III. Физико-химические методы способы получения порошков

Физико-химические методы получения металлических порошков. Соединения галогениды металлов, которые восстанавливаются либо водородом, либо активными металлами (натрий и магний). Механизм восстановления большинства твердых соединений газообразными восстановителями основывается на адсорбционно-автокаталитической теории.

Восстановителями служат газы (водород, оксид углерода, диссоциированный аммиак, природный конвертируемый, водяной, коксовый или доменный газы), твердый углерод (кокс, древесный уголь, сажа) и металлы. Выбор восстановителя зависит не только от термодинамических оценок, но и от летучести, которая должна быть минимальной, так как иначе процесс нужно вести при повышенном давлении за счет аргона или других инертных газов.

Железный порошок - основа многотоннажной ПМ. Существуют методы получение порошков из FeCl ₂. Восстановленный водородом железный порошок имеет высокую чистоту и стоимость.

Восстановление оксидом углерода проводится при температурах выше 1000°С на основе адсорбционно-каталитического механизма. Восстановление твердым углеродом происходит при 900-1000°С.

Содовый методприменяется для получения порошка повышенной чистоты. В шихту добавляют 10 - 20% соды, с которой при восстановлении взаимодействуют примеси, образуя растворимые в воде натриевые алюминаты.

Комбинированный процессвключает в себя восстановление магнием, а после отмывки - кальцием, расход которого снижается в два раза. Восстановление гидридом кальция получают порошок титана и его гидрида. Восстановление хлорида титана натрием. Хлорид титана получают хлорированием концентрата руд, очисткой и фракционной дистилляцией. Восстановление хлорида титана магнием наиболее экономичный способ. Реакция происходит при 800 - 900°С. Стальной герметичный аппарат заполняют слитками магния, откачивают воздух, заполняют аргоном, плавят магний, сверху подают лимитированное количество хлорида титана, чтобы не было перегрева.

Восстановление из растворов, газообразных соединений и в плазме. Из растворов соединений Ni, Си, Со металлы вытесняют водородом в автоклавах. Сдвигать потенциал водорода в отрицательную сторону можно, повышая рН или увеличивая давление водорода. Эффективнее изменять рН, повышение, которого на единицу эквивалентно изменению давления водорода в 100 раз. Термические расчеты показывают, указанные металлы можно осадить уже при 25°С и 0,1 МПа. Восстановление газообразных соединений водородом осуществляется в кипящем слое из галогенидов вольфрама, рения, молибдена, ниобия и титана. Получение высокодисперсных порошков в плазме перспективно для металлов, карбидов, нитридов и др. Восстановители - водород или продукты плазменной конверсии с высокой температурой и без окислителей. Оксид никеля восстанавливают в струе Аг - Н₂ или Аг - СО, причем содержание водорода близко к стехиометрическому, а теплообмен и плазмообразование происходят за счет аргона. Реакция лимитируется диссоциацией NiO, полное его восстановление достигается при 7000°С.

Физико-химические основы получения порошков электролизом.Процесс представляет собой своеобразное восстановление: передача электронов к металлу с одновременной перестройкой структуры происходит не с помощью восстановителей, а за счет электрической энергии. Способ универсален, обеспечивает высокую чистоту порошков. Электролиз - один из самых сложных физико-химических процессов производства порошков. Процесс заключается в разложении водных растворов соединений выделяемого материала. Наличие хлора или фтора на аноде заставляет принимать меры по предотвращению его взаимодействия с электролитом и порошком. Электролит от порошков отделяется отгонкой нагреванием или центрифугированием и отмывкой.

Электролиз водных растворов. Способ для получения порошков меди, серебра, железа, никеля, кобальта, олова и др. Никель, цинк, кобальт образуют равномерные плотные мелкозернистые осадки независимо от природы электролита. Серебро или кадмий растут в виде отдельно сильно разветвляющихся кристаллов при электролизе простых солей, из раствора цианистых солей они выделяются в виде ровного гладкого слоя.

