединения обусловлено возникновением химических связей на границе раздела фаз. Межмолекулярные и химические связи, возникающие на поверхности взаимодействия клея с основой и в клеящем веществе в процессе его отверждения, определяют адгезию и когезию соединения. Однако прочность клеевого соединения зависит не только от этих сил, но и от остаточных напряжений, возникающих при отверждении, температуры, размеров, числа и расположения воздушных дефектов и других факторов. Прочность соединения существенно зависит от технологии склеивания, поскольку именно в процессе склеивания могут возникнуть слабые участки клеевого слоя. Когезия - связь между одинаковыми молекулами (атомами, ионами) внутри тела в пределах одной фазы. Когезия характеризует прочность тела. Соединение рассматривают как систему, состоящую из пяти слоев: 1 — основа (склеиваемый материал); 2 — переходный слой; 3 — клей; 4 — переходный слой; 5 — основа (второй склеиваемый материал). Современный клей – сложная система, содержащая несколько компонентов. • основа (связующее); • растворитель; • активаторы; • отвердители; • наполнители; • пластификаторы; • стабилизаторы. Основа клея Основа клея — связующее вещество или смесь веществ, имеющих, как правило, хорошую адгезию к соединяемому материалу. Основа клея может быть жидкой или твердой. Твердая основа клея перед употреблением должна быть нагрета до получения расплава или переведена в раствор. Клеи классифицируются по ряду признаков, главным из которых является природа связующего вещества. По этому признаку клеи делятся на неорганические и органические. К неорганическим связующим относятся полифосфаты, цементы, водные суспензии, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, растворимое стекло и др. Среди органических связующих синтетические. различают естественные (природные) и Естественные связующие бывают растительного и животного происхождения. Клеи на основе естественных связующих (крахмал, казеин (из молочного белка) и др.) отличаются невысокой устойчивостью к действию воды и микроорганизмов. Синтетические связующие бывают термопластичными и термореактивными. Основные виды связующих для полимерных композиционных материалов презентация, доклад (thepresentation.ru) https://thepresentation.ru/himiya/osnovnye-vidy-svyazuyushchih-dlya-polimernyh-kompozitsionnyh-materialov Они представляют собой полимеры. Полиме́ры (от греч. πολύ «много» + μέρος «часть») — вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы. Полимерами могут быть неорганические и органические. Полимер — это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико (в ином случае соединение будет называться олигомером). Основные понятия о полимерах (Лекция 1) - презентация, доклад, проект скачать (mypresentation.ru) https://mypresentation.ru/presentation/osnovnye-ponyatiya-o-polimerax-lekciya-1 Если связь между макромолекулами осуществляется с помощью слабых сил Ван-Дер-Ваальса, они называются термопласты, если с помощью химических связей — реактопласты. Итак, полимеры можно классифицировать реактопластичные (реактопласты) и термопластичные полимеры. на 2 группы — (термопласты) Отличие заключается в том, как тот или иной полимер ведет себя при нагревании. Термопласты под воздействием высоких температур обладают способностью многократно переходить в вязкотекучее (пластичное) состояние и вновь отверждаться при понижении температуры. Реактопласты же под воздействием высоких температур приобретают сшитую структуру макромолекул, это необратимый процесс. При последующем нагреве реактопластичные полимеры разрушаются, не переходя в пластичное состояние. Термопласты и реактопласты. ППУ (пенополиуретан) https://himtrust.ru/company/articles/termoplasty-i-reaktoplasty-ppu – термопласт или реактопласт? | Химтраст (himtrust.ru) Термопластичные связующие К ним можно отнести полиамиды, поливинилацетат, поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, полиизобутилен, фоторопласт и др. Клеи на основе термопластичных полимеров представляют собой растворы, суспензии и расплавы. Для них характерна невысокая прочность. Они применяются главным образом для несиловых соединений неметаллических материалов. Термопласт – пластичная масса (полимерный материал), которая размягчается при нагреве (переходя в вязкотекучее состояние) и затвердевает при охлаждении. Может подвергаться повторной переработке. Так термопластам свойственны структуры макромолекул. линейные и разветвленные Чаще всего термопласты нерастворимы в воде (малогигроскопичны), являются горючими, устойчивыми к щелочным и кислотным средам, являются диэлектриками. Макромолекулы связаны друг с другом, как правило, только физически, и энергия обрыва таких связей невысока, гораздо ниже энергии обрыва связей на химическом уровне в макромолекуле. tech.carbonstudio.ru/product/termoplastiki/tekhnicheskaya-informaciya/specializirovannyj-instrument Термореактивные связующие Это полимерные материалы, которые при формовании в конечные изделия проходят необратимую макромолекул химическую реакцию (отверждение), с образованием в результате сшитой которой структурной образуется сетки неплавкий и нерастворимый полимер. По завершению отверждения изделия более не имеют возможности вторичной переработки, а при нагреве материал не становится пластичным, а лишь деструктирует или возгорается. Реактопласты (термореактивные пластмассы) — пластмассы, переработка которых в изделия реакцией, сопровождается приводящей к необратимой химической образованию неплавкого и нерастворимого материала. Термореактивные материалы за счет сшитой трехмерной структуры обладают более высокими показателями твёрдости, хрупкости и упругости, более низким коэффициентом теплового расширения, чем термопластичные материалы, имеют стойкость и щелочным к органическим средам. растворителям В отличие и слабым от термопластов, кислотным чаще всего, могут эксплуатироваться при более высоких температурах. Однако процессы переработки несколько более сложны и требуют соблюдения временных промежутков и температур, за пределами которых могут произойти необратимые реакции и, как следствие, получение брака изделий. Термореактивные связующие — это смолы (фенолформальдегидные, эпоксидные, полиуретановые, карбамидоформальдегидные, полиэфирные и др. Клеи на основе термореактивных связующих отличаются повышенной прочностью и применяются для склеивания силовых конструкций из металлов и неметаллических материалов. https://thepresentation.ru/himiya/osnovnye-vidy-svyazuyushchih-dlya-polimernyh-kompozitsionnyhmaterialov Например: эпоксидный клей. Эпоксидный клей представляет собой термореактивный синтетический продукт. Материал создан как комбинация эпоксидной смолы и дополнительных компонентов: отвердителей, растворителей, наполнителей и пластификаторов. Вещества, запускающие процесс полимеризации эпоксидной смолы и способствующие ее превращению в клей, называются отвердителями. В роли отвердителя могут использоваться несколько химических соединений.. В качестве отвердителей применяют полиамины, полимерные отвердители-модификаторы (фено-формальдегидные, кремнийорганические смолы, полиамиды на основе жирных кислот и пр. каучуки, Суть реакции такова: атомы водорода (из аминогрупп отвердителя) взаимодействуют с атомами кислорода (из глицидиловых групп эпоксидной смолы). Получается отвержденная смола Для эпоксидных клеев используют такие растворители: • ацетон; • кселол; • спирты; • прочие органические соединения. Количество растворителей не должно превышать 3-5% объема сухой смолы. Превышение количества растворителей нежелательно, так как впоследствии их сложно удалить из клеевого соединения. Спирты и некоторые другие растворители ускоряют отверждение эпоксидных клеев. Наполнители эпоксидной смолы-клея: • порошкообразные вещества (сажа, окись алюминия, ванадия, цинка или берилия, кремнезем, никелевый и алюминиевый порошки); • стеклянные, углеродные волокна; • ткани из стеклянных/синтетических волокон. Некоторые наполнители (окись цинка, барилия и ванадия) действую как стабилизаторы и отвердители термоокислительной деструкции. Роль пластификаторов выполняют эфиры фосфорной и фталевой кислоты. Соединение всех компонентов в одну композицию позволяет получить клеевой состав, обладающий следующими качествами: теплостойкость – зависимо от наполнителя достигает +250°С; • морозостойкость – соединение выдерживает до -20°С; • клеевой шов хорошо переносит масляное/бензиновое, атмосферное воздействие; • клей не разлагается под действием бытовой химии и моющих средств; Варианты • • • Однокомпонентный клей эпоксидный прозрачный содержит жидкую смолу или органический растворитель со смолой Такой клей используется для склеивания небольших деталей, герметизации зазоров и стыков труб. Для отвердения большинству однокомпонентных состав не требуется предварительное нагревание, а некоторые клеи «схватываются» под воздействием тепла. Большинство эпоксидных клеев выпускаются двухкомпонентными. Такой клей поставляется комплектом: смола в виде пасты, а во второй –отвердитель. Ингредиенты соединяют и перемешивают. Готовая смесь клея эпоксидного двухкомпонентного надо использовать в течение одной-двух минут. В противном случае состав утратит свои клеевые свойства. • • • • Способ отверждения клея зависит от применяемого отвердителя. Составы, содержащие жидкую эпоксидную смолу, пластификаторы и наполнители затвердевают без нагрева – в течение 24-72 часов, температура около +20°С. Однако структурирование подобных клеев происходит дольше. Для повышения прочностных характеристик такие составы рекомендуют дополнительно подвергать термообработке. Соединения, отвержденные без нагрева, устойчивы к воздействию разбавленных щелочей и кислот. Однако при длительном пребывании в воде (до 3-х месяцев) прочность соединения снижается – особенно при склеивании гидрофильных материалов, например, древесины. Модифицированные композиции эпоксидного клея (температура отверждения +60- +120°) применяются для склеивания неметаллов и металлов, обладают ударной вязкостью, стойкостью к действию масел, топлив и прочих органических растворителей. Особо прочные – клеи горячего отверждения (температура +140-300°С) обладают повышенной теплостойкостью и высокими электроизоляционными качествами. Клеи на основе эпоксидных смол применяют при соединениях металлов, керамики, пластмасс, древесины и других материалов. Эпоксидный клей: виды, свойства, применение | Строительный портал (strport.ru) http://strport.ru/instrumenty/epoksidnyi-klei-vidy-svoistva-primenenie Таким образом, другими компонентами клея являются Растворитель не только переводит основу в жидкое состояние, но и обеспечивает возможность вводить другие компоненты и получать клеевые композиции требуемой консистенции. Раствор или расплав должны смачивать соединяемые поверхности, легко растекаться по ним и заполнять поры и капилляры. Растворителями служат в зависимости от природы вещества основы, органические жидкости (толуол, ацетон, этанол, метанол, бензол и др.), а также вода. Активаторы — вещества или смесь веществ, введенные в расплав или раствор, увеличивающие их адгезию к основе. В ряде случаев активаторы наносят непосредственно на соединяемые поверхности. Отвердители взаимодействуют со связующей основой, в результате основа становится твердой, приобретая при этом, как правило, сетчатую структуру. Ускорить отверждение могут катализаторы, не претерпевающие в ходе реакции химических превращений. Количество катализатора в клее не должно быть ниже определенного критического уровня. Отвердители и катализаторы вводят только в клеи, отверждение которых связано с протеканием химических реакций. • • • • • • • • • • • Наполнители призваны изменить механические и теплофизические характеристики клеевой пленки (модуль упругости, прочность, теплопроводность и др.) (алюминий, кварц, каолин, тальк, нитрид бора) Двуокись циркония повышает теплостойкость и прочность склеивания Карбонат кальция увеличивает теплостойкость, повышает твердость, улучшает влагостойкость Кварц молотый пылевидный уменьшает температурный коэффициент линейного расширения, улучшает электроизоляционные свойства Карбонильное железо придает ферромагнитные свойства клеевому соединению Каолин увеличивает теплостойкость, повышает твердость, улучшает влагостойкость, усиливает химическую стойкость Нитрид бора уменьшает температурный коэффициент линейного расширения Портландцемент уменьшает температурный коэффициент линейного расширения, повышает прочность склеивания Серебряный порошок повышает электропроводность, улучшает теплопроводность Технический углерод увеличивает теплостойкость, упрощает обработку Тальк уменьшает температурный коэффициент линейного расширения, улучшает обрабатываемость Пластификаторы понижают хрупкость клеевой пленки за счет увеличения гибкости молекул и подвижности надмолекулярных структур. В качестве пластификаторов применяют эфиры фталевой, фосфорной и других кислот, хлорированный дифенил, а также каменноугольные смолы, нефтяные битумы. Стабилизаторы предотвращают или замедляют старение полимерной основы. Их действие аналогично действию стабилизаторов в пластмассах. Конструкционные клеи способны обеспечивать прочность соединения, соизмеримую с прочностью основного материала. Они применяются при создании силовых конструкций. Неконструкционные клеи используют для получения ненагруженных соединений. Специальные клеи обладают рядом специфических свойств, например высокой электрической проводимостью. Герметик — пастообразная или вязкотекучая композиция на основе полимеров или олигомеров, которую наносят на болтовые, заклепочные и другие соединения с целью предотвращения утечки рабочей среды через зазоры конструкции. Полимериза́ция — процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) . Механизмы отверждения • Анаэробная реакция Анаэробные клеи - это однокомпонентные материалы, которые отверждаются при комнатной температуре при условии отсутствия контакта с кислородом. Жидкий компонент отверждения остается неактивным до тех пор, пока он находится в контакте с атмосферным кислородом. Если клей лишен доступа атмосферного кислорода, например, при соединении деталей, происходит быстрое отверждение особенно при одновременном контакте с металлом. • Воздействие УФ лучей • Анионная реакция Контакт со слабощелочными поверхностями • Активация • Влажностное отверждение • Тепловое отверждение ТП склеивания 1) подготовка поверхности основы; 2) приготовление клея; 3) нанесение клея; 4) монтаж соединения; 5) отверждение клея; 6) контроль качества соединения. 