|
Реферат: Обработка материалов электрическим током и лазером (Технология)
Министерство транспорта РФ
Костромской автотранспортный техникум
Специальность 1705
Реферат
На тему:
«Обработка материалов электрическим током и лазером»
Выполнил: студент
Группы 23а
Козин А.Н.
Проверил:
Голев Н.Г.
Кострома 2002
Содержание
Введение 3
Технология электроэрозионной обработки 4
Сущность электроэрозионной обработки 4
Рабочая среда 5
Электроды-инструменты 6
Электроэрозионные станки 7
Общая характеристика процесса электроэрозионной обработки 8
Типовые операции электроэрозионной обработки 8
Прошивание отверстий 9
Маркирование 9
Вырезание 9
Шлифование 10
Электроискровая и электроимпульсная обработка 11
Лазерная обработка металлов 16
заключение 17
Список литературы 18
ВВЕДЕНИЕ
К электротехнологии относятся электрические способы обработки
металлов, получившие большое развитие за последнее десятилетие.
Электрическими способами обработки называются такие виды обработки,
при осуществлении которых съем металла или изменение структуры и качества
поверхностного слоя детали являются следствием термического, химического
или комбинированного действия электрического тока, подводимого
непосредственно (гальваническая связь) к детали и инструменту. При этом
преобразование электрической энергии в другие виды энергии происходит в
зоне обработки, образованной взаимодействующими поверхностями инструмента и
обрабатываемой детали.
Технология электроэрозионной обработки
Сущность электроэрозионной обработки
Разрушение поверхностных слоев материала под влиянием внешнего
воздействия электрических разрядов называется электрической эрозией. На
этом явлении основан принцип электроэрозионной обработки (ЭЭО).
Электроэрозионная обработка заключается в изменении формы, размеров,
шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием
электрических разрядов в результате электрической эрозии (ГОСТ 25331-82).
Под воздействием высоких температур в зоне разряда происходят нагрев,
расплавление, и частичное испарение металла. Для получения высоких
температур в зоне разряда необходима большая концентрация энергии. Для
достижения этой цели используется генератор импульсов. Процесс ЭЭО
происходит в рабочей жидкости, которая заполняет пространство между
электродами; при этом один из электродов — заготовка, а другой — электрод-
инструмент.
Под действием сил, возникающих в канале разряда, жидкий и парообразный
материал выбрасывается из зоны разряда в рабочую жидкость, окружающую его,
и застывает в ней с образованием отдельных частиц. В месте действия
импульса тока на поверхности электродов появляются лунки. Таким образом
осуществляется электрическая эрозия токопроводящего материала, показанная
на примере действия одного импульса тока, и образование одной эрозионной
лунки.
Материалы, из которых изготавливается электрод-инструмент, должны
иметь высокую эрозионную стойкость. Наилучшие показатели в отношении
эрозионной стойкости ЭИ и обеспечения стабильности протекания
электроэрозионного процесса имеют медь, латунь, вольфрам, алюминий, графит
и графитовые материалы.
Рабочая среда
Рабочие жидкости (РЖ) должны удовлетворять следующим требованиям:
— обеспечение высоких технологических показателей ЭЭО;
— термическая стабильность физико-химических свойств при воздействии
электрических разрядов с параметрами, соответствующими применяемым при
электроэрозионной обработке;
— низкая коррозионная активность к материалам ЭИ и обрабатываемой
заготовки;
— высокая температура вспышки и низкая испаряемость;
— хорошая фильтруемость;
— отсутствие запаха и низкая токсичность.
При электроэрозионной обработке применение получили низкомолекулярные
углеводородистые жидкости различной вязкости; вода и в незначительной
степени кремнийорганические жидкости, а также водные растворы двухатомных
спиртов.
Для каждого вида ЭЭО применяют рабочие жидкости, обеспечивающие
оптимальный режим обработки. На черновых режимах рекомендуется применять
рабочие жидкости с вязкостью [pic] (смесь керосин-масло индустриальное), а
на чистовых [pic] (керосин, сырье углеводородное).
Электроды-инструменты
Электроды-инструменты (ЭИ) должны обеспечивать стабильную работу во
всем диапазоне рабочих режимов ЭЭО и максимальную производительность при
малом износе. Электроды-инструменты должен быть достаточно жестким и
противостоять различным условиям механической деформации (усилиям прокачки
РЖ) и температурным деформациям.
На поверхности ЭИ не должно быть вмятин, трещин, царапин и расслоения.
Поверхность ЭИ должна иметь шероховатость [pic]
При обработке углеродистых, инструментальных сталей и жаропрочных
сплавов на никелевой основе используют графитовые и медные ЭИ. Для черновой
ЭЭО заготовок из этих материалов применяются ЭИ из алюминиевых сплавов и
чугуна, а при обработке отверстий — ЭИ из латуни. При обработке твердых
сплавов и тугоплавких материалов на основе вольфрама, молибдена и ряда
других материалов широко применяют ЭИ из композиционных материалов, так как
при использовании графитовых ЭИ не обеспечивается высокая
производительность из-за низкой стабильности электроэрозионного процесса, а
ЭИ из меди имеют большой износ, достигающий десятка процентов, и высокую
стоимость.
Износ ЭИ зависит от материала, из которого он изготовлен, от
параметров рабочего импульса, свойств РЖ, площади обрабатываемой
поверхности, а также от наличия вибрации.
