Теорія конструкційних матеріалів

Вільне кування заготовок

Куванням називають процес гарячої обробки тиском, при якому шляхом багаторазової дії універсальними підкладочними інструментами або бойками метал заготовки пластично деформується, поступово набуваючи задані форму, розміри і властивості.

Куванням отримують поковки з масою від десятків грам до сотень тон для виготовлення деталей машин різанням. Кування застосовують в одиничному і дрібносерійному виробництвах. Для виготовлення поковок використовують відливки або сортовий прокат.

Розрізняють кування ручне, яке використовують при ремонтних роботах і виконують за допомогою ковадла і молотків, та машинне, яке здійснюється за допомогою молотів і пресів.

Молоти є машинами динамічної (ударної) дії, на них деформування за один удар триває тисячні частки секунди. Найпоширеніші пневматичні і пароповітряні молоти.

Рухомі частини пароповітряного молота переміщаються вгору парою або стисненим повітрям, що подається в нижню порожнину циліндра під поршень. Ці частини падають вниз під дією власної маси, ударяючи по заготовці.

Штампування заготовок

Об'ємним штампуванням називають такий спосіб обробки металів тиском, внаслідок якого заготовка, поміщена в робочу порожнину спеціального інструмента -- штампа -- пластично деформується, набуваючи конфігурації та розмірів порожнини. Об'ємне штампування широко використовують лише у серійному й масовому виробництвах з огляду на високу вартість штампа.

Штамп переважно складається з двох частин: нерухомої нижньої і рухомої верхньої. Щоб виготовити поковку, виймають нагріту заготовку з печі, кладуть її в нижню частину штампа і верхньою його частиною створюють тиск, внаслідок чого заготовка набуває конфігурації порожнини штампа. Після цього штамп розкривають і виймають поковку.

Поковки складної конфігурації виготовляють у багаторівчакових штампах. У них заготовку послідовно деформують у кожному рівчаку, наближаючи її форму й розміри до форми й розмірів поковки.

Розрізняють холодне й гаряче об'ємне штампування.

Холодне штампування виконують без нагрівання металу. Так виготовляють невеликі поковки, що характеризуються більш точними розмірами, якістю поверхні й деформаційним зміцненням.

Під час гарячого штампування завдяки нагріванню заготовок витрачають менше енергії на деформацію. Отримані поковки мають менш точні розміри та гіршу якість поверхні, внаслідок утворення окалини.

Об'ємним штампуванням виготовляють вироби зі сталей, кольорових металів та їх сплавів у великосерійному і масовому виробництвах.

Листове штампування

Листове штампування -- спосіб виготовлення тиском у штампі плоских і об'ємних деталей з листового матеріалу, стрічки або штаби. Воно більш поширене, ніж об'ємне штампування. Товщина виготовлених деталей мало відрізняється від товщини вихідної заготовки. Матеріалом для листового штампування служать низьковуглецеві сталі, пластичні леговані сталі, мідь, алюміній, титан і сплави на їх основі. Листовим штампуванням виготовляють шайби, втулки, посуд, ковпаки, гільзи, баки, облицювання автомобілів, автобусів, літаків, ракет, кораблів тощо.

Операції листового штампування поділяють на:

-- роздільні, коли відокремлюють частину матеріалу від листа, стрічки або штаби за заданим контуром;

-- формозмінні, шляхом яких утворюють об'ємну конфігурацію деталі;

-- штампо-складальні, що використовуються для з'єднання кількох деталей в один вузол запресуванням, клепанням, закочуванням, гнуттям та ін.

Розрізняють холодне й гаряче листове штампування.

Гаряче листове штампування застосовують для матеріалів недостатньо пластичних або для таких, що товстіші за 5...6 мм. Із нагрівом виготовляють деталі корпусів корабля, днища цистерн, котлів тощо.

Для листового штампування використовують кривошипні листоштампу-вальні преси, ексцентрикові преси, гідравлічні преси та ін.

Тема 3.2 Зварювання, паяння і розрізування матеріалів

Ручне електродугове зварювання

Зварюванням називається процес отримання нероз'ємного з'єднання за допомогою встановлення міжатомних зв'язків між зварюваними частинами при їх місцевому або загальному нагріванні або пластичному деформуванні, або сумісній дії того і іншого.

Здатність металів і сплавів до зварювання оцінюють по їх зварюємості. Під зварюємістю розуміють можливість утворення при зварюванні щільних герметичних швів з необхідною міцністю і фізико-хімічними властивостями. Не всі метали і сплави володіють доброю зварюємістю.

Кращою зварюємістю володіють метали, здатні утворювати один з одним тверді розчини. Гірше зварюються метали з обмеженою розчинністю в твердому стані. Зовсім неможливо зварити методом плавлення ті метали, які взагалі взаємно не розчиняються в твердому стані або утворюють крихке з'єднання. Ці метали піддають зварюванню тиском або вводять при зварюванні проміжний метал, який здатен розчинятися в обох основних металах.

Суть елетродугового зварювання

Суть ручного дугового зварювання у тому, що за допомогою теплоти зварювальної дуги розплавляється електрод та краї заготовок, а рідкий метал заповнює простір між ними, утворюючи після кристалізації рідкого металу -- зварний шов. Шов міцно і надійно з'єднує зварені заготовки в одне ціле, зварювальник рукою переміщує електродотримач з електродом у напрямку до заготовок і вздовж майбутнього шва.

Зварювальною дугою називають потужний і стабільний електричний розряд у середовищі іонізованих газів та випарів металу, який супроводжується інтенсивним виділенням теплоти і світла. Повітря у звичайних умовах складається з нейтральних молекул, тому воно не є провідником електричного струму. Щоб молекули повітря дугового проміжку стали провідником струму, їх необхідно іонізувати. З цією метою електрод на короткий час дотикають до заготовки, після цього віддалять його на відстань довжини дуги. Під час дотику між торцем електрода і заготовкою відбувається коротке замикання, внаслідок чого метал контактних поверхонь швидко нагрівається до високої температури. Після відриву електрода з нагрітого катода під дією електричного поля починається електронна емісія.

Температура в центрі стовпа дуги становить 6000...7000 °С. Напруга, необхідна для запалювання дуги, у випадку постійного струму не повинна перевищувати 30...35 В, а у випадку змінного струму -- 50...55 В. У режимі стійкого горіння напруга спадає до 18...30 В.

Напруга дуги залежить від складу газів, у яких горить дуга, довжини дуги, сили струму, матеріалу електрода та виробу.

Електроди для ручного зварювання

Для ручного електродугового зварювання застосовують два типи електродів: неплавкі, плавкі.

