Файл: 1. Приемники электрической энергии Введение.pdf

63
Для получения более качественных отливок применяют литье в ко́киль
– многоразовую разборную форму. Перед заливкой металла внутреннюю поверхность кокиля покрывают специальной смесью и нагревают примерно до 300 ˚С. Со временем кокиль начинает коробиться и приходит в негодность, однако для легкоплавких металлов вроде магния этот способ подходит идеально – кокиля хватает примерно на 10 тысяч отливок.
Еще лучших результатов позволяет добиться литье под давлением.
Суть метода понятна из названия. За счет давления форма заполняется металлом гораздо быстрее, что не только ускоряет производственный процесс, но и обеспечивает более высокое качество поверхности отливки.
Это самый распространенный способ изготовления деталей из алюминия и его сплавов.
Для отливок, требующих особо высокого качества, например лопаток турбин, применяют метод древних скульпторов с незначительными изменениями – вместо воска используют парафин и формовочные смеси улучшенного состава. В последние годы для таких целей используют литье по газифицируемым моделям. Современные 3D-принтеры могут быстро вырезать из мягкого материала деталь заданной формы. В данном случае деталь изготавливается из пенопласта. Ее помещают в формовочную смесь и заливают расплавленным металлом. Пенопласт при этом испаряется.
Распространенным частным случаем литья является изготовление отливок, имеющих форму тел вращения. Форма вращается с достаточно высокой скоростью, и заливаемый металл под действием центробежной силы растекается по ней и кристаллизуется. Качество отливки получается очень высоким.
Ковка металлов и сплавов
Профессия кузнеца у всех народов пользуется заслуженным уважением.
Изготовление из бесформенных кусков металла прочных и красивых изделий всегда требовало от мастера глубоких знаний и незаурядной физической силы. Ручная ковка не нуждается в особо сложном оборудовании.

64
Достаточно горна для нагрева металла, наковальни и молота. Рабочий процесс происходит следующим образом.
Металлическую болванку сначала нагревают. Температура зависит от твердости металла, но должна быть достаточно близкой к температуре плавления. Для этого ее медленно, чтобы не образовалось трещин, прогревают с двух концов до красного цвета, после чего проковывают. При этом процессе удаляются раковины и другие дефекты. Такая обработка называется обжимкой, в результате нее болванка превращается в заготовку.
Далее из заготовки постепенно, периодически подогревая, выковывают нужное изделие. В заключение с помощью воды удаляют окалину и производят обработку поверхности, например шлифовку или воронение.
Некоторые изделия закаливают, опуская в нагретом состоянии в воду.
В промышленном масштабе для ковки применяются специальные кузнечные молоты или прессы. Происходящие при этом процессы аналогичны, но обрабатываемые заготовки имеют значительно большие размеры. Для манипуляций с ними применяется специальное грузоподъемное оборудование.
Особо стоит выделить художественную ковку – изготовление металлических декоративных элементов для ограждений, решеток и других подобных элементов экстерьера. Это древнее ремесло востребовано и в наши дни.
Штамповка
Штамповку и ковку часто объединяют в рамках кузнечно-прессового производства. В этих процессах действительно много общего. Видов штамповки существует несколько. Самый простой из них – холодная штамповка листового металла. Лист мягкой стали или другого достаточно пластичного металла помещают между двумя формами, которые совмещают с большим усилием с помощью пресса. В результате получается объемное изделие, причем толщина металла в нем мало отличается от толщины исходного материала. Таким способом можно изготавливать изделия весом

65 от миллиграммов до сотен килограммов, например стрелки наручных часов и элементы корпуса самолета.
Горячая объемная штамповка применяется для получения массивных изделий. Для этого металл нагревают до ковочной температуры, то есть до заметного размягчения и сильно сжимают в прессформах. На рис. 48 они находятся в центре.
Рис. 48. Пресс для штамповки металлов
Металл получает дополнительную тепловую энергию из механической и растекается внутри формы. Различают штамповку в открытых штампах, когда лишний металл выдавливается наружу и в закрытых, когда этого не происходит.
Валко́вая штамповка выполняется с помощью роликов или валков, которые создают и осевую, и аксиальную нагрузку. Такой вид штамповки годится только для некоторых изделий.
Магнитоимпульсная штамповка заключается в импульсном воздействии на заготовку мощным магнитным полем, которое создается соленоидом, питаемом от мощного источника электроэнергии.
Электрическая энергия переходит в механическую и за несколько миллисекунд деформирует заготовку.
Прокатка

66
Листовой металл мы видим повсеместно – на крышах домов, в материале ведер, бочек и множества других распространенных вещей. Сюда же можно отнести алюминиевую фольгу и сусальное золото. Кроме металлов, прокатывают пластмассы и другие материалы. Делается все это на прокатном стане. Его основу составляют приводные валки́ – цилиндры, вращающиеся в разных направлениях. Они за счет трения захватывают и затягивают металлическую полосу, превращая ее в полосу листового металла.
Простейшая конструкция, поясняющая принцип прокатки, приведена на рис.
49.
Рис. 49. Принцип прокатки металлов
Валков может быть несколько пар, часть из них может быть пассивными, то есть не иметь механического привода, но это уже нюансы. В качестве источника механической энергии обычно используются асинхронные трехфазные электродвигатели. Такой вид прокатки называется продольным. Кроме листового металла, таким способом изготавливают различные профильные изделия.
При поперечной прокатке валки вращаются в одном направлении, а цилиндрическая заготовка располагается поперек прокатного стана. Под воздействием валков она приобретает форму практически идеального цилиндра требуемого диаметра.
Поперечно-винтовая прокатка,