1. Подготовку поверхности основы к склеиванию проводят с целью достижения максимально возможной смачиваемости выбранным клеем и максимальной адгезионной связи клеевой прослойки с основой. Для этого необходимо удалить посторонние вещества и загрязнения, а также обеспечить оптимальные физикохимические свойства поверхности, что достигается физической и химической обработкой. Физическая обработка включает: — механическую обработку — абразивное шлифование, металлической щеткой, наждачной бумагой, резцом; обработку — обработку ультразвуком, статическим и высокочастотным разрядом, газопламенную обработку, сушку. Механическая обработка обеспечивает удаление грубых неровностей и поверхностных слоев оксидов, создание шероховатости. Так, увеличение шероховатости от 1 до 5 мкм увеличивает прочность соединения при сдвиге от 24 до 29 МПа при склеивании эпоксидным клеем алюминия. Операции облучения улучшают адгезию. Химическая обработка может предусматривать обезжиривание в ванне (в сочетании с ультразвуком), тампоном, в парах растворителя, травление, фосфатирование, анодирование, использование адгезионных грунтов. Для химической обработки применяют обезжиривающие средства трех типов: • • • а) органические растворители — ацетон, бензол, бензин, эфиры; б) хлорированные органические растворители; в) растворимые в воде щелочные средства, например гидрооксид натрия. Травление изменяет микроскопическую структуру поверхности, устраняет остатки жиров, слои оксидов, достигается тонкая равномерная шероховатость. Травление необходимо при склеивании разнородных материалов и трудносклеиваемых пластмасс. 2. Приготовление клея включает ряд операций — разбавление, введение наполнителей, введение отвердителей. Разбавление производится с целью изменения вязкости клея и сухого остатка — заданной толщины клеевой пленки после удаления разбавителя. Введение наполнителей производится с целью повышения вязкости клея, уменьшения его расхода и т. п. В качестве наполнителей применяют порошки, ткани, волокно и другие компоненты. 3. Нанесение клея зависит от физических свойств клея, формы и размера склеиваемых поверхностей и может производиться следующими способами: • • • а) кистью; б) поливом (на плоские поверхности через сопло); в) распылением (большие поверхности различного профиля); Сборку и склеивание. 4. Отверждение — выдержка соединения после сборки в течение времени, необходимого для полного отверждения клея. Для клеев, содержащих растворитель, достаточно обеспечить удаление растворителя при температуре окружающей среды. Отверждение различных клеев возможно с приложением давления, температура отверждения 20—350 °С. 5. Контроль качества клеевых соединений. Контроль качества соединений производится разрушающими и неразрушающими методами. При разрушающих методах применяют различные схемы нагружения — равномерный и неравномерный отрыв, сдвиг. Типы клеевых соединений 4.5. Разъемные соединения К разъемным соединениям относят резьбовые, шпоночные Разъемные соединения - Презентация 189657-5 (900igr.net) штифтовые, • Штифтовые, образованные с использованием специального стержня, который плотно вставляется в отверстия двух соединяемых деталей. Штифты бывают конические или в форме цилиндра, отличаются большой точностью. Удерживаются стержни за счет силы трения или устанавливаются с натягом, плотно вгоняются в отверстия. Главный минус штифтов – сверление ухудшает прочностные характеристики деталей и узла в целом. Такие детали производятся из углеродистых и легированных сплавов, прошедших особую обработку и закалку, поскольку обязаны иметь высокую прочность. Отверстия под крепежные штифты в соединяемых деталях сверлят и развертывают совместно, для чего детали временно скрепляют. https://studfile.net/preview/830828/page Назначение и виды штифтовых соединений | Полезные материалы ПКМ (pkmetiz.ru) • Шпоночные передают крутящий момент, рассчитаны на радиальную нагрузку. Шпонки вставляются в специально сделанный зазор, монтируются между элементами узла так, что не допускают смещения при вращении. Шпоночные связи отличаются простотой конструкции, легко собираются и разбираются. Основные недостатки шпоночного стыка: а) наличие пазов, снижающих прочность деталей; б) ненадежность фиксации, шпонка при предельных нагрузках может вывернуться. Шпонки делают в форме призмы, сегмента, цилиндра, клина. Конструкция зависит от возможности изготовления пазов в соединяемых деталях. Достоинства шпоночных соединений: простота конструкции; • легкость монтажа и демонтажа; • низкая стоимость. Недостатки шпоночных соединений: • • • шпоночные пазы снижают прочность; концентрация напряжений, возникающих в зоне шпоночного паза, снижает сопротивление усталости (свойство материала не разрушаться с течением времени под действием изменяющихся рабочих нагрузок). Для чего нужны шпонки в редукторе (ttaars.ru) Шпонка - это металлический брус, который устанавливается в соединительные пазы входного или выходного валов и ступицу двигателя или машины. Она предназначена для передачи силы вращения. Шпоночные и шлицевые соединения — презентация на Slide-Share.ru (slide-share.ru) • Резьбовые связи наиболее распространенные, бывают с помощью болтов, гаек, винтов, резьбовых шпилек. https://metalobaza62.ru/ Достоинства и недостатки резьбовых соединений Достоинства: • • • • • технологичность; взаимозаменяемость; универсальность; надёжность; массовость. Недостатки: • • • раскручивание (самоотвинчивание) при переменных нагрузках — требуется применение специальных устройств (средств) для предотвращения раскручивания. отверстия под крепёжные детали, как резьбовые, так и гладкие, вызывают концентрацию напряжений. для уплотнения (герметизации) соединения необходимо использовать дополнительные технические решения. Основные виды резьбовых соединений https://rezkamet.ru/ Параметры резьбы https://mypresentation.ru/ Болты и винты https://www.drive2.ru/b/496901466380828956/ Винт и болт используют на разных схемах нагружения. Расчет болта идет на срез приходится на соединяемым деталям). нераскрытие стыка (большая место, Расчет (основная нагрузка перпендикулярное винта идет нагрузка на приходится на место, расположенное вдоль или параллельно скрепляемых оси деталей). По конструкции винт очень похож на болт. Тем не менее, их основное различие заключается в применении: болт проходит через соединяемые детали насквозь, на него накручивается гайка, а винт при помощи отвертки вкручивается в одну из соединяемых деталей, имеющую резьбу. Винт можно затянуть либо выкрутить с помощью отвертки или торцевого ключа, вставленного в прорезь его головки. Болт затягивается гаечным ключом или гайкой. Болт— стержень и шляпка, не только сжимающее соединяемые детали, но и держащее соединяемые детали от сдвига. Винт же работает НА СЖАТИЕ. Если нет утолщения выше резьбы или резьба до шляпки, то перед вами — винт вне зависимости от того, какая у него шляпка. Формы головок крепежных элементов Шпильки Шпилька представляет собой цилиндрический стержень, имеющий с обоих концов резьбу. Одним нарезанным концом шпилька ввинчивается в резьбовое отверстие, выполненное в одной из деталей. На второй конец с резьбой навинчивается гайка, соединяя детали. Механизмы предотвращения самоотвинчивания • контргайкой (рис. а) , которая препятствует самоотвинчиванию силой трения в резьбе и на торцовых поверхностях двух гаек. Этот способ позволяет легко регулировать силу затяжки резьбового соединения, фиксируя положение нижней гайки путем поворота верхней гайки после касания на соответствующий угол затяжки; Трудно получить правильную затяжку для каждой из этих двух гаек. Поэтому, считается , что самоконтрящие гайки являются намного более практичным выбором для стопорения, чем гайка и контргайка. Однако, например, в случаях, когда болтовое соединение не несет осевой нагрузки, применение контрящей гайки может быть вполне оправдано. • пружинными шайбами (рис. б), которые обеспечивают напряженное состояние резьбового соединения. Пружинная шайба имеет высокую твердость, концы разреза разведены и заострены. Это позволяют произвести затяжку соединения и расплющить шайбу. При этом заостренные концы разреза пружинной шайбы прижаты к торцу гайки или головки болта и к поверхности закрепляемой детали. При отвертывании под действием пружинных сил заостренные концы разреза пружинной шайбы внедряются в металл гайки или головки болта и в металл закрепляемой детали и тем самым удерживают болт или гайку от отвинчивания. Шайбы специального назначения применяют как стопорные детали, предотвращающие самоотвинчивание гаек, болтов. Примеры таких шайб приведены на рис. е. Однако часто эти шайбы приводят к более высокому риску ослабления соединения из-за просадки и/или динамических нагрузок. Пружинные шайбы должны иметь прочность, которая достаточна, чтобы выдержать стягивающее усилие болтов класса прочности 5.8, когда они затянуты на полную прочность. Эффективность пружинных шайб становится очень низкой, когда их применяют с термически упрочненным крепежом класса 8.8 и выше. Пружинное усилие шайбы является в этом случае слишком малым, а кромки шайбы не способны врезаться в твердую поверхность болта или гайки. Если пружинные шайбы применяются с высокопрочным крепежом, то они фактически создают повышенный риск для надежности соединения, так под воздействием высоких нагрузок могут разъехаться и сломаться. • разводными шплинтами (рис. в) – один из распространенных и наиболее надежных способов. Шплинт (нем. Splint) — металлическое (иногда упругое) крепление, изготавливаемое в виде проволочного стержня полукруглого Разводные шплинты изготовляют с кольцевой головкой из стальной проволоки полукруглого сечения. Концы шплинта вставляют в отверстие, соединяющее болт с гайкой, и разводят; сечения, согнутого пополам с образованием ушка в месте сгиба. • • • мягкой проволокой (рис. 2, г), которую применяют для нескольких и целых групп болтов. При этом головки болтов должны быть соединены проволокой так, чтобы ослабление затяжки одного из них вызывало натяжение проволоки и этим способствовало затяжке остальных; жестким соединением резьбовых деталей, которое осуществляют применением деформируемых стопорных шайб (рис. д) (рис. е). Деформируемая шайба такой формы имеет выступы. Один из них, вставляется в отверстие детали или обжимается по краю детали, а другие отгибают и прижимают к грани завернутого болта или гайки, чем фиксируют их от отвинчивания; путем сварки головки винта, болта, гайки или шпильки (рис. ж); посредством кернения резьбовых деталей с торца и бокового (насечки керном) (рис. з), расклепывания стержня резьбовой детали, закрашиванием лаком выхода резьбы из гайки и др. Мелкие крепежные резьбы (по сравнению с крупными) имеют меньший угол подъема резьбы и поэтому они менее склонны к самоотвинчиванию при динамических нагрузках. http://metalvis-yug.ru/ Сборка резьбовых соединений (extxe.com) Детали машин и основы конструирования. Резьбовые соединения. (Лекция 13) - online presentation (ppt-online.org) Этапы ТП сборки резьбовых соединений Процесс сборки любого резьбового соединения включает в себя следующие операции: • установка деталей, • наживление, • завинчивание, • затяжка, • по необходимости установка стопорных деталей приспособлений, предохраняющих от самоотвинчивания. и При наживлении ввертываемая деталь должна быть подведена к резьбовому отверстию до совпадения осей и вкручена в резьбу на 2 –3 нитки. После наживления на деталь устанавливают сборочный инструмент завершают затяжкой, которая создает неподвижность соединения. Завинчивание Затяжка происходит в определенном порядке – по так называемому методу спирали. Схема возможной последовательности затяжки болтов (винтов, гаек). Резьбовые соединения в механизмах, подвергающихся в процессе эксплуатации действию пульсирующей нагрузки (вибрации), зачастую сами отвинчиваются, что может явиться причиной аварии. Поэтому при сборке таких механизмов прибегают к стопорению резьбовых соединений. Способы стопорения резьбовых соединений: а – стопорной шайбой; б – пробкой; в – проволокой; г – сваркой или накерниванием. Такая шайба имеет либо носик, который отгибают на грань гайки после ее затяжки, либо лапку, которая вставляется в специально просверленное отверстие в корпусе детали. Винты (болты) с открытыми головками можно застопорить проволокой. Отверстия в головках винтов (болтов) под проволоку в этом случае просверливаются до установки их в узел. Проволоку в отверстия следует вводить таким образом, чтобы натяжение ее концов создавало завинчивающий момент. Стопорение сваркой или накерниванием, по сути, превращает разъемное соединение в неразъемное. В некоторых случаях требуется получить соединение особой прочности . В таких случаях можно перед сборкой нанести на поверхности деталей, которые будут соприкасаться, клеевую прослойку из эпоксидной смолы. Соединение получится весьма прочным даже при использовании обычных дешевых болтов. http://domir.ru/house Инструменты для сборки резьбовых соединений • гаечные ключи (+ с контролем момента затяжки- динамометрические) • отвертки • шпильковерты. Шпильковерт состоит из корпуса, внутри которого и расположен зажимной механизм для неподвижной фиксации инструмента на шпильке. В зависимости от устройства, это могут быть как цанговые кулачки, принцип работы которых схож с зажимным патроном дрели или шуруповерта, либо же колесико (одно или несколько) с насечками, которые зажимаются эксцентриковым механизмом. Инструмент