НАГРЕВ — КОНТАКТОМ

Для напайки твердосплавных пластин на державки токарных резцов, локальной закалки инструмента, пайки твердыми припоями мелких деталей используют нагрев токами высокой частоты или пламенем газовой горелки. Однако аппаратура ТВЧ громоздка и дорого стоит, она не для домашней мастерской или школьного кружка. Применить же газовую горелку по всем правилам может только сварщик высокой квалификации.

Но есть и еще один, почти забытый в наше время способ нагрева — на контактных машинах. Он наиболее приемлем в домашней, школьной, колхозной или совхозной мастерской, в техническом кружке.

Суть его в тепловом воздействии электрического тока на проводник. Выделяемое при этом количество тепла зависит от величины тока, времени его действия на проводник и электрического сопротивления последнего.

С учетом этой зависимости мы разработали аппарат, представляющий собой понижающий трансформатор, первичная обмотка которого рассчитана на 220 В, вторичная — на 2 В. Площадь поперечного сечения магнитопровода около 50 см². Трансформатор закреплен на основании, а контактные шины вторичной обмотки — на прокладке-изоляторе.

Основание аппарата изготовлено из листовой стали толщиной 5 мм. Снизу в него ввернуты ножки. В основании прорезаны два окна: меньшее — для вентиляции, большее — для выхода болтов крепления контактных шин на текстолитовом изоляторе толщиной 10 мм. Отверстия по краям изолятора служат для его крепления к основанию.

Концы вторичной обмотки трансформатора заведены в отверстия зажимов и зафиксированы болтами (пазы зажимов позволяют деформировать их при затяжке и обеспечивать тем самым надежный электрический контакт).

Трансформатор укрыт защитным кожухом и прикреплен к основанию уголками 25X25 мм. К одному из верхних уголков привинчена изоляционная колодка — для соединения проводов первичной обметки с питающим шнуром и включателем аппарата.

Так как конструкторы-любители не часто имеют все необходимое для повторения описанной самоделки, рекомендуем начать изготовление аппарата с подбора пакета пластин трансформаторного железа (лучше Ш-образной формы), а уж затем заняться расчетом обмоток.

Предположим, что площадь поперечного сечения вашего магнитопровода (Q=a*b) равна 36,8 см². Тогда мощность вторичной обмотки трансформатора P₂ = 36,8*36,8 = 1354,2 Вт, а первичной P₁ = 1354,2/0,95 = 1425 Вт. Сила тока I₁ = 1425 Вт/220 В = 6,48 А; I₂ = 1354,2 Вт/2 В = 677,6 А. Находим площадь поперечного сечения первичной обмотки:

S₁ = 6,48 A:2 A/мм² = 3,24 мм².

Диаметр провода отсюда

d₁ = 4*3,24/3,14 = 2 мм.

Площадь поперечного сечения вторичной обмотки

S₂ = 677,6 A:2 A/мм² = 338,8 мм²,

а диаметр провода

d₂ = 4*338,8/3,14 = 20,77 мм.

Соответственно определяем число витков:

n₁ = 220 000/222/36,8 = 270 витков,

n₂ = 270*2/220 = 2,5 витка.

Рис. 1. Аппарат термонагрева:

1 — защитный кожух, 2 — включатель, 3 — шнур электропитания, 4 — основание, 5 — изолятор, 6 — контактные шины, 7 — зажимы, 8 — болты зажимов, 9 — ножка (4 шт.).

Рис. 2. Прижимной рычаг (устанавливается в дополнительно просверливаемое в изоляторе отверстие с резьбой М6):

1 — стойка, 2 — рычаг, 3 — прижим.

Рис. 3. Контактный участок аппарата:

1 — контактные шины (красная медь), 2 — прижимной рычаг, 3 — твердосплавная пластина, 4 — припой, 5 — державка резца, 6 — изолятор основания; А и Б — зоны нагрева.

Эффективность и экономичность работы аппарата во многом зависят от величины плоскости соприкосновения тела резца с контактными шинами. Количество тепла, выделяемое при прохождении электрического тока, зависит от сопротивления проводника в местах контакта. При большой плоскости соприкосновения выделяется мало тепла при значительном расходе электроэнергии. И наоборот, при малой плоскости выделяется много тепла, что приводит к мгновенному нагреву контактирующего слоя. Чтобы избежать оплавления металла и нарушения контакта, площадь соприкосновения подбирается опытным путем.

При расположении тела резца на шинах, как показано на рисунке 3, очаг возникновения тепла будет располагаться в зоне А; в зоне Б визуально наблюдаемого очага тепла не возникает из-за большой поверхности соприкосновения.

Перед пайкой (в том числе твердосплавных пластин к державкам резцов) необходимо выполнить ряд подготовительных операций, чтобы обеспечить хорошую растекаемость припоя и смачиваемость им соединяемых деталей. Опорную поверхность пластин шлифуют и обезжиривают. Тан же готовят поверхность под пластину на теле резца: она должна быть прямолинейной, без уступов и завалов по краям. Защита поверхностей деталей от окисления при пайке осуществляется флюсом (бурой).

Напайка происходит в такой последовательности. Державку резца располагают на шинах аппарата. Между соединяемыми поверхностями помещают пинцетом припой (обрезок листовой латуни). Для более надежного прижима нагреваемых деталей друг к другу и к контактным шинам служит рычаг, установленный на пластине-изоляторе. В паз рычага вставлен упор, которым и осуществляется прижим твердосплавных пластин к державкам резцов.

При включении аппарата зона контакта быстро нагревается, металл плавится, контакт нарушается и процесс прерывается. Избежать этого можно двумя способами: работая в прерывистом режиме и плавно подавая напряжение на обмотки. В первом случае аппарат включается на 1,5—2 с, затем выключается. В момент отключения тепло передается от места контакта по телу резца, не оплавляя металл.

Плавную подачу напряжения можно обеспечить ЛАТРом. Увеличивая напряжение, добиваются того же результата, что и в первом случае: тепло волнами распространяется по державке от места контакта, обеспечивая нагрев до температуры плавления припоя. Контроль за процессом пайки осуществляется визуально.

Такие режимы дают скорость нагрева державки в пределах 80 — 100 град/с. Это уменьшает внутренние напряжения и предотвращает появление трещин в твердосплавных пластинах. Чтобы избежать появления трещин в паяном шве, необходимо медленное охлаждение.

Качественный паяный шов должен быть не толще 0,1 мм. Протяженность непропаянных мест не должна превышать 10%.

При отсутствии твердых сплавов в качестве режущих пластин можно использовать обломки фрез, сверл и других инструментов. Обломкам придается необходимая форма на заточном станке, или они нагреваются и отковываются до получения стержня прямоугольного сечения, который при повторном нагреве разрубается зубилом на отдельные пластины.

Наш аппарат многоцелевого назначения. Кроме изготовления резцов, его можно использовать и для локальной закалки инструмента (кернов, зубил, отверток и так далее). Достаточно прикоснуться к контактным шинам той частью инструмента, которую необходимо закалить, и подержать так несколько секунд. Температуру нагрева контролируют визуально, по цвету металла. При этом необходимо соблюдать меры предосторожности: работать в рукавицах и защитных очках на заземленном аппарате.

А. БОБРОВНИКОВ, В. ЗИНЮК, г. Мурманск