Неплавкі електроди виготовляють у вигляді стрижнів з вольфраму, електротехнічного вугілля або синтетичного графіту.

Плавкий електрод для ручного зварювання -- це дротяний електро-провідний стрижень з нанесеним на нього покриттям завтовшки 0,5...3 мм. Речовини покриття, а також стрижня, підсилюють іонізацію дугового проміжку, захищають рідкий метал від шкідливої дії середовища, дезоксидують і обмежено легують рідкий метал. Стрижні електродів діаметром 1,6...12 мм і довжиною 150...450 мм виготовляють зі спеціального зварювального дроту, який поділяють за хімічним складом на низьковуглецевий дріт (Св-08, Св-05ГА, Св-10Г2 та ін.); легований дріт (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС та ін.) та високолегований дріт (Св-12Х13, Св-10Х20Н15 та ін.).

У позначенні марки дроту літери Св означають зварювальний, а цифри після них -- вміст вуглецю у сотих частках відсотка. Наступні літери й цифри після цих літер показують легувальні елементи та їх відсотковий вміст. Наприклад, зварювальний дріт марки Св-10Х20Н15 містить 0,10 % вуглецю, 20 % хрому, 15 % нікелю, решта -- залізо. Літера А в кінці марки низьковуглецевого та легованого дроту свідчить про знижений вміст шкідливих домішок. Бажано, щоб хімічний склад електродного дроту був близький до хімічного складу зварюваного матеріалу. Якщо цього досягти важко, то речовини, яких в електроді не вистачає, необхідно внести в покриття.

Для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей використовують електроди Е38, Е42, Е42А, Е46, Е46А, Е50, Е50А, Е55 і Е60; для зварювання легованих конструкційних сталей підвищеної міцності застосовують електроди Е70, Е85, Е100, Е125 і Е150. Цифра відповідає межі міцності в МПа х 10-1. Літера А означає, що наплавлений метал має підвищені пластичні властивості (відносне видовження і ударну в'язкість).

До складу покриття входять іонізувальні, шлакоутворювальні, газоутворювальні, дезоксидувальні, легувальні та зв'язувальні речовини. За видом основної речовини покриття поділяються на рутилові (Р), целюлозні (Ц), основні (О) та кислі (К).

Найпоширенішими є рутилові покриття завдяки низькій токсичності, здатності забезпечувати стабільне горіння дуги та міцні шви.

Окрім сталевих електродів, використовують також електроди зі сплавів алюмінію (для зварювання матеріалів на його основі), зі сплавів міді (для зварювання бронз і латуней), зі сплавів титану (для зварювання титанових сплавів).

Типи зварних з'єднань

Типи зварних з'єднань залежать від конструкції виробу й товщини зварюваного металу. Головними типами зварних з'єднань є стикові, внакладку, таврові та кутові.

Стикове з'єднання -- зварне з'єднання двох заготовок торцевими поверхнями. Якщо товщина заготовок під 1 до 5 мм, то шов виконують переважно з одного боку і рідше з двох боків, попередньо не обробляючи скісні краї й залишаючи між заготовками невеликий зазор. При зварюванні заготовок з товщиною більше 3 мм краям заготовки можна надавати V-подібну, U-подібну або Х-подібну форму. Якщо краї Х-подібні, то шов накладають почергово з обох боків з метою зменшити деформації зварюваних елементів.

Накладні з'єднання можуть бути суцільними та переривчастими.

Таврові та кутові з'єднання виготовляються також з попередньою обробкою кромок та без підготовки.

Залежно від положення швів у просторі під час зварювання їх поділяють на нижні, горизонтальні, вертикальні та стельові.

Нижній стиковий шов найзручніше виконувати, оскільки тут рідкий метал легко заповнює проміжок між зварюваними елементами, а з ванни він не витікає.

Складно накладати вертикальні шви, ще складніше -- горизонтальні на вертикальній стінці і найскладніше -- стельові, бо з ванни вертикальних, горизонтальних і стельових швів рідкий метал може витікати під дією сил гравітації. Витіканню можна запобігти, застосовуючи малопотужну коротку дугу.

Режим ручного дугового зварювання

Режимом ручного дугового зварювання називають сукупність параметрів, які забезпечують необхідну якість зварного з'єднання, максимальну продуктивність і низьку собівартість. Найважливішими параметрами режиму є діаметр електрода d і сила зварювального струму Із.

Діаметр електрода d вибирають залежно від товщини зварюваних елементів користуючись емпіричними формулами або орієнтовними співвідношеннями між товщиною зварюваних елементів і рекомендованим діаметром електрода:

Товщина металу t, мм 1...3 3 4…5 6...12 13 і більше

Діаметр електрода d, мм 1,6...2,5 3 3…4 4...5 5 і більше

Силу зварювального струму Із (А) для електродів діаметром 3…6 мм можна визначити за емпіричною формулою

Із = к · d,

де к -- коефіцієнт, який змінюється від 25 до 60 А/мм.

Довжина дуги істотно впливає на якість шва: чим коротша дуга, тим вище якість наплавленого металу. Довжину дуги визначають за формулою

L = 0,5 · (d + 2)

де d - діаметр електроду, мм.

Автоматизація зварювального виробництва

Напівавтоматичне дугове зварювання в атмосфері захисних газів відрізняється від ручного тим, що тут автоматично подається електродний дріт на виріб, автоматично запалюється та підтримується дуга і лише вручну зварювальник переміщає електродний дріт уздовж шва. Як захисні використовують інертні (аргон, гелій) та активні гази (вуглекислий газ, азот, водень). Найефективнішим з-поміж захисних газів є вуглекислий газ і аргон.

Напівавтоматичне дугове зварювання в атмосфері вуглекислого газу провадять лише плавким електродом у вигляді голого дроту великої довжини діаметром 0,8--2 мм.

Вуглекислий газ СО2 захищає дугу і розплавлений метал від взаємодії з повітрям. У вуглекислому газі зварюють трубопроводи, корпуси суден та інші конструкції з вуглецевих та низьковуглецевих сталей.

В атмосфері аргону зварюють сплави на основі алюмінію, титану, магнію, леговані та високолеговані сталі постійним струмом зворотної полярності. Аргонно-дугове зварювання забезпечує кращу якість і більш високу продуктивність, але аргон дорогий.

При автоматичному зварюванні, крім автоматичної подачі електрода, автоматизоване переміщення електрода вздовж шва.