надевается на крепеж, фиксируется механизмом крепления, а затем проворачивается. Шпильковерт выполняет для шпильки роль съемной шляпки. Наиболее известная конструкция этого инструмента состоит из корпуса, в котором расположены три ролика. Благодаря сложной внутренней поверхности корпуса при вращении ролики крепко зажимают шпильку Перед работой проворачивают. шпильковерт Во время надевают поворота на крепеж, инструмента а затем происходит перекатывание роликов и сближение их со шпилькой, что приводит к ее заклиниванию. Различные модели выполняются в виде самостоятельного инструмента, либо же могут выступать в роли оснастки. Шпильковерт. Назначение, виды и рекомендации по выбору (instrumentn.ru) В сборочном производстве универсальные и специализированные резьбозавертывающие инструменты (гайковерты) с различными типами приводов, в основном электрическим и пневматическим. https://tdrimspb.ru/catalog Внешне инструмент напоминает дрель. Хотя он и схож с дрелью, но имеет внутренние отличия. Вместо зажимного патрона в гайковерте используется шпиндель, предназначенный для закрепления ударных головок. Инструмент может снабжаться электрическим двигателем или работать на пневматической и гидравлической тяге. Специальный редуктор превращает создаваемое воздействие в усилие, которое прокручивает крепеж. Гайковерт оснащается обратным ходом. Электрические оснащаются электродвигателем, который работает от сети или аккумулятора. Основным узлом этих гайковертов является ударноимпульсный механизм, преобразующий непрерывное вращение привода в периодически повторяющиеся удары по шпинделю. Это позволяет значительно повысить выходную производить мощность затяжку на шпиндель резьбовых и соединений диаметром до 80 мм при небольших габаритах и массе гайковертов. Гайковерт ударно-вращательного действия состоит из электродвигателя 10, ударно-вращательного планетарного механизма, редуктора основной 12 9, и дополнительной 8 рукояток. На квадратном хвостовике шпинделя крепятся сменные головки 1. При работе гайковерта вращение от электродвигателя через планетарный редуктор передается приводному валу 6 ударно-импульсного подпружиненным механизма. ударником 5 Вал связан посредством с двух шариков 4, находящихся в винтовых канавках обеих деталей. На торцовой поверхности ударника симметрично расположены два кулачка, входящие в зацепление с кулачками шпинделя 2 под действием рабочей пружины 7. Резьбозавертывающие машины » Neznaniya.Net http://www.neznaniya.net/mehanizacija-selskogo-hozjajstva/ruchnye-mashiny- s-jelektroprivodom/821-rezbozavertyvayuschie-mashiny.html Пневмогайковерт состоит из двух блоков: привода и ударного механизма. Привод представляет собой ротор с лопастями, который вращается с помощью сжатого воздуха из компрессора. Энергия от привода передается на узел пневмогайковерта, передавая энергию на упор. На конце упора закреплена насадка, которая закручивает или откручивает крепеж. Принцип работы пневмогайковерта • При нажатии на курок открывается клапан, запускающий поток сжатого воздуха в пневматический гайковерт. • Специальный переключатель направляет воздух к ротору по одному из двух каналов в зависимости от выполняемой задачи. Можно изменить направление воздуха в любой момент с помощью регулятора. Для откручивания болта или гайки ротор должен вращаться против часовой стрелки, а для закручивания – по часовой. • Воздух бьет по лопастям ротора и раскручивает его. • Энергия вращения ротора передается с помощью вала на раму. • Внутри рамы находятся два молотка, которые тоже начинают вращаться. Заметим, что на молотки они не слишком похожи. По сути, это два крупных металлических кольца, которые установлены друг за другом. • Внутри молотков находится один конец вытянутого металлического цилиндра, который называется упор. Во время работы молотки захватывают его, заставляя вращаться вместе с ними. • Закрепленная на другом конце упора насадка начинает откручивать или закручивать крепеж. Устройство и принцип работы пневматического гайковерта 1. Высокопроизводительный пневмодвигатель. 2. Ударный механизм. 3. Патрон из легированной стали (упор). 4. Регулятор крутящего момента, и реверс. 5. Кнопка пуска. 6. Штуцер, для подключения шланга от компрессора. 7. Воздушный клапан. Данный агрегат за счет отсутствия мотора значительно легче своего электрического собрата. Да и крутящий момент гайковерта имеет высокие показатели — от 300 до 2200 Нм (Ньютонов на метр). Внутри агрегата можно выделить 2 основных силовых блока, каждый из которых предназначен для работы в разных режимах. Первый блок – это пневмодвигатель, передающий вращательное движение на головку инструмента. Второй блок – это узел, который создает ударные нагрузки. Пневмопривод вращается за счет прохождения через него сжатого воздуха, поступающего посредством шланга высокого давления от компрессора. В корпусе аппарата имеются 2 канала. По каждому из них воздух направляется в разных направлениях относительно турбины. В первом случае воздух толкает турбину по ч. стрелке, то есть на закручивание, а во втором – против ч. стрелки, на откручивание крепежа. Распределяются потоки воздуха специальным переключателем. Принцип работы пневматического гайковерта выглядит следующим образом. 1. После нажатия на кнопку пуска открывается клапан, и поток воздуха из подсоединенного к корпусу аппарата шланга начинает движение через турбину, вращая ее. 2. От турбины вращательное движение передается на ударный механизм, который по своему принципу действия напоминает муфту сцепления. В составе механизма имеются 2 кулачка сложной конфигурации. Ударное усилие формируется кулачками в тот момент, когда при отпуске крепежа не хватает крутящего момента. 3. Далее, вращательное движение передается упору (патрону), на который одевается насадка под определенный размер гайки. В результате происходит закручивание либо откручивание крепежа. Некоторые воздушные гайковерты при закручивании не задействуют ударный механизм, процесс проходит в безударном режиме. 4. Если гайка прикипела, то чтобы ее открутить, потребуется больше усилий, и в этот момент вращение упора прекращается. 5. Молотки начинают отклоняться назад, одновременно проворачиваясь. 6. На следующем этапе кулачки минуют зацепление с упором и, продолжая движение, набирают инерцию. 7. Продолжая проворачиваться, кулачки снова вступают в зацепление с упором и наносят по нему удар (по направлению движения). 8. Ударные импульсы продолжаются до тех пор, пока крепеж не “сорвется” с места. https://voronezh-tehnika.ru/ • Многошпиндельные резьбозавертывающие устройства http://sbor-ka.com/ Инструментальные средства контроля резьбового соединения Известны способы, осуществляющие контроль усилия затяжки, основанные на замере изменения длины болта, по величине крутящего момента затяжки, по показаниям встроенных индикаторов и др. Лекция № 5 Требования к помещениям сборочных цехов Неблагоприятные факторы: • Загрязнение воздуха • Влажность, t • Вибрации Существует несколько методов измерения пыли: оптический (фотометрический), гравиметрический, пьезобалансный, трибоэлектрический, радиоизотопный. Оптический метод измерения пыли (фотометрический и нефелометрический метод). Оптический принцип действия заключается в измерении ослабления интенсивности светового излучения при его прохождении через запыленную среду. Концентрация частиц пыли пропорциональна значению оптической плотности, которая определяется автоматически. Недостатки фотометрического абсорбционного метода: - низкая чувствительность при измерении малых концентраций аэрозольных частиц (менее 30 мг/м³), а также невозможность контроля высоких концентраций (более 10…12 г/м³) вследствие практически полного поглощения светового излучения. - высокое влияние физико-химический свойств аэрозолей на результат измерения (размерность, состав и цвет аэрозоля). Для уменьшения погрешности измерений необходимо делать калибровку прибора по конкретному типу аэрозоля или ввода поправочного коэффициента - необходимость периодической очистки оптических элементов (оптика, отражатели и т. д.) При измерении малых концентраций аэрозольных частиц гораздо более эффективным оказывается нефелометрический метод, основанный на регистрации прямого, бокового и обратного рассеянного светового излучения. Недостатком нефелометрического метода прямого рассеяния при контроле весовой концентрации промышленных пылевых аэрозолей с широким дисперсным составом является резкая потеря чувствительности при измерении концентраций частиц диаметром более 8…10 мкм. Поэтому эти приборы применяют в основном там где есть мелкодисперсные аэрозольные частицы. Гравиметрический метод измерения аэрозоля (ГОСТ 17.2.4.05-83) заключается в выделении частиц из пылегазового потока с последующим осаждением их на аналитическом фильтре и осушением. По величине привеса на фильтре с учетом объема пробы определяется массовая концентрация аэрозоля. Достоинства гравиметрического метода + достоинствами данного метода является точность измерения, так как происходит прямое измерение аэрозоля и нет влияния физико-химических свойств на результаты. Недостаток - гравиметрического трудоёмкость длительность метода метода процесса На смену трудоёмкому гравиметрическому методу пришел новый метод пьезобалансного взвешивания осажденной пробы пыли. Пьезобалансный метод измерения работы прибора заключается в периодическом отборе пробы аэрозольных частиц, отделяются респираторные (до 10 мкм) фракции, в последующем их заряде на коронирующем электроде и затем осаждении на поверхности осадительного электрода. В качестве такого электрода используется пьезоэлемент (кварц). Отбор же пробы осуществляется внутренним насосом прибора. Кварцевый пьезоэлемент включен в цепь генератора электрических колебаний. При осаждении пыли на его поверхности изменяется вес пьезоэлемента и как следствие – частота его колебаний. Изменение частоты линейно зависит от массы осажденной на элемент пыли и является величиной измеряемой весовой концентрации аэрозоля. Принцип работы импактора основан на избирательной сепарации частиц по размерам при пропускании запыленного потока через последовательно расположенные сопла с уменьшающимися сечениями, под которыми располагаются плоские или цилиндрические поверхности + достоверность показаний прибора, Достоинства пьезобалансного метода измерения + быстрое выполнение измерений, нет необходимости использовать большой парк дополнительного оборудования физико-химические свойства не оказывают влияния на измерения + малые габариты измерительного инструмента (прибор, как правило, поставляется в переносном кейсе, общий вес прибора в кейсе не более 4 кг). Недостатки пьезобалансного метода измерения дороговизна оборудования - необходима бережная эксплуатация (чувствительный элемент прибора очень хрупкий, не допускаются падения, а так же профилактика прибора должна осуществляться строго по инструкции). Трибоэлектрический метод измерения основан на измерении индуцированного заряда на изолированном измерительном электроде, располагаемом в металлическом газоходе, по которому движется пылегазовый поток. Индуцированный заряд возникает при взаимодействии движущихся аэрозольных частиц с поверхностью электрода, при этом его величина пропорциональна массовой концентрации аэрозоля в широком диапазоне измерений. Эти приборы называют трибоэлектрическими. Их можно разделить на приборы, измеряющие постоянную составляющую трибоэлектрического сигнала, и на приборы, измеряющие переменную составляющую трибоэлектрического сигнала (электродинамический наведенный заряд). Достоинства трибоэлектрического метода измерения + вибрация в месте установки не оказывает влияния на показания + не имеет узлов, которые могут загрязниться, что позволяет применять приборы длительное время в жестких условиях, а так как узлы, обрабатывающие сигналы, находятся за пределами жестких условий, делает оборудование надежным + в приборе нет узлов, которые вырабатывают свой ресурс с истечением времени. Приборы долговечные, за счет чего становятся простыми и дешевыми в обслуживании. Радиоизотопный метод измерения концентрации пыли основан на свойстве радиоактивного излучения (обычно βизлучения) поглощаться частицами пыли. Массу уловленной пыли определяют по степени ослабления радиоактивного излучения при прохождении его через слой накопленной пыли. Пылемеры - принцип работы, сфера применения, выбор прибора для конкретной задачи. | Библиотека (eco-intech.com) Авторы: Коротков М. А., Сычев Д. В. Анализатор пыли В анализаторе пыли реализован принцип лазерной нефелометрии. Нефелометрия — метод исследования и анализа вещества по интенсивности светового потока, рассеиваемого взвешенными частицами данного вещества. Конструктивно пылемер выполнен в едином блоке. Анализируемая проба поступает в прибор через входной патрубок. В оптической ячейке проба облучается светом, генерируемым лазерным источником. Рассеянный свет собирается линзами, расположенными под углом 90° к потоку пробы и направлению излучения, и попадает на фотодетектор. Световой сигнал преобразуется в электрический, пропорциональный размеру и концентрации взвешенных частиц. Микропроцессор обрабатывает сигналы фотодетектора и рассчитывает содержание пыли в воздухе. Используемые меры 1. Создание герметичных боксов 2. Использование настольных пылезащитных камер Воздух всасывается и проходит через фильтрационную систему, включающую в себя один или несколько фильтров. После очистки воздушные потоки подаются в рабочую зону, а потом выводятся наружу. Внутри бокса происходит постоянное движение очищенного воздуха, что обеспечивает стерильность пространства и отсутствие влияния на него окружающей среды. Важное условие стерильности – это постоянная давления. положительного Ламинарные боксы (laminar-spb.ru) 3. Создание давления поддержка некоторого избыточного Список использованных источников 1. Ярушин С.Г. Технологические процессы в машиностроении, 2014 2. Щербатов А.В. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ. ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ КОМПЛЕКСОВ, 2018 3. https://svarkaed.ru/svarka/vidy-i-sposoby-svarki/elektronno-luchevaya-svarka.htm 4. В.П. Сидоров. Электронно-лучевая сварка. Технологические особенности и оборудование. Тольятти. Издательство ТГУ 2013. 5. Новиковский Е.А. Пайка металлов. Учебное пособие. Алт. ГТУ, 2013 г. 6. Национальный исследовательский университет «МИЭТ» Лекция 18. Паяные соединения. 7. СВАРКА И ПАЙКА В АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, Фетисов Г.П., 2018 8. Кушнир А.П. Технология металлов и сплавов, 2019 г. Тема лекции. Методы формирования и расчет соединений с натягом. Соединения с натягом. Td вал наименьший наибольший натяг натяг TD отв . номинальный размер Рис. 1. Принципиальная схема соединения с натягом. Соединение, в котором охватывающий размер меньше охватываемого (вал большего диаметра вставляется в отверстие меньшего диаметра). Поле допуска вала находится над полем допуска отверстия. Крайний случай – совпадение двух границ: Dmax d min => натяг =0 Допуск на соединение: TN N max N min (9) Максимальный натяг: N max d max Dmin (10) Минимальный натяг: N min d min Dmax (11) В случае соединения с зазором допуск дается в сторону увеличения зазора; с натягом – в сторону уменьшения натяга. Натяг – положительная разность диаметров вала и отверстия (охватывающая деталь имеет меньший размер). Цель соединения: неподвижность, а также необходимая точность взаимного расположения деталей. После сборки из-за деформаций деталей у них появляется общий размер – диаметр соединяемых поверхностей (d). На посадочной поверхности возникают контактные давления (p) и силы трения при попытке относительного перемещения деталей. Надежность соединения зависит от материалов деталей, качества обработки сопрягаемых поверхностей, а также от условий эксплуатации. Методы формирования соединений: запрессовка - реализуется с помощью прессов и приспособлений, исключающих перекос деталей. Происходит смятие и срезание шероховатостей посадочных поверхностей. температурное деформирование – выполняют по двум схемам: с предварительным нагревом охватывающей детали и с охлаждением охватываемой. При нагреве температура подбирается так, чтобы не происходили структурные изменения детали. Например, температура нагрева для стали составляет 230-240°С, для бронзы – 150-200°С. Нагрев выше 400°С нежелателен. Также нагрев может осуществляться в масле (130°С), в электрических или газовых печах. Охлаждение охватываемой поверхности осуществляется сухим льдом до температуры -79°С, в жидком азоте (температура составляет -196°С). N MAX z 10 3 d , N MAX z 20 3 10 d t НАГР. 20 t ОХЛ . (12) 10 3 переводной множитель (если предварительно перевести все величины в одну систему, он пропадает). N MAX наибольший натяг, [мкм]. z минимальный зазор, необходимый для соединения деталей в результате температурной деформации. d диаметр посадки, [мм]. коэффициент линейного расширения нагреваемой (охлаждаемой) детали, [ С 1 ]. Рис.3. Конструктивная схема соединения с натягом. Обычно натягом соединяют детали по круговым цилиндрическим поверхностям, хотя они могут быть и другой формы. Осевая сила F, крутящий момент Т, контактные давления р определяются условиями работы соединения. Контактное давление должно быть таким, чтобы сила трения посадочной поверхности превосходила внешние сдвигающие силы. Если действует только осевая сила, тот ее допустимое значение определяется по следующей формуле: F d p f , (13) где f - коэффициент трения. При воздействии на соединение только крутящего момента, его допустимое значение должно отвечать условию: T 0.5 d 2 p f , (14) где длина соединения d диаметр соединения f коэффициент сцепления При воздействии и осевой силы, и крутящего момента должно выполняться следующее условие: 2 T k F 2 10 3 d p f , d 2 где k – коэффициент, учитывающий возможность (15) нестабильного сцепления, изнашиваемость посадочных поверхностей (принимает значения от 2 до 4.5). Отсюда значение контактного давления должно отвечать условию: T k F 2 2 10 3 d p d f 2 (16) По значению контактного давления определяют расчетное значение максимального натяга: C C N расч. p d 10 3 1 2 , E1 E 2 (17) где C1 ,C2 коэффициенты жесткости охватываемой и охватывающей поверхностей соответственно. d 2 d12 C1 2 1 , d d12 C2 d 22 d 2 2 , d 22 d 2 (18) (19) d диаметр соединения d 1 диаметр отверстия в охватываемой детали d 2 наружный диаметр охватывающей детали E1 , E2 модули Юнга (упругости) материалов 1 , 2 коэффициенты Пуассона материалов При дальнейшем расчете необходимо перейти от расчетного значения натяга к требуемому. Для этого учитывают следующие поправки: поправка, связанная с частичным снятием микронеровностей поверхности во время запрессовки 5.5Ra1 Ra 2 , (20) Ra среднее арифметическое отклонения профиля (выбирается из ряда 1.25, 0.8, 0.63, 0.4 мкм). поправка, появляющаяся, когда соединение, собранное из деталей различных материалов, работает в условиях нагрева. Учитываются деформации, связанные с воздействием температуры окружающей среды и ослабляющие натяг из-за различных коэффициентов линейного расширения. 10 3 d t 2 20 2 t1 201 , (21) где t1 ,t 2 температуры охватываемой и охватывающей деталей соответственно. 1 , 2 коэффициенты линейного расширения деталей. N треб.MIN N расч. 5.5Ra1 Ra 2 103 d t 2 20 2 t1 201 (22) Это расчет на минимальный натяг. Максимальный натяг связан с пределом прочности охватывающей детали. N треб.MAX N расч. Pmax 5.5Ra1 Ra 2 10 3 d t 2 20 2 t1 201 , (23) P где Pmax максимальное контактное давление, допускаемое прочностью охватывающей детали. Pmax d 2 0.5 max 1 d 2 (24) max предел текучести материала охватывающей детали. Исходя из требуемого значения натяга, подбирается стандартная посадка. Она должна быть такой, чтобы натяг лежал в интервале значений N min N max . При запрессовке сила запрессовки рассчитывается по формуле: FП d p f (25) ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЛЕКЦИЯ СБОРКА ШАРИКОПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР. 4.1. Виды шарикоподшипников. Подшипники качения представляют собой узел, состоящий из нескольких элементов (рис. 4.1). Элемент качения – шарик. Рис. 4.1. Шариковый радиальный однорядный подшипник Шарики удерживаются между кольцами 1 и 2, одно из них носит название «наружное кольцо», другое – «внутреннее». Наружное устанавливается в корпус, а внутреннее связано с вращающимся валом. Как правило, внутреннее кольцо образует посадку с натягом. Шарики удерживаются друг от друга на определенном расстоянии. Для этого предназначен сепаратор. Рис. 4.2. Схема распределения радиальной нагрузки между телами качения в подшипнике На рисунке 4.2 показано, как распределяется радиальная нагрузка между телами качения, которые находятся в зоне нагружения. На рисунках 4.3 – 4.7 представлены некоторые виды подшипников. Рис. 4.3. Роликовый радиальный подшипник с короткими цилиндрическими роликами. Воспринимает большие радиальные нагрузки. Рис. 4.4. Шариковый радиальный однорядный подшипник. Используются для восприятия радиальной нагрузки. Рис. 4.5. Роликовый радиальный игольчатый однорядный шарикоподшипник, воспринимающий радиальную нагрузку, используется в режиме движения качение. Рис. 4.6. Радиально – упорный шарикоподшипник. Воспринимает комбинированные нагрузки (в радиальном и осевом направлении). Способность к восприятию осевой нагрузки зависит от значения показанного угла α – контактного угла. Т.е. с увеличением этого угла возрастает воспринимаемая осевая нагрузка. Рис. 4.7. Упорный шарикоподшипник. Воспринимает осевую одностороннюю нагрузку. Для восприятия нагрузки в двух направлениях его делают двойным. От точности изготовления шарикоподшипников во многом зависит точность прибора. Существуют шарикоподшипники, которые работают при больших скоростях, другие шарикоподшипники являются высокочувствительными, они должны обладать наименьшим моментом сопротивления вращению. Стабильность возникающего трения при повороте одного кольца относительно другого. Если в шарикоподшипнике вращается внутреннее кольцо, соединение этого кольца с валом осуществляется по неподвижной посадке. Наружное устанавливается в корпусе с менее плотной посадкой, т.е. две очень плотные посадки в одном шарикоподшипнике делать не рекомендуется. 4.2. Типовой ТП монтажа шарикоподшипниковых опор. 1. Расконсервация На этом этапе осуществляется распаковка. Очистка подшипника от смазки осуществляется в специальных ванночках в бензине, который подается в виде струи, затем следует сушка (автоматическая). Операция промывки также осуществляется перед этапами сборки: предварительной и чистовой. При промывке используется несколько ванночек. Цикл промывки перед предварительной сборкой может быть следующим: бензин - мыльный раствор – бензин спиртобензольная смесь - бензин. Причем самая тщательная промывка осуществляется перед чистовой сборкой. 2. Входной контроль подшипников перед сборкой. Существует несколько групп параметров, подлежащих контролю: - посадочные места в корпусе и на валу; - точность формы; - шероховатость; - биение посадочных торцев. У подшипников контролируется группа геометрических параметров: - D и d внешний и внутренний диаметры; - параллельность торцевых поверхностей колец; - радиальное и торцевое биение наружного и внутреннего колец. Рис. 4.8. Схема контроля радиального биения кольца и торцев, торцевого биения внутреннего кольца. Следующая группа показателей относится к качеству поверхностей: это отсутствие трещин и царапин, следов коррозии. Контроль выполняется визуально с использованием микроскопа. Контроль комплексных показателей производится на специальных установках: - момент сопротивления вращению; - осевая жесткость; - контактный угол; - вибрация; Монтаж и регулировка зазоров шарикоподшипника. Используются стандартные посадки. Внутреннее кольцо имеет более плотную посадку, по которой и устанавливается на валу. Если выполнить оба соединения с плотной посадкой, то возможна деформация конструкции. Для обеспечения точности используется селективная подборка, например, цапф и внутренних отверстий. Также возможно использование метода подгонки. Измерение размеров производится с помощью индикаторов, оптиметров. В серийном производстве для контроля используются пневматические средства. Перед сборкой подшипники промывают и смазывают. Смазка шарикоподшипников производится дозированными каплями, после этого производится монтаж. Сборка узла шарикоподшипника осуществляется в 2 этапа: - предварительная; - чистовая (окончательная). Предварительная сборка заключается в следующем: Производится подгонка посадочных поверхностей (вал и посадочное гнездо в корпусе). Шейка вала доводится на токарном станке, используется притирка с помощью бруска и доводка мелкозернистой абразивной пастой. Далее следует контроль. Посадочное место под наружное кольцо в корпусе доводится методом подгонки в специальном приспособлении или прессе эталонных пробок. Чистовая сборка заключается в следующем: Производится окончательная установка шарикоподшипников: одним кольцом - на вал, другим – в корпус. Если подшипники разборные, монтаж независим. Если же они неразборные, то последовательность монтажа определяется последовательностью крепления узла. Как правило, сначала собирается соединение с наибольшим натягом. В том случае, когда подшипник окончательно устанавливают на вал и корпус, важна предварительная подгонка всех сопрягаемых поверхностей. Установка подшипника на вал с натягом. Данная операция осуществляется запрессовкой с помощью специальных приспособлений, в прессах, с использованием направляющих элементов. Их цель не допустить перекос пи монтаже. Силы прикладываются к кольцу, устанавливаемому с натягом, плавно. Приспособление измеряет усилие запрессовки. Другой метод создания соединений – нагрев внутреннего кольца подшипника или охлаждение вала в жидком азоте. После установки на вал подшипника проверяют легкость вращения. Величина радиального зазора в подшипнике влияет на точность работы прибора, уменьшение этого зазора (е) увеличивает момент трения, износ. Существует возможность недостаточного натяга в осевом направлении, что приводит к возникновению вибрации, нестабильности положения центра масс, чрезмерного натяга, что в свою очередь характеризуется увеличением момента трения в подшипнике. Осевые зазоры, натяги, связанные с радиальным зазором регулируются с помощью прокладок, резьбовых деталей. Регулировка производится относительным смещением колец подшипника. Регулировка в осевом направлении меняет и радиальный зазор. Осевой и радиальные зазоры связаны формулой: S 2 (2r d ш ) е , (4.8) где r – радиус желоба, ΔS – осевой зазор, e – радиальный зазор. ЛЕКЦИЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА РООРОВ 5.1 Теоретические сведения. Виды неуравновешенности. Если неуравновешенная масса вращается относительно неподвижной точки, то на нее действует центробежная сила. Дисбаланс является мерой неуравновешенности ротора. Это векторная величина (D) находится из следующего выражения: D m rг мм (5.1) где r – указывает положение неуравновешенной массы (m) относительно оси вращения. Дисбалансов множество, они лежат в разных плоскостях, возникают из-за неточности изготовления деталей, неточности сборки, неоднородности материалов деталей и деформации конструкции. Дисбалансы вызывают вибрацию. Это снижает точность, надежность прибора и приводит к его износу. Необходимо уменьшить величину дисбаланса до допустимого значения. Эта задача решается благодаря балансировке на специальном оборудовании: балансировочных станках. Различают несколько видов неуравновешенности: 1. Статическая неуравновешенность. Рис. 5.1. Схема статической неуравновешенности ротора. ГЦОИ – главная центральная ось инерции. Для этого вида неуравновешенности характерно следующее: центр масс не лежит на оси вращения, т.е. неуравновешенность характеризуется дисбалансом массы и может быть обнаружена в состоянии покоя (статике). Для этого ротор устанавливают на горизонтальные призмы (ножи) приспособления и под действием силы тяжести он поворачивается в определенное положение. В этом случае неуравновешенность характеризуется вектором D ст – главный вектор дисбаланса. 