На выбор материала и конструкции ЭИ существенное влияние оказывают
материал заготовки, площадь обрабатываемой поверхности, сложность ее формы,
требования к точности и серийности изделия.
Электроэрозионные станки
По технологическому назначению эти станки классифицируют на
универсальные, специализированные и специальные.
В таблице 2.1 приведены характеристики некоторых электроэрозионных
станков.
Таблица 1 — Электроэрозионные станки.
|Модель |Наименование станка |Назначение и краткая характеристика |
|станка | | |
|4720М |Станок настольный |Изготовление рабочих деталей |
| |электроэрозионный |пресс-форм, фасонных деталей из |
| |копировально-прошивочный.|труднообрабатываемых штампов. |
| |Универсальный. |Производительность — 70 мм2/мин, |
| | |шероховатость — Ra = 0,8(0,4. |
|4К721АФ1|Электроэрозионный |Обработка сложнопрофильных отверстий.|
| |копировально-прошивочный |Производительность — 250 мм2/мин, |
| |станок. Универсальный. |шероховатость — Ra = 1,25. |
|4Е723-01|Электроэрозионный |Изготовление элементов деталей из |
|Ф1 |копировально-прошивочный |труднообрабатываемых сплавов, прореза|
| |станок. Универсальный. |отверстий. Производительность — |
| | |1200 мм2/мин, шероховатость — |
| | |Ra = 2,5. |
|4П724Ф3М|Электроэрозионный станок |Изготовление элементов деталей |
| |копировально-прошивочный |ковочных штампов, прореза фасонных |
| |с ЧПУ. Универсальный. |отверстий. Производительность — 200 |
| | |мм2/мин, шероховатость — |
| | |Ra = 3,2(1,6. |
|4Б611 |Переносной |Прошивание отверстий. |
| |электроэрозионный станок.|Производительность — скорость |
| |Специальный. |углубления — 15 мкм/мин. |
| | |Шероховатость Rz = 160. |
|4531Ф3 |Электроэрозионный станок |Вырезка проволочным ЭИ деталей |
| |с программным управлением|вырубных штампов, матриц, шаблонов. |
| |для профильной вырезки. |Производительность — 18 мм2/мин. |
| | |Шероховатость — Ra=1,25. |
|4735Ф3М |Электроэрозионный станок,|Вырезка проволочным ЭИ деталей |
| |вырезной, высокой |вырубных штампов, матриц, фасонных |
| |точности с ЧПУ. |резцов, шаблонов. Производительность |
| |Специализированный. |— 40 мм2/мин. Шероховатость — |
| | |Ra = 1,25. |
|ЭФА |Электроэрозионный станок,|Вырезка проволочным ЭИ деталей |
| |фотокопировальный. |вырубных штампов, матриц, шаблонов, |
| |Специализированный. |изделий народного потребления. |
| | |Производительность — 20 мм2/мин. |
| | |Шероховатость — Ra = 1,25. |
Общая характеристика процесса
электроэрозионной обработки
Типовой технологический процесс ЭЭО на копировально-прошивочных
станках заключается в следующем:
1. заготовку фиксируют и жестко крепят на столе станка или в
приспособлении. Тяжелые установки (весом выше 100 кг) устанавливают без
крепления. Устанавливают и крепят в электродержателе ЭИ. Положение ЭИ
относительно обрабатываемой заготовки выверяют по установочным рискам с
помощью микроскопа или по базовым штифтам. Затем ванну стакана поднимают
и заполняют РЖ выше поверхности обрабатываемой заготовки.
2. Устанавливают требуемый электрический режим обработки на генераторе
импульсов, настраивают глубинометр и регулятор подачи. В случае
необходимости включают вибратор и подкачку РЖ.
3. В целях повышения производительности и обеспечения заданной
шероховатости поверхности обработку производят в три перехода:
предварительный режим — черновым ЭИ и окончательный — чистовым и
доводочным.
Типовые операции
электроэрозионной обработки
По технологическим признакам устанавливаются следующие виды ЭЭО:
4. отрезка (ЭЭОт)
5. объемное копирование (ЭЭОК)
6. вырезание (ЭЭВ)
7. прошивание (ЭЭПр)
8. шлифование (ЭЭШ)
9. доводка (ЭЭД)
10. маркирование (ЭЭМ)
11. упрочнение (ЭЭУ)
Прошивание отверстий
При ЭЭО прошивают отверстия на глубину до 20 диаметров с
использованием стержневого ЭИ и до 40 диаметров — трубчатого ЭИ. Глубина
прошиваемого отверстия может быть значительно увеличена, если вращать ЭИ,
или обрабатываемую поверхность, или и то и другое с одновременной прокачкой
РЖ через ЭИ или с отсосом ее из зоны ОбРаБотки. Скорость ЭЭПр достигает 2-4
мм/мин.
Маркирование
Маркирование выполняется нанесением на изделие цифр, букв, фирменных
знаков и др. Электроэрозионное маркирование обеспечивает высокое качество,
не вызывает деформации металла и не создает зоны концентрации внутреннего
напряжения, которое возникает при маркировании ударными клеймами. Глубина
нанесения знаков может колебаться в пределах от 0,1 до 1 мм.
Операция может выполняться одним ЭИ и по многоэлектродной схеме.
Изготавливаются ЭИ из графита, меди, латуни, алюминия.
