Народна Освіта » Технології ( Трудове навчання ) » Поняття про сучасні методи й прийоми обробки металу

НАРОДНА ОСВІТА

Поняття про сучасні методи й прийоми обробки металу

Ви дізнаєтесь

Про нові способи впливу на метали та їх сплави з метою виготовлення деталей або виробів дуже складної форми з мінімальними витратами енергії та матеріалу.

Пригадайте

Які способи обробки виробів з металів та їх сплавів існують у виробництві.

 

Означення

Технологія (у широкому сенсі) — засіб освоєння людиною довкілля за допомогою певним чином організованої діяльності, що базується на трьоїх основних компонентах: наука, знаряддя праці та фахівці, які ними керують.

 

Перш ніж почати розглядати нові технології, необхідно визначити, що таке технологія. Головну роль нри цьому відіграє чинник науки: наскільки досконалим і сучасним є використання наукових результатів, закладених в основу того чи іншого процесу, та побудованих на їх основі об’єктів техніки. Техніка і технологія дуже тісно пов’язані з фундаментальними дослідженнями і є відображенням нових наукових ідей у виробництві.

Розглянемо сучасні способи обробки металів та їх сплавів.

До променевих методів обробки відносять процеси видалення матеріалу плавленням і винаровуванням його в зоні обробки під дією енергії променевих потоків чи високоенергетичних струменів. Променеві методи поділяють на фотонно-променеві, електронно-променеві і нлазмепні.

В основі фотонно-променевої обробки лежить застосування безперервного чи імпульсного променя, який посилає оптичний квантовий генератор (ОКГ). Його часто називають лазером. Промінь вирізняється високою густиною енергії. Спрямований на оброблювану новерхню, він викликає плавлення і випаровування речовини з утворенням у деталі наскрізного чи ненаскрізного отвору. Цей процес застосовується для зварювання, якщо матеріал нагрівається вище температури плавлення, але нижче за тем-

 

нературу випаровування. Через те що температура променя досягає 5000-8000 °С, ним можна оброблювати будь-які матеріали. Для одержання отворів малих діаметрів (декілька мікрометрів) і в деталях з надтвердих матеріалів (алмаз, рубін тощо), у більшості випадків фотонно-променева обробка є єдино можливим технологічним методом.

Схема будови лазерної установки представлена на малюнку 170: 1 — імпульсна ксенонова лампа накачування; 2 — дзеркала; 3 — оптичний квантовий генератор — джерело, що випускає фотони (рубіновий стрижень); 4 — освітлювач; 5 — лінза; 6 — бінокулярний мікроскоп; 7 — деталі, що зварюються.

Принцип роботи установки заснований на фізичному явищі. Атоми будь-якого елемента збуджуються безперервним джерелом енергії (лампи накачування), й електрони цих атомів переходять у нову якість — енергію. Потік квантів енергії (фотонів), спрямований на поверхню твердого тіла, перетворює свою енергію в теплову, і температура твердого тіла різко зростає, оскільки потік фотонів має дуже високу щільність енергії. Приклади обробки виробів з металу наведені на мал. 171.

Надзвичайно важливим є те, що дія електронного променя не супроводжується ударними навантаженнями на виріб. Особливо це важливо при обробці крихких матеріалів, таких як вольфрам. В електронній техніці використовуються пластинки з чистого вольфраму.

Штучні волокна виготовляються за допомогою філь’єр, які мають отвори складного профілю. Вони такі малі, що волокна, протягнуті через них, мають товщину, значно тоншу за людське волосся.

 

Фізична сутність електронно-променевої обробки полягає у використанні енергії електронів, які летять з великою швидкістю, для спрямованого видалення матеріалу шляхом нагрівання, плавлення і випаровування його в зоні обробки. Схожим за дією є рентгенівський апарат — обладнання для просвічування біологічних об’єктів у медичних цілях або досліджень. Дія цього променя схожа на дію лазерного випромінювання.

Електронний промінь застосовують для зварювання, плавлення, очищення металу, що відображено на мал. 172. Загальний вигляд електронно-променевої установки зображено на мал. 173.

Електронно-променева технологія використовується також і для плавки металів і сплавів, що переплавляються у вигляді зливків, кускової шихти, стрижнів і різних відходів, наприклад пресованої стружки. У результаті одержують високочисті зливки тугоплавких та хімічно стійких металів, зокрема вольфраму, титану, молібдену, ніобію, гафнію, цирконію, нікелю, міді, ко-

 

_| Означення

Плазменна обробка —

це технологічний процес, під час якого для видалення матеріалу використовують струмінь іонізованого газу (плазми).

 

 

б альт у, заліза тощо й високоякісних жаростійких і жароміцних сплавів на їх основі.

Недолік цього методу — необхідність надійного захисту обслуговуючого персоналу від рентгенівського випромінювання, що шкідливо впливає на живі організми.

