Изготовление деталей. 
Технология конструкционных материалов: теория и технология контактной сварки

Качество изготовляемых деталей во многом определяет трудоемкость и качество сборки и сварки. В результате низкой точности изготовления деталей при сборке они плохо сопрягаются, возникают увеличенные зазоры, перекосы и т. д.

Современное производство располагает широким спектром технологических способов раскроя листовых заготовок — это резка на гильотинных, дисковых, вибрационных ножницах, в штампах, резка кислородной и плазменной струей, водоабразивная резка, лазерный раскрой и т. д. Значительная часть современного оборудования имеет высокую степень автоматизации и оснащена числовым программным управлением. На подобном оборудовании осуществляют и раскрой профиля.

Формообразование деталей обычно выполняют холодной деформацией: гибкой во вращающихся валках, свободной гибкой, обтяжкой, вытяжкой, выдавливанием, штамповкой. В зависимости от пластических свойств материала в ряде случаев применяют подогрев заготовок. Особо крупные тонкостенные детали (днища, оболочки) изготавливают высокоскоростной обработкой, например взрывом.

Подготовка поверхности

Цель этой операции — удаление исходных толстых, неравномерных по свойствам поверхностных пленок. В результате повторного окисления возникают новые, тонкие с малым и стабильным контактным сопротивлением, пленки.

Способы подготовки поверхности разнообразны. В наиболее полном виде они включают несколько последовательных операций:

• • обезжиривание;
• • удаление исходных, в основном оксидных, пленок;
• • пассивирование;
• • нейтрализацию;
• • промывку;
• • сушку;
• • контроль.

Обезжиривание служит для удаления загрязнений, масла, маскировочной краски протиркой растворителями либо в ваннах различного состава: содовых растворах (для легированных сталей и титановых сплавов), щелочных растворах (для алюминиевых и магниевых сплавов). В целях ускорения процесса в ванну иногда вводят ультразвуковые колебания. В автомобильной промышленности холоднокатаную сталь сваривают часто вообще без подготовки поверхности (тонкий слой масла мало влияет на формирование точек), латуни — после обезжиривания. Например, химическое обезжиривание может быть реализовано в растворе следующего состава:

• • тринатрийфосфат — 60−70 г/дм³;
• • вещество вспомогательное ОП-7 или ОП-10−3-5 г/дм³.

Режим обработки:

• • температура раствора — 70—80 °С;
• • время выдержки — 10—20 мин.

Удаление оксидных пленок — трудоемкая операция, так как оксиды химически связаны с металлом. Обычно их удаляют механической обработкой или химическим травлением.

Механическую подготовку проводят дробеструйной обработкой, абразивной зачисткой — вращающимися наждачными кругами или металлическими щетками.

Дробеструйную обработку применяют главным образом для стальных деталей с толстой оксидной пленкой (после термообработки, горячей деформации и т. д.) или с особыми поверхностными слоями, для титановых сплавов с окалиной ТЮ₂, реже — для других металлов. Дробь изготавливают в виде частиц отбеленного чугуна, мелконарезанной стальной проволоки, а для алюминиевых сплавов — в виде стеклянных шариков.

Зачистку вращающимися щетками или абразивными кругами используют для деталей из любых металлов, но чаще из сталей (в том числе жаропрочных, высокопрочных) при малых масштабах производства.

Иногда механическую обработку применяют для алюминиевых и магниевых сплавов. Во избежание глубокого повреждения металла ограничивают силу прижатая вращающихся щеток, лимитируют диаметр и длину проволочек (не более 0,2 и не менее 40 мм соответственно). Такая зачистка поверхности активизирует повторное окисление, поэтому в зависимости от условий хранения детали из алюминиевых и магниевых сплавов должны быть сварены не позднее чем через 5—20 ч после обработки.

Химическое или электрохимическое травление находит широкое применение как в единичном, так и массовом производстве практически для любых металлов. После такой обработки возникает более равномерная и менее активная пленка. Появляется возможность управлять ее свойствами и скоростью последующего роста.