Производительность составляет около 3-8 мм/с. Глубина знаков зависит
от скорости движения электрода. При скорости движения электрода более 6
мм/с четкость знаков ухудшается. В среднем на знак высотой 5 мм
затрачивается около 4 с.
Вырезание
В основном производстве ЭЭВ применяют при изготовлении деталей электро-
вакуумной и электронной техники, ювелирных изделий и т.д. в
инструментальном производстве, при изготовлении матриц, пуансонов,
пуансонодержателей и других деталей, а также вырубных штампов, копиров,
шаблонов, цанг, лекал, фасонных резцов и др.
Шлифование
Этот процесс шлифования применяют для чистовой обработки
труднообрабатываемых материалов, магнитных и твердых сплавов.
Отклонение размеров профиля после электроэрозионного шлифования
находится в пределах от 0,005 до 0,05 мм, шероховатость Ra = 2,5(0,25,
производительность — 260 мм2/мин.
Электроискровая и электроимпульсная обработка
Электрическими способами обработки называются такие виды обработки,
при осуществлении которых съем металла или изменение структуры и качества
поверхностного слоя детали являются следствием термического, химического
или комбинированного действия электрического тока, подводимого
непосредственно (гальваническая связь) к детали и инструменту. При этом
преобразование электрической энергии в другие виды энергии происходит в
зоне обработки, образованной взаимодействующими поверхностями инструмента и
обрабатываемой детали.
Электрическая обработка включает в себя электроэрозионные,
электрохимические, комбинированные электроэрозионно-химические и
электромеханические способы обработки (схема 1).
При электроэрозионных способах обработки съем металла и изменение
свойств поверхности детали являются результатом термического действия
электрического тока.
В свою очередь, электроэрозионные способы обработки металлов по
назначению различаются на способы, при помощи которых осуществляется:
а) электроэрозионная размерная обработка металлов (съем металла и
придание заготовке заданной формы и размера);
б) электроэрозионное упрочнение или покрытие (изменение свойств
поверхностного слоя).
В настоящее время известны и применяются следующие основные способы
электроэрозионной обработки: электроискровой, электроимпульсный и
электроконтактный. Практически к этой же группе следует отнести и анодно-
механический способ, так как электрохимический съем металла (анодное
растворение) применяется лишь на доводочных режимах и притом не во всех
случаях использования этого метода. [pic]
Схема 1. Общая классификация электроэрозионных способов обработки металлов.
Как видно из схемы 1, электроискровой и электроимпульсный способы
позволяют произвести как съем металла, так и упрочнение; анодно-
механический и электроконтактный - только съем металла.
В зависимости от того, каким способом производится обработка или
упрочнение, можно говорить об электроискровой, электроимпульсной,
электроконтактной или анодно-механической размерной обработке или
упрочнении.
Приведенные определения и классификация позволяют рассматривать
электрическую обработку металлов как самостоятельную отрасль
электротехнологии.
С появлением электрических способов обработки оказалось в принципе
возможным осуществление методами электротехнологии всего комплекса
операций, необходимых для превращения заготовки в готовую деталь, включая и
ее термическую обработку.
Электроэрозионные способы не исключают механическую обработку, а
дополняют ее, занимая свое определенное место, соответствующее их
особенностям, а именно: возможности обработки токопроводящих материалов с
любыми физико-механическими свойствами и отображения формы инструмента в
изделии. Следовательно, использование электроэрозионных способов обработки
будет развиваться с повышением твердости и вязкости обрабатываемых
материалов, с усложнением формы детали и обрабатываемых поверхностей
(полости сложной конфигурации, отверстия с криволинейной осью, отверстия
весьма малого диаметра, тонкие и глубокие щели простой и сложной формы и т.
п.), наконец, с улучшением технико-экономических показателей
электроэрозионных способов обработки - повышением производительности,
чистоты поверхности, точности, стойкости инструмента и снижением
энергоемкости процесса.
Особо перспективным является использование электрических способов для
обработки деталей из твердых сплавов, жаропрочных сталей и специальных
трудно обрабатываемых сплавов, получающих все большее применение в связи с
повышением давлений, температур и скоростей в машинах и аппаратах.
Отдельные элементы разновидностей и частные применения
электроэрозионной обработки металлов были известны давно. Например, резка
металлов с наложением электрического тока (так называемая,
электрофрикционная резка, близкая по схеме и параметрам к электроконтактной
обработке) применялась около 70 лет тому назад; поверхностное упрочнение
угольным электродом с помощью электрического тока по методу Д. Н.
Дульчевского предложено в 1928 г. и др.
Однако быстрое развитие способов электроэрозионной обработки металлов
и превращение их в самостоятельную отрасль электротехнологии началось
вскоре после изобретения в 1943 г. Б. Р. и Н. И. Лазаренко
электроискрового способа и В. Н. Гусевым - анодно-механического способа.
Эти способы были дополнены в 1948 г. новым применением
электроконтактной обработки (заточка по методу инж. М. Е. Перлина),
получившим дальнейшее развитие в работах Харьковского электротехнического
института, Харьковского подшипникового завода (обработка шаров по методу
инж. Б. П. Гофмана), ХТЗ имени Орджоникидзе (обработка траков), научно-
исследовательского института Минсудпрома (обработка гребных винтов) и др.