Напівавтоматичне та автоматичне дугове зварювання під флюсом

Дугове зварювання під флюсом відрізняється від зварювання в атмосфері захисних газів лише тим, що тут дугу й розплавлений метал захищає від повітря не газ, а спеціальна зерниста речовина -- флюс. Флюс виконує ту ж функцію, що й покриття електродів для ручного зварювання, тобто стабілізує дугу, захищає зону зварювання, забезпечує дезоксидацію та легування шва.

Електричний дріт безперервно подається в зону зварювання, а шар флюсу завтовшки 30...60 мм з лійки насипається безпосередньо перед дугою на краї зварюваних заготовок. Дуга горить між кінцем електродного дроту і заготовками, розплавляючи їх краї та дріт, внаслідок чого утворюється зварювальна ванна. Цим способом зварюють заготовки з вуглецевих і легованих сталей, міді, алюмінію, титану та їх сплавів завтовшки 2...100 мм.

Автоматичне зварювання під флюсом відрізняється відрізняється від напівавтоматичного наявністю механізму для переміщення зварювальної дуги вздовж шва і досконалішою апаратурою для подачі флюсу та його відсмоктування зі шва.

Особливості зварювання різних конструкційних матеріалів

Зварювання вуглецевих і легованих сталей

На зварюваність вуглецевої сталі істотно впливає вуглець, зі збільшенням вмісту якого її твердість підвищується, а пластичність зменшується.

Найкраще з'єднуються всіма способами дугового зварювання низько-вуглецеві сталі (до 0,25 % С), оскільки вони практично не гартуються.

Значно складніше зварювати середньавуглецеві сталі (0,40...0,45%С) через їх схильність до утворення структур підвищеної твердості і виникнення тріщин.

Високовуглецеві сталі (С = 0,46...0,75 %) зварюються дуже погано через велику схильність до утворення структур гартування та до зростання зерна в зоні термічного впливу. Перед зварюванням середньо- та високовуглецеві сталі рекомендується підігрівати до температур 100...300єС залежно від вмісту вуглецю.

Зварювання чавунів

Зварюваність сірих, ковких і високоміцних чавунів незадовільна через утворення у зварному шві відбілених структур і прогартовуння зони термічного впливу, що призводить до утворення тріщин. Тому чавуни зварюють лише тоді, коли необхідно виправити незначні дефекти лиття або відремонтувати відповідальні деталі. Високу твердість шва і зони термічного впливу можна зменшити високотемпературним і довготривалим відпуском.

Чавуни краще зварювати з попереднім підігріванням заготовок до 400...700 °С.

Зварювання алюмінію

Зварювання алюмінію та його сплавів ускладнюється через утворення на поверхні крапель електродного металу і металу ванни оксидної плівки А12О3 з температурою плавлення 2050 °С, через схильність металу шва до газової пористості і утворення тріщин, високу теплопровідність металу і низьку температуру його плавлення.

Щільна тугоплавка плівка Аl2О3, хоч і захищає метал від окислення, але заважає сплавленню крапель електрода й зварювальної ванни. Щоб позбутись оксидної плівки, використовують у покриттях електродів та у флюсах активні хлористі та фтористі солі лужних і лужноземельних металів (NаСl, КСl, BaCl2, LiF, СаF2).

Дуже часто зварювальну ванну захищають інертними газами.

Зварювання пластмас

Зварюванням отримують нероз'ємні з'єднання деталей з термопластів, нагріваючи їх в місцях з'єднання до в'язкорідкого стану та охолоджуючи під незначним тиском. Температура, тривалість нагрівання і тиск стимулюють дифузію макромолекул в пограничних шарах та забезпечують надійне з'єднання деталей, виготовлених з поліетилену, полістиролу, полівінілхлориду, поліаміду, поліметилакрилату й інших термопластів.

Зварювання полімерних матеріалів проводять нагрітим газом, нагрітим металевим інструментом, тертям, струмом високої частоти, ультразвуковим зварюванням, зварювання інфрачервоними променями тощо.

Під час зварювання нагрітий газ як теплоносій доводить в зоні з'єднання до в'язкорідкого стану матеріал деталей і присадковий пруток. Теплоносієм найчастіше є повітря, нагріте до температури 250...380 °С, а в разі небезпеки оксидації полімера -- азот або аргон. Струмінь нагрітого газу подають в зону зварювання крізь сопло. Джерелом теплоти є електронагрівач опору або природний газ. Присадковий пруток втискуюють з деяким зусиллям у зазор між зварювальними листами, щоб утворити зварний шов.

Якщо зварюють без присадкового матеріалу, то деталі складають внакладку і вслід за соплом прокочують ролик.

Нагрітий металевий інструмент у вигляді пластини розміщують між контактними поверхнями заготовок, які необхідно зварити. Інструмент нагрівається електричним струмом. Після розігріву контактних поверхонь інструмент виймають, а нагріті поверхні заготовок остаточно зближують під дією певної сили. Окрім пластинчастих, використовують також стрічкові, дротяні, клиноподібні роликові та інші інструменти.

Нагрітими металевими інструментами зварюють труби, листи, плівки, точно підтримуючи задану температуру нагрівання полімерного матеріалу і створюючи необхідний тиск.

Зварювання тертям ґрунтується на нагріванні контактних поверхонь з'єднуваних заготовок теплотою, що утворюється від перетворення роботи тертя у теплоту. Найчастіше тертя зумовлене обертальним рухом в поєднанні з тиском, створюваним певними силами, рідше -- коливальним рухом. Прилеглі до поверхні тертя зони швидко нагріваються з огляду на низьку теплопровідність полімерних матеріалів.

Зварювання струмом високої частоти характеризується перетворенням електричної енергії у теплову безпосередньо всередині зварювального матеріалу -- діелектрика. Під дією змінного електричного поля відбувається зміна поляризації елементарних частинок в зоні зварювання з частотою підведення струму. Ці частинки зазнають коливань, внаслідок чого виникає тертя. Частота струму становить 13...80 МГц.

Розрізняють пресове та неперервне зварювання струмом високої частоти.

Пресове зварювання забезпечує отримання несуцільних контактних швів у вигляді кола, трикутника, квадрата тощо, тобто шов є відтворенням конфігурації робочої поверхні електродів, між якими затиснуті зварювані листи.

Неперервне зварювання полягає в тому, що листи, складені внакладку, пропускають між обертальними металевими роликами, до яких підводиться високочастотний струм, внаслідок чого утворюється шов.

Струмом високої частоти зварюють заготовки завтовшки до 5 мм. В них контактні поверхні не перегріваються, а міцність шва дорівнює міцності зварюваного матеріалу. Процес високопродуктивний, особливо, якщо зварюють роликовими електродами.

