2.3.1. Технологические схемы
Как известно, для того чтобы между двумя телами образовалось прочное соединение необходимо сблизить их поверхности на расстояние действия межатомных сил. Некоторые материалы свариваются давлением при комнатной и даже более низких температурах.
Другие материалы при комнатной температуре даже при значительном сжатии не соединяются. Этому мешают их твердость и шероховатость поверхности, а также наличие на соединяемых поверхностях загрязнений - это слои адсорбированных газов, воды, окислов, жировые пленки и др. [80].Существующие способы соединения условно можно разделить на две основные группы: соединение плавлением и соединение давлением (без оплавления).
При соединении плавлением кромки соединяемых деталей расплавляются и зазор между ними заполняется расплавленным материалом деталей; образование неразъемного соединения происходит в результате охлаждения и совместной кристаллизации материала свариваемых деталей и присадочного материала (в тех случаях, когда его добавляют). К соединению плавлением можно отнести также такие методы как пайка и клеевые соединения, отличающиеся тем, что в жидком состоянии находятся лишь присадочный материал (припой или клей), а сами соединяемые материалы остается нерасплавленными [80]. Также к соединению плавлением следует отнести методы, в которых из 2 соединяемых деталей расплавляется только 1, хотя в таких случаях к соединяемым материалам предъявляются определенные требования.
Соединение давлением происходит при температурах ниже точки плавления соединяемых материалов (без использования припоев), с приложением давления, достаточного для создания необходимой пластической деформации соединяемых частей (ГОСТ 2601-74). Неразъемное соединение образуется вследствие возникновения сил связи между атомами соединяемых поверхностей в результате сближения последних до расстояния действия межатомных сил связи. Для объединения твердого вещества в одно целое приходится затрачивать
значительные количества энергии и применять сложные технические приемы для сближения соединяемых атомов.
Необходимо заметить, что соединение давлением не исключает нагрева соединяемых материалов, главным аспектом в этом вопросе является то, что соединение происходит при нахождении соединяемых материалов в твердом виде.Таким образом, все методы по соединению материалов делятся на две большие группы:
с расплавлением соединяемых материалов;
без расплавления соединяемых материалов.
Может показаться, что данный набор методов соединения не является приемлемым, т.к. порошок 2 соединяется с порошком 1 методом с расплавлением соединяемых материалов, а частицы порошка 2 соединяются между собой без их расплавления. Но это соединение следует считать Здесь следует заметить, что к группе соединения с плавлением относится такой метод как пайка, при котором оба соединяемых материала находятся в твердом состоянии.
Рассмотрим возможные параметры 3 соединений на примере прессованной смеси двух порошков: порошок 1 и порошок 2. В этой системе необходимо произвести 3 различных соединения:
соединение порошка 1 компонента в единое целое - назовем соединение 1;
соединение порошка 2 компонента в единое целое - назовем соединение 2;
3. соединение порошков компонентов 1 и 2 между собой - назовем соединение 3.
Возьмем предельный случай в различии в физико-химических свойствах материалов порошков, т.е. один порошок по сравнению с другим обладаем намного отличными физико-химическими свойствами. Соответственно параметры процесса каждого из соединений будут отличными от двух оставшихся.
Сведем наши рассуждения в морфологическом ящике [81]:
Соединения Вариант 1 Вариант 2 а Порошок 1 соединяется Метод с расплавлением Метод без расплавления с порошком 1 соединяемых соединяемых материалов материалов б Порошок 1 соединяется Метод с расплавлением Метод без расплавления с порошком 2 соединяемых соединяемых материалов материалов в Порошок 2 соединяется Метод с расплавлением Метод без расплавления с порошок 2 соединяемых соединяемых материалов материалов
В нашем ящике по горизонтальной оси отложены 2 всеобщих способов по соединению материалов, а по вертикальной оси - типы необходимых соединений.
Перечислим все возможные варианты по соединению порошка 1 и порошка 2 в изделие:
al-61-вІ;
al-62-вІ;
а1-б1-в2;
а1-б2-в2.
а2-б1-в1;
а2-б2-в1;
а2-б1-в2;
а2-б2-в2.
Расшифруем и проанализируем получившийся результат.
Вариант al-61-вї.
Сведем соответствие методов обработки к типу соединения в таблице:Таблица 2.3 - Соответствие методов обработки типу соединений.
Соединение 1 Соединение 2 Соединение 3 Порошок 1 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 2 Метод с расплавлением соединяемых материалов Метод с расплавлением соединяемых материалов Метод с расплавлением соединяемых материалов
Т.к. в данном варианте используется один метод для всех соединений, то будем считать, что все 3 соединения в этом варианте можно провести как одну операцию.