Развитие электроискрового и анодно-механического способов шло по
линии создания многочисленных опытных конструкций приспособленных и
специальных электроэрозионных станков, автоматических регуляторов и
освоения новых технологических операций. Технические характеристики этих
способов - производительность, стойкость инструмента, энергоемкость,
удобство в эксплуатации - за этот период не получили сколько-нибудь
существенного изменения в лучшую сторону.
В электроискровом способе, основанном на применении зависимых
(конденсаторных) релаксационных генераторов импульсов, практически
исчерпаны возможности дальнейшего повышения производительности, снижения
износа инструмента и энергоемкости. Оказались необходимыми принципиально
новые технические решения и отказ от конденсаторных схем. Первые шаги в
этом направлении были сделаны в 1950 г. в Конструкторском Бюро Министерства
Станкостроительной и Инструментальной Промышленности (КБ МСиИП) в области
создания новых источников питания импульсным током (независимых генераторов
импульсов) для прошивочно-копировальных работ и Одесским политехническим
институтом в области разработки источников импульсного тока для обработки
вращающимся инструментом на мягких режимах (для изготовления надфилей).
Новый способ обработки, основанный на применении независимых
генераторов импульсов напряжения и тока, получил название
электроимпульсного.
С 1951 г. электроимпульсный способ разрабатывался в тесном
содружестве тремя организациями: Конструкторским бюро МСиИП, Лабораторией
электрических методов обработки Экспериментального научно-
исследовательского института металлорежущих станков и кафедрой
электрических машин Харьковского политехнического института имени В. И.
Ленина.
Электроимпульсный способ обработки при осуществлении прошивочно-
копировальных работ позволил по сравнению с электроискровым способом
повысить скорость съема металла на жестких режимах в 5-10 раз при наличии
возможности ее дальнейшего увеличения, снизить износ инструмента в 5-20 раз
и энергоемкость в 2-3 раза.
Приводимые в данной работе сведения характеризуют в целом современное
состояние техники, технологии и производственного использования
электроэрозионной обработки металлов. Наибольшее внимание уделяется при
этом электроимпульсному способу обработки, обладающему лучшими технико-
экономическими показателями и более широкой областью применения, чем
электроискровой. Из различных применений электроимпульсной обработки
излагаются, в основном, более исследованные прошивочно-копировальные
работы, представляющие наибольшую трудность для осуществления и более
универсальные по технологическим возможностям.
Электрическая обработка металлов и ее разновидность -
электроэрозионная обработка - представляют самостоятельную отрасль
электротехнологии, находящуюся на начальной ступени развития.
Лазерная обработка металлов.
Возможность получать с помощью лазеров световые пучки высокой
мощности до 1012 –1016 вт/см2 при фокусировки излучения в пятно диаметром
до 10-100 мкм делает лазер мощным средством обработки оптически
непрозрачных материалов, недоступных для обработки обычными методами
(газовая и дуговая сварка). Это позволяет осуществлять новые
технологические операции, например, просверливание очень узких каналов в
тугоплавких материалах, различные операции при изготовлении пленочных
микросхем, а также увеличения скорости обработки деталей. При пробивании
отверстий в алмазных кругах сокращает время обработки одного круга с 2-3
дней до 2 мин. Наиболее широко применяется лазер в микроэлектронике, где
предпочтительна сварка соединений, а не пайка. Основные преимущества:
отсутствие механического контакта, возможность обработки труднодоступных
деталей, возможность создания узких каналов, направленных под углом к
обрабатываемой поверхности.
Заключение.
Таким образом новые методы обработки металлов нашли широкое
применение в отраслях промышленности и машиностроения. С помощью этих
методов существенно повышается качество и точность обработки материалов.
Список литературы.
1. Немилов Е.Ф. “Электроэрозионная обработка материалов”, Л., изд-во
“Машиностроение”, 1989 г.
2. Фатеев Н.К. “Технология электроэрозионной обработки”, Л., изд-во
“Машиностроение”, 1990 г.. Артамонов Б.А., Волков Ю.С. и др.
Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов.
Москва, "Высшая школа", 1983
3. Лившиц А.Л. Электроэрозионная обработка металлов. Москва, "Высшая
школа", 1979
4. Артамонов Б.А. и др. Размерная электрическая обработка металлов.
Москва, "Высшая школа", 1978
5. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки.
Под ред. Волосатова В.А. Ленинград, "Машиностроение", 1988
Реферат на тему: Обрезинивание металлов
1. Введение.
С развитием техники, созданием новых машин и аппаратов появилась
потребность в деталях, совмещающих механические свойства металлов с
вибростойкостью, прочностью на истирание, антикоррозионной стойкостью и
другими свойствами, присущими резиновым смесям. Таким образом возникла
задача прочного и надёжного соединения двух материалов, совершенно
различных по структуре и свойствам: резины и металла.
Прочность крепления разнородных тел обуслов-лена силами
межмолекулярного или химического вза-имодействия, возникающего между
контактирующими поверхностями, т.е. адгезионными свойствами мате-риалов.
Для того чтобы адгезия могла проявиться, необходим полный контакт
прилегающих поверхнос-тей.
Независимо от способа крепления деталей адге-зия во всех случаях
зависит в основном от природы склеиваемых материалов и характера
адгезионной связи. Прочность крепления материалов определяют по предельной
нагрузке, при достижении которой происходит одновременный отрыв одной
склеиваемой поверхности от другой по всей площади контакта или постепенное
расслоение соединения. Резины крепят к материалам различными способами: или
не-вулканизованную (сырую) резиновую смесь соединяют с другими материалами
в процессе вулканизации (горячее крепление), или вулканизованную резину
крепят адгезивами (т.е. клеями) к поверхности другого материала (холодное
крепление). Способы крепления резины к металлам показаны на схеме1.