Плазмою називають особливий стан речовини, у якому поруч з нейтральними і збудженими атомами є іонізовані атоми й електрони. Такий стан властивий будь-якій речовині, нагрітій до високої темнератури. Наприклад, під час дугового розряду в газі температура плазми досягає 5000— 50 000 °С, а у разі іскрового розряду — навіть 500 000 °С. У процесі шіазменної обробки іонізований газ-нлазма (50 000 °С) утворюється при нагріванні робочого газу в умовах дугового розряду. Внаслідок дії плазменного струменя на оброблюваний матеріал він розігрівається в зоні обробки, потім плавиться і частково випаровується. Розплавлений матеріал під дією енергії плазменного струменя видаляється із зони обробки, як це показано на мал. 174.

Найчастіше плазменний струмінь застосовують у таких випадках:

• для попереднього нагрівання заготовки під час обробки різанням;

• для знімання поверхневих шарів матеріалу з циліндричних заготовок на токарному верстаті;

 

• для різання листового матеріалу; для обробки отворів, щілин, пазів малих розмірів.

Плазменний струмінь можна застосовувати для різання найрізноманітніших матеріалів: тугоплавких металів (вольфрам, молібден, тантал), тугоплавких з’єднань (карбіди, силіциди, окисли), кольорових металів (мідь, алюміній), високолегованих сталей, металевих і струмонепро-відних матеріалів (вогнетривка кераміка, скло, слюда, камені)

(мал. 174).

Плазменна технологія має значні переваги під час здійснення металургійних процесів, особливо у виробничих масштабах виготовлення, а також під час створення спеціальних матеріалів. Велика концентрація енергії в малому об’ємі, висока температура середовища за різних тисків, високі швидкості протікання фізико-хі-мічних реакцій, характерні для плазми, дозволяють не тільки прискорити традиційні процеси, а й створити нові технології.

Має ширше застосування так звана плазмомеханічна обробка металів, зміст якої полягає у зменшенні міцності поверхні перед обробкою керамічним різцем.

Це дозволяє підвищити швидкість обробки деталей, знімати стружку більшої товщини. Плазменні технології дозволяють одержувати такі матеріали, яких узагалі не знало людство. Наприклад, мета-

лобетоп і ііінометал, де як конструкційний матеріал використовують сталь, чавун, алюміній, свинець тощо. Металобетон більш стійкий, ніж звичайний бетон: на стискування у 10 разів, на розтягування — у 100 разів.

 

Означення

Зй-принтер — пристрій для створення або нарощування твердого об’єкта шляхом нанесення безлічі шарів матеріалу.

 

Метал, застиглий у вигляді піни, або иі-нометал, маючи міцність металу, має вагу в десятки разів меншу.

Проте, окрім використання високоенергетичних методів обробки металів, зокрема різання, плавлення, на сучасному етапі розвитку науки й виробництва створені нові технології, які допомагають нарощувати метали й сплави на заготовку. Новим видом формування виробів з металів, їх сплавів і твердих сплавів на основі металів є друкування на ЗБ-принтерах.

Якщо використати аналогію (див. метод аналогій у 5 класі), то ця технологія нагадує плавлення свічки під дією горіння гнота (мал. 175). Але замість воску плавляться гранули металу або сплаву, а роль гнота виконує високоенергетичний лазерний промінь, спрямований в одну точку з кількох сторін. У цьому місці метал під дією високої температури розплавляється і миттєво застигає в потрібному положенні. Таким чином, шар за шаром утворюється цілісна деталь.

У 1980-роках ЗБ-принтери називали машинами для створення дослідних зраз-

 

ків. Спеціальна головка (сопло) кладе шар за шаром, друкуючи таким чином об’єкт (мал. 176).

 

 

Поєднання роботи ЗБ-сканера і ЗБ-принтера можуть уможливити друк будь-якого предмета й будь-де (мал. 177).

Розглянемо ЗБ-принтери, які друкують об’ємні вироби з металів, їх сплавів та інших матеріалів на основі металів.

ЗБ-принтер по металу (мал. 178) — це промислова система безпосереднього об’ємного ЗБ-друку металевих виробів. Враховуючи товщину шарів від 0,005 до 0,03 мм, практично немає ніяких обмежень для складного дизайну. Система має можливість підтримувати розміри частинок, близькі до 0,005 мм. У результаті чого виріб виконується з максимальною деталізацією і чистотою обробленої поверхні.

У машині передбачено автоматичне завантаження та утилізація матеріалу. Система може виготовляти як окремі деталі, так і складні моделі. Молена використовувати безліч матеріалів для друку: неряеавіюча сталь, інструментальна сталь, надміцні спла-

 

ви, сплави кольорових металів, дорогоцінні метали, оксид алюмінію.

ЗБ-принтери використовуються в аерокосмічній та оборонній галузі, у виробництві двигунів або їх деталей, під час виготовлення медичних інструментів, індивідуальних імплантатів, ювелірних виробів, елементів