Контактне зварювання та зварювання тертям

Контактне електричне зварювання

Суть контактного електричного зварювання полягає в рому, що заготовки нагрівають у зоні з'єднання електричним струмом до пластичного стану або до часткового розплавлений і пластично деформують, щоб зблизити з'єднувані поверхні до відстаней міжатомної взаємодії.

Необхідна для зварювання кількість теплоти виділяється в результаті проходження через заготовки значної сили струму (іноді десятки тисяч і на-віть сотні тисяч ампер). Оскільки опір в контакті заготовок найвищий (що зумовлено неповним приляганням з'єднуваних поверхонь, їх забрудненням і наявністю оксидів), то контакт заготовок нагрівається найбільше.

Розрізняють три основні види електроконтактного зварювання: стикове, точкове і шовне.

Стикове зварювання -- з'єднання заготовок по всій площі їх стикування. Стиковим зварюванням з'єднують заготовки у вигляді стрижнів, труб, рейок залізничних колій, арматури залізобетонних виробів та ін.

Точкове зварювання -- це вид з'єднання листових заготовок завтовшки 0,5...5 мм на окремих обмежених ділянках стикування. Так з'єднують заготовки із вуглецевих і легованих сталей, сплавів міді та алюмінію. Заготовки затискають між мідними електродами, до яких подають електричний струм від трансформатора протягом часу, необхідного для утворення частково розплавленого ядра металу, який остигає після вимкнення струму, утворюючи зварну точку.

Шовне зварювання --- це з'єднання листових заготовок суцільним або переривчастим швом. Товщина заготовок становить 0,5...3,0 мм, їх матеріал -- низьковуглецеві та леговані сталі, сплави алюмінію, магнію, а також міді і титану.

Листові заготовки переміщаються під двома роликами, до яких підводять струм від трансформатора. Зварювальний струм подають неперервно, коли потрібен суцільний шов, або періодично, якщо потрібен переривчастий шов.

Шовним зварюванням з'єднують бензобаки, бочки та їм подібні переважно листові вироби.

Зварювання тертям

Зварювання тертям відбувається у твердому стані під дією стискування і теплоти, що виникає від тертя на контактних поверхнях заготовок.

Заготовки у вигляді стрижнів або труб торцями складають встик, одну з них або обидві обертають, прикладаючи осьові сили. Від тертя метал у зоні контакту нагрівається в тонких поверхневих шарах до температури 950...1300 °С. Після надійного з'єднання обертання раптово припиняють, а стискальні напруження на деякий час підвищують.

Цим способом зварюють вироби з однорідних і різнорідних металів, а також з металів і кераміки. Серед них свердла, мітчики, кінцеві фрези, клапани двигунів внутрішнього згоряння та ін. Одну частину виробу виготовляють з дорогої високолегованої сталі, а іншу -- з дешевої вуглецевої або легованої.

Газове зварювання

Гази, що застосовуються при зварюванні

При газовому зварюванні плавленням для місцевого нагрівання з'єднуваних деталей використовують тепло реакцій горіння газів в струмені кисню; при цьому утворюється факел полум'я з дуже високою температурою. В момент розплавлення основного металу в полум'я вносять пруток з присадкового матеріалу, який також плавиться і утворює разом з основним розплавленим металом зварне з'єднання.

Газове зварювання дає більш плавне нагрівання, ніж електродугове. Газове зварювання широко використовують при ремонті і виготовленні тонкостінних виробів зі сталі (товщиною від 0,2 до 5 мм) і сплавів кольорових металів, наплавочних роботах, виправленні дефектів чавунного і сталевого литва.

В якості горючих газів можуть бути використані ацетилен С2Н2, водень Н2, природний газ (що містить приблизно 94 % СН4), нафтогаз, пари бензину і гасу. В зварювальному виробництві зазвичай використовують ацетилен; при горінні в технічно чистому кисні він дає найбільш високу температуру полум'я (3200о С). Запалюється ацетилен при 420о С, стає вибухонебезпечним при стисканні понад 0,18 МПа, а також при тривалому контакті з міддю і сріблом.

Обладнання для газового зварювання

Ацетилен отримують з карбіду кальцію при взаємодії останнього з водою. Реакція протікає з виділенням значної кількості тепла

СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2

Ацетилен для зварювання потрапляє з генератора, в якому його отримують, або з металевих балонів. В балонах ацетилен знаходиться в суміші з ацетоном під тиском 1,5-1,6 МПа. Для безпеки балон з ацетиленом заповнюють деревним вугіллям, який створює систему капілярних судин.

Ацетиленові генератори можуть бути пересувними і стаціонарними.

Технічний кисень (98,5 - 99,5 %) поступає до зварювального поста по трубопроводах під тиском 0,5-1,6 МПа. В балоні кисень знаходиться під тиском до 15 МПа і містить 6 м3. Латунний вентиль балона має боковий штуцер для приєднання редуктора.

Через те що деякі речовини (жири, масла) в середовищі стисненого кисню здатні самозапалюватися, при роботі з кисневими балонами необхідно дотримуватися особливої обережності.

Для зниження тиску газу до робочого та для підтримання його постійним в процесі зварювання використовують редуктори.

З редукторів балонів кисень і горючий газ окремо потрапляють в зварювальний пальник. Пальник призначений для правильного змішування кисню з горючим газом, подачі горючої суміші до місця зварювання і створення концентрованого полум'я необхідної потужності. Пальники за принципом дії поділяються на інжекторні і безінжекторні. Більш поширені інжекторні пальники.

В інжекторному пальнику кисень під тиском 0,1…0,4 МПа з великою швидкістю виходить з каналу інжектора і потрапляє в змішувальну камеру, куди через кільцевий канал засмоктується пальний газ. Одержана горюча суміш потрапляє в мундштук і згорає, утворюючи високотемпературне полумя.

При запалюванні пальника спочатку на чверть оберту відкривають вентиль кисню, потім відкривають вентиль ацетилену і підпалюють газову суміш що виходить з мундштука. Після цього негайно приступають до регулювання зварювального полум'я. При гасінні пальника спочатку закривають ацетиленовий вентиль, а потім кисневий.

Газове різання металів

Газове різання є одним з поширених способів термічного різання металів. Суть цього способу в тому, що метал в зоні різання нагрівають газокисневим полум'ям до температури горіння (запалювання), після чого подають струмінь кисню, в якому згоряє метал і видуваються утворені оксиди.

Газове різання можливе лише в тих металах, які мають температуру згоряння нижче температури плавлення. Такими металами і сплавами є залізо, вуглецева сталь з вмістом вуглецю до 0,7 %, деякі сорти легованої сталі.