Прочность крепления в значительной степени зависит от подготовки
поверхности склеиваемых материалов.
Перед креплением резины к металлу поверхность металла подвергают
механической обработке песком, металлической дробью – для очищения
поверхности от загрязнения и повышения шероховатости, что значительно
увеличивает площадь соприкосновения металла с резиной. Металлы до или после
обработки поверхности очищают от смазок и жиров, т.е. обез-жиривают,
промывая поверхности растворителем или обрабатывая насыщенным водяным паром
в котле.
Также подготовку поверхности металлов к обре-зиниванию часто
производят химическим способом: травлением их в растворах кислот или
щелочей с последующей промывкой водой. На очищенную и высу- шенную
поверхность металла наносят жидкий клей, с помощью которого производится
крепление.
Крепление резины к металлам было открыто более 100 лет назад, но
разностороннее промышленное применение получило только в последние 25-30
лет, особенно эта тема актуальна в авто- , авиа- и судостроении.
Если между металлом и резиной возникает химическое взаимодействие,
прочность крепления высокая и не ухудшается с повышением температуры даже
на 100(С. Если прочность крепления определяется только силами
межмолекулярного взаимодействия, то прочность связей между резиной и
металлом с повышением температуры значительно уменьшается.
крепление резины
к металлам
горячее холодное
(резина прикрепляется к ме- (вулканизирован-
таллу в процессе вулканизации) ная резина при-
крепляется к ме-
таллу с помощью
клеев при ком-
натной темпера-
туре)
крепление крепление крепление
через эбонитовую через слой с помощью клеев
прослойку латуни
на основе латексно- на основе хлори- на основе на
основе
альбуминных и тер- рованного и гид- синтетичес- изоцио-
мопреновых клеев рохлорированного ких смол натов
(сейчас не применя- каучуков
ется)
Схема 1.
2. Горячее крепление.
2.1. Крепление с применением латунирования.
Крепление с применением латунирования (крепление через промежуточный
слой латуни) является наиболее современным, известным методом, дающим
высокую прочность и температуростойкость крепления. С помощью этого метода
крепят резину к стали, алюминию, бронзе и другим металлам.
Способ основан на способности резины прочно крепиться к поверхности
латуни, электроосаждённой на металле. Основной подготовительной операцией
при этом способе является латунирование арматуры.
Поверхность металла перед электроосаждением обезжиривают и травят.
Обезжиривают арматуру сначала растворителем, а затем раствором щёлочи.
Арматуру подвешивают на электрод и через раствор щёлочи пропускают
постоянный ток. Пузырьки газа, образующиеся на поверхности детали
способствуют механическому отрыванию частиц жира. Далее арматуру промывают
горячей водой.
Травлением арматуры в кислоте удаляют оксиды железа. Обычно
используют 5% -ный раствор серной кислоты. После травления изделие
промывают холодной водой, затем механически удалаяют "травильный шлам",
снова промывают водой и декалируют, т.е. химически обрабатывают для
удаления тонких оксидных плёнок.
Самая ответственная операция – осаждение латуни. Латунирование
проводят в электролизёрах при определённых условиях. Для получения
однородного слоя латуни раствор электролита должен иметь постоянную
концентрацию электр. составляющей из комплекса солей меди и цинка.
Анодами при электрическом осаждении латуни служат латунные пластины,
содержащие 60-70% меди и 30-40% цинка. Толщина слоя латуни должна быть
0,0125 … 0,0015 мм. Арматуру промывают холодной водой, затем горячей в
течение 1-2 минут.
После промывки и сушки латунированная арматура поставляется на
вулканизацию. Резиновая смесь должна быть свежекаландрованной или
свежеэкструдированной. Формы с латунированными деталями иногда заполняют
резиновой смесью методом литья под давлением.
Достоинства метода: высокая прочность, наибольшая
температуростойкость, хорошее сопротивление вибрациям и ударам.
Недостатки: метод пригоден в основном для крепления резины к
небольшим деталям, т.к. на поверхность больших деталей сложной конфигурации
трудно равномерно и прочно осадить латунь. Также метод требует сложных
подготовительных операций, требующих специального оборудования.
2.2 Крепление через слой эбонита.
Основным звеном, связывающим металл с каучуком является сера. Эбонит
содержит 30-40% серы и более.
Сначала поверхность металла подготавливаю: очищают от оксидных
плёнок, обрабатывают наждачной бумагой или делают пескоструйную обработку.
Затем обезжириваю (протирают бензином).
На подготовленную поверхность наносят тонкий слой клея,
приготовленного из эбонитовой смеси и сушат при 20( С. Просохший слой клея
покрывают листами эбонитовой смеси и тщательно прикатывают к металлу. Затем
наклеивают и прикатывают резиновую смесь, после чего изделие идёт на
вулканизацию.
Метод крепления резины к металлу через слой эбонита даёт прочность
крепления на отрыв 15-20 Мпа. Этим способом крепят резину к стали,
дюралюминию, латуни, бронзе и другим сплавам.
