2. Прогрессивные технологии в машиностроении как объекты исследований и изобретательства

2.1. Классификация методов обработки деталей в машиностроении

Все применяемые методы обработки заготовок деталей можно разделить на три класса по способу воздействия на предмет производства:

• без съема материала с поверхности заготовки;

• со съемом материала;

• с нанесением материала на поверхность.

Методы обработки без съема материала можно разделить на два вида: с изменением формы и размеров детали (обработка давлением) и без изменения формы и размеров (механическая и химико-термическая обработка). Классификация этих методов обработки приведена на рис. 2.1.

Методы обработки со съемом материала по виду используемой энергии делятся на механические, электрофизические, электрохимические, химические и комбинированные (рис. 2.2).

Методы обработки с нанесением материала на поверхность изделия также делятся на термомеханические, механические, электрофизические и химические (рис. 2.3).

2.2. Термическая обработка и методы термомеханического упрочнения

Термическая обработка металлов и сплавов представляет собой совокупность технологических операций, связанных с нагревом и охлаждением.

Все виды термической обработки можно свести в три большие группы, которые существенно отличаются по своему характеру: собственно термическая обработка; термомеханическая обработка, сочетающая термическое воздействие и пластическую деформацию; химико-термическая обработка, сочетающая химическое воздействие с термическим.

2.3. Лезвийные способы обработки и методы их интенсификации

Трудоемкость механической обработки в машиностроении продолжает оставаться весьма значительной, поэтому инженерно-технические, а также научные кадры много внимания уделяют совершенствованию и интенсификации лезвийных методов обработки. Решение этих задач идет по следующим направления:

• совершенствование конструкций лезвийного режущего инструмента с механически закрепленными пластинами из твердых сплавов, микралокерамики и керметов;

Методы обработки без съема материала
Обработка давлением									Термическая обработка									Химико-термич. обработка									Физические методы обработки									Комбинированные методы
Объемное формообразование			Формообразование поверхности			Калибрование			Упрочнение поверхностей			Упрочнение сквозное			Повышение техноло-гичности металла				Насыщение неметаллами				Диффузионная металлизация					Облучение ядерными частицами				Обработка в магнитном поле					Термомеханическая	Электромеханическая			Термомагнитная

Рис. 2.1. Классификация методов обработки без съема материала

Методы обработки со съемом материала
Механические методы										Электрофизиче-ские методы											Электрохимиче-ские методы											Химические методы обработки						Комбинированные методы
Однолезвийные			Многолезвийные			Связанным абразивом			Свободным абразивом				Электроэрозионные			Электромеханические				Лучевые				Ультразвуковые				Электрохимические					Химические						Электрохимико-механические	Электроэрозионно-химические			Электроэрозионно-механические

Рис. 2.2. Классификация методов обработки со съемом материала

Методы обработки с нанесением материала
Термомеханиче-ские методы									Механические методы									Электрофизические методы									Химические методы									Комбинированные методы
Наплавкой			Напылением			Напеканием				Фрикционные				Пластическим деформированием					Электролитические				Осаждением					Эмалированием				Окраской

Рис. 2.3. Классификация методов обработки с нанесением материала

• создание новых сверхтвердых материалов;

• нанесение на поверхности инструмента износостойких покрытий;

• совершенствование смазочно-охлаждающих сред;

• введение в зону обработки дополнительных видов энергии (тепловой, электрической и др.)

В последние годы предложено большое количество новых инструментов с неперетачиваемыми пластинами. Здесь еще есть огромный простор для инженеров и исследователей: нет предела их творческой активности и предела совершенствованию технических объектов.

В промышленности и исследовательских учреждениях продолжается интенсивная работа по созданию и освоению в промышленности синтетических сверхтвердых материалов:

• эльбор – Р (композит – 01, кубический нитрид бора – BN);

• белбор (композит 02);

• исмит (композит 03, синтезирован в ИСМ НАН Украины);

• киборит (также синтезирован в ИСМ НАН Украины);

• композит 05 (НПО ВНИИ АШ);

• гексанит – Р (композит 10; тексанит – РЛ, армированный сапфирными усами, получен в НАН Украины);

• керамика (60 % Al₂O₃+до 40 %TiC+до 20 %ZrO₂) –B3;BOK60;BOK71;BJ-13; ВШ и др; оксидно-нитридная керамика ОНТ-20.

Стойкость инструмента, а, следовательно, производительность и качество обработки в настоящее время повышают двумя путями:

• созданием износостойких покрытий на рабочих поверхностях инструмента;

• упрочнением инструментального материала.

К методам покрытий относят: оксидирование материала инструментов из быстрорежущих сталей; нанесение покрытий осаждением из газовой или паровой фазы TiC,Al₂O₃или одновременно в два слоя; конденсация из паровой фазы с ионной бомбардировкой, т.е. плазменные покрытие ионами титана в нейтральной среде азота –TiN; термодиффузионные методы (азотирование, ионное азотирование, карбонитрация).

Смазочно-охлаждающие технологические средства позволяют повысить производительность и качество обработки, существенно повысить стойкость инструмента, защитить узлы станка (станину, суппорт от коррозии). Наиболее широко применяют эмульсионные СОЖ, синтетические и полусинтетические СОЖ и масляные (углеводородные) СОЖ.

Интенсификация процессов механической обработки путем введения в зону резания дополнительной энергии ведется по направлениям плазменно-механической и лазерной обработки. Плазменно-механическая обработка заключается в использовании плазменной дуги для создания высокой концентрации тепла в зоне резания непосредственно перед режущей кромкой инструмента.

Использование лазеров большой мощности с непрерывной и импульсно-периодической генерацией излучения при обработке с удалением обрабатываемого материала (лазерно-механическая обработка – ЛМО) позволяет нагреть этот материал в зоне стружкообразования до температуры более 1250⁰С, значительно снижая силы резания и температуру деформации и трения. Создаются условия для повышения производительности при заданной стойкости инструмента заданной производительности. При ЛМО снижается шероховатость, глубина и степень наклепа обрабатываемой поверхности, повышается износостойкость, отсутствуют макротрещины. Наибольший эффект достигается при обработке тугоплавких металлов и сплавов.