§ 13. Сучасні методи обробки металу

1. Поясни доцільність використання верстатів на металообробних підприємствах.

2. Чи можна металообробними верстатами замінити електрифікований ручний інструмент?

3. Пригадай та поясни відомі тобі методи обробки конструкційних матеріалів.

Важко уявити нині верстатобудівну промисловість без використання металу. Метал людство застосовувало як інструментальний матеріал з давніх часів. З огляду на те що метал піддається куванню, зварюванню, литтю, гравіруванню, безлічі інших технологій, його використовують для виготовлення різноманітних інструментів, корпусів верстатів, конструкційних елементів архітектурних споруд тощо. Зокрема, механічна обробка конструкційних матеріалів досягла великих успіхів за рахунок випуску промисловістю металорізальних верстатів високого ступеня досконалості й високої продуктивності. Це дозволяє успішно вирішувати різні технологічні завдання стосовно конструювання машин і механізмів.

Серійне виробництво, у якому випускається до 80 % продукції, характеризується великими затратами робочого часу на виконання допоміжних операцій. Основним напрямком скорочення цих затрат є автоматизація виробничих процесів за рахунок використання верстатів із числовим програмним керуванням (ЧПК). На цих верстатах досягається високий ступінь автоматизації обробки і можливість їх швидкого переналагоджу-вання на обробку будь-якої деталі в межах технічних характеристик.

Значних успіхів у розробці такої техніки досягнули вчені, інженери-конструктори Національної академії наук України під керівництвом всесвітньо відомого фахівця в галузі металургії і технології металів, академіка, професора, доктора технічних наук, президента Національної академії наук України, першого в історії нашої держави Героя України Бориса Євгеновича Патона.

Так, наприклад, в Інституті чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України розроблено та сконструйовано багатофункціональні центри та металорізальні верстати, автоматичні лінії для обробки металу, програмні засоби для промисловості тощо. Учені та інженери-конструктори Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуніна

НАН України розробили технологію виготовлення та використання при-родоруйнуючих і металорізальних інструментів.

Сучасний металообробний центр має самокеровану робочу машину, яка органічно взаємозв’язана з обчислювальним пристроєм, що працює в реальній мірі часу й перетворює сигнали інформації в сигнали керування (мал. 132). Таке перетворення дає змогу виконувати складні рухи за допомогою керування переміщенням у просторі, що дозволяє автоматизувати процес програмування із застосуванням обчислювального пристрою. Для прикладу можна навести гравірування поверхонь виробів з металу. Називаються такі верстати фрезерно-гравірувальними (мал. 133). Деякі моделі верстатів можуть виконувати фрезерування на об’ємних виробах.

Розвиток техніки привів до появи нових матеріалів, механічна обробка яких традиційними способами ускладнена. До них належать, перш за все, матеріали з високою твердістю, загартовані сталі, магнітні сплави тощо. З традиційних способів в обробці таких матеріалів застосовується тільки шліфування.

Для вирішення проблеми обробки надтвердих і крихких матеріалів розроблено та впроваджено в практику спеціальні способи обробки: електрохімічна, електроерозійна, лазерна, ультразвукова, гідроабразивна.

Найбільш високотехнологічним і сучасним способом обробки металу є його лазерна обробка (мал. 134), тобто обробка за допомогою лазера. Лазер - це надзвичайно вузький інтенсивний пучок світла високої енергії, що виробляється спеціальним генератором. Принцип його дії подібний до принципу дії світлового променя, утвореного лупою. Спрямований на поверхню металу чи іншого конструкційного матеріалу, лазер може нагрівати його до високої температури, плавити, наприклад, метал, здійснювати його розкрій (різання), зварювання, загартування, наплавку, гравіювання, маркування та інші технологічні операції.

Використання лазерної технології забезпечує високу продуктивність і точність обробки матеріалів, економить енергію та матеріали, підвищує екологічну безпеку підприємства.

Лазерний розкрій металу здійснюється за рахунок наскрізного пропалювання металевого листа точно сфокусованим лазером.

