Трудове навчання (технічні види праці). 8 клас. Терещук

Розділ 3. Основи техніки, технологій і проектування

§ 11. Сучасні методи обробки металу

Пригадайте

  • Назвіть приклади термічної обробки сталі. Для чого вони застосовуються?
  • Які ще методи обробки металу ви знаєте?
  • Яке обладнання використовують в обробці металу цими методами?

Що таке металообробка і які її основні види

Металообробка - це технологічний процес, в результаті якого змінюється форма, розміри та якість металів і сплавів, а також можуть змінюватися фізичні та механічні властивості металів і сплавів.

Відколи люди освоїли метал, вони вчаться його обробляти. На заводах для обробки металу і перетворення його на певний виріб використовують сукупність кількох методів. Однак з появою нових, досконаліших технологій варіантів зміни характеристик металів стає дедалі більше.

На сьогодні провідними технологіями обробки металів вважають:

  • лиття;
  • обробку тиском;
  • зварювання;
  • механічну обробку.

Євген Оскарович Патон (1870-1953)

Борис Євгенович Патон (нар. 1918)

Значну частину передових технологій зварювання металів було розроблено в Україні, зокрема в Київському політехнічному інституті та Інституті електрозварювання Академії наук України. Видатні досягнення в галузі зварювання металів пов’язані з іменами українських науковців Євгена та Бориса Патонів. Євген Патон відзначився науково-інженерними розробками в галузі мостобудування та швидкісного зварювання металів. Під його безпосереднім керівництвом у Києві було споруджено перший у світі суцільнозварний міст завдовжки 1543 метри, пізніше названий на його честь. Справу батька продовжив Борис Патон, який з 1962 року очолює Національну академію наук України. Серед численних розробок Бориса Патона та його колег - нові типи зварних конструкцій, індустріальні способи зварювання магістральних трубопроводів, великогабаритних резервуарів для зберігання нафти, кожухів доменних печей, висотних баштових конструкцій тощо.

Метод механічної обробки передбачає різні способи механічного впливу, починаючи з найпростішої ручної обробки напилком.

Розрізняють такі види механічної обробки:

  • різання;
  • рубання;
  • обпилювання;
  • нарізання різьби;
  • точіння.

За останні десятиліття з’явилися нові методи металообробки, які доповнюють чинні, дозволяючи збільшити економічність і точність процесів обробки металу.

Новітні технології обробки металу

Електроерозійна обробка

Рис. 11.1. Електроерозійна обробка профільованої заглибини. Підключення з протилежною полярністю: 1 - деталь, що обробляється; 2 - розряди у зазорі; 3 - електрод-інструмент; 4 - генератор імпульсів технологічного струму

При електроерозійній обробці металу (англ. EDM - Electric discharge machining - буквально «обробка електричними розрядами») зміна форми, розмірів та якості поверхні заготовки відбувається під дією електричних розрядів (рис. 11.1). У місці, де робочий інструмент, до якого підведене джерело електричного струму, наближається до заготовки на найменшу відстань, виникає електричний розряд високої потужності з локальною температурою, що може сягати понад 10 000 °С. При цьому метал миттєво плавиться й випаровується: електричний заряд «роз’їдає» його, через що ця технологія металообробки і отримала свою назву (латинське слово «ерозія» означає «роз’їдання»). Під час проходження електричних розрядів, кожен з яких видаляє невелику частину металу, робочий інструмент занурюється у заготовку. В електроерозійних верстатах розряди між інструментом і заготовкою виникають з частотою від 50 до мільйонів на секунду (Гц). При зменшенні потужності розрядів з одночасним збільшенням їхньої частоти підвищується якість обробки заготовки (видаляють менші порції металу) з одночасним зменшенням швидкості обробки.

При електроерозійній обробці охолодження виплавленого й випаруваного металу та його видалення з робочої зони досягається зануренням заготовки в діелектричну рідину, зазвичай мастило або гас. Відсутність провідності рідини забезпечує локалізацію розряду точно у місці підведення робочого інструмента. Як правило, електроерозійна обробка металу застосовується у разі складності чи неможливості застосування металорізального обладнання через твердість оброблюваної заготовки або складність її форми.

Електрохімічна обробка

Електрохімічні технології обробки металів (англ. Electrochemical machining, ЕСМ) ґрунтуються на явищі електролізу. Форма, розміри і шорсткість поверхні металу заготовки змінюються внаслідок його розчинення в електроліті під дією електричного струму. Один з електродів (заготовка) приєднується до позитивного полюса джерела живлення (анод), а другий електрод (інструмент) - до негативного полюса (катод). При проходженні електричного струму метал анода розчиняється, осаджуючись (відновлюючись) на поверхні катода (рис. 11.2).

За допомогою електролізу можна швидше, ніж механічними методами, виготовляти деталі складної форми, розрізати заготовки, робити пази й отвори будь-якої форми, заточувати інструмент. Тому електроліз широко застосовують для виготовлення металевих зліпків з рельєфних моделей, для нанесення захисних і декоративних покриттів на металеві вироби, для очищення металів. Особливого значення електрохімічний метод обробки металу набуває там, де необхідно точно обробляти деталі, що мають поверхні складного профілю. Це, зокрема, кувальні штампи та лопатки турбін.

Рис. 11.2. Електрохімічна обробка металу

До переваг електрохімічної обробки металів належить можливість обробляти будь-які метали незалежно від їхніх механічних властивостей (у тому числі надміцні), а також відсутність зношування робочого інструменту. Недоліками цієї технології є її висока енергоємність і необхідність застосування спеціального складного і громіздкого обладнання.

Лазерна (світлопроменева) обробка

Лазерна (світлопроменева) обробка ґрунтується на тому, що світловий промінь квантового оптичного генератора (лазера) фокусується у вузький світловий промінь діаметром 0,03-0,5 мм, який має надзвичайно високу енергію. Висока концентрація енергії, спрямованої на невелику ділянку поверхні деталі, приводить до локального підвищення температури і тиску, що дозволяє обробляти матеріали будь-якої твердості. Особливо перспективне значення світлопроменева обробка має при виготовленні отворів малих діаметрів та вирізування складних контурів і пазів.

При лазерній (світлопроменевій) обробці миттєво відбувається локальне нагрівання поверхні оброблюваної заготовки світловим променем високої енергії до температури 6000-8000 °С. Унаслідок цього нагрітий метал розплавляється і випаровується, утворюючи струмінь пари, а на місці видаленого таким чином металу залишається заглибина або порожнина.

Лазерні технології обробки нині найчастіше застосовуються у різанні металів (рис. 11.3). Лазерне різання металу має низку переваг порівняно з іншими технологіями:

  • можна обробляти крихкі і схильні до деформування матеріали, оскільки робота виконується високоенергетичним світловим променем без механічного контакту;
  • обробляються матеріали з особливо твердих сплавів;
  • досягається висока швидкість різання тонколистової сталі;
  • процес є високоавтоматизованим: достатньо завантажити в комп’ютер верстата файл з креслеником.

Рис. 11.3. Лазерне різання