Методическое руководство (стр. 31 )

Типы паяных соединений

На рис.1 показаны некоторые типы паяных соединений: нахлесточное (а), телескопическое (б), стыковое (в), косостыковое (г), тавровое (д), угловое (е), соприкасаемое (ж). Зазор между соединяемыми кромками должен быть малым, чтобы улучшить отекание припоя под действием капиллярных сил и увеличить прочность соединения. Например, для серебряных припоев устанавливают зазор до 0,05 мм, для меди 0,012 мм.

д) е) ж)

Рис. 1 Типы паяных соединений

Краткое описание источника нагрева, припоя и флюса, применяемых для пайки образцов

Источником нагрева для пайки является электрический паяльник, который служит для пайки легкоплавкими припоями. Основное назначение паяльника - нагрев припоя до полного расплавления и нанесения его на паяемую поверхность при одновременном подогреве основного металла по месту пайки. С помощью паяльника в процессе пайки паяемую поверхность очищают от оксидов и подают флюс.

Электропаяльник состоит из корпуса, паяльного стержня, деревянной ручки и соединительного шнура. Внутри корпуса находится нагревательный элемент, который передает непрерывно тепловую энергию рабочему элементу - медному паяльному стержню.

Для пайки образцов используется оловянно - свинцовый припой ПОС 40. Состав - 39-41% олова, остальное - свинец. Температура плавления - солидус 183°С, ликвидус 235°С. Обладает достаточной точностью, пластичностью, коррозионной стойкостью, хорошей смачивающей способностью по отношению ко многим металлам и сплавам.

В качестве флюса для пайки применяют канифоль, которую получают из смолы хвойных деревьев. Флюсующие свойства канифоли и флюсов на ее основе, которые применяются при низкотемпературной пайке, объясняются способностью органических кислот, содержащихся в ней, растворять оксиды меди и некоторых металлов. Являясь поверхностно- активным веществом, она существенно улучшает растекание припоя. При температуре 125°С, канифоль переходит в жидкое состояние, при 150° растворяет, оксиды, при 300ºС разлагается. Нагрев свыше 300°С приводит к обугливанию канифоли и потере флюсующих свойств. Канифоль применяют в виде порошка или раствора в спирте, глицерине, в смеси керосина и бензина.

1. Зачистить наждачной бумагой паяемые поверхности (выполняется на ранее непаяных образцах).

2. Обезжирить растворителем паяемые поверхности (выполняется на ранее непаяных образцах).

3. Включить электрический паяльник.

4. Провести лужение. Для этого следует, удерживая образец в плоскогубцах, периодически смачивать рабочую часть паяльника в канифоли, набирать с прутка припоя на рабочую часть паяльника 1-2 капли припоя и равномерно распределять его по паяемой поверхности (выполняется на ранее непаяных образцах).

5. При подготовке к пайке ранее использованных при испытаниях на прочность образцов прогреть паяльником, расплавить и равномерно распределить имеющийся на поверхности металлический слой, образованный при лужении. В случае необходимости добавить с прутка 1 -2 капли припоя.

6. Установить два образца в приспособлении для пайки, как показано на рис.2.

Электропаяльник

Рис.2.-Схема пайки образцов

7. Смочить рабочую часть паяльника в канифоли, прогреть образцы в течение 1-2 мин до полного расплавления припоя, прижимая рабочую часть к верхнему образцу.

8. Прижать слегка верхний образец к нижнему стальным, прутком, убрать паяльник, продолжать прижимать образец до затвердевания припоя.

9. Снять спаянные образцы из приспособления и дать им полностью остыть.

Определение прочности паяного соединения

Прочность паяного соединения отличается от прочности паяемых материалов и припоя. Она зависит от различных факторов - способа и технологии пайки, величины паяльного зазора и др. Применяют различные методы испытаний паяных соединений на прочность, например, на растяжение, на срез и др.