2. Моментная неуравновешенность. Рис. 5.2. Схема моментной неуравновешенности ротора. Центр масс лежит на оси вращения, но она не совпадает с ГЦОИ (главная центральная ось инерции). В статике такую неуравновешенность невозможно определить, т.к. центр масс лежит на оси вращения. Моментную неуравновешенность можно представить следующим образом: мысленно рассечем плоскостью А-А, перпендикулярной по отношению к оси вращения) рассекает ротор на 2 половинки (она перпендикулярна по отношению к оси вращения), точки 1 и 2 показывают положение центра масс половинок. В результате к этим точкам (т. 1 и 2) приложена центробежная сила F , а пара сил создает момент неуравновешенности, оказывающий воздействие на опоры при вращении такого ротора. Моментная неуравновешенность характеризуется вектором МД – главным моментом дисбаланса и характеризует моментальную неуравновешенность в этом случае. 3. Динамическая неуравновешенность. Рис. 5.3. Схема динамической неуравновешенности ротора. Он характеризуется наличием обоих случаев. Здесь ГЦОИ и ось вращения пересекаются, но не в центре масс. Векторы D ст и МД образуют систему, жестко вращающуюся с ротором. Вывод: когда ротор не уравновешен, силы инерции масс создают в опорах нагрузки, которые надо устранять перераспределением масс. Процесс балансировки включает в себя определение характеристик неуравновешенности и ее уменьшение. Задача решается добавлением (удалением) массы, как правило, в двух плоскостях. Эти плоскости должны быть перпендикулярны к оси вращения и носят название плоскостей коррекции. Рис. 5.4. Схема расчета неуравновешенности. Рассматриваются плоскости 1 и 2, перпендикулярные к оси вращения ротора и проходящие через середины его опор и отстоящие от центра масс на величину l1 и l2 (рис. 5.4). В каждой плоскости должны быть составляющие вектора. Такое разложение справедливо в том случае, когда сумма новых векторов дисбалансов равна первоначальному D ст . Составляющие: Dст Dст 1 , Dст 2 (5.2) М Д DД 1, DД 2 (5.3) Dст1 Dст2 Dст (5.4) z1 Dст1 z2 Dст 2 (5.5) z1 l1 , z2 l2 , z1 z2 l12 . (5.6) В результате получаем систему: l2 Dст 1 l Dст 12 D l1 D ст 2 l12 cт (5.7) Если плоскости коррекции лежат по одну сторону, то перед одним из выражений появится знак минус. Например, минус появляется для выражения Dст1, когда обе плоскости коррекции лежат по правую сторону от точки О. Mд тоже представляются в виде двух векторов в тех же плоскостях коррекции, соответственно должны выполняться следующие условия: D Д1 D Д 2 D Д МД l12 (5.8) В каждой из двух плоскостей коррекции оказались по 2 вектора, что равносильно исходному варианту и их можно заменить суммарными векторами Dz1 и Dz2. Большинство балансировочных машин измеряют неуравновешенность в виде Dz1 и Dz2 в плоскостях коррекции, и далее в этих плоскостях осуществляется коррекция дисбалансов. Балансировочный станок при определении неуравновешенности играет роль измерителя колебаний, т.е. колеблющаяся система станка это чувствительный элемент (ЧЭ). 5.2. Сведения о динамической балансировке ротора Существуют различные виды классификации станков, например, по количеству степеней свободы оси ротора (рис. 5.5). Рис. 5.5. Принципиальная схема размещения ротора в балансировочной раме. На рисунке рама станка дает одну степень свободы, обеспечивая возможность движения оси. Поочередно определяются поочередное определение неуравновешенности каждой из плоскостей коррекции, для чего они по очереди совмещаются с осью колебаний. Работа может осуществляется в резонансном режиме. При вращении неуравновешенного ротора из-за наличия дисбаланса возникают колебания, которые регистрируются датчиками вибрации. С одной стороны рама опирается на стойку и может поворачиваться вокруг центра шарнира, а другой край рамы поддерживается пружиной. Рама выставляется в горизонтальное положение. Плоскости коррекции выбираются из условия возможности установки масс, обязательное условие – исключение влияния со стороны второй плоскости не должна влиять (пл. П2, рис. 5.5.). Ротор приводится во вращение. Силы инерции неуравновешенных масс приводят к возникновению колебаний, раскачивающих раму (в пл. П1, рис. 5.5.). Амплитуда колебаний рамы растет с течением времени и при совпадении частоты вращения ротора с частотой колебательной системы наступает резонанс. t Рис. 5.6. График изменения амплитуды колебаний рамы. Резонанс отмечается максимальным значением амплитуды. Резонанс возникает только под воздействием сил в плоскости коррекции П1 (рис. 5.5). Амплитуда соответствует дисбалансу. Рис. 5.7. Схема резонансной балансировочной машины. Ротор устанавливается в раму, ему сообщается вращение, осуществляется резонансный метод измерения. Ротор разгоняют до скорости, превышающей резонансную, затем отключают питание, т.е. измерение осуществляется при выбеге (т.е. после отключения питания). Осуществляется прохождение резонансной частоты, в этот момент увеличивается амплитуда колебаний, которая определяется с помощью устройства: источника света и зеркал, одно из которых имеет связь с подвижной платформой. От этого зеркала отражается луч, попадая затем на шкалу. Амплитуда соответствует ширине размытия светового пятна на шкале. Зарезонансная балансировочная машина имеет вид. метка 3 1 - ротор; 2 - опора; 3 - тяги, прикрепляемые к опоре; 4,5 - датчики вибрации; 6 - усилитель для усиления ЭДС; 7 - 8 - пластины горизонтальной развертки; переключатель; 9 - пластины вертикальной развертки; 10 - усилитель; 11 - фотоэлемент; 12 - осветитель. Рис. 5.8. Зарезонансная балансировочная машина. На экране ЭЛТ получается синусоида или окружность. Амплитуда на синусоиде, диаметр окружности – величины, пропорциональные дисбалансу. Кроме того предусмотрена возможность определения положения тяжелого места. Для этого на ротор наносят светлую или темную метку. На поверхность ротора падает свет от осветителя 12. Далее он отражается от поверхности, попадая на фотоэлементы. В случае попадания луча на метку, меняется фототок, он усиливается на усилителе 10, подается на сетку трубки. В этот момент меняется световой поток электронов и на синусоиде или окружности возникает яркая (размытая) точка. Ее положение по отношению к верхней или нижней точке синусоиды или окружности указывает координату тяжелого места. Ошибка данного метода составляет 3-5о. Рис. 5.9. Взаимное положение светящейся точки на синусоиде метки (М) и тяжелого места (Т). Метод кругового обхода используют для определения величины дисбаланса по показаниям (окружности или синусоиде). Чтобы это сделать, надо установить цену деления измерительного устройства. Она устанавливается методом кругового обхода. Для этого может быть использован предварительно уравновешенный ротор с остаточной неуравновешенностью М Д .Н . В этом роторе нарезаны отверстия на определенном угловом расстоянии по окружности определенного радиуса через 15, 30 о, … Контрольный груз по очереди ввинчивается в каждое из этих отверстий. Момент неуравновешенности, создаваемый грузом описывается следующим уравнением: Мк.н. m R (5.9) где R – радиус закрепления груза. В одном из положений груз совпадет с тяжелым местом, добавляется к нему, а в другом – оказывается напротив и уменьшает неуравновешенность. М Д . Н . М К . Н . . - наибольшее значение момента неуравновешенности, создаваемого грузом. М К . Н . М Д .Н . . - наименьшее значение момента неуравновешенности, создаваемого грузом. Запишем систему уравнений: d нб С М К . Н . М Д . Н . , d нм С М К . Н . М Д . Н . из которой получаем: Повышение С (5.10) 2 Мк.н. d н .б . d н . м . производительности (5.11) динамической балансировки осуществляется совмещением определения и устранения дисбаланса без остановки ротора. Это достигается использованием электрофизических и электрофизических методов. 5.3 Лазерный метод уравновешивания. Лазеры в балансировочных машинах решают разные задачи: - съем неуравновешенной массы; - отметка положения дисбаланса и т.д. Существуют различные схемы с использованием ОКГ (оптического квантового генератора), различие между ними в том, сто в одном случае оптическая система вращается как и ротор, а в другом – она неподвижна. 1. Оптическая система вращается как и ротор. 1 - луч от ОКГ; 2,3, - оптическая система, через которую проходит луч от ОКГ; 4 - ротор; 6 - привод, от которого система получает вращение. 5 Рис. 5.10. Схема лазерного метода уравновешенности Работа осуществляется в автоматическом цикле, должна быть предусмотрена система управления энергией лазера и система, которая осуществляет синхронизацию излучения и положения тяжелого места (рис. 5.11). Рис. 5.11. Схема автоматической системы уравновешивания. Квантовый генератор – 3 – это источник излучения. Частота вращения оптической системы управляется блоком – 4, 5 – блок синхронизации положения оптической системы по отношению к тяжелому месту. 6 – блок управления энергией лазера в соответствии с величиной неуравновешенности. При приближении фокуса линзы к положению тяжелого места осуществляется подача импульсов, поджигающих лампу накачки. Формируется световой луч, который воздействует на ротор. Массу можно удалять двумя способами: 1). С изменением по мере приближения к допустимой неуравновешенности от импульса к импульсу энергии излучения. В этом случае должна быть обратная связь между текущими и допустимыми значениями неуравновешенности. 2). Световые импульсы постоянны по величине и их соответственно больше. 2. Оптическая система неподвижна. Рис. 5.12. Схема с неподвижной оптической системой. В данной схеме: 1- лазер; 2- система фокусировки; 3 – частотно-избирательный усилитель, блок сравнения плоскостей, исключающий влияние со стороны другой плоскости коррекции. 4 – блок синхронизации положения тяжелого места и момента запуска ОКГ; 5 – блок управления энергией излучения. 1. Контрольная операция. Необходимо проверить, лежат ли в пределах допусков все параметры. Должна быть предусмотрена возможность балансировки узла в собранном приборе. Эти этапы при написании ТП разделяются на операции. Также включается сборка, промывка, контроль, токарная операция и т.д. Лекция Статическое уравновешивание деталей и узлов. Уравновешивание в жидкости. 6.1 Балансировка на воздухе. . На этом этапе на ось подвеса приводится центр масс, а в жидкости центр давления. Положение центра масс меняют с помощью перемещения грузов. Уравновешивание осуществляется в статическом режиме. Qp – центр .масс.; G – сила тяжести; r – расстояние от центра координат до ц.м., т.е. момент силы тяжести Рис. 5.13. Схема уравновешивания узла. М G G r cos (5.12) Неуравновешенное тело стремится повернуться тяжелым местом вниз. Уравновешенное тело ведет себя безразлично. Операции подвергаются: - кардановые и гидроузлы гироскопических приборов; - подвижные системы электромеханических изделий приборов. В конструкции узлов предусматриваются балансировочные элементы, с помощью которых корректируется положение центра масс. Это могут быть винты, перемещаемые в радиальном направлении, гайки, грузы. Неуравновешенность детали – следствие пустот в материале и несимметричности его распределения. У детали неуравновешенность устраняется удалением части материала, либо добавлением массы. Неуравновешенность сборочных единиц формируется в ходе сборки из-за несимметричности расположения элементов, погрешностей геометрии, форм и зазоров. Балансировка сборочной единицы осуществляется с помощью элементов (компенсаторов) посредством их замены или перемещения. Приспособление с аэродинамическим подвесом. Позволяет замерять неуравновешенность, осуществлять балансировку. Задача – уменьшить трение в опорах, создав подъемную силу. Установка состоит из основания со стойками с аэростатическими подшипниками, балансировочной рамы, она несёт ротор, датчик узла, датчик момента. Датчика момента, датчик угла, усилитель составляют систему измерения. Подъёмная сила создаётся воздухом, поступающим в зазор подшипника, и взвешивающей цапфы. Перед установкой изделия рамка уравновешивается с помощью грузов, расположенных на её стержнях. Далее вставляется балансировочное изделие, если узел неуравновешен – он поворачивает рамку, в датчике угла появляется сигнал, пропорциональный повороту, он усиливается, преобразуется, поступает на датчик момента. Восстанавливающий момент датчика момента выполняет компенсацию момента неуравновешенности, т.е. возвращает рамку в исходное положение. По величине тока в момент остановки рамки, протекающего через измерительный прибор, определяется величина неуравновешенности. Неуравновешенность компенсируется перемещением балансировочных винтов. Сжатый воздух подаётся из компрессора, проходит фильтрацию, затем стабилизатор давления. Величина давления измеряется манометром. 