УДК 658.018
АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К КОМПЕТЕНТНОСТИ ОПЕРАТОРОВ-ТЕРМИСТОВ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ С ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
Л.Д. Козлова, канд.техн.наук, профессор,
А.С. Коротченко,
ОГУ им. И.С. Тургенева, г. Орёл,
e-mail: makar-1208@yandex.ru
Аннотация. В данной статье рассмотрено назначение деталей с электропроводными покрытиями поверхностей и области их применения в производстве контактных пар электрических соединителей. Выполнен анализ составляющих компетентности операторов-термистов, реализующих технологические процессы термообработки деталей с электропроводными покрытиями поверхностей.
Надежность и долговечность оборудования находятся в непосредственной зависимости от качества изготовления составляющих их элементов, деталей и узлов. В процессе эксплуатации последние подвергаются воздействию статических, динамических и циклических нагрузок, влиянию агрессивных сред, работают при экстремально высоких и низких температурах, находятся в условиях интенсивного износа [1].
К числу деталей, к которым предъявляются высокие требования по надёжности и долговечности, относятся контактные пары прямоугольных электрических соединителей. При сверхминиатюрном конструктивном исполнении детали контактных пар прямоугольных электрических соединителей должны безотказно функционировать на протяжении 30 лет, испытывая высокие статические и динамические нагрузки.
Таким образом, эксплуатационная надежность металлоизделий находится в прямой зависимости от прочности, износостойкости, термо- и коррозионной стойкости составляющих их элементов.
В целях повышения этих характеристик необходимо правильно выбирать материалы деталей, совершенствовать их конструкцию, устранять неточности сборки, улучшать методы холодной и горячей обработки.
Основная часть ответственных конструкционных элементов нуждается в упрочнении или стабилизации эксплуатационных свойств, не изменяющихся с течением времени, поэтому одним из способов повышения механических и физико-химических свойств металлических материалов является термическая обработка.
Термической обработкой металлов (термообработкой) называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлов и металлических сплавов [2].
Термообработку проводят с целью изменения структуры и соответственно свойств металлов и сплавов в заданном направлении. Термическая обработка применяется для целенаправленного изменения структуры материала, а именно, фазового состава и перераспределения компонентов, размеров и формы кристаллических зерен, вида дефектов, их количества и распределения, что позволяет, в конечном счете, достаточно легко получать требуемые свойства материалов.
Задачами термической обработки являются ликвидация внутренних напряжений в металлах и сплавах, улучшение обрабатываемости резанием или давлением, повышение механических и эксплуатационных свойств.
Термической обработке подвергают заготовки, полуфабрикаты и готовые изделия. Номенклатура изделий, чрезвычайно широка – от крепежных изделий до крупнейших отливок и поковок статического и динамического оборудования.
Термической обработке подвергают стали, чугуны и сплавы на основе цветных металлов. Необходимо понимать, что для одного и того же материала, т.е. материала с одним химическим составом, благодаря проведению различных режимов термической обработки можно получить несколько разных структур, обладающих абсолютно различными свойствами. Улучшение механических свойств с помощью термообработки дает возможность шире использовать сплавы более простых составов. Термообработкой можно увеличить допускаемые напряжения, уменьшить массу деталей и механизмов, повысить их надежность и долговечность.
Термическую обработку металлов и сплавов проводят обычно в тех случаях, когда имеют место [3, 4]:
- полиморфные превращения в металле;
- ограниченная и переменная (увеличивающаяся с температурой) растворимость в твердом состоянии одного компонента в другом;
- изменение строения под влиянием холодной пластической деформации.
В основе современной классификации видов термической обработки лежат представления о фазовых и структурных изменениях в сплаве.
Термическая обработка подразделяется на собственно термическую, термомеханическую и химико-термическую.
Собственно термическая обработка включает в себя следующие основные виды: отжиг первого рода, отжиг второго рода, закалку, отпуск. Нормализация несколько выпадает из общей классификации, так как имеет особенности при применении к сталям разной степени легированности.
Все виды термической обработки отличаются друг от друга температурой нагрева, продолжительностью выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения по окончании выдержки.
По количеству проводимых операций термообработка может быть простой и состоять из одной из указанных операций или может быть сложной и состоять из нескольких операций.