Плоские образцы, спаянные внахлестку (см. рис. 1,а), наиболее часто подвергают испытанию на срез. Перед испытаниями измеряют шину паяного шва L(мм) и ширину нахлестки b(мм).

По полученным результатам вычисляют площадь паяного шва: Fn = b * L(мм2).

Испытания паяных соединений на срез проводят при их растяжении по схеме на рис.3.

Рис.3. Схема испытании паяных соединений на прочность

Образцы 1 с помощью переходных элементов 2 и штырей 3 устанавливают в захватах 4 приспособления для растяжения паяного соединения. Постепенно увеличивая нагрузку Р, определяют ее величину Рмах по динамометру 5 в момент разрушения соединения.

Прочность паяного соединения на срез, выраженную в мегапаскалях (или в килограммсилах, деленных на квадратные миллиметры), определяют путем деления усилия разрушения, выраженного в Ньютонах (или в килограммсилах), на площадь поверхности паяного шва, выраженную в квадратных миллиметрах, по формуле:

τср = Рмах/ Fn (Мпа) или ( кгс/мм2).

По результатам испытаний трех паяных соединений определяют среднее значение предела прочности на срез.

2. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с методическими указаниями к выполнению лабораторной работы.

2. Результаты испытаний на растяжение и расчеты внести в таблицу

Номер паяного соеди –нения	Параметры паяного соединения	Наиболь-шая разрушающая нагрузка Рмах, Н (кгс)	Предел прочности на срез при растяже-нии, τср Мпа (кгс/мм²)	Среднее значение, τср, Мпа, (кгс/мм²)
Ширина нахлестки b, мм	Длина нахлест-ки L,мм	Площадь паяного шва, Fо , мм²
1
2
3

3. Требования к отчету

Привести схема пайки образцов (см. рис.2), последовательность подготовки и пайки образцов, схема испытания паяных соединений на прочность (см. рис. З), формулы для расчета прочности с расшифровкой буквенных обозначений, размерностями и расчетом прочности каждого соединения, таблицу результатов испытаний. Отчет оформляется по стандартной форме.

4. Контрольные вопросы

1. В чем состоит сущность процесса пайки?

2. Каково строение паяного соединения?

3. Расскажите об основных видах пайки.

4. Из каких компонентов состоит припой?

5. Для чего предназначен флюс?

6. Назовите типы паяных соединений.

7. Какова последовательность подготовки и пайки образцов?

8. Как определяется прочность паяного соединения?

5. Рекомендуемый библиографический список

1. , , Е. А Дорошкевич и др. Лабораторный практикум по технологии металлов и других конструкционных материа­лов. - Минск: Высшая школа, 19с.

2. A. M. Дальский, , и др. Технология конструкционных материалов. - М.: Машиностроение, 19с.

3. A.M. Дальский и др, Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. - М.: Машиностроение, 1992. - 448с.

4. Лашко СВ., Лашко металлов. - М.:Машиностроение, 1988.-376с.

Лабораторная работа № 16

"Получение изделий из пластмасс и исследование их свойств"

Цель работы

Ознакомиться с технологическим процессом изготовления де­талей из пресс - порошков методом горячего прессования, определить усадку и предел прочности при сжатии.

1. Основные теоретические представления.

1.1. Физическое состояние и структура пластических масс.

Пластическими массами (пластмассами) называют материалы, основу которых составляют природные или синтетические высокомолекулярные соединения, находящиеся в твёрдом состоянии при условиях эксплуатации.

Высокомолекулярные соединения состоят из большого числа низкомолекулярных соединений (мономеров), связанных между собой силами главных валентных связей. Соединения, большие молекулы (макромолекулы) которых состоят из одинаковых структурных звеньев, называют полимерами. Так, полимер полиэтилена (-СН2-СН2-СН2-СН2) · n получают при полимеризации n - го числа мономеров СН2 = СН2 (молекул раза этилена).