1 - рамка; 2 - грузы для уравновешивания рамы; 3,4 - аэростатические подшипники; 5 - стабилизатор давления и измеритель; 6 - фильтр; 7 - источник давления; 8 - датчик угла; 9 - фазочувствительный усилитель; 10 - измерительный прибор; 11 - датчик момента. Рис. 5.14. Приспособление с аэродинамическим подвесом 6.2 Балансировка в жидкости. Статическая балансировка в жидкости является специфической операцией технологического процесса сборки поплавковых гироскопических приборов. Первый этап – технологическая балансировка на специальном рабочем месте, оснащенном термостатированной ванной с балансировочной жидкостью, в балансировочных приспособлениях. Система термостатирования – это термодатчик, усилитель, обмотка обогрева. Термодатчик представляет собой обмотку, которая наматывается на цилиндрический стакан как можно ближе к зазору, где находится жидкость. Обмотка является плечом в мостовой схеме. Если температура обмотки соответствует рабочей температуре, то это сбалансированное состояние моста. С изменением температуры жидкости, начинает меняться сопротивление обмотки термодатчика, в датчиках моста появляется напряжение, которое усиливается на выходе усилителя реле. И обмотка обогревателя термостата подключает и отключает напряжение питания через контактное реле. Обмотка обогревателя располагается на цилиндрической поверхности корпуса прибора. rт rт0 (1 E t ) , (5.13) где rm- сопротивление термодатчика. E – температурный коэффициент. t - отклонение температуры жидкости от температуры регулировочной ванны. Балансировка гироузла при этом осуществляется путем подбора специальных грузов из комплекта с различными удельными весами, а также их обработки на настольном токарном станке.. На гироузел в жидкости действуют: вес и выталкивающая сила жидкости, приложенные соответственно к центру масс и центру плавучести. При несовпадении центра масс с центром давления поплавковый узел окажется несбалансированным, поскольку силы F и Р создадут пару сил, стремящихся повернуть его в такое положение, при котором центры масс и давления будут находиться на вертикальной оси, называемой осью плавания. Неуравновешенность гироузла в жидкости характеризуют следующие параметры: 1. Плавучесть Плавучесть Р определяется разностью между весом поплавка и выталкивающей силой и должна сводиться к нулю, т. е. Р Р F 0 (5.14) х Рис. 5.15. Схема сил, действующих на поплавковый гироузел в жидкости, и грузов для уравновешивания. Остаточная плавучесть может быть положительной и отрицательной; она сводится к минимуму в основном подбором соответствующих грузов 5 и 6 (рис. 5.15) или их доработкой с целью снижения нагрузки на опоры подвеса поплавка. Грузы 5 и 6 представляют собой металлические шайбы, выполненные из материалов с различным удельным весом (магниевый сплав, алюминиевый сплав). Практически допустимое значение остаточной плавучести составляет десятые доли грамма. 2. Дифферент Дифферент определяется как сумма моментов относительно оси Х Дифферент может быть значительным и при нулевой плавучести поплавка. Дифферент поплавка также определяет нагрузку на опоры подвеса; он устраняется путем перераспределения масс грузов 5 и 6. Допустимые значения момента дифферента обычно составляют величину в несколько единиц г-см. 3. Статическая неуравновешенность относительно оси подвеса Балансировка гироузла относительно оси подвеса проводится в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, определяемых грузами 4—2 и 1-3. Полная уравновешенность относительно оси X характеризуется условием M x ( 4 2) 0 (5.15) M x (13) 0 Указанными грузами производится (5.16) балансировка поплавка в соответствующих плоскостях. Во многих приборах имеются три оси с грузами для статической балансировки узла, что повышает точность операции. Величина подъемной силы определяется плотностью жидкости и объемом узла, который зависит от температуры, т. е. F f (t o ) (5.17) Функциями температуры являются также и координаты центров масс и давления. Поэтому узел, полностью уравновешенный в жидкости при какой-то определенной температуре, окажется снова неуравновешенным при изменении температуры. Таким образом, поплавковый узел должен балансироваться в жидкости с рабочей плотностью и при рабочей температуре, или при технологических температурах, отличающихся от рабочих с учетом температурных поправок t где ж t1 n t p ж n (5.18) t б - температура балансировочной жидкости, при которой производится операция; t1 - расчетная температура балансировочной жидкости, плотность которой соответствует плотности рабочей жидкости при рабочей температуре; t р - рабочая температура прибора; ж - коэффициент объемного расширения жидкости; п - коэффициент объемного расширения материала поплавка. В этой формуле учитывается расширение поплавка при переходе к рабочей температуре. рабочая температура прибора составляет: t раб 70 850 . (5.19) В этом температурном интервале вязкость в меньшей степени зависит от колебания температуры. Рис. 5.16. График зависимости плотности и вязкости жидкости от температуры. Заключительный этап – это балансировка относительно оси подвеса На воздухе совмещают с осью подвеса центр тяжести (предварительная балансировка). В жидкости перемещается центр давления. При этом балансировка в жидкости не должна нарушать баланс на воздухе, т.е. не должен перемещаться центр тяжести. Рис. 5.17 Схема балансировки с помощью перемещения грузов. Грузы могут быть в виде гаек, перемещающихся по стержню, или винтов. Располагаются эти элементы с одного торца. Уравновешивание должно обеспечить остаточную статическую неуравновешенность, не превышающую допуск. Для того, чтобы перемещать только центр давления, балансировочные грузы изготавливают с равным объёмом, но из разных материалов, или с одинаковым весом, но разного объёма. Например, грузы имеют одинаковый вес, но разный объём, тогда, перемещая такую пару, осуществляется смещение только центра давления. Расчёты зависят от схемы балансирования груза. Допустим, что центр тяжести уже на оси подвеса, тогда: М Z Gж X д (5.20) Остаточный вес грузов в жидкости: G1 G1 жV (5.21) G2 G2 жV (5.22) Нужно убрать момент, создаваемый выталкивающей силой и не нарушить балансировку на воздухе. G1 x1 G2 x2 0 , G ж xд G1 x1 G2 x2 0 . (5.23) (5.24) Учитывая предыдущие формулы, получаем: x1 G2 G ж x д ж V G2 G1 (5.25) x2 G1 Gж xд ж V G2 G1 (5.26) Если перемещение соответствует данным формулам, то центр давления и центр тяжести совпадают. Обобщим причины, нарушающие балансировку: 1). Балансировочный поплавок находится в статическом режиме, т.е. ротор неподвижен. Следовательно, статическая неуравновешенность – это сумма неуравновешенности ротора и поплавка. Когда ротор вращается, угол φ меняется со скоростью вращения гироскопа. 2) Деформация поплавкового гироузла происходит из-за перегрева в результате создания местных напряжений при сварке, колебаний температуры и изменения со временем линейных размеров. Лучшим материалом является бериллий 3) Пузырьки воздуха приводят к неуравновешенности, поэтому элементы поплавка необходимо вакуумировать. В собранном приборе должна быть предусмотрена возможность регулировки. Рис. 5.18. Иллюстрация вращения ротора гироскопа. Виды балансировочных элементов для окончательной балансировки. 1. Механические элементы a. винты b. гайки на стержнях с резьбой c. шайбы, надеваемые с двух сторон 2. Ампулы с легкоплавким материалом. Перемещение массы в ампулах происходит при нагревании прибора и его наклонах на заданные углы. Это позволяет использовать элементы на стадии окончательной балансировки. 3. Элементы электролитического типа. 4. Пластины из материала, обладающего эффектом памяти. Используется свойство данных сплавов: при облучении лучом лазера и нагреве они возвращаются к первоначальной форму. Например, таким свойством обладает сплав никельалюминий, бронза. Тема лекции. Соединения пайкой и склеивание. Осуществляются при соединении металлов и/или металлизированных материалов связующим металлом или сплавом с температурой плавления ниже, чем у соединяемых деталей. Сплав в зазор вводится в расплавленном виде (припой). Соприкасающиеся поверхности перед пайкой должны очищаться от окисей, грязи и жира. Для удаления с поверхностей деталей оксидных пленок и для лучшего смачивания металла припоем используют специальные химические вещества – флюсы. Различают кислотные и бескислотные флюсы. Выбор того или иного флюса оговаривается в технических условиях. Недостатком кислотных флюсов является то, что они вызывают коррозию материала. Различают тугоплавкие и легкоплавкие припои. Достоинства пайки по сравнению со сваркой: большее число соединяемых материалов в меньшей степени происходит деформация соединяемых деталей сохраняется внутренняя структура материалов возможность электрического монтажа с высокой плотностью возможен демонтаж Достоинства пайки перед клепочными и др. соединениями: обеспечивается токопроводность увеличивается герметичность снижается трудоемкость существует возможность автоматизации масса конструкции практически не увеличивается Недостатки: ограниченная прочность соединения токсичность используемых материалов Легкоплавкие припои Обеспечивают соединения при небольших нагрузках. Состав: олово и свинец с различными процентными содержаниями, а также некоторые добавки для улучшения свойств припоя (например, кадмий и висмут – для снижения температуры плавления, сурьма – для увеличения прочности). Применяют при электрическом монтаже проводов с выводами электронных элементов. Если соединяемые детали находятся в условиях больших нагрузок, вибраций, ударов, действия ускорений, то мягкие припои использовать нельзя. Пайка предусматривает использование предварительного лужения с помощью кислотных и бескислотных флюсов. Кислотные флюсы – удаляют оксидные пленки, но вызывают коррозию и увеличивают электросопротивление швов. Бескислотные флюсы – на основе органических веществ (канифоль, глицерин), используют для электромонтажа. Используют паяльники, другой вариант – общий нагрев в электрических печах с, например, восстановительной средой. Тугоплавкие припои Сюда относят припои на медной основе, а также серебряные припои. Медные припои: медно-цинковые припои – считаются хрупкими, плохо выдерживают удары, вибрации. фосфорно-медные припои – обладают аналогичными свойствами, используются при тонкой пайке, когда требуется повышенная текучесть припоя. медно-латунные припои – при их нагревании начинают испаряться токсичные вещества (цинк) припои на латунной основе – снижено испарение цинка, состав: латунь, олово, кремний (ЛОК); увеличена текучесть припоя, что приводит к лучшей герметичности соединений. Серебряные припои: Устойчивы к вибрации, коррозии, отличаются высокой прочностью. ПСР-45 – для пайки ответственных деталей. ПСР-70 – для пайки несущих частей. Данные припои отличает высокая температура плавления (выше 700°С). Для ее снижения добавляют медь (температура снижается до 500°С), сурьму (но снижается прочность). Припои изготавливают в виде проволоки, гранул, фольги. Примеры некоторых марок припоя: ПОС-61 – мягкий припой олово – 61% свинец – 38% температура плавления: 180°С применяют для пайки печатных плат ПСР-25 – тугоплавкий припой серебро – 25% медь – 40% цинк – 35% температура плавления: 765°С применяют для пайки электроконтактов деталей из легированной стали, медных сплавов ПМ-100 – медный припой медь – 100% температура плавления: 1083°С пайка осуществляется в восстановительной среде водорода применяют для пайки стальных деталей Методы пайки ручная пайка (с помощью паяльника) Возможно регулирование температуры пайки, поддержка заданной температуры осуществляется благодаря термочувствительному элементу. В паяльнике предусмотрена трубка, связанная с системой вытяжной вентиляции. Рабочие места представляют собой пылезащищенные микробоксы, связанные с вытяжной вентиляцией. электроконтактный метод Режим питания: импульсный. Р Детали + сжимаются с усилием между электродами из меди, затем включается питание. Детали нагреваются на зажатом участке, при сдавливании формируется соединение. припой При пайке мембранных коробок используют медные ролики. Ток подается в импульсном режиме, в результате образуется шов. - Р Рис.1. Схема пайки электроконтактным методом. пайка волной припоя манипулятор печатная плата маска электронагрев ванна с припоем Рис .2. Схема пайки волной припоя. Плата проходит над волной припоя со скоростью 1м/мин. Для избирательной пайки используют маски. Реализуется с помощью автомата или полуавтоматических устройств с манипуляторами, в которых установлены печатные платы. лазерная пайка В качестве инструмента используется световой луч. Используется импульсный режим работы с длительностью импульсов доли секунд.. метод общего нагрева в печах Позволяет создавать сложные узлы и высокоточные соединения. Детали должны быть зафиксированы в строго определенном положении с помощью приспособлений. В печи поддерживается восстановительная атмосфера (водород, углекислый газ, аммиак). Смесь газов необходима для борьбы с оксидными пленками. Внутри печи может быть вакуум, среда инертных газов. Прочность шва зависит от припоя, площади и формы стыка деталей, зазора между деталями. Должны соблюдаться условия хорошего соединения и фиксации деталей, предусматриваться направления растекания припоя, учитываться различия коэффициентов линейного расширения материалов. Зазоры между соединяемыми деталями должны находиться в определенных пределах. При использовании пайки в близлежащих местах подбираются припои с различными температурами плавления и переходят от более тугоплавких к более легкоплавким. ТП пайки Выделяют следующие операции: 1. подгонка поверхности 2. очистка 3. лужение 4. предварительная сборка 5. пайка 6. очистка шва 7. контроль качества соединения (прочность, герметичность, надежность электрического контакта). Подгонка поверхности Соединяемые поверхности должны равномерно прилегать друг к другу для получения герметичного шва. Подгонка может производиться вручную, на прессе, механической обработкой на станке. Очистка поверхности Может использоваться химическая, ультразвуковая очистка (для мелких деталей), очистка от коррозии, механически (с помощью металлических щеток, шлифовальных кругов и т.