67 объединяющая оба рассмотренных выше вида, применяется при изготовлении труб.
Волочение
Вы не задумывались над смыслом слова «проволока»? Правильно, это от слова «волочение» – названия способа обработки металлов давлением, при котором некоторую длинную тонкую заготовку протягивают через отверстие меньшего диаметра. Причем это отверстие не обязательно должно быть круглым. Так же изготавливают квадратные и шестигранные прутки, разнообразные профильные изделия.
Принцип этого процесса иллюстрируется Рис. 50.
Рис. 50. Принцип волочения
Волочильный станок состоит из воло́ки и устройства для протяжки заготовки. Волока представляет собой достаточно толстую пластину, которая имеет одно или несколько суживающихся отверстий, в которых происходит уменьшение диаметра заготовки. Иногда волока имеет единственное отверстие – в этом случае она называется фильером, но обычно их множество, и волока называется волочильной доской.
Для продвижения обрабатываемого металла используют разные приспособления. Если диаметр заготовки достаточно мал, то применяют устройства барабанного типа, а для более толстых требуются более сложные технические решения. Во всех случаях используется жидкая или сухая смазка, облегчающая процесс волочения.

68
Обработка резанием
Обработка металлов резанием появилась благодаря новым технологиям в сфере производства, потому что воздействовать на металл можно только более прочным материалом. В старые времена простейшие средства металлообработки, вроде зубила, изготавливали из специальным образом подготовленной, выкованной и закаленной стали. Сравнительно недавно, с появлением твердых сплавов, режущий инструмент стал более совершенным.
Появление электродвигателей быстро привело к развитию станкостроения, в том числе в области обработки металлов, породило новые методы изменения свойств металлов и дало мощный толчок развитию смежных отраслей промышленности.
В общем виде обработка металлов резанием заключается в удалении твердым инструментом лишнего металла в виде стружки или опилок.
Рабочая часть такого инструмента может изготавливаться из высококачественной стали или иметь фрагменты твердых сплавов, например победи́та. Любой домашний мастер сталкивался с этим сплавом при сверлении бетонных или кирпичных стен. Это та небольшая пластинка на кончике сверла, которое предназначено для воздействия на бетон, но этот материал также применяется и при обработке металлов. Известно немало и других твердых сплавов. Для особо ответственных работ применяется даже покрытие поверхности инструмента мелкой алмазной пылью.
Резец представляет собой вариант лезвия, которым можно снимать стружку с металла или другого материала при вращении заготовки или линейном перемещении. Применяется в составе токарных станков и некотором другом оборудовании. Как правило, совмещен с механической системой, позволяющей перемещать его в разных плоскостях, а также контролировать величину таких перемещений.
Сверло позволяет делать круглые отверстия в различных материалах.
Относится к осевым инструментам, то есть вращающимся вокруг оси, совпадающей с направлением движения в ходе работы.

69
Фрезы бывают двух видов – лезвийные и осевые. Лезвийная фреза выглядят как небольшая циркулярная пила, то есть диск с режущими зубьями.
При его вращении и одновременном линейном перемещении образуется продольное углубление в заготовке. Осевая фреза похожа на сверло, но создает отверстие не с коническим, а плоским дном. Также перемещается для создания как прямых, так и криволинейных углублений в заготовке.
Метчи́к используется для нарезания резьбы в круглых отверстиях, например при изготовлении гаек. Он выглядит как винт из твердой стали, с тремя продольными канавками и небольшим сужением. При вращении внутри отверстия острые края канавок работают как резцы, через них же удаляется стружка или опилки. По такому же принципу устроена плашка – инструмент для нарезки наружной резьбы.
Менее известны такие инструменты для металлообработки, как зенкер, развертка, зенко́вка, цеко́вка и другие. Из неметаллических средств металлообработки всем известны ручные и станочные наждаки и другие абразивные инструменты.
Первый из металлорежущих станков был изобретен в конце 18-го века французом Жаком де Вокансо́ном. Это был токарный станок с механическим приводом и закрепленным в специальном фиксаторе резцом. Так как в нем закрепленная деталь вращалась, можно было, кроме наружной обточки, выполнять сверление, внутреннюю обработку и другие операции. Поэтому вскоре появились сверлильные и расточные станки.
Дальнейший технический прогресс привел к появлению целого ряда других металлообрабатывающих станков, особенно после изобретения электродвигателя. Основные из них – фрезерные, зубообрабатывающие, резьбообрабатывающие – позволяли проводить сложную обработку металлов.
Позже этот ряд пополнился станками для обработки поверхностей: шлифовальными, полировальными и доводочными. А в последние десятилетия появились целые металлообрабатывающие комплексы, управляемые компьютерами.