Макромолекулы полимеров могут иметь линейную форму, разветвленную и пространственную (сшитую).

Макромолекулы линейных полимеров (рис.1.1,а) представляют собой цепи из элементарных звеньев, длина которых в сотни и тысячи раз превышает размеры поперечного сечения. Наличие в цепях разветвлений (рис.1.1,6) приводит к ослаблению межмолекулярных сил и тем самым к снижению температуры размягчения полимера. При сетчатом расположении поперечных связей (рис.1.1,в) полимер стано­вится полностью неплавким и нерастворимым.

Рис.1.1. Схемы строения молекул полимеров:

а - линейная;

б - разветвленная;

в - сетчатая (пространственная)

1.2. Классификация и технологические свойства пластмасс.

В зависимости от поведения при повышенных температурах полимеры подразделяют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты (полиэтилен, капрон, винипласт, полистирол, органическое стекло и др.) при нагреве размягчаются и расплавляются, затей вновь затвердевают при охлаждении. Переход термопластов из одного физического состояния в другое может осу­ществляться неоднократно почти без изменения химического состава. Термопласты имеют линейную или разветвленную структуру молекул.

Реактопласты (фенопласт, аминопласт, эпоксидные, полиуретановые и др. пластики) при нагреве превращаются в вязкотекучее состояние и в результате химической реакции переходят в твердое необратимое состояние. Отвержденные реактопласты нельзя повторным нагревом вновь перевести в вязкотекучее состояние. Термореактивные смолы (полиэфирная, эпоксидная) относятся к числу самотвердеющих при комнатной температуре.

Пластмассы разделяют на жёсткие, имеющие незначительное удлинение и называемые пластиками, и мягкие, обладающие большим относительным удлинением и малой упругостью и называемые эластиками.

В зависимости от числа компонентов все пластмассы подразделяют на простые и композиционные.

Простые (полиэтилен, полистирол и т. д.) состоят из одного компонента - синтетической смолы; композиционные (фенопласты, аминопласты и др.) - из нескольких составляющих, каждая из которых выполняет определенную функциональную роль.

В композиционных пластмассах смола является связующим для других состав­ляющих. Свойства связующего во многом определяют физико-механические и технологические свойства пластмассы. Содержание связующего в композиционных пластмассах достигает 30-70%,и в отдельных случаях (норпласты) составляет всего 5%.

Помимо связующего в состав композиционных пластмасс входят наполнители, пластификаторы, смазывающие вещества, катализаторы и красители.

Наполнители - вещества, вводимые в полимерные материалы для снижения хрупкости, повышения механической прочности, теплостойкости, уменьшения усадки и снижения стоимости композиции. Органические наполнители - древесная мука, хлопковые очесы, целлюлоза, хлопчатобумажная ткань, бумага, древесный шпон и др. Неорганические - графит, асбест, кварц, стекловолокно, стеклоткань и др. По виду: порошковые, волокнистые, слоистые.

Пластификаторы (дибутилфталат, касторовое масло, камфора и др.) увеличивают пластичность, гибкость, ударную вязкость и уменьшают хрупкость пластмасс.

Смазывающие вещества (стеарин, олеиновая кислота и др.) увеличивают текучесть, уменьшают трение между частицами композиций, устраняют прилипание к пресс-форме.

Катализаторы (известь, магнезия и др.) ускоряют процесс отверждения пластмасс.

Красители (сурик, двуокись титана, ультрамарин, охра, сажа, окись хрома и др.) придают изделиям нужный цвет.

При изготовлении газонаполненных пластмасс (поро - и пенопластов) в полимеры вводят газообразователи - вещества, которые разлагаются при нагревании с выделением газообразных продуктов. Основное применение газонаполненных пластмасс – теплоизоляция - и звукоизоляция в различных отраслях техники (самолетостроение и судостроение, холодильная и химическая техника, строительство и т. д.)