Химическое травление осуществляют в щелочных и кислотных растворах с различными добавками для регулирования скорости травления, улучшения взаимодействия с поверхностью деталей, пассивирования поверхности (табл. 4.1). Наиболее тщательно обрабатывают поверхность алюминиевых и магниевых сплавов при производстве летательных аппаратов.

Таблица 4.1.

Составы для химического травления (г/л) черных металлов: 1—3 — углеродистой стали и чугуна, 4—5 — легированной стали.

Для алюминиевых сплавов используют растворы ортофосфорной. кислоты Н, Р0₄ с добавками калиевого К, Сг₂0₇ или натриевого Na, Cr, 0₇ хромпика. Ортофосфорная кислота почти не взаимодействует с алюминием, но активно растворяет поверхностные оксиды. Если необходимо глубокое травление (например, снятие плакирующего слоя на сплаве АМгб), обработку ведут в горячем щелочном растворе (состав № 1, табл. 4.2). Однако поверхность активируется, и за короткое время (одни сутки) вновь возникает достаточно толстая оксидная пленка.

Таблица 4.2.

Составы для химического травления алюминиевых сплавов.

Алюминиевые и магниевые сплавы требуют дополнительной химической обработки для уплотнения и стабилизации новой оксидной пленки — ее пассивирования. Детали из алюминиевых сплавов пассивируют одновременно с травлением, вводя в травящий раствор хромпик. Магниевые сплавы пассивируют после травления, обрабатывая в растворе хромового ангидрида (Сг₂0,).

Для некоторых деталей, в основном ответственного назначения из коррозионно-стойких и жаропрочных легированных сталей и сплавов, тугоплавких металлов и медных сплавов, иногда применяют электролитическое травление и полирование. Примеры составов для электрохимического травления углеродистых и легированных сталей приведены в табл. 4.3.

После химического или электролитического травления в большинстве случаев необходима нейтрализация, т. е. удаление с поверхности продуктов реакции или электролита. Эту операцию называют также осветлением поверхности. Применяют различные растворы для нейтрализации (табл. 4.4).

Таблица 4.3.

Режимы электрохимического (анодного) травления.

Между операциями химической обработки детали промывают обычно в горячей, а затем в холодной воде с водородным показателем pH = 6,5−7,5. Особо ответственные узлы окончательно промывают опресненной водой. Детали сушат горячим воздухом или в сушильных шкафах.

Обезжиривание, химическую обработку, промывку, сушку ведут в изолированном помещении с усиленной приточно-вытяжной вентиляцией и бортовыми отсосами у ванны. Детали транспортируют, загружают и вынимают механическими транспортными устройствами с подъемниками, часто автоматизированными, которые называют автооператором. При большом масштабе производства подготовку поверхности проводят в специальных автоматизированных машинах струйным методом.

Таблица 4.4.

Составы растворов для снятия травильного шлама (осветления).

* Для анодного снятия шлама при плотности тока 5—10 А/дм² с использованием стальных катодов.

Качество подготовки поверхности оценивают визуально сравнением с эталонными образцами и измерением электрического сопротивления двух сжатых образцов. Электросопротивление измеряют микроомметром или другими приборами на установках типа машины для точечной сварки с изоляцией одного из электродов. Усилие сжатия и размеры рабочей поверхности электродов выбирают, как при точечной сварке, в зависимости от толщины и материала деталей.

Для сталей и титановых сплавов достаточно визуального контроля: поверхность деталей должна быть матовой или иметь равномерный металлический блеск. Однако в спорных случаях измеряют электросопротивление. Для деталей из алюминиевого сплава визуального контроля недостаточно и в обязательном порядке измеряют электросопротивление г_ээ. Сразу после обработки деталей из сплавов Д16Т, В95Т, АМгб г_ээ не превышает 40—60 мкОм, а деталей из сплавов АМг, АМц, САП, АБМ, ВКА-1—30—40 мкОм. В течение 4—5 суток/-«медленно повышается до 100—120 мкОм. Без пассивирования г_ээ растет в 4—5 раз быстрее. Магниевые сплавы после пассивирования сохраняют низкое значение г_ээ в течение 8—10 суток.