У галузі лазерної обробки матеріалів в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України розроблено так звані гібридні технології обробки конструкційних матеріалів. Вони ґрунтуються на поєднанні лазерного і дугового розрядів для керування процесами зварювання, наплавлення, термообробки та різання матеріалів.

Іншим методом обробки конструкційних матеріалів та отримання потрібної визначеної кресленням форми заготовки є електроерозійна обробка (тобто різання). Вона здійснюється за допомогою електричного розряду, який утворюється між двома електродами. Під дією високої температури внаслідок електричного розряду з поверхні заготовки шляхом плавлення металу можна видалити його певний шар (мал. 135).

Такий метод добре застосовувати під час обробки твердих матеріалів, виготовлення виробів зі складною конфігурацією та високою точністю. В обробці деталей з твердих матеріалів важливу роль відіграє зношування деталей електроерозійного верстата, що утворюють електричну дугу. Виготовляють їх з міді, яка дешевша порівняно з матеріалами, що застосовують для обробки матеріалів механічними методами.

При обробці заготовок з твердих сплавів таким методом приблизно половину вартості виготовлення становить вартість інструмента. При використанні методу електроерозії вартість виготовлення виробів становить приблизно 3,5 % порівняно з вартістю при інших методах обробки.

Не меншою популярністю користується гідроабразивне різання металу. Це універсальний метод обробки різанням, що дозволяє однаково ефективно обробляти всі види металів і сплавів.

Технологія гідроабразивної обробки (мал. 136) ґрунтується на застосуванні принципу ерозійного впливу абразивної суміші, що подається під

високим тиском на оброблювану заготовку. У процесі такої дії з порожнини розрізу заготовки видаляються відходи оброблюваного матеріалу. Абразивна суміш являє собою воду, змішану з дрібними частинками абразиву (наприклад, з гранатовим піском розміром близько 0,4 мм). Інструмент різання - абразивна суміш - одночасно є і охолоджувачем. Відповідно, процес гідроабразивного різання є холодним механічним руйнуванням матеріалу.

На сучасному етапі в Україні щорічно утворюється близько 1 млрд т твердих відходів виробництва та споживання. Тільки десята частина з них застосовується як вторинні матеріальні ресурси, а решта потрапляє у сховища, шламонакопичувачі, терикони.

Тверді відходи є одним з найвагоміших чинників забруднення довкілля: призводять до забруднення підземних та поверхневих вод, погіршення стану атмосферного повітря, земельних ресурсів, а головне - негативно впливають на самопочуття та здоров’я людей.

Великий обсяг твердих відходів утворюється і на підприємствах чорної металургії. Так, у результаті виплавлення однієї тонни сталі утворюється 650-700 кг твердих відходів - шлаків, шламів та відходів металу. Шлаки та шлами використовуються в будівельній індустрії для виробництва будівельних матеріалів, а відходи металу направляються на повторну переплавку. В Україні тільки чорного брухту збирається щороку близько 11 млн т. Тому на сьогодні існує проблема бережливого та раціонального використання металу та виробів з нього.

Саме запровадження на металообробних підприємствах сучасних технологій дає змогу говорити про виробництво предметів з мінімальними відходами або майже безвідходне виробництво. Розв’язуючи проблеми безвідходного виробництва, слід мати на увазі раціональне використання конструкційних матеріалів і, як наслідок, - зменшення утворення відходів.

Також слід звернути увагу на енергетичну складову технологічного процесу. Кожне нове покоління верстатів та технологічних ліній має менше енергоспоживання, ніж попереднє.

• Щосекунди у світі з’являється 3,8 кг екологічно нешкідливого сміття: недоїдки, яєчна шкаралупа, шкірки від картоплі тощо. Це становить 29 % від середньостатистичного сміттєвого кошика сучасної людини. Що ж стосується інших складових, то 25 % -це картон і папір, 13 % - скло, 11 % - пластик, 4 % - метал і 18 % - інші матеріали.

• За один рік переробка вторинних металів у світі дозволяє зберегти ресурси, достатні для того, щоб обігріти та освітити близько 150 млн приватних будинків. Енергії, збереженої внаслідок переробки однієї скляної пляшки, досить, щоб лампочка в 100 Вт горіла протягом 4 годин.