Різання заліза і сталі здійснюється спеціальними різальними горілками - різаками. Різак відрізняється від пальника наявністю спеціального каналу для підведення струменю кисню.

Газове різання поділяється на ручне і машинне.

При машинному різанні рух різака по лінії різу механізовано, і різ отримують більш точним, внаслідок відсутності вібрацій і нерівномірності швидкості руху. Є машини з фотоелектронним копіюванням контуру вирізки по кресленню: машини для різання листів, машини з дистанційним керуванням.

Термічне різання високолегованих хромонікелевих корозійностійких сталей, чавуну, кольорових металів можна виконати способом киснево-флюсового різання. Суть його полягає в тому, що в зону різання разом з киснем вводиться порошковий флюс, основним компонентом якого є залізний порошок. При згорянні заліза виділяється додаткова теплота і утворюються легкоплинні шлаки, які видаляються із зони різання. При різанні кольорових металів до складу шлаку вводять також алюмінієвий порошок або кварцовий пісок.

Дугове та променеве різання металів

Електрична дуга як потужне концентроване джерело тепла може бути використана для різання металу. Ручне дугове різання проводиться з силою струму на 20…30 % більшою ніж при зварюванні. Різання можна виконувати плавкими або неплавкими електродами. Для видалення розплавленого металу можна застосовувати стиснене повітря. Якість поверхні після різання низька.

Плазмове різання основується на тому, що метал розплавляється та видувається із зони різання струменем розігритої плазми. Практично всі метали можна розрізати плазмовим різанням. Як плазмоутворюючі гази застосовуються азот, водень, аргонноводневу суміш.

Висока концентрація енергії лазерного променя дозволяє використовувати його для різання різних матеріалів, в т. ч. неметалевих. Лазерним променемем можна розрізувати метали, скло, кераміку, алмази. Під дією лазерного променя відбувається плавлення і випаровування матеріалу із зони різання. Прорізь утворюється вузькими та дуже точними.

Паяння металів і сплавів

Паяння - з'єднання металевих деталей в твердому стані за допомогою присадкового сплаву (припою). При паянні плавиться лише присадковий метал, який має температуру плавлення нижчу основного металу.

Для одержання міцного з'єднання необхідно, щоб припій добре змочувався поверхнею з'єднуваних металів, мав якісну взаємодію і утворював з ним розчини. Чим вище ступінь взаємної дифузії між розплавленим припоєм і основними металами, тим вищою є механічна міцність з'єднання. Крім того, міцність паяння залежить від чистоти поверхні з'єднуваних деталей. Тому поверхню виробу попередньо чистять, обезжирюють і вилучають окисли.

За допомогою паяння можна з'єднати деталі з вуглецевої і легованої сталі всіх марок, кольорових металів і сплавів, а також з різнорідних металів і сплавів.

Припої

Для паяння використовують припої двох видів:

- м'які з низькою температурою плавлення (до 400 оС) і відносно малою механічною міцністю з'єднання;

- тверді з високою температурою плавлення (до 900 оС) і високою механічною міцністю з'єднання.

М'які припої, до яких відносять сплави на олов'яній, свинцевій, кадмієвій, вісмутовій і цинковій основах, використовують в тому випадку, коли шов повинен забезпечувати герметичність з'єднання при відносно невисокій механічній міцності (межа міцності шва 30100 МПа). Часто застосовують олов'яно-свинцеві припої ПОС-61, ПОС-40 з вмістом олова 61% 40% відповідно.

Тверді припої, до яких відносять сплави на мідній, срібній, алюмінієвій, магнієвій і нікелевій основах, використовують для отримання міцних швів (межа міцності шва може сягати до 700 МПа). Твердими припоями можна паяти мідь, латунь, бронзу, сталь, чавун і інші сплави, крім алюмінію і його сплавів.

Технологічний процес паяння

Технологічний процес паяння м'яким припоєм включає підготовку поверхні деталей і власне паяння. Підготовка поверхні деталей складається з підгонки з'єднуваних деталей, механічному очищенні від бруду, жирів і оксидних плівок, покритті очищених поверхонь флюсом.

Флюси використовують для захисту очищених поверхонь від окислення та для поліпшення змочування рідким припоєм з'єднуваних металів. При паянні м'яким припоєм в якості флюсів найчастіше використовують соляну, фосфорну кислоти, хлористий цинк, суміш хлористого цинку з хлористим амонієм або каніфоль. Іноді використовують також пастоподібні флюси.

Для здійснення паяння паяльник нагрівають до 250-300 оС, робочим кінцем занурюють у флюс, залуднюють припоєм і розігрівають підготовлені до паяння деталі в місцях з'єднання. Одночасно на шов наносять припій, який розплавляють паяльником і вводять в зазор, де він, охолоджуючись, утворює шов. Міцність з'єднання 50-70 МПа.

При паянні твердими припоями раніше підготовлені і оброблені флюсом частини виробів нагрівають разом з припоєм до температури плавлення. В якості флюсів використовують буру (Na2B4O7), сіль борної кислоти (Na2BO3), фтористий калій (KF) тощо. Міцність з'єднання 450 МПа.

Дефекти зварних з'єднань та методи контролю

Дефектами зварних з'єднань є тріщини, порожнини, неметалеві вкраплення, непровари, пропалини та ін. Дефекти виникають переважно внаслідок порушень технології зварювання.

Контроль якості зварних з'єднань -- це виявлення їх дефектів зовнішнім оглядом, ультразвуком, радіаційними методами, кольоровою дефектоскопією, магнітним методом, з гасом, рідиною або газом під тиском.

Зовнішній огляд зварного з'єднання необхідно робити завжди. Перед цим шви очищають від шлаку та забруднень.

Ультразвуковий контроль ґрунтується на здатності ультразвукових хвиль прямолінійно поширюватись в однорідному металі і відбиватись від границь дефектів. Відбиті хвилі підсилюються і сигнал від них скеровується в осцилограф, за допомогою якого розпізнають вид дефекту (пора, тріщина, неметалеве вкраплення), його величину й місце перебування.

Для радіаційного контролю використовують рентгенівські або г-промені від від ізотопів, які скеровують на шов, а далі -- на фотоплівку.

Кольорова дефектоскопія використовує забарвлену рідину, яка проникає в несуцільні дефекти, що виходять на поверхню. За 10…15 хв з поверхні шва зливають забарвлену рідину, а на її місце наносять білу фарбу, яка має адсорбенти, що вбирають цю рідину з порожнин.