70
На крупных заводах и в мелком производстве можно встретить металлообрабатывающие станки самых разных габаритов и массы – от 1 тонны и менее до 100 тонн и больше. Все они также подразделяются на 5 классов точности – от нормальных до особо точных. Кроме того, станки еще подразделяются по степени универсальности и автоматизации.
В приводах станков чаще всего применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, однако их возможностей недостаточно.
Например, для осуществления главного движения при обработке резаньем требуется изменять скорость в широких пределах. При помощи асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором этого добиться невозможно. Кроме того, в ряде видов обработки возникает необходимость преобразовать вращательное движение в поступательное.
Для решения данной проблемы механическое движение от асинхронного двигателя передается к шпинделю или фрезе через кинематическую схему. Для изменения скорости вращения используется многоступенчатый редуктор на зубчатой или ременной передаче. Его применение позволяет значительно расширить диапазон скоростей главного движения. Преобразование вращательного движения в поступательное, если таковое требуется, осуществляется кривошипно-шатунным механизмом. Он приводится в действие тем же редуктором.
Если регулирование скорости требуется не дискретное, а плавное, главный привод оснащают двигателем с фазным ротором. В более современных станках применяют частотное регулирование скорости вращения двигателей.
2.1.2. Оборудование для обработки дерева
Данные археологических раскопок убедительно доказывают, что в глубокой древности люди повсеместно использовали дерево и умели его обрабатывать. Возводились деревянные хижины, вырезались деревянная посуда и мебель. С годами знания, умения и навыки в этом деле постоянно

71 совершенствовались, и изделия из разных пород дерева становились крепче, изящнее и краше. Сохранившиеся в музеях старинные кареты, лодки и другие транспортные средства также свидетельствуют о высоком уровне развития деревообработки много лет назад.
В те времена люди уже задумывались о продлении срока службы деревянных изделий, защите их от гниения, насекомых и других вредных факторов. Стали применяться такие средства, как олифа, жир морских животных, смола. Появились первые краски.
Когда деревообработка стала самостоятельной профессией, появились сначала различные приспособления для повышения производительности труда, а затем и деревообрабатывающие станки. Первые образцы таких станков были токарными и приводились в действие ногой мастера, вращающей вал с маховиком. Они позволяли вытачивать посуду и другие изделия, имеющие форму тел вращения.
Резцы и другой инструмент для таких станков в виде своеобразных стамесок делали кузнецы. Для склеивания деталей использовали костный клей, получаемый в результате многочасовой варки костей. Очень остроумное техническое решение старые мастера нашли для шлифовки своих поделок. Они использовали кожу живота осетровых рыб, обладающую прочной мелкой чешуей. Именно отсюда и появилось традиционное название наждачной бумаги – шкурка.
Современная деревообработка базируется на достижениях электротехники и электроники. Ее возможности гораздо больше, чем у традиционного ремесла. Тем не менее, хохломские матрешки и деревянные ложки мирно уживаются с плодами научно-технического прогресса.
Дерево – не просто универсальный, но и очень разнообразный материал. Например, самшит, называемый железным деревом, настолько тверд и плотен, что тонет в воде, а ба́льса почти в 4 раза легче воды, она идеально подходит для изготовления деталей летательных аппаратов. Дуб и бук, обладающие замечательной твердостью, традиционно применяются для

72 изготовления мебели. Для особо прочной и долговечной мебели применяют мореный дуб, то есть пролежавший несколько лет в воде. Резчики по дереву используют податливую липу. Множество применений имеет бамбук – от посуды до изготовления тканей. В средней полосе России и многих других странах наиболее распространенным видом древесины является хвойная.
Самый простой продукт деревообработки – бревно. Их подбирают по размеру, очищают от коры и после небольшой обработки используют для строительства домов. Наилучшим считается бревно из так называемой
«недо́еной» сосны, то есть из дерева, с которого не сливали смолистый сок –
живи́цу.
Значительную часть бревен распиливают на доски и брус, которые также нужны при любом строительстве. Необрезны́е доски, полученные сразу после распила бревна, используются, например, для обрешетки крыши
– на них потом положат кровельный материал. Обрезные доски имеют очень широкое применение. Для изготовления пола применяют шпунтованные доски, а для обшивки – ваго́нку. Также выпускаются деревянные изделия различного профиля: плинтусы, штапики, уголки и прочее.
Дерево, идущее на строительство сарая и на изготовление рояля, различается, кроме природных характеристик, еще и качеством сушки. Для приобретения идеальных свойств дерево могут сушить год и даже несколько.
Для этого применяют специальное оборудование.
Сушка древесины
Если доску после распила бревна оставить где попало, то из-за ветра и солнечных лучей она будет неравномерно сохнуть и в результате приобретет форму пропеллера. Вернуть ее в нормальное состояние после этого будет проблематично. Даже если доски будут сложены в штабель в помещении, все равно по разным причинам в них могут появиться трещины и другие дефекты. Таким образом, правильная сушка древесины является начальным и важнейшим этапом деревообработки.