Получение медного, никелевого, железного порошка.Медный порошок получают из раствора сернокислой меди, он имеет высокую чистоту и регулируемую дисперсность. Никелевый порошок получают электролизом аммиачных растворов хлорно - кислого никеля. Особенности получения железного порошка связаны с тем, что в ряду напряжений железо располагается левее водорода, поэтому последний выделяется вместе с водородом, ухудшая выход

 

 

19) Классификация металлорежущих станков

 

В СССР принята единая система классификации и условных обозначений для станков отечественного производства, основанная на присвоении каждому станку особого шифра (номера). В зависимости от вида обработки металлорежущие станки делятся на девять групп: 1) токарные; 2) сверлильные и расточные; 3) шлифовальные, полировальные, доводочные и заточные; 4) специальные; 5) зубо- и резьбообрабатывающие; 6) фрезерные; 7) разрезные; 8) строгальные, долбежные, протяжные; 9) разные. В свою очередь, станки каждой группы подразделяются на девять типов. Например, станки второй группы (сверлильные и расточные) делятся на следующие типы: 1) вертикально-сверлильные, 2) одношпиндельные полуавтоматы, 3) многошпиндельные полуавтоматы, 4) координатно-расточные, 5) радиально-сверлильные, 6) горизонтально-расточные, 7) алмазно-расточные, 8) горизонтально-сверлильные, 9) разные сверлильные. Внутри каждого типа металлорежущие станки могут отличаться друг от друга конструктивными особенностями. Эти особенности, а также некоторые другие характеристики и отражаются в шифре (номере) станка. Например, условное обозначение модели станка 1К62. Первая цифра показывает принадлежность станка к первой группе — токарным станкам. Вторая цифра обозначает тип станка внутри группы. В данном случае цифра 6 указывает, что это токарно-винторезный станок. Третья и четвертая цифры условно обозначают основные размеры станка (для токарных, например, высоту центров над станиной, для фрезерных — размеры стола и т. д.). В рассматриваемой модели третья цифра — 2 — обозначает высоту центров над станиной, которая составляет 215 мм. Кроме цифр, в условные обозначения модели станка часто входят буквы. Если буква стоит между первой и второй цифрами (как в указанном примере), то это означает, что конструкция станка подверглась усовершенствованию по сравнению с прежней моделью. Если буква стоит в конце номера станка, то это говорит об изменении основной, или, как принято называть, «базовой» модели станка. Наиболее многочисленную группу металлорежущих станков составляют токарные станки (45). Они используются в механических, инструментальных и ремонтных цехах машиностроительных и других заводов, а также в ремонтных мастерских. Станки токарной группы применяют обычно для обработки деталей, имеющих форму тел вращения. На этих станках получают наружные и внутренние цилиндрические и конические поверхности, фасонные поверхности и торцовые плоскости, резьбы на цилиндрических и конических поверхностях и др. Так, на токарных станках изготавливаются валики, втулки, оси, болты, винты, шпильки, доски, шайбы и т.д. К основным размерам, характеризующим токарный станок, относятся наибольший допустимый диаметр обрабатываемой заготовки, высота центров над станиной и расстояние между ними. По этим размерам можно определить максимальные диаметр и длину заготовки, которую можно установить и обработать на данном станке. Значительную часть среди металлорежущих станков составляют фрезерные станки. Наибольшее распространение имеют консольно-фрезерные Стол консольно-фрезерного станка с салазками расположен на консоли и перемещается в трех направлениях: продольном, поперечном и вертикальном. Консольно-фрезерные станки предназначены для выполнения различных фрезерных работ цилиндрическими, дисковыми, фасонными и другими фрезами в условиях единичного и серийного производства. На фрезерных станках этого типа можно фрезеровать плоскости, пазы, фасонные поверхности, зубья зубчатых колес и т.д. Кроме этого, универсальные консольно-фрезерные станки (имеющие поворотный стол) позволяют фрезеровать различного рода винтовые канавки. Основными размерами фрезерных станков, по которым можно определить возможность установки и обработки конкретных заготовок с определенными габаритами, являются размеры рабочей поверхности стола (длина и ширина) и рабочий ход стола в продольном, поперечном и вертикальном направлениях. Строгальные станки применяются в механических цехах машиностроительных заводов индивидуального, мелкосерийного и серийного типов производства, а также в ремонтных и инструментальных цехах. Они предназначены для обработки методом строгания поверхностей деталей различной геометрической формы и размеров, изготовленных из стали, чугуна, цветных металлов и пластмасс. Более широкое применение имеют поперечно-строгальные станки (47). Основные размерные характеристики поперечно-строгальных станков, которые позволяют определить возможность обработки тех или иных заготовок, следующие: размеры рабочей поверхности стола, наибольший и наименьший ход ползуна, наибольшее и наименьшее расстояние между верхней плоскостью стОла и ползуном, вылет резца. Шлифовальные станки (48) предназначены для чистовой обработки деталей путем снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами. На этих станках можно обрабатывать наружные и внутренние цилиндрические, конические, фасонные и плоские поверхности, разрезать заготовки, шлифовать резьбу и зубья зубчатых колес, затачивать инструмент и т.д. Применяются шлифовальные станки как в серийном, так и в массовом производстве. Основными размерными характеристикат ми круглощлифовальных станков являются наибольший диаметр. обрабатываемой заготовки и ее наибольшая длина, наибольшие поперечные перемещения шлифовальной бабки.