Вариант al-62-eL Сведем соответствие методов обработки к типу соединения в таблице:
Соединение 1 Соединение 2 Соединение 3 Порошок 1 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 2 Метод с расплавлением соединяемых материалов Метод без расплавления соединяемых материалов Метод с расплавлением соединяемых материалов
По условиям начальных условий мы имеем прессованную смесь порошков и поскольку в операциях соединения участвуют одни и те же материалы (частицы порошков) то необходимо признать, что присутствие в одной операции частиц какого-либо порошка как расплава и нерасплавленного того же порошка в другой является невыполнимым, т.к. отсутствуют возможности для отделения порошков для проведения операций с одном каким-либо. Поэтому данный вариант является неприемлемым.
Вариант а1-б1-в2. Сведем соответствие методов обработки к типу соединения в таблице:
Порошок 1 соединяется
Порошок 2 соединяется
Порошок 2 соединяется
с порошком 1 с порошком 1 с порошком 2 Метод с расплавлением соединяемых материалов Метод с расплавлением соединяемых материалов Метод без расплавления соединяемых материалов
Т.к. в данном варианте используется один метод для соединений 3 и 2, то будем считать, что данный варианте можно реализовать за две операции.
Вариант аї-б2-е2. Сведем соответствие методов обработки к типу соединения в таблице:
Порошок 1 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 2 Метод с расплавлением соединяемых материалов Метод без расплавления соединяемых материалов Метод без расплавления соединяемых материалов
Т.к.
в данном варианте используется один метод для соединений 3 и 2, то будем считать, что данный варианте можно реализовать за две операции.Вариант a2-61-el. Сведем соответствие методов обработки к типу соединения в таблице:
Порошок 1 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 2 Метод без расплавления соединяемых материалов Метод с расплавлением соединяемых материалов Метод с расплавлением соединяемых материалов
Т.к. в данном варианте используется один метод для соединений 3 и 2, то будем считать, что данный варианте можно реализовать за две операции.
Вариант a2-62-el. Сведем соответствие методов обработки к типу соединения в таблице:
Порошок 1 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 2 Метод без расплавления соединяемых материалов Метод без расплавления соединяемых материалов Метод с расплавлением соединяемых материалов
Т.к. в данном варианте используется один метод для соединений 1 и 2, то будем считать, что данный варианте можно реализовать за две операции.
Вариант а2-61-в2. Сведем соответствие методов обработки к типу соединения в таблице:
Порошок 1 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 2 Метод без расплавления соединяемых материалов Метод с расплавлением соединяемых материалов Метод без расплавления соединяемых материалов
По условиям начальных условий мы имеем прессованную смесь порошков и поскольку в операциях соединения участвуют одни и те же материалы (частицы порошков) то необходимо признать, что присутствие в одной операции частиц какого-либо порошка как расплава и нерасплавленного того же порошка в другой является невыполнимым, т.к. отсутствуют возможности для отделения порошков для проведения операций с одном каким-либо. Поэтому данный вариант является неприемлемым.
Вариант а2-62-в2. Сведем соответствие методов обработки к типу соединения в таблице:
Порошок 1 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 1 Порошок 2 соединяется с порошком 2 Метод без расплавления соединяемых материалов Метод без расплавления соединяемых материалов Метод без расплавления соединяемых материалов
В данном варианте для всех соединений используется один и тот же метод, поэтому считаем, что этот варианте состоит из одной операции.
Отбросив варианты с несовместимыми операциями, мы получим список, приведенный в таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Список возможных вариантов Вариант Число операций а2-б2-в2 1 al-61-вІ а1-б1-в2 2 а1-б2-в2 а2-б1-в1 а2-б2-в1
Для проведения соединения к соединяемым материалам необходимо подвести определенное количество энергии.
При отборе способов передачи энергии необходимо учитывать, что необходимо передать энергию вглубь прессованной смеси порошков, при этом в некоторых случаях необходимо обеспечить избирательное выделение энергии. Как известно, энергией является скалярная величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие [аз]. Следовательно, нам необходимо подобрать такой вид передачи энергии, который в общем случае обеспечивал ее выделение в определенном количестве в одном материале и меньшее выделение в другом материале. Обратим также внимание на физические характеристики этих материалов, которые характеризуютспособность преобразовывать какой-либо вида энергии (который мы можем подвести к материалу) в тепловую.
При генерации схемы технологического процесса следует отдавать предпочтение вариантам с меньшим количеством операций. При более детальной разработке технологической схемы необходимо учитывать свойства используемых материалов. При этом из рассмотренного выше набора в таблице технологических схем некоторые из них возможно придется отбросить.