д.). Лужение Поверхности, подлежащие пайке, обрабатывают флюсом. Он дополнительно очищает поверхности, увеличивает текучесть припоя, защищает шов от воздействия окружающей среды. Затем поверхность шва покрывают припоем, в результате чего увеличивается прочность формируемого соединения и осуществляется защита шва между операциями. Жидкие припои наносят с помощью кисти, твердые – в расплавленном виде. Предварительная сборка Соединяемые детали скрепляются какими-либо механическими устройствами. Должны обеспечиваться определенные зазоры между деталями. Зазоры зависят от материала деталей, от температуры плавления припоя. При соединении стальных деталей тугоплавкими припоями зазор составляет 0.01-0.05 мм, при использовании легкоплавких припоев - 0.05-0.2 мм, при использовании медных сплавов - 0.08-0.35 мм. Пайка Припой расплавляется, им заполняется место соединения. Пайка с местным нагревом осуществляется с помощью паяльника, газовой горелки, электроконтактным или электродуговым методами. Пайка с общим нагревом осуществляется в ваннах и печах. Пайка алюминиевых сплавов Особенность: на поверхности таких деталей образуется плотная пленка оксида алюминия, которая препятствует выполнению пайки. Удаление пленки осуществляется либо химическим путем, либо с помощью УЗ паяльников, а при методе погружения в ванну с расплавленным припоем – с использованием высокочастотных колебаний. Обезжиривание осуществляется погружением на некоторое время (около минуты) в едкий натр (5% раствор гидроксида натрия). При пайке в области микроэлектроники используют электроинструмент, лазерный метод и метод с применением галлиевых припоев. Особенность этих припоев: не требуется источник тепла. Припой получают смешиванием жидкого галлия с порошком металла, затем наносят в месте шва, и смесь застывает при комнатной температуре. Очистка шва Убираются остатки флюса промывкой (спирт, бензин). Также должна быть предусмотрена защита от коррозии, для чего используют лаки (например, АК-20). Контроль При анализе качества соединения используют ультразвуковые исследования и рентгеноскопию. Контроль качества шва может осуществляться визуально. Контроль на герметичность осуществляется различными методами: подача в узел воздуха с последующим контролем давления с помощью манометра создание внутри разрежения с последующим контролем его изменения создание внешнего вакуума (изделие под колпаком помещается в жидкость, наличие пузырьков свидетельствует о нарушении герметичности) специальные приборы: течеискатели УС ГАЗ ΔU 1 2 3 R V 4 Рис.3. Схема гелиевого течеискателя для контроля герметичности изделия. Объем, герметичность которого проверяется, обдувается гелием. Если герметичность нарушена, гелий просачивается. Камера соединена с вакуумной системой течеискателя. Гелий, попадая в эту систему, поступает в камеру масс-спектрометра, принцип действия которого основан на разделении смеси газов и выделении нужного элемента с помощью электрического и магнитных полей. Масс-спектрометр предназначен для анализа газовой смеси. Он разделяет по массам ионы газов, заставляя их двигаться по разным траекториям. Положительные ионы, полученные в ионизирующей камере 1, под действием электрического поля получают ускорение. Затем ионы через щель 2 вылетают в камеру 4, в которой на них действует магнитное поле, в результате чего они отклоняются. В зависимости от масс ионы движутся по различным траекториям. Ионы с наибольшей траекторией проходят щель 3, в результате чего на резисторе формируется падение напряжения, которое усиливается и регистрируется пишущим прибором. Управляя индукцией магнитного поля, можно добиться, чтобы ионы различных масс проходили через щель 3. В результате на выходе можно наблюдать кривую, имеющую ряд пиков. Высота каждого будет соответствовать концентрации ионов определенной массы. Клеевые соединения. Преимущества возможность соединения различных материалов. повышение прочности при статической нагрузке. защита от воздействий окружающей среды. Недостатки ограничение прочности при динамических нагрузках. ухудшение работы при увеличении температуры. Опасность для здоровья (некоторые виды клеев токсичны). может быть компенсатором некоторые марки клеев нельзя хранить: их необходимо использовать сразу после приготовления. существует возможность уменьшения трудоемкости. автоматизации и Приведем примеры видов клеев. 1. БФ (БФ-2, БФ-4). Представляют собой синтетические смолы, растворенные в спирте или ацетоне. Марка клея БФ-2 БФ-4 Диапазон рабочих температур [оС] от -60 до 120 от -60 до 100 Прочность соединения [кг/см2] от 60 до 385 от 45 до 600 Данные марки клея применяются для склеивания изделий из сталей, меди, алюминия, прочих металлов и их сплавов, а также для пластмасс. 2. Эпоксидный клей. Представляет собой синтетическую эпоксидную смолу с добавлением наполнителя, который необходим для коэффициента линейного расширения. В качестве наполнителя применяют железную пудру или алюминиевый порошок. Таблица 3.4. Марка клея Диапазон рабочих температур [оС] холодного отверждения горячего отверждения (отверждение при комнатной температуре) от -70 до 120 от -70 до 120 Прочность соединения [кг/см2] на 20% меньше 3. Клей АК-20. Представляет собой раствор нитроцеллюлозы в органическом растворе. Предназначен для склеивания пластмассы, ткани и т.д. Таблица 3.5. Марка клея Диапазон рабочих температур [оС] Прочность соединения [кг/см2] АК-20 от -60 до 40 от 20 до 25 Рассмотрим классификацию клеевых материалов и их состав. Основа клеев – полимеры. Любой полимер (или пластмасс) можно классифицировать на 2 группы реактопластичные (реактопласты) и термопластичные (термопласты) полимеры. – Отличие заключается в том, как тот или иной полимер ведет себя при нагревании. Термопласты под воздействием высоких температур обладают способностью многократно переходить в вязкотекучее (пластичное) состояние и вновь отверждаться при понижении температуры. Реактопласты же под воздействием высоких температур приобретают сшитую структуру макромолекул, это необратимый процесс. При последующем нагреве реактопластичные полимеры разрушаются, не переходя в пластичное состояние. К термопластам относят полиэтилен, полиметилметакрилат, полипропилен, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, поликарбонат, политетрафторэтилен, политрифторхлорэтилен, полиизобутилен, полистирол, полиамид, полиимид и другие полимеры. Реактопластами (также называемые, реактопластиками, термореактивными пластмассами, реактопластичными полимерами, дуропластами, реактопласт-полимерами, thermoset), говоря научным языком, называют полимерные материалы, которые при формовании в конечные изделия проходят необратимую химическую реакцию с образованием сшитой структурной сетки макромолекул (отверждение), в результате которой образуется неплавкий и нерастворимый полимер. По завершению отверждения изделия более не имеют возможности вторичной переработки, а при нагреве материал не становится пластичным, а лишь деструктирует или возгорается. По виду применяемых основ реактопластичные полимеры делят на фенопласты (основа фенолформальдегидные смолы), имидопласты (основа – олигоимиды), эпоксипласты (основа - эпоксидные смолы), эфиропласты (основа - акриловые олигомеры), аминопласты (основа - мочевино- и меламино-формальдегидные смолы) и др. Часто реактопластмассы в изделиях являются не чистыми полимерами (т.к. высоки усадочные процессы), а наполненными (композитными). Так обычно они содержат такие наполнители как стекловолокно и другие волокнистые наполнители, сажу, мел, целлюлозу, древесную муку, кварцевый песок и др. Термореактивные материалы за счет сшитой трехмерной структуры, как правило, обладают более высокими показателями твёрдости, хрупкости и упругости, более низким коэффициентом теплового расширения, чем термопластичные материалы, имеют стойкость к органическим растворителям и слабым кислотным и щелочным средам. В отличие от термопластов, чаще всего, могут эксплуатироваться при более высоких температурах. Отверждение клеев на основе реактопластов является наряду с подготовкой поверхностей важнейшей операцией в технологии склеивания. Выбор режимов (температуры, продолжительности, давления) отверждения клея зависит не только от его природы, но и от типа соединяемого материала и условий эксплуатации изделий. Итак, основой клеев являются полимеры. В состав клеев входит основа клея и растворители - вода или органические соединения: ацетон, этиловый спирт, бензин; пластификаторы; наполнители. Пластификаторы уменьшают хрупкость и температуру стеклования, повышают морозостойкость, текучесть и стойкость клеевых композиций к термоциклированию, но ухудшают их термостойкость и снижают механическую прочность. Наполнители - важные компоненты клеев, которые обеспечивают необходимую вязкость клея, уменьшают усадку при затвердевании клеевого слоя и повышают его прочность (кварцевый песок, каолин, мел и др.). Некоторые наполнители являются специально введенным балластом, который незначительно ухудшает комплекс свойств, но удешевляет клей. Такие наполнители называют экс-тендерами. Отвердители входят в состав клея на основе ненасыщенных (термореактивных) смол. Вместе с ними используют катализаторы (ускорители) процесса отверждения. Пленки термореактивных клеев при нагревании отвердевают необратимо. Загустители и разбавители используют для регулирования вязкости клеев. Стабилизаторы добавляют в клеи для повышения стойкости клеевых соединений к внешним воздействиям в процессе эксплуатации. Клеи-расплавы - это термопластичные безрастворные клеи, они приобретают адгезионные свойства только при нагревании, а после охлаждения клеевое соединение твердеет. Их преимущество - отсутствие органических растворителей. Получение клеевого соединения происходит благодаря различные механизмы отверждения клеев. полимеризация. Существуют Познакомьтесь с ними на сайте https://germeticus.ru (Принципы полимеризации клеящих веществ). Известны следующие варианты: анаэробная реакция; воздействие УФ лучей; анионная реакция (цианоакрилаты); активация (модифицированные акрилы); влажностное отверждение (силиконы); тепловое отверждение (эпоксиды). В качестве примера можно рассмотреть эпоксидные клеи. Сочетание универсальных свойств эпоксидного клея нашло широкое применение во многих областях народного хозяйства и промышленности: в строительстве – соединение железобетонных конструкций мостов, трехслойных панелей, заполнение трещин в бетоне, приклеивание плитки, склеивание металла с бетоном и др.; в отрасли машиностроения – производство абразивного инструмента, технологической оснастки, крепление тормозных колодок, пластмассовых деталей к металлическим поверхностям, проведение ремонтных работ бензобака, кузова автомобиля, коробок передач, обшивок, тормозных коробок и пр.; авиа конструировании – создание клеесварных стыков при сборе летательных аппаратов, изготовление солнечных батарей, фиксация внутренней и наружной теплозащиты; Эпоксидный клей представляет собой термореактивный синтетический продукт. Материал создан как комбинация эпоксидной смолы и дополнительных компонентов: отвердителей, растворителей, наполнителей и пластификаторов. Для эпоксидных клеев используют такие растворители: ацетон; кселол; спирты; прочие органические соединения. Количество растворителей не должно превышать 3-5% объема сухой смолы. Превышение количества растворителей нежелательно, так как впоследствии их сложно удалить из клеевого соединения. Спирты и некоторые другие растворители ускоряют отверждение эпоксидных клеев. Наполнители эпоксидной смолы-клея: порошкообразные вещества (сажа, окись алюминия, ванадия, цинка или берилия, кремнезем, никелевый и алюминиевый порошки); стеклянные, углеродные волокна; ткани из стеклянных/синтетических волокон. Роль пластификаторов выполняют эфиры фосфорной и фталевой кислоты. Соединение всех компонентов в одну композицию позволяет получить клеевой состав, обладающий следующими качествами: теплостойкость – зависимо от наполнителя достигает +250°С; морозостойкость – соединение выдерживает до -20°С; Эпоксидный клей классифицируют по трем основным критериям: по составу, консистенции и способу отверждения. Зависимо от состава эпоксидка делится на однокомпонентные и двукомпонентные. Однокомпонентный клей эпоксидный прозрачный содержит жидкую смолу или органический растворитель со смолой. Состав в готовом виде заключен в тюбик и перед применением не нуждается в какой-либо подготовке. Такой клей используется для склеивания небольших деталей, герметизации зазоров и стыков труб. Для отвердения большинству однокомпонентных состав не требуется предварительное нагревание, а некоторые клеи «схватываются» под воздействием тепла. Эпоксидные клеи холодного отверждения способны работать при температуре не выше 100 °С. Клеи горячего отверждения при повышенных температурах обладают лучшими свойствами, и поэтому нашли более широкое применение. Нагревостойкие клеевые композиции применяются в основном в авиационной промышленности и космической технике; технология их применения может быть очень специфичной для каждого отдельного случая. Технологический процесс склеивания. 1. Подгонка поверхности Шов внахлест. Соединяемые поверхности должны плотно прилегать друг к другу. Небольшая шероховатость (~ 0,63 по Ra) оказывает положительное влияние на соединение. 2. Очистка поверхности Осуществляется промывка изделия в бензине, ацетоне, может использоваться также травление в кислоте, для малоуглеродистой стали используется 25% раствор фосфорной кислоты при температуре 60оС. Для нержавеющей стали применяются щелочи, для меди, латуни – азотная кислота, для алюминия – раствор серной кислоты. Промывка в горячей воде, резина протирается бензином, пластмасса – растворителем. 3. Нанесение клея Нанесение клея осуществляется различными способами: - с помощью кисти; - распылителем из пульверизатора; - окунанием; - дозатором в манипуляторе робота; - на автоматической линии с активным контролем. 4. Сборка Необходима выдержка. Детали собираются в приспособления с элементами крепления, поверхности при этом прижимаются с определенным усилием, при этом усилие определяется маркой клея. Смысл операции состоит в компенсации зазоров, возникающих из-за плохой подгонки деталей. 5. Выдержка Осуществляется затвердевание клея, которое может происходить: - из-за улетучивания растворение; - в ходе полимеризации, которую можно объяснить как сшивание эпоксидных групп клея и отвердителя. В первом случае клей называют обратимым. Выдержка может осуществляться при нормальной температуре. Во втором случае необратимый клей, определенная температура, время, давление и т.д. Кроме температурной полимеризации существуют другие механизмы: лучевая полимеризация с использованием УФ и ИК излучения. 6. Очистка шва - механическая; - с помощью растворителей. 