Магнітний метод передбачає намагнічування зварного з'єднання, посипання його поверхні магнітним порошком і виявлення за допомогою порошку магнітного розсіювання на дефектах.

Контроль гасом полягає у змочуванні ним поверхні шва, з протилежного боку якого нанесена крейда. За наявності у шві наскрізних несуцільностей на крейді утворюються темні гасові плями.

Резервуари й трубопроводи перевіряють на герметичність під тиском рідини або повітря. У місцях наскрізних дефектів протікає рідина або виходить газ. Щоб побачити вихід газу, поверхню шва змочують мильною водою або виріб занурюють у воду. Про негерметичність свідчить поява газових бульбашок.

Контроль аміаком. Зварені вироби з порожнинами заповнюють стисненим повітрям з додаванням 1 % аміаку, а шви обгортають папером, просякнутим 50%-м розчином азотнокислої ртуті. При наявності нещільностей на папері з'являються чорні плями.

Люмінесцентний метод. Деталь занурюють на 20-30 хвилин в суміш гасу і масла, а потім витирають насухо і занурюють в порошок магнезії, який прилипає в місцях появи масла (над тріщинами).

Металографічний контроль. Визначають макро- і мікроструктуру металу, а також пори, тріщини, раковини, непровари, перепал, перегрівання, нітриди і інші дефекти зварного шва.

4. Неметалеві конструкційні матеріали

Тема 4.1. Пластичні маси

Пластичною масою називають матеріал, основою якого є полімер, що перебуває під час формування виробу у в'язкорідинному чи високоеластичному стані.

Загальні відомості про пластмаси

Сировиною, з якої отримують синтетичні високомолекулярні матеріали, є нафта, природний газ, кам'яне вугілля, сланці. Основні позитивні властивості пластмас: простота виготовлення з них виробів, низька густина, значна стійкість проти агресивних середовищ, добрі діелектричні та теплоізоляційні властивості, а також задовільні міцність і жорсткість. Залежно від кількості компонентів пластмаси поділяють на однокомпонентні та композитні.

Однокомпонентні пластмаси складаються з одного компонента -- високомолекулярної сполуки (наприклад, поліетилену, поліпропілену, полівінілхлориду, полістиролу тощо).

Композитні (складні) пластмаси, крім високомолекулярної сполуки, містять ще й інші компоненти (пластифікатори, зміцнювальні та мастильні речовини, каталізатори, барвники, стабілізатори, антипірени, антистатики, пороутворювачі) сумарною кількістю 20...80 % за об'ємом.

Високомолекулярні сполуки в полімерних композитних матеріалах виконують роль матриці, тобто зв'язувальної речовини, їх отримують внаслідок реакції полімеризації або поліконденсації.

Полімеризація -- утворення високомолекулярної сполуки (полімера) із низькомолекулярних сполук (мономерів), під час якого не виділяються побічні продукти реакції. Прикладом реакції полімеризації може бути утворення твердої високомолекулярної речовини поліетилену (-СН2-СН2-)n з n-ної кількості молекул мономера у вигляді газу етилену СН2 = СН2 при підвищених тиску й температурі.

Отже, молекули мономера послідовно з'єднуються між собою, утворюючи довгі ланцюгові макромолекули нової речовини такого самого складу, як і мономер. Знак „-" означає ковалентний зв'язок, при якому два електрони стають спільними для сусідніх атомів. Кількість молекул мономера в одній макромолекулі полімера становить 103... 105.

Поліконденсація -- утворення високомолекулярної сполуки (полімера) із низькомолекулярних сполук (мономерів), яке супроводжується здебільш виділенням побічних речовин (Н2О, НС1, NН3 та ін.). Внаслідок поліконденсації, наприклад, утворюється смола з фенолу і формальдегіду.

Зміцнювальні компоненти (наповнювачі) -- органічні й неорганічні речовини у вигляді порошків, волокон або листів, що додаються для підвищення міцності, жорсткості, теплостійкості, зменшення усадки, а також зниження вартості пластмаси.

Пластифікатори підвищують пластичність й полегшують переробку пластмас у вироби. Водночас пластифікатори зменшують міцність і жорсткість пластмаси. До них належать малолеткі органічні речовини типу гліцерину та касторової олії, які проникають у пластмасу, зменшуючи взаємодію між молекулами.

Мастильні речовини (стеарин, олеїнова кислота та ін.) усувають прилипання матеріалу до прес-форми та збільшують його текучість, зменшуючи тертя між частинками композиції.

Каталізатори (уротропін, оксиди металів) прискорюють твердіння пластмаси.

Барвники (пігменти, природні лаки) надають пластмасовим виробам естетичного вигляду.

Стабілізатори (нафталін, сажа, антрацен) -- речовини, що сповільнюють атмосферне старіння пластмас під дією світла, теплоти, кисню та озону. Старіння супроводжується поступовою зміною структури і погіршенням властивостей матеріалу.

Антипірени (ізоціаніти, сполуки стибію) зменшують горючість полімерів.

Антистатики перешкоджають виникненню й нагромадженню статичного електричного заряду у виробах з полімерних матеріалів.

Види компонентів та їх кількісне співвідношення впливають на властивості пластмас.

Пороутворювачі -- речовини, які розпадаються під час нагрівання, виділяючи гази, що спінюють смолу, внаслідок чого утворюється пориста структура в поро- та пінопластах.

За формою макромолекул розрізняють полімери лінійної, розгалуженої, сітчастої та просторової будови.

Залежно від поведінки під час нагрівання та твердіння пластмаси поділяють на термопластичні й термореактивні.

Термопластичні пластмаси

Термопласти під час кожного нагрівання спочатку розм'якають і переходять у рідкотекучий стан, а під час охолодження тверднуть. Вони мають порівняно невисоку верхню межу робочої температури. З-поміж термопластів найпоширенішими є поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, полістирол. Промислове значення мають також політетрафторетилен, органічне скло та інші.

Поліетилен (-СН2-СН2-)n -- продукт полімеризації етилену. Залежно від тиску, під яким відбувається полімеризація, розрізняють поліетилен високого тиску (ПЕВТ), поліетилен середнього тиску (ПЕСТ) й поліетилен низького тиску (ПЕНТ). Поліетилен -- дешевий, нетоксичний матеріал, без запаху, хімічно тривкий, не змочується водою, прозорий у тонкому й непрозорий у товстому шарі, легко переробляється, добрий діелектрик. Його можна експлуатувати в межах температур від -60 до 100 °С. До недоліків належать здатність поліетилену старіти під впливом сонячного світла, горючість і мала міцність.