1.3. Технология получения изделий из пластмасс

Изделия из пластмасс изготавливаются преимущественно методами, основанными на использовании пластичности исходного мате­риала. Обработка резанием применяется лишь при доводочных операциях. Технология изготовления изделий из пластмасс слагается из ряда процессов, выбор которых зависит от свойств исходного материала и требований, предъявляемых к готова изделиям, и должна обеспечить необходимую точность и наибольшую производительность, а также сохранить или улучшить свойства исходного материала.

Все способы переработка пластмасс в изделия наиболее целесообразно разбить на следующие основные группы.

1. Переработка в вязкотекучем состоянии (прессованием, литьем под давлением, выдавливанием и др.).

2. Переработка в высокоэластическом состоянии (пневмо - и вакуум - формовкой, штамповкой и др.).

3. Получение изделий из жидких полимеров (различными способами формообразования).

4. Переработка в твердом состоянии (разделительной штамповкой и обработкой резанием).

5. Получение неразъемных соединений (сваркой и склеиванием).

6. Различные способы нанесения покрытий (металлизация, напыление и др.).

Для повышения производительности прессования и повышения качества детали её изготовление часто производят в две стадии: таблетирование и собственно прессование.

Таблетирование - это процесс изготовления из пресс - материала заготовки в виде сплошного цилиндра - таблетки для дальнейшего прессования.

Таблетирование пресс - порошка является предварительной операцией, позволяющей:

- упростить операции дозировки;

- уменьшить объем загрузочной камеры пресс-формы для горячего прессования;

- применить дополнительный подогрев;

- сократить число подпрессовок, так как при таблетировании удаляется большая часть воздуха.

Схемы прессования при таблетировании и извлечение таблетки показаны на рис.1.2 и 1.3.

Прессование при таблетировании производится до тex пор, по­ка показания манометра Рм не достигнут величины, определяемой по формуле

Pм = Pпр - Fт / Fn (1)

где, Pпр - давление прессования, равное 250 МПа (2500 кгс/см2);

Fт - площадь поперечного сечения таблетки в см2;

Fn - площадь поршня пресса, равная 26,4 см2.

Режимами горячего прессования являются: давление, темпера­тура и время выдержки под давлением. Схема его представлена на рис. 1.4. Показания манометра при горячем прессовании Pм определяются по формуле

Pм = Pпр - F0 / Fn (2)

где, Pпр - давление при горячем прессовании, в МПа (кгс/см2),

определяемое по таблице I;

F0 - площадь поперечного сечения образца в см2.

Время выдержки t под давлением в нагретой пресс-форме определяется по формуле

t = t0 · d (3)

где, to - время выдержки на I мм диаметра изделия в мин., определяемое по

таблице I;

d - диаметр образца в мм.

Рис.1.2. Схема прессования при таблетировании; I - верх­ний пуансон; 2 - матрица; 3 - пресс-порошок; 4 - нижний пуансон; 5-поршень гидравлического пресса.

Рис.1.3. Извлечение таблетки из пресс-формы; 1-верхний пуансон; 2-матрица; 3 – таблетка; 4 – кольцо.

Рис.1.4. Схема горячего прессования 1-отол пресса, 2- нижний пуансон, 3-нагреватель, 4-матрица, 5-образец, 6-пуансон верхний, 7-винт, 8-траверса пресса, 9-кольцо

Температура горячего прессования определяется по таблице 1 в зависимости от марки пресс - материала.

Таблица 1

Режимы горячего прессования материалов
Марка пластмассы	Температура, 0С	Давление, MПa(кгс/см2)	Время выдержки на 1 мм диаметра изделия, мин
К-18-2	155+5	30(300)	0,8
К-119-2	155+5	30(300)	1,0
К-18-53	165+5	30(300)	0,8
У	155+5	35(350)	1.0
КФА1	140+5	30(300)	1.5

ВНИМАНИЕ: таблетки можно загружать в пресс-форму только тогда, когда будет достигнута рабочая температура.