7. Контроль Заключается во внешнем осмотре соединения. Если же соединения подвергаются воздействию механических нагрузок, то они подвергаются контролю на прочность при разрыве, срезе. Применяется также контроль на герметичность различными способами: 1). Исследование внутренней структуры с помощью рентгеновской томографии. 2). Ультразвуковая дефектоскопия. 3). Голографические методы контроля. Иногда для испытания используются образцы, склеенные в том же режиме и тем же клеем. Рис 4. Схема поточно-механизированной линии сборки. На участке промывки осуществляется качественная очистка от механических и жировых загрязнений, в том числе используется очистка ультразвуком и струйная промывка с дополнительной обработкой ацетоном. Нанесение клея осуществляется при помощи клеевых головок в полуавтоматическом режиме. Время нанесение клея составляет несколько секунд. Подача осуществляется вручную или автоматически в кассетах. Толщина клея 15-30 мкм. Также может быть использован клей со свойством полимеризации, с порошковым наполнителем с диаметром зерен 2-5 мкм. Во время сборки клеевые швы между соединенными деталями играют роль элементовкомпенсаторов, т.е. используются для повышения точности сборки. Полимеризация осуществляется в термостате в постоянном режиме или изменяющемся ступенчато с нагревом путем подачи тока на обмотки элементов, токами высокой частоты. Контроль степени полимеризации осуществляется: - по прочности соединения; - по твердости соединения; - с использованием рентгеновской томографии; - с использованием инфракрасной и ультрафиолетовой спектрографии (по спектру излучения определяют амплитуды на частоте, свойственной отвердителю, таким образом определяются не среагировавшие эпоксидные группы). ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА Виды неуравновешенности Статическая Моментная Динамическая Оптическая система вращается Квантовый генератор – 3 – это источник излучения. Частота вращения оптической системы управляется блоком – 4, 5 – блок синхронизации положения оптической системы по отношению к тяжелому месту. 6 – блок управления энергией лазера в соответствии с величиной неуравновешенности. При приближении фокуса осуществляется подача линз к импульсов, положению поджигающих тяжелого лампу Формируется световой луч, который воздействует на ротор. места накачки. Оптическая система неподвижна В данной схеме: 1- лазер; 2- система фокусировки; 3 – частотно-избирательный усилитель, выделяющий из сигнала сигнал, пропорциональный неуравновешенности. Блок сравнения плоскостей, исключающий влияние со стороны другой плоскости коррекции. 4 – синхронизация положения тяжелого места и момента запуска ОКГ; 5 – блок управления энергией излучения. Сигнал с датчиков (датчики вибрации) проходит в блок сравнения плоскостей, усиливается, из сигнала выделяется первая гармоника, пропорциональная неуравновешенности. В блоке синхронизации осуществляется формирование импульсов, согласованных с положением максимума сигнала. Импульсы поступают в формирователь импульсов малой дальности, которые поступают в блок 5 управления энергией ОКГ. При подаче разрешающего сигнала генератор блока запускает подготовительный процесс, связанный с накачкой ОКГ. Временной интервал, в течение которого этот процесс осуществляется, зависит от амплитуды сигнала, т.е. от величины дисбаланса. В момент прохождения тяжелого места под фокусом линзы подается сигнал на поджиг лампы накачки, и световой луч, пройдя оптическую систему, воздействует на ротор, удаляя определенную массу материала. При повторении процесса сигнал корректируется соответственно изменению величины неуравновешенности. Съем материала может осуществляться первым способом. Для перехода к режиму модулированной добротности используют специальные устройства – затворы, которые позволяют на время отключать зеркала резонатора. СБОРКА ШАРИКОПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР Параметры контроля - посадочные места в корпусе и на валу; - точность формы; - шероховатость; - биение посадочных торцов. - D и d внешний и внутренний диаметры; - параллельность торцевых поверхностей колец; - радиальное и торцевое биение наружного и внутреннего колец. Типы подшипников – Основные типы подшипников, использующих тела качения в форме шариков: A – шариковый радиальный, Б – шариковый радиальный сферический, В – шариковый радиально упорный. Дефекты изготовления, сборки и эксплуатации подшипников влияют на сигнал вибрации различным образом и имеют разные диагностические признаки. Это позволяет обнаруживать развивающиеся дефекты, определять состояние подшипника и обеспечивать достаточно достоверный его прогноз Контроль комплексных показателей производится специальных установках: - момент сопротивления вращению; М тр 4Jn 2 T , 1 - маховик; 2 - диск; 3 - подставка; 4 - гири; 5 - 6 - подшипник, связанный наружным кольцом с подставкой; втулка; 7 - осветитель; 8 - фотодатчик. на Для определения n и Т используется измерительный блок. Он представлен осветителем 7 и фотодатчиком 8. Маховик 1 обрамляет диск 2, который состоит из чередующихся светлых и темных секторов. Скорость вращения сообщается с помощью нити, накрученной на маховик и гири 4. Во время пересечения лучом затемненного сектора, ток в цепи фотоэлемента прерывается, осуществляется включение счетчика оборотов и секундомера. В момент остановки импульсный режим работы системы прекращается. - осевая жесткость; Осевая жесткость – это важный параметр для скорости шарикоподшипников, которые собираются под усилием осевой затяжки. Если осевая жесткость шарикоподшипниковых опор неодинаковая, то система прибора, связанная с наружными кольцами, может смещаться относительно системы, связанной с внутренними кольцами по оси. В результате может сместиться центр тяжести, поэтому важно, чтобы подшипники, устанавливаемые в опоры одного прибора, были близки по осевой жесткости. Используются специальные установки, в которых осевое смещение осуществляется с помощью грузов, т.е. добиваются смещения внутреннего кольца относительно наружного и его измеряют. - контактный угол; От значения этого угла у радиально-опорных подшипников зависит момент трения. Измерение контактного угла β производится на специальных установках. nш nв нутр. nш D dш nвнутр. ( D0 d ш cos ) nсеп dш nвнутр. ( D0 d ш cos ) 2 D0 nвнутр.- скорость вращения внутреннего кольца; nсеп - скорость вращения сепаратора с шариками; nш - скорость вращения шариков; D0 - расстояние между осями шариков; dш – диаметр шарика; β – контактный угол. 1 - электродвигатель; фотодатчик; 3, 15 - 4 - груз; 6 - винт; 9 - шарикоподшипник; 10 - вал; 11 - гайка; 12, - фотоэлектронный датчик; 14 Число оборотов внутреннего кольца и вала определяется фотоэлектронным датчиком 3 13 - линза; и 15. На фотоприемнике формируются импульсы, 2 из которых соответствуют обороту внутреннего кольца. Число оборотов сепаратора с шариками измеряется фотоэлектронным датчиком 12 и 14. При прохождении каждого шарика между осветителем и фотоэлементом выдается импульс. Если количество шариков равно z, то z импульсов равно 1 обороту сепаратора. После фотодатчика 15 импульсы передаются на схему обработки, представляющую собой усилитель, переключатель и счетчик. При включении двигателя происходит включение счетчика оборотов вала, его импульс через переключатель П1 включает счетчик ДС, а переключатель П2 задает требуемое число оборотов вала. Последний импульс счетчика ПС от этого набранного числа осуществляет выключение счетчиков, а К2 сбрасывает показатели счетчиков в 0. Тогда контактный угол может быть найден с помощью следующего выражения: D0 arccos dш 4 m сеп . 1 m , z в нутр где mсеп. и mвнутр. – количество импульсов, соответственно равны: mвнутр. 2nвнутр. mсеп. znвнутр. где z – кол-во шариков, - вибрация; Вибрация создается скоростными подшипниками из-за того, что шарики имеют погрешность формы, неодинаковые размеры и т.д., а, следовательно, необходимо измерять уровень вибрации. В используемой системе внутреннее кольцо устанавливается на упруго подвешенной опоре, с которой связаны датчики: емкостные, индукционные. Наружному кольцу сообщают вращение, при наличии вибрации в датчиках наводится ЭДС, пропорциональная уровню вибрации. По оценке уровня вибрации делается вывод о годности данного шарикоподшипника. Монтаж и регулировка зазоров шарикоподшипника. Связь радиального и осевого зазоров. S 2 (2r d ш ) е где r – радиус желоба, ΔS – осевой зазор, e – радиальный зазор. Статическое уравновешивание узлов Статическая неуравновешенность Под статической неуравновешенностью детали узла понимают несовпадение центр масс с осью вращения узла. Задача операции уравновешивания - привести центр масс на ось вращения узла Для этого вида неуравновешенности характерно следующее: центр масс не лежит на оси вращения, проявляется в состоянии покоя. М G G r cos Неуравновешенность компенсируется перемещением балансировочных винтов. Сжатый воздух подаётся из компрессора, проходит фильтрацию, затем стабилизатор давления. Величина давления измеряется манометром. 1 - рамка; 2 - грузы для уравновешивания рамы; 3,4 - аэростатические подшипники; 5 - стабилизатор давления и измеритель; 6 - фильтр; 7 - источник давления; 8 - датчик угла; 9 - фазочувствительный усилитель; 10 - измерительный прибор; 11 - датчик момента. Приспособление с аэродинамическим подвесом Статическая неуравновешенность в жидкости Неуравновешенное состояние создается силами P и G. Балансировка осуществляется за счет системы спец. элементов 1 - 6. Составляющие неуравновешенности 1. Плавучесть Плавучесть Р определяется разностью между весом поплавка и выталкивающей силой и должна сводиться к нулю, т. е. Р Р F 0 х Остаточная плавучесть может быть положительной и отрицательной; она сводится к минимуму в основном подбором соответствующих грузов 5 и 6 или их доработкой с целью снижения нагрузки на опоры подвеса поплавка. Грузы 5 и 6 представляют собой металлические шайбы, выполненные из материалов с различным удельным весом (магниевый сплав, алюминиевый сплав, сталь, сплавы металлокерамики). Практически допустимое значение остаточной плавучести составляет десятые доли грамма. 2. Дифферент Дифферент определяется как сумма моментов относительно оси У M y 0 Дифферент может быть значительным и при нулевой плавучести поплавка. Дифферент поплавка также определяет нагрузку на опоры подвеса; он устраняется путем перераспределения масс грузов 5 и 6. Допустимые значения момента дифферента обычно составляют величину в несколько единиц г-см. 3. Статическая неуравновешенность относительно оси подвеса Балансировка гироузла относительно оси подвеса проводится в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, определяемых грузами 4—2 и 1-3. Полная уравновешенность относительно оси X характеризуется условием M x ( 4 2) 0 M x (13) 0 Указанными грузами производится балансировка поплавка в соответствующих плоскостях. Уравновешивание в жидкости в балансировочной ванне происходит при температуре ж t1 n t p t ж n где tб - температура балансировочной жидкости, при которой производится операция; t1 - расчетная температура балансировочной жидкости, плотность которой соответствует плотности рабочей жидкости при рабочей температуре; tр- ж п рабочая температура прибора; коэффициент объемного расширения жидкости; - коэффициент объемного расширения материала поплавка. С целью уменьшения момента трения в опорах гироузла и повышения точности уравновешивания, в установке применен вибратор, позволяющий использовать эффект Жуковского Эффект Жуковского заключается в следующем: для того, чтобы какое-то тело могло перемещаться по плоскости S с небольшой скоростью Vр под действием силы Р, преодолевая значительно большую Fmр телу от внешнего источника возвратно-поступательное энергии сообщают движение со скоростью Vв, направляемое перпендикулярно силе Р и скорости Vр. Если скорость Vb значительно больше Vр, то их сумма Vε не значительно отличается по величине и направлению от Vв. Сила Fmр оказывается трения Fр может быть доведена до получения неравенства: Fp P за счет увеличения скорости Vb. направленной против суммарного вектора скорости Vε При этом составляющая силы Балансировка относительно оси подвеса Моменты этих двух сил рассматривается относительно оси подвеса. На воздухе совмещают с осью подвеса центр тяжести (предварительная балансировка). В жидкости перемещается центр давления. При этом балансировка в жидкости не должна нарушать баланс на воздухе, т.е. не должен перемещаться центр тяжести. Для того, чтобы перемещать только центры давления, балансировочные грузы изготавливают с равным объёмом, но из разных материалов, или с одинаковым весом, но разного объёма. Например, грузы имеют одинаковый вес, но разный объём, тогда, перемещая такую пару, осуществляется смещение только центра давления. Допустим, что центр тяжести уже на оси подвеса, тогда: М Z Gж X д Остаточный вес грузов в жидкости: G1 G1 жV G2 G2 жV Нужно убрать момент, создаваемый выталкивающей силой и не нарушить балансировку на воздухе. G1 x1 G2 x2 0 , G ж xд G1 x1 G2 x2 0 . Учитывая предыдущие формулы, получаем: G2 G ж x д x1 ж V G2 G1 G1 Gж xд x2 ж V G2 G1 Если перемещение соответствует данным формулам, то центр давления и центр тяжести совпадают. Причины, нарушающие балансировку 1). Балансируемый узел находится в статическом режиме, т.е. ротор неподвижен. Общая неуравновешенность– это сумма неуравновешенности ротора и поплавка. При запуске ротора, угол φ меняется, происходит смещение центра тяжести гироузла. 2) Деформация поплавкового гироузла происходит из-за перегрева в результате создания местных напряжений при сварке, колебаний температуры и изменения со временем линейных размеров. 3) Пузырьки воздуха приводят к неуравновешенности, поэтому элементы поплавка надо вакуумировать. В собранном приборе должна быть предусмотрена возможность регулировки. Виды балансировочных элементов для окончательной балансировки собранного прибора 1. Механические элементы 2. Ампулы электролитического типа. 3.Ампулы с легкоплавким материалом. 4. Пластины из материала, обладающего эффектом памяти. 1. 2. 3. 4. 5.