Поліетилен використовують для виготовлення плівок, листів, труб, різних місткостей, ізоляції електропроводів тощо. Покриття з поліетилену захищає метал від корозії.

Поліпропілен (-СН2-СНСН3-)n, утворюється внаслідок полімеризації пропілену. Порівняно з поліетиленом він міцніший, жорсткіший, теплостійкі-ший і характеризується меншого густиною. Поліпропілен прозорий, але може бути забарвлений у будь-який колір, нетоксичний, хімічно тривкий, має добрі діелектричні властивості, витримує температуру до 120...150 °С. Головний недолік поліпропілену -- погана морозостійкість (-5...-15 °С).

Використовується для виробництва текстильних і технічних волокон, труб, посуду, корпусів акумуляторів, електроізоляції, деталей автомобілів, холодильників, меблів і телефонів.

Полівінілхлорид (-СН2-СНСІ-)n -- продукт полімеризації вінілхлориду. Полівінілхлорид (ПВХ) за обсягами виробництва стоїть на другому місці після поліетилену. Він добрий діелектрик, не токсичний, стійкий до старіння і до дії багатьох хімікатів. Залежно від складу пластмаси на основі ПВХ розрізняють непластифікований і пластифікований полівінілхлорид.

Непластифікований полівінілхлорид, або вініпласт, має високу міцність і пружність, застосовується для виготовлення труб, деталей насосів, профільних елементів меблів.

Пластифікований вінілхлорид, або пластикат, отримують, пластифікуючи ПВХ поліефірами чи синтетичними каучуками. Пластифікований полівінілхлорид використовують при виробництві лінолеуму, штучної шкіри, плівок, електроізоляції проводів і кабелів.

Полістирол (-СН2-СНС6Н5-)n --продукт полімеризації стиролу. Він твердий, жорсткий, прозорий, хімічнотривкий у розчинах багатьох лугів і кислот. Витримує температуру від -20 до 80 °С, має добрі діелектричні показники, набуває забарвлення різного кольору. Полістирол використовують для виготовлення корпусів телевізорів, деталей холодильників, меблевої фурнітури, підносів, футлярів, канцелярських товарів, гудзиків, електроізоляційних плівок і багатьох деталей в електро- і радіотехнічній промисловості. Недоліки полістиролу -- низька теплостійкість і швидке старіння.

Пінополістирол -- пластик на основі полістиролу, порожнини якого наповнені газом, внаслідок чого він має низьку густину, добрі тепло- та звукоізоляційні властивості. Використовуються як тепло- й звукоізолятор у будівництві, літако- й суднобудуванні, холодильній техніці.

Політетрафторетилен. Високотривкий до будь-яких розчинників, добрий теплоізолятор й діелектрик, має низький коефіцієнт тертя (0,04). Його діапазон робочих температур від-26 до 260 °С. З політетрафторетилену виготовляють прокладки, манжети, радіотехнічні вироби, хімічно тривкі деталі, підшипники, що не потребують змащування, пористі вироби, а також протези людських органів.

Поліметилметакрилат або органічне скло. Він оптично прозорий, доволі міцний, добрий електроізолятор. Від силікатного скла відрізняється низькою густиною й підвищеною пластичністю. Недоліки органічного скла -- невисока твердість і теплостійкість (при температурі 90 °С воно починає розм'якати). Використовується як листове скло (в т.ч. для літаків), для виготовлення лінз, призм, шкал, футлярів тощо.

Термореактивні пластмаси

Реактопласти під час нагрівання спочатку розм'якають, а згодом при певній температурі тверднуть внаслідок утворення міцних ковалентних поперечних зв'язків між макромолекулами. Деякі термореактивні полімери (наприклад епоксидні смоли) тверднуть під дією затверджувача навіть при кімнатній температурі. Затверділі реактопласти неможливо перевести, повторно нагріваючи, у рідкотекучий стан. Реактопласти відрізняються від термопластів вищою теплостійкістю, нерозчинністю і стабільністю властивостей в робочому інтервалі температур. Найпоширенішими синтетичними полімерами для термореактивних пластмас є карбанідоформальдегідні, меламіноформальдегідні та епоксидні смоли.

Карбамідоформальдегідні смоли -- продукти поліконденсації карбаміду з формальдегідом. Каталізаторами затвердіння є органічні кислоти (соляна, фосфорна) та деякі солі. Карбамідоформальдегідні смоли світлостійкі, добре забарвлюються і зберігаються. На їх основі виробляють полімерні композитні матеріали з порошкоподібними, волоконними й шаруватими зміцнювачами, а також клеї, лаки, фарби та емалі. Основним споживачем карбамідоформальдегідних смол є деревообробна промисловість.

Меламіноформальдегідні смоли -- продукти поліконденсації білого кристалічного порошку -- меламіну а формальдегідом. Ці смоли тверднуть і при кімнатній температурі, і під час нагрівання. З них виготовляють полімерні композитні матеріали, клеї, лаки та емалі.

Фенолоформальдегідні смоли отримують поліконденсацією фенолу з формальдегідом. З фенолоформальдегідних смол виготовляють композитні полімерні матеріали, а також клеї, лаки, електротехнічні деталі й шліфувальні круги.

Епоксидні смоли -- продукти поліконденсації епіхлоргідрину з дифенілпропіленом. Вони термопластичні, але після додавання до їх складу затверджуваній стають термореактивними. Ці смоли мають добрі адгезійні, механічні й діелектричні властивості, тверднуть в холодному і нагрітому стані. З них виготовляють клеї, лаки, шаруваті пластмаси.

Виготовлення виробів з полімерних матеріалів

Перехід термопластів від твердого до високоеластичного або до в'язкорідкого стану відбувається завдяки нагріванню. І навпаки, завдяки охолодженню термопласти або вироби з них спочатку переходять від в'язкорідкого до високоеластичного, а далі до твердого стану. У разі необхідності термопласти можна повторно нагрівати й переробляти у вироби. Заготовки з термопластів піддаються також зварюванню й обробці різанням.

Для тверднення термореактивної зв'язувальної речовини не потрібне охолодження; тут процес супроводжується хімічними реакціями з утворенням просторової молекулярної структури, Реактопласти з такою структурою незворотно втрачають здатність переходити у високоеластичний стан. У твердому стані їх можна обробляти різанням.

Фізичний стан зв'язувальної речовини, вигляд зміцнювального матеріалу (порошок, волокно, тканина) та деякі інші фактори впливають на вибір того чи іншого способу формоутворення деталей. Переважно ці способи визначаються невеликою кількістю операцій, низькою трудо- і енергоємністю та незначними відходами.