Недостатки метода: вулканизация эбонита – процесс длительный, что
снижает производительность оборудования и плохо отражается на свойствах
резины. Эбонит хрупок, чувствителен к ударам и вибрациям, что исключает
использование изделий с эбонитовой прослойках в условиях динамического
нагружения. Эбонит не температуростоек. При повышении температуры до 70( С
прочность крепления падает. Кроме того, из-за различий в коэффициентах
линейного расширения при нагреве эбонита и стали происходит отслаивание
эбонита.
2.3. Крепление с помощью клеев.
Горячее крепление резины к металлу с помощью клеев широко
распространено, т.к. не требует сложной и дорогостоящей подготовки
металлической поверхности (как при латунировании), обеспечивает
динамическую и температуростойкость изделия. Клеями крепят резину к стали и
другим металлам.
Технологический процесс крепления сводится к очистке металлической
поверхности, обезжириванию и нанесению на неё тонкого слоя клея. После
просушки арматуры с нанесённым слоем клея на неё накладывают резиновую
смесь и проводят вулканизацию детали.
2.3.1. Крепление с помощью латексно–альбуминных и термопреновых клеев.
Плёнка альбумина обладает хорошей адгезией к металлу, но она не
эластична. Поэтому к ней добавляют латекс, получая эластичную плёнку с
хорошей адгезией.
На очищенную поверхность металла наносят 1-2, а иногда и большее
число слоёв клея. Общее число слоёв клея при этом должно составлять толщину
2…3 мм. Каждый слой клея сушат при температуре 65-70(С в течение 30-60
минут, а затем металлическую деталь с нанесённым на неё клеем нагревают в
термостате при 100-120( С также в течение 30-60 минут. После охлаждения
детали на неё накладывают резиновую смесь передают деталь на вулканизацию.
Достоинства метода: нетоксичность латексно – альбуминных клеев.
Недостатки: необходимость тепловой обработки клеевых плёнок,
нестабильность самого клея, необходимость применения натурального латекса.
Термопреновые клеи были открыты в 1927 году Г. Фишером.
Очищенную поверхность металла покрывают слоем жидкого термопренового
клея (78%-ного). После сушки этого слоя на него наносят ещё 1-2 слоя
обычного резинового клея и сразу накладывают и прикатывают
невулканизированную резину, поверхность которой предварительно "освежают"
бензином.
Изделие бинтуют влажным бинтом и вулканизуют в котле. По окончании
вулканизации в котёл вводят сжатый воздух под давлением 2-3 атм и дают
остыть изделию до 50-60 (С.
Данным способом можно крепить и вулканизованную резину. Её
накладывают на покрытую термопреновым клеем поверхность металла, затем
деталь нагревают в воздухе или в воде при 100( С.
Охлаждения под давления в таком случае не требуется, т.к. при 100( С не
происходит образования газов и размягчения термопрена не происходит.
Способ применяют для крепления резины к стали и алюминию. Состав
резиновой смеси особого значения не имеет.
Удовлетворительная прочность крепления при использовании термопреновых
клеев достигается только при охлаждении под давлением детали после
вулканизации.
Недостатки: понижение прочности крепления с повышением температуры,
т.е. невысокая теплостойкость.
Методы горячего крепления резины к металлу посредством латексно-
альбуминных и термопреновых клеев в промышленности на данный момент
практически не используются.
2.3.2. Крепление посредством клеев на основе хлорированного и
гидрохлорированного каучуков.
В 50-х годах прошлого века были разработаны клеи на основе
хлорированного (ХК) и гидрохлорированного (ГХК) каучуков, которые
обеспечивали такую же просность крепления резины к металлу, как латунь, а
также такую же масло- и теплостойкость.
С 1946 года метод крепления резины к металлу посредством ХК и ГХК
стал конкурировать с методом крепления посредством латунирования.
Из данных об устойчивости ХК следует, что для приготовления клеев
следует брать ХК с содержанием хлора около 60%. Такой ХК во время
вулканизации резинометаллической детали в течение 20-60 минут при 140-150(
С сохраняет достаточную устойчивость. Он не горюч, стоек к действию
холодной и горячей воды, кислот (серной, соляной, азотной), к действию
щелочей и окислителей.
Раствор ХК (клей) применяют для крепления резины к чугуну, стали,
алюминию и его сплавам, магнию, цинку и другим материалам.
Прибавление серы к клеям из ХК способствует повышению адгезии при
креплении. С их помощью крепят резины из неопрена к латуни.
Клеями из ХК можно крепить к металлам резины из хлоропренового каучука
(неопрена) и бутадиен-нетрильного каучука (СКН, Пербунан). При креплении
резин из натуральных каучуков и бутадиен-стирольных каучуков между клеем и
резиной вводиться промежуточный слой клея из хлоропренового каучука или
прослойка резины из него. Резины из бутил-каучука крепятся плохо.
Достигаемая прочность крепления резины к металлу при испытания на
отрыв: 40-60 кг/см2. С повышением температуры прочность падает до 20-30%
начальной.
Достоинства метода: хорошая сопротивляемость старению, стойкость к
действию кислот, щелочей и морской воды (в этом способ крепления резины к
металлу посредством ХК превосходит даже крепление латунированием).
Недостатки: крепление неустойчиво к воздействию ароматических
углеводородов, животных и растительных масел, эфиров и кетонов.