Електроерозійна обробка, лазерна обробка, верстат, числове програмне керування, безвідходна технологія, утилізація.

Багатоопераційний верстат - верстат, на якому можна виконувати декілька технологічних операцій.

Безвідходне виробництво - умовна назва господарської діяльності, у ході якої практично не утворюється шкідливих відходів.

Гідроабразивна обробка - обробка заготовки тоненьким струменем води, змішаним з абразивним порошком, під високим тиском.

Лазерне різання - різання листових металів пропалюванням променем лазера.

Числове програмне керування (ЧПК) - комп'ютеризована система керування, яка зчитує командні інструкції спеціалізованої мови програмування та керує приводами верстатів і верстатним оснащенням.

1. Які характеристики верстатів підвищують прибутковість виробництва?

2. Які особливості кожного з поколінь металообробних машин?

3. У чому полягає принцип дії верстатів із числовим програмним керуванням?

4. Назвіть приклади використання комп’ютера для оздоблення виробів.

Тестові завдання

1. Що заборонено під час роботи електроінструментом?

А працювати без нагляду дорослих Б відволікатись

В фіксувати заготовку Г усі відповіді правильні

2. Які переваги в технологічному процесі отримують, використовуючи верстати?

А продуктивність праці Б якість обробки

В більший час на обробку Г точність обробки

3. Яким із зображених інструментів виконують полірування виробів?

4. Яка основна перевага сучасного верстата з комп’ютерним керуванням? А виготовлення якісних деталей та виробів складної форми від 1 шт. Б виготовлення великої партії деталей

В виготовлення простих виробів

5. Установи відповідність між зображенням робочих елементів електрифікованих інструментів та їх належністю.

1 робочі елементи роторайзера

2 робочі елементи електролобзика

3 робочі елементи електричної полірувальної машини

4 робочі елементи електричної шліфувальної машини

5 робочі елементи електричного шуруповерта

6. Установи відповідність між зображеннями прийомів роботи сучасними ручними електромеханічними інструментами та їх назвами і особливостями виконання ними технологічних операцій.

1 ручна електрична полірувальна машина - електричний інструмент з робочою частиною у вигляді диска з полірувального матеріалу, призначеного для зняття механічним методом (різанням) мікронерівностей, усунення дрібних тріщин на поверхні металу та отримання його дзеркального блиску

2 ручна електрична шліфувальна машина - електричний інструмент з робочою частиною у вигляді диска з абразивного матеріалу, призначеного для різання металу

3 ручний електричний лобзик - електричний інструмент з тоненькою пилкою, призначений для різання конструкційних матеріалів

4 ручні висічні ножиці - електричний інструмент з тонкими плоскими лезами, призначений для різання прямолінійних та криволінійних ділянок листової сталі товщиною до 2 мм

5 ручний роторайзер - електричний інструмент із робочою частиною у вигляді диска із зубцями для прямолінійного різання конструкційних матеріалів

6 ручний шуруповерт - ручний електричний інструмент з робочою частиною у вигляді викрутки з різною формою головки для загвинчування та вигвинчування гвинтових кріпильних деталей

7. Установи відповідність між зображеннями сучасних методів обробки металів у промисловості та їх назвами й особливостями виконання ними технологічних операцій.

1 гідроабразивна обробка - високотехнологічний процес, під час якого обробка заготовки здійснюється тоненьким струменем води, змішаним з абразивним порошком, який витікає з трубки (різальної головки) під високим тиском

2 електроерозійна обробка (різання) здійснюється внаслідок електричного розряду, який утворюється між двома електродами, руйнівна дія якого призводить до видалення із заготовки певного шару металу до утворення визначеної кресленням форми заготовки

3 обробка металів за допомогою універсальних оброблювальних центрів, у яких одночасно здійснюються контрольовані комп’ютером технологічні операції лінійно-циклічної подачі різального інструмента та заготовки

4 лазерне різання, при якому обробка листових металів здійснюється їх пропалюванням променем лазера

Це матеріал з підручника Трудове навчання 8 клас Гащак