Виготовлення виробів на основі рідких полімерів

Часто для виготовлення деталей з полімерних композитних матеріалів як зв'язувальну речовину використовують поліефірні та епоксидні смоли. Наповнювачами служать переважно скляні, а також вуглецеві, борні й органічні волокна та тканини на їх основі. Поліефірні та епоксидні смоли тверднуть без тиску або під невисоким тиском при кімнатній температурі під дією затверджувачів й пришвидшувачів процесу.

Основними способами виготовлення деталей зі склопластиків є вільне лиття, контактне формування, вихрове напилення, намотування і відцентрове лиття.

Вільним литтям виробляють деталі простої конфігурації, заливаючи заздалегідь приготовлену з потрібних компонентів полімерну суміш у холодну або гарячу форму, де ця суміш твердне без прикладення тиску. Полімерна суміш складається з поліефірної або епоксидної смоли, затверджувача, наповнювача, іноді пришвидшувача тверднення та барвника. Маса деталі обмежується декількома десятками кілограмів. Ливарні форми виготовляють зі сталі, сплавів кольорових матеріалів, гіпсу або деревини.

Контактним формуванням вручну виробляють деталі з полімерних композитних матеріалів у спеціальних формах. Форму виготовляють з деревини, гіпсу або металу. На робочу поверхню наносять роздільний шар із полівінілового спирту, нітролаку або целофанової плівки, який запобігає прилипанню смоли до поверхні форми. Пульверизатором наносять рідку смолу із затверджувачем і на цей шар накладають наповнювач -- склотканину. Кількість шарів залежить від необхідної товщини стінки деталі.

Спосіб контактного формування характеризується простотою устаткування, проте він низькопродуктивний й не забезпечує достатньо високої якості виробів. Контактно формують такі великогабаритні деталі як корпуси байдарок й хімічних апаратів, кузови спортивних автомобілів та ін. в умовах одиничного і дрібносерійного виробництв.

Під час вихрового напилення машинним способом наносять одночасно на поверхню форми смолу, затверджувач і подрібнене волокно, після чого обкочують отриманий шар гумовим роликом. Довжина подрібнених скловолокон становить 90...100 мм, а його об'ємна частка в напиленому шарі не перевищує 30 %. Цей спосіб продуктивніший порівняно з контактним формуванням і використовується у серійному виробництві великогабаритних деталей.

Намотування полягає у тому, що на оправку неперервно укладають просочений зв'язкою наповнювач у вигляді волокна або стрічки. Сформовану деталь разом з оправкою поміщають у камеру тверднення. По закінченні технологічного циклу оправку виймають.

Намотування -- один з найдосконаліших способів створення порожнистої високоміцної деталі з полімерного композитного матеріалу. В автомобілебудуванні цим способом виготовляють, наприклад, карданний вал автомобіля „Тоуоtа", в авіабудуванні -- секції трансмісійного вала, лопаті та носову його частину, балони високого тиску тощо.

Відцентровим литтям у обертальній формі виготовляють вироби великих розмірів, що мають вигляд тіл обертання. В порожнину форми завантажують рідку зв'язувальну речовину та подрібнене скловолокно. Під дією відцентрових сил полімерна суміш притискається до стінки форми й ущільнюється. Після завершення процесу форму зупиняють і виймають виріб.

Формування деталей з полімерів у в'язкорідкому стані

У в'язкорідкому стані формують деталі способом гарячого пресування, литтям під тиском, екструзією тощо.

Гарячим пресуванням виготовляють деталі переважно з реактопластів, зв'язувальна речовина яких під дією теплоти переходить у в'язкорідкий стан, а під кінець технологічного циклу твердне, утворюючи просторову структуру. Охолодження деталі відбувається поза пресформою.

Прес-форма є штамповим інструментом, що складається з двох головних частин -- матриці, закріпленої на столі гідравлічного преса, і пуансона, закріпленого на повзуні. У порожнину розкритої прес-форми насипають задану дозу полімерної суміші у вигляді порошку, гранул або таблеток. Щоб скоротити тривалість технологічного циклу, полімерну суміш перед завантаженням у прес-форму нагрівають до температури 80...150 °С. Тиск 15...80 МПа на полімерну суміш створює пуансон, опускаючись у нижнє положення.

Прес-форми виготовляють з інструментальних сталей, їх формоутворювальні поверхні полірують і хромують, щоб забезпечити високу якість отримуваних деталей.

Гарячим пресуванням виробляють деталі середньої складності з феноло- і амінопластів, зокрема корпуси телевізорів, радіоприймачів, телефонів.

Литтям під тиском виготовляють деталі складної конфігурації з термо- і рідше з реактопластів, які перебуваючи у в'язкорідкому стані, заповнюють робочу порожнину прес-форми і гверднуть там під тиском.

Завдяки нагріванню полімерної суміші до температур 150...300 °С і значному тиску добре заповнюється порожнина прес-форми й тому формуються деталі з високою якістю поверхні та точними розмірами.

Екструзія -- це поширений й високопродуктивний спосіб витискання полімерного матеріалу (переважно термопласту) у в'язкорідкому стані крізь отвір, що відповідає поперечному перерізові виробу.

Полімерний матеріал у вигляді гранул або порошку завантажують у бункер шнекової машини неперервної дії -- екструдера. Бункер сполучений з порожни-ною робочого циліндра, в якому обертається шнек. Шнек пересуває полімерний матеріал уздовж осі циліндра, перемішує його й ущільнює. Завдяки теплоті, що передається від електронагрівача і теплоті, що виникає внаслідок тертя, полімер переходить у в'язкорідкий стан і витискається назовні крізь калібрувальний отвір головки. Далі виріб охолоджують у водяній ванні й ріжуть на заготовки заданої довжини або змотують у бухти. Щоб змінити профіль виробу, необхідно замінити головку і оправку. Екструзією виробляють фасонні прутки з однаковою формою поперечного перерізу по всій довжині, а також труби, листи; наносять ізоляцію на електропровідний дріт.

У високоеластичному стані виготовляють деталі з термопластів способом штампування.

Штампування -- це спосіб виготовлення тиском деталей об'ємної конфігурації з листових термопластів, доведених нагріванням до високоеластичного стану й охолоджених у штампі.

Тема 4.2. Композиційні матеріали

Композитними називають штучно створювані матеріали, що складаються з двох або більше хімічно різних компонентів, істотно відмінних за властивостями й розділених добре вираженою міжкомпонентною границею. Будь-який композитний матеріал (КМ) складається з неперервної в усьому його об'ємі матриці та зміцнювального компонента (арматури), розміщеного в ній за заданою закономірністю.

...