Гидрохлорированные каучуки впервые были получены при пропускании
влажного HCl через хлороформенный раствор каучука. По окончании реакции
происходит резкое падение вязкости раствора. Теоретическое содержание хлора
в ГХК равен 33,9%. В технических продуктах содержится 28 … 30% хлора.
Клеи на основе смеси ХК и ГХК.
В состав некоторых клеев наряду с ХК входит ГХК. Одна из марок такого
клея – Тай-Плай (Ty-Ply). Плёнка из ГХК способствует более прочному
креплению резины 5 металлу. На схеме2 показаны разновидности клей марки Ty-
Ply.
Ty-Ply
R, Q, QA S и SA
(крепление к металлам резин (для крепления резин
из натурального каучука, бутил- из неопрена и СКН)
каучука)
Схема 2.
При изготовлении резинометаллических деталей на металл наносится
только один слой клея, для высушивания которого при комнатной температуре
требуется 20-30 минут, при нагреве до 50( С – 10 минут, а при 60-80( С
всего лишь 5 минут. Нанесённая на металл плёнка клея, защищённая от пыли
может сохранять свои клеящие свойства в течение нескольких дней.
Прочность крепления клеями на основе ХК и ГХК на отрыв достигает 70
кг/см2 и выше.
При хранении детали прочность увеличивается. Пескоструйная обработка
поверхности металла не способствует повышению прочности крепления, но
прочность зависит от толщины плёнки (см. рис.1).
кг/см2
80
60
40
20
0 3 6 12 26
толщина плёнки, микрон
рис.1.
Достоинства: высокая теплостойкость крепления (можно вынимать
детали из горячих форм), крепление хорошо переносит тепловое старение и
устойчиво к воздействию спирта, тяжёлых масел, щелочей и некоторых кислот.
Клеи смешанного состава.
Возможно применение клеев, на основе ХК совместно с клеями из других
каучуков, например, на основе неопрена.
Хороший клей на основе ХК должен содержать два компонента: один- для
связи с металлом, другой – для связи с резиной. Лучше всего, если
компонент, обладающий хорошей адгезией к металлу оседал и концентрировался
на поверхности металла, тогда другой, верхний слой будет является хорошим
компонентом для крепления к резине.
Клеи на основе ХК и ГХК нашли широкое применение для крепления резин к
металлам и считались лучшими до появления клеев на основе изоциантов.
2.3.3. Крепление посредством клеев на основе синтетических смол.
Этот метод разрабатывался одновременно с методом крепления
посредством клеев на основе ХК и ГХК.
Определённые фенольные, эпоксидные и некоторые другие смолы обладают
хорошей адгезией и к резинам, и к металлам. Особенно применимы эти смолы
для крепления резин на основе полярных каучуков: неопренов, бутадиен-
нитрильных (СКН, Пербутан).
При применении одной синтетической смолы образуется хрупкая плёнка
клея, поэтому, чтобы получить эластичную плёнку, применяют композиции из
каучука и синтетической смолы.
Существует множество запотентованных клеев и методов крепления резины
к металлам, основанных на различных синтетических смолах. Пример: смола
Дюрез № 12987 - термореактивная фенолформальдегидная смола, растворимая в
спиртах и кетонах. Используется для крепления к металлам резин из
бутадиеннитрильных каучуков горячим креплением, хотя так же используется
для крепления вулканизованной резины к металлу при нагреве.
Слой такого клея наносят на чистую поверхность металла, плёнку
высушивают, после чего на неё накладывают резиновую смесь и деталь
отправляют на вулканизацию. Применяют для крепления резины к обычной и
нержавеющей стали, латуни, меди, олову.
Клеи на основе синтетических смол не получили такого широкого
применения, как клеи на основе ХК и ГХК. Причинами этого являются:
несовместимость большинства синтетических смол с каучуками, прибавляемыми
для придания плёнкам из смолы эластичности, нерастворимости синтетических
смол в тех растворителях, в которых растворяются каучуки и необходимость
термической обработки клеевых плёнок при 90 - 120( С (иногда даже
неоднократном) после их нанесения на металл. Кроме того, актуальность
внедрения этого метода снизилась в связи с появлением клеев на основе
изоциантов.
2.3.4. Крепление клеями на основе изоцианатов.
Изоцианаты были впервые использованы для крепления резин к металлам
О. Байером в Германии. До этого они были известны как органические
соединения.
Процесс получения изоцианатов состоит в конденсации аминов в виде
свободных оснований с фосфогеном. Технический интерес для целей крепления
представляют ди- и триизоцианты органических соединений.
Один из первых клеев на основе изоцианатов был получен в Германии и
назывался Десмодур R. В нашей стране получил распространение клей Лейконат.
Оба этих клея основаны на растворе n, n', n'' – триизоцианаттрифенилметане
(Лейконат – в дихлорэтане, Десмодур R – 20%ный в метиленхлориде). Формула
n, n', n'' – триизоцианаттрифенилметана приведена на рис.2.
NCO
OCN C
H NCO
Рис. 2.
Изоцианатные клеи неустойчивы. Основная причина этого – влажность, из-
за которой изоцианат разлагается, поэтому в помещениях, где идут работы с
изоцианатами, влажность не должна превышать 60 - 70%, а клеи должны
использоваться в течение короткого времени. Однако практикой установлено,
что при правильном обращении эти клеи можно хранить годами.
При работе с изоцианатами могут применятся только такие растворители,
которые не содержат групп NH2 и OH, т.к. иначе изоцианат вступит в реакцию.
Пригодные растворители: дихлорэтан, бензол, хлорбензол, толуол, ксилол.
Непригодные: спирт, ацетон, бензин.
Изоцианаты и применяемые для изоцианатных клеев растворители ТОКСИЧНЫ.
Поэтому при работе с ними должны быть соблюдены все соответствующие правила
охраны труда.
Посредством Десмодура R резины хорошо крепятся к сталям, чугуну,
алюминию и его сплавам, бронзам, латуни. Плохо крепятся к меди, магнию и
его сплавам.
Прочность крепления резины к металлам посредством Десмодура R при
испытаниях на отрыв составляет около 50 кг/см2. При применении твёрдых
резиновых смесей этот показатель возрастает.
Прочность крепления резины на основе СКН к стали посредством Лейконата
достигает 100 кг/см2.
В отличие от крепления посредством латунирования, крепление Десмодуром
R не чувствительно к действию паров серной кислоты, воздействию которой
подвергаются, например, резинометаллические детали на подводных лодках.
Данный факт позволил этому клею широко распространиться во время Второй
Мировой Войны.
Большое значение при креплении изоцианатными клеями имеет то, как
тщательно подготавливалась поверхность металла. Высокая прочность при
креплении резины к металлам посредством клеев Лейконат или Десмодур R
достигалась при выполнении следующих подготовительных операций:
- обезжиривание поверхности металла растворителем, водой, паром.
- пескоструйная обработка.
- промывка растворителем (бензином или бензолом).
- сушка.
Клей наносят на металл кистью, распылением или маканием. Достаточно
нанести один тонкий слой клея. Резиновый клей или резину можно накладывать
сразу после высыхания изоцианатного клея (т.е. через 30-40 минут). Однако
плёнка клея под действием воздуха, влаги и света может потерять свои
свойства, поэтому металлическую арматуру, покрытую клеем необходимо сразу
же обернуть бумагой или целлофаном. При длительном хранении покрытой клеем
арматуры прочность крепления к ней резины резко падает, поэтому
вулканизацию резино-металлической детали рекомендуется проводить не
позднее, чем через 6-8 часов после нанесения клея на металл.
Вулканизацию проводят в формах под давлением (в прессе) или в
вулканизационных котлах в среде горячего воздуха.
Достоинства метода: чрезвычайная стойкость крепления к действиям
масел, жидкого топлива, растворителей. Стойкость к воздействию холодной и
горячей воды, кислот, щелочей. Крепление превосходит по теплостойкости
крепления, сделанные посредством ХК и ГХК, синтетических смол, уступая
только креплению посредством латунирования.
Для крепления резины к металлам применяют также клеевые композиции на
основе изоцианатов.
3. Холодное крепление резины к металлам.
Крепление вулканизированной резины холодным способом (при 25-30( С)
также является важным, так как многие материалы не выдерживают длительного
нагревания при высоких температурах; кроме того, холодное крепление широко
применяют при изготовлении крупногабаритных изделий.
Процесс холодного крепления резины к металлу состоит из тех же
стадий, что и при горячем методе крепления, за исключением стадии
вулканизации.
Первыми клеями для холодного крепления были клеи на основе бутумов и
нефтяных пеков, иногда в смеси с каучуком или гуттаперчей. Широкое
применение находят клеи на основе хлоропренового каучука.
Отсутствие стадии вулканизации даёт холодному креплению определённые
преимущества перед горячим, но развитие холодного крепления тормозится
отсутствием таких клеев для холодного крепления, которые давали бы
прочность при отслаивании более 15-20 кН/м. Также, резинометаллические
изделия, изготовленные методом холодного крепления уступают изделиям,
изготовленным методом горячего крепления по тепло- и маслостойкости, по
стойкости к агрессивным средам и вибрациям.
Подготовка поверхности металла к холодному креплению состоит прежде
всего в обезжиривании, а затем в очистке её механическими способами или
пескоструйной обработкой (шероховатость играет важную роль).
Подготовка поверхности резины сводится к шероховке её наждачной
бумагой вручную или на шероховальном станке незадолго до начала склеивания.
Перед нанесением клея поверхность резины промывают растворителем.
Одной из особенностей метода холодного крепления является то, что
клей наносится одновременно на поверхность металла и на поверхность резины.
Число слоёв определяется заранее опытным путём. Если нужно нанести 2-ой
слой, то первому слою дают высохнуть, наносят второй, но сушат его не до
полного высыхания, а до тех пор, пока образованная им плёнка ещё сохраняет
липкость. В этот момент резину накладывают на металл, прикатывают к нему с
помощью роликов для создания хорошего контакта. Если есть такая
возможность, то после прокатки на резину накладывают груз из расчёта 0,1 …
0,2 кг/см2 и оставляют соединённую деталь на 24 … 48 часов (до полной
полимеризации клея).
Первая стадия полимеризации клея измеряется часами, вторая длится
несколько суток, третья, последняя, может происходить в течение нескольких
месяцев.
Литература для реферата:
1. Жеребков С.К. "Крепление резины к металлам", М.: Госхимиздат, 1956 г.
2. Иванова В.Н., Алешникова Л.А. "Технология резиновых технических
изделий", Ленинград: Химия, 1988 г.
3. Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов А.М. "Общая технология резины",М.:
Химия, 1978 г.
| |
