Технологии размерной обработки с наращиванием конечного объема детали

Предпосылки к использованию технологий с наращиванием объема

В предыдущих главах были рассмотрены традиционные технологические процессы размерной обработки, основанные на уменьшении теми или иными методами конечных размеров и объемов детали относительно исходной заготовки. Поэтому их называют субтрактивными. В начале гл. 10 была указанна третья группа процессов, для которой конечный объем и размеры детали превосходят начальный, либо исходной заготовки в принципе нет. Процессы, относящиеся к этой группе, называют аддитивными. По сложившейся традиции в выпущенной ранее учебно-методической литературе к этой группе относят нанесение на исходную заготовку различного рода покрытий, например плазменных (рис. 13.1a), гальванических идр. и наплавку. На самом деле размеры заготовки или детали (даже в минимальном поперечном сечении) после нанесения на них покрытия реально увеличиваются незначительно. Например, для стального вала диаметром 80 мм выполнение покрытия толщиной? = 0,2 мм увеличивает его диаметр лишь на 0,5%.

Рис. 13.1. Примеры нанесения покрытий:

а — плазменное нанесение покрытия на нал; б — теплозащитное покрытие лопатки Форма детали не меняется, так как наружный контур остается эквидистантным исходному. При этом за счет суммирования нолей допусков на заготовку и покрытие точность размеров детали не только не увеличивается, а, наоборот, несколько снижается. Следовательно, использование методов нанесения покрытий исключительно для размерной обработки или крайне нерационально, или невозможно. Главная же их цель заключается не в размерной обработке и увеличении геометрических размеров, а в изменении физико-механических и структурных свойств поверхностного слоя, т. е. в придании детали заданных функциональных, технологических и эксплуатационных качеств. Пример термопокрытия турбинной лопатки приведен на рис. 13.1,6. Поэтому технологические процессы нанесения покрытий на деталь будут рассмотрены в гл. 16.

Технологические процессы наплавки

Наплавка — нанесение с помощью сварки плавлением слоя металла на поверхность заготовки или детали (рис. 13.2). Толщина наплавляемого слоя может достигать нескольких мм.

Рис. 13.2. Наплавка металла на заготовку:

а — исходное состояние; б — процесс наплавки; в — после наплавки; 1 — металл; 2 — наплавляемый слой; 3 — высокотемпературная струя; 4 — горелка; 5 — исходный присадочный материал; 6 — готовое покрытие Этот способ наращивания объема для новых деталей используют редко, лишь в тех случаях, когда на поверхности требуется иметь металл, отличающийся от металла детали. Так, например, если изделие должно определять общую прочность, которая зависит от свойств металла и его сечения, то поверхностные слои часто дополнительно должны работать на абразивный или абразивно-ударный износ (направляющие станин, зубья ковшей землеройных орудий, желоба валков канатно-подъемных устройств и др.). Условия работы могут усложняться повышенной температурой, эрозионно-коррозионным воздействием окружающей среды (морской воды, различных реагентов в химических производствах и др.).

Наплавку в основном применяют для восстановления сильно изношенных деталей.

Способ формообразования оплавлением

Формообразование детали по способу FDM (Fused Deposition Modeling) происходит с помощью установки, схема которой показана на рис. 13.3.

Рис. 13.3. Способ моделирования оплавлением FDM:

1 — платформа; 2 — суппорт; 3 — формируемая деталь; 4 — наносимый слой; 5 — форсунка; 6 — головка FDM; 7 — привод; 8 — бобина с проволокой; 9 — устройство нагрева проволоки Намотанная на бобину 8 проволока с помощью прижимных роликов привода 7 подводится к соплу 5, управляемому от координатного механизма головки б. Устройством нагрева 9 проволока в головке 6 доводится до состояния, близкого к температуре плавления. В нагревающем сопле 5 материал переходит в жидкое состояние, выдавливается на предшествующий слой формируемой детали 3 и, схватываясь с ним, затвердевает. Причем расстояние между вершиной фокусировки и наносимым слоем способствует получению требуемого профиля детали в плане. В общем случае толщина слоя при этом способе может быть в пределах 0,025−1,25 мм, стенки — 0,22−6 мм. После окончания изготовления одного слоя платформа 1 опускается и начинается формирование следующего. Для укрепления построенной слоями детали используют при необходимости опорные конструкции из полистирола. Применяемые материалы — термопласты, металлы. Этот способ во многом напоминает наплавку. Один из существенных недостатков метода — невозможность получения внутренних полостей заготовки. По совокупности признаков способ FDM вряд ли будет иметь существенное значение для машиностроения.