Металлорежущий станок, машина для обработки резанием металлических и др. материалов, полуфабрикатов или заготовок с целью получения из них изделий путём снятия стружки металлорежущим инструментом.

 

 

20) 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 на рисунке 1, и образование одной эрозионной лунки. Рисунок 1 — Схема процесса ЭЭО

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.

1. 2 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 (смесь керосин-масло индустриальное), а на чистовых (керосин, сырье углеводородное).

1. 3 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

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.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В современном машиностроении возникают технологические проблемы, связанные с обработкой новых материалов и сплавов (например, жаро и кислотостойкие, специальные никелевые стали, тугоплавкие сплавы, композиты, неметаллические материалы: алмазы, рубины, германий, кремний, порошковые тугоплавкие материалы и т.п.) форму и состояние поверхностного слоя которых трудно получить известными механическими методами.

К таким проблемам относится обработка весьма прочных или весьма вязких материалов, хрупких и неметаллических материалов (керамика), тонкостенных нежестких деталей, а также пазов и отверстий, имеющих размеры в несколько МКМ; получение поверхностей деталей с малой шероховатостью, и очень малой толщиной дефектного поверхностного слоя.

В этих условиях, когда возможность обработки резанием ограничены плохой обрабатываемостью материала изделия, сложностью формы обрабатываемой поверхности или обработка вообще невозможна, целесообразно применять электрофизические и электрохимические методы обработки. Их достоинства следующие:

1) механические нагрузки либо отсутствуют, либо настолько малы, что практически не влияют на суммарную погрешность точности обработки;

2) позволяют изменять форму обрабатываемой поверхности заготовки (детали);

3) позволяют влиять и даже изменять состояние поверхностного слоя детали;

4) не образуется наклеп обработанной поверхности;

5) дефектный слой не образуется;

6) удаляются прижоги поверхности, полученные при шлифовании;

7) повышаются: износостойкость, коррозионная стойкость, прочность и другие эксплуатационные характеристики поверхностей деталей.

Кинематика формообразования поверхностей деталей электрофизическими и электрофизическими методами обработки, как правило, проста, что обеспечивает точное регулирование процессов и их автоматизацию.

Цель работы: доказать преимущества, а в некоторых случаях незаменимость электрохимической размерной обработки. Понять механизм действия методов электрохимической обработки.

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Разработка основ электрохимического метода и технологического его применения принадлежит талантливому ученому В.Н.Гусеву (1904…1956 г.г.). В 1929 г. он получил патент на электрохимическую обработку. Первые опыты по размерной электрохимической обработке металлов были проведены в 40-х годах прошлого столетия. В 1954 г. он получил патент на заточку сверл с вершинами из карбидов.

Начальный период развития метода характеризуется тем, что наряду с его использованием в производстве (для получения профиля пера турбинных и компрессорных лопаток, ковочных штампов, пресс форм, кольцевых деталей, прошивки отверстий и щелей, заточки инструмента, удаления заусенцев и др.) происходило накопление экспериментальных и статических данных; делались попытки теоретических обобщений, которые позволили бы заранее, без испытаний, предсказать конечные результаты обработки.

Химические методы, кроме способов травления, включают электрохимическую обработку.

Этот метод можно использовать для обработки особо твердых и вязких электропроводных материалов. При этом достигается:

а) высокая скорость съема металла (более 1000 мм/мин);

б) высокий класс точности;

в) отсутствует износ инструмента;

г) отсутствуют остаточные напряжения;

д) отсутствуют повреждения материала детали;

е) отсутствуют заусенцы на кромках реза.

Известный русский химик Е.И.Шпитальный в 1911г. разработал процесс электролитического полирования. В 1928 г. В.Н.Гусев применил этот процесс для размерной обработки станин крупных металлорежущих станков. Электролит не прокачивался. Катод-плиту на время убирали и ручным инструментом удаляли слой продуктов растворения. Процесс был трудоемким и медленным. В.Н.Гусев и Л.А.Рожков предложили уменьшить зазор между электродами до десятых долей мм, а электролит принудительно прокачивать через межэлектродный промежуток.

Это было рождением нового вида обработки -- размерной электрохимической обработки (ЭХО) - за счет анодного растворения металла.

В 1948г. была создана электрохимическая установка для изготовления отверстий в броневой стали. Тогда же были проведены первые опыты по обработке турбинных лопаток. Значительные успехи в развитии теории и совершенствовании технологии были достигнуты благодаря работам Ю.Н. Петрова, И.И.Мороза, Л.Б. Дмитриева и др.