По объему нагреваемого изделия термическая обработка может быть как полной (иначе объемной), т.е. нагреву подвергается все изделие, так и местной, когда нагревается локальный участок изделия.
По назначению термическую обработку подразделяют на предварительную и окончательную.
Цель предварительной (иначе промежуточной) обработки - предотвращение появления дефектов (флокенов, трещин) в металле после его обработки давлением в горячем состоянии и снижение твердости металла для облегчения проведения последующей механической обработки, например, обработки резанием, а также уменьшение остаточных напряжений и подготовки структуры под окончательную термическую обработку.
При окончательной термической обработке в металле формируется необходимая структура, обеспечивающая получение требуемого уровня физико-механических свойств готового изделия.
Так, например, бронза - сплав меди с оловом, свинцом, кремнием, алюминием, бериллием и другими элементами. По основному легирующему элементу бронзы разделяют на оловянные и безоловянные (специальные), по механическим свойствам - на деформируемые и литейные.
Деформируемые оловянные бронзы марок Бр.ОФ8-0,3, Бр.ОЦ4-3, Бр.ОЦС4-4-2,5 выпускают в виде прутков, лент, проволоки для пружин. Структура этих бронз состоит из α-твердого раствора. Основным видом термической обработки бронз является высокий отжиг по режиму: нагрев до 600-650° С, выдержка при этой температуре в течение 1-2 ч и быстрое охлаждение. Прочность после отжига σв - 350-450 МПа, относительное удлинение б= 18-22%, твердость НВ 7090.
Литейные оловянные бронзы марок Бр.ОЦ5-5-5, Бр.ОСНЗ-7-5-1, Бр.ОЦСЗ,5-7-5 используют для изготовления антифрикционных деталей (втулок, подшипников, вкладышей и др.). Литейные оловянные бронзы подвергают отжигу при 540-550° С в течение 60-90 мин.
Безоловянные бронзы Бр.5, Бр.7, Бр.АМц9-2, Бр.КН1-3 и другие марки имеют высокую прочность, хорошие антикоррозионные и антифрикционные свойства. Из этих бронз изготовляют шестерни, втулки, мембраны и другие детали. Для облегчения обработки давлением бронзы подвергают гомогенизации при 700-750° С с последующим быстрым охлаждением. Отливки, имеющие внутренние напряжения, отжигают при 550° С с выдержкой 90-120 мин.
Наиболее часто в промышленности применяют двойные –алюминиевые бронзы марок Бр.А5, Бр.А7 и бронзы, добавочно легированные никелем, марганцем, железом и другими элементами, например Бр.АЖН10-4-4. Эти бронзы используют для различных втулок, фланцев, направляющих седел, шестерен и других небольших деталей, испытывающих большие нагрузки.
Двойные алюминиевые бронзы подвергают закалке и отпуску по режиму: нагрев под закалку до 880-900° С со скоростью 180-200° С/ч, выдержка при этой температуре 1,5-2 ч, охлаждение в воде; отпуск при 400-450° С в течение 90-120 мин. Структура сплава после закалки состоит из мартенсита, после отпуска-из тонкой механической смеси; прочность бронзы σв = 550МПа, δ = 5%, твердость НВ 380-400.
Бериллиевая бронза Бр.Б2 - сплав меди с бериллием. Уникальные свойства – высокая прочность и упругость при одновременной химической стойкости, немагнитность и способность к термическому упрочнению – всё это делает бериллиевую бронзу незаменимым материалом для изготовления пружин часов и приборов, мембран, пружинистых контактов и других деталей. Высокая твердость и немагнитность позволяют использовать бронзу в качестве ударного инструмента (молотки, зубила), не образующего искр при ударе о камень и металл. Такой инструмент применяют при работах во взрывоопасных средах. Бронзу Бр.Б2 закаливают при 800-820 °С с охлаждением в воде, а затем подвергают искусственному старению при 300-350° С. При этом прочность сплава σΒ=1300 МПа, твердость HRC37-40.
В общем, качество термической обработки определяют следующие основные критерии:
- обеспечение требуемых свойств материала;
- сведение к минимуму побочных явлений – нежелательного изменения геометрических параметров изделий (формы, размеров, состояния поверхности) или нарушения сплошности материала;
- обеспечение высоких технико-экономических показателей термического передела.
Термическая обработка должна стать обязательной в тех случаях, когда снижение рабочих характеристик изделия, а также высокий уровень остаточных напряжений могут превысить допустимые пределы и привести к катастрофическому и необратимому разрушению металла.
В связи с этим надо не только тщательно продумывать технологические процессы объемной и местной термической обработки, но и строго соблюдать их режимы, добиваясь получения оптимальных структур и высокого уровня физико-механических и эксплуатационных свойств в изделиях с целью обеспечения их длительной и надежной работы.
Исходя из всего вышесказанного и согласно требованиям профессионального стандарта на профессию «Термист», оператор-термист должен знать и уметь согласно полученному разряду [5-7]:
II разряд: основы физики и электротехники; виды и типы нагревателей; марки токопроводящих кабелей и проводов, термоэлектрических преобразователей и термоэлектродных проводов, применяемых при термической обработке; назначение, правила применения и устройство контрольно-измерительных приборов; принцип действия сварочных трансформаторов, применяемых для термической обработки.
III разряд: основные свойства металлов и их марки; способы нагрева при проведении местной термической обработки; принцип действия нагревателей; правила зачеканки термоэлектрических преобразователей и подключения их к контрольно-измерительным приборам; принцип действия и правила эксплуатации пульта дистанционного управления; правила установки нагревателей на сварные соединения; назначение, устройство и правила применения контрольно-измерительных приборов.
IV разряд: химический состав, механические и физические свойства обрабатываемых металлов; способы местной термической обработки металлов; структурные изменения металла при местной термической обработке; режимы местной термической обработки сварных соединений и правила их выбора; устройство нагревателей; устройство, назначение и правила применения контрольно-измерительных приборов и установок с программными устройствами для термической обработки; электротехнику в пределах выполняемой работы.
V разряд: устройство и электрические схемы источников питания и пультов дистанционного управления; правила настройки и регулирования контрольно-измерительных приборов, наладки установок с дистанционным управлением процесса термической обработки сварных соединений трубопроводов; правила корректировки цикла термической обработки; допустимые отклонения от режимов термической обработки и влияние их на свойства сварных соединений.
VI разряд: устройство и электрические схемы обслуживаемых установок с программным управлением, правила их наладки и обслуживания; выбор режимов полной (объемной) термической обработки; методы контроля качества термической обработки сварных соединений; правила оформления и сдачи технической документации по термической обработке.
Для проверки соответствия знаний и умений операторов-термистов получаемому разряду или для периодического подтверждения имеющегося разряда необходимо регулярно проводить профессиональную аттестацию термистов по вопросам и практическим заданиям, составленным в соответствии с требованиями профессионального стандарта к знаниям и умениям термиста. Для проведения аттестации целесообразно разработать теоретические вопросы для проверки знаний и практические задания для проверки умений термистов. Вопросы и практические задания должны соответствовать требованиям профессионального стандарта по профессии «Термист» и особенностям термообработки материалов деталей контактных пар прямоугольных электрических соединителей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Справочник конструктора точного приборостроения [Текст] / Г.Л. Веркович и др.; под общ. ред. К.Н. Явленского и др. – Л.: М., Ленинградское отд-ние, 1988. – 792 с.
2 Справочник технолога-машиностроителя [Текст] / Под. ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. – В 2-х т. – М.: Машиностроение, 2005.
3 Материалы в приборостроении и автоматике [Текст]: справочник / Под ред. Ю.М. Пятина. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1982. – 528 с.
4 Материалы в машиностроении. Выбор и применение [Текст]: справочник / Под общ. ред. И.В. Кудрявцева. – В 5 т. – М.: Машиностроение, 1969.
5 Профессиональный стандарт «Термист» [Текст]. – Министерство труда и социального развития. – М.: Минсоцразвитие, 2016. – 56 с.
6 Соколова, Т.Б. Анализ трудовых функций, нормированных в профессиональных стандартах, соответствующих направлению подготовки 27.03.01 «Стандартизация и метрология» [Электронный ресурс] / Т.Б. Соколова, Г.А. Ткачук, В.В. Рябина // Молодой ученый. – 2016. – №12.3. – С. 83-85. – Режим доступа: https://moluch.ru/archive/116/31863.
7 Летягина, Е.Н. Использование профессиональных стандартов в образовательном процессе [Текст]: Учебно-методическое пособие / Е.Н. Летягина, С.В. Едемская. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный университет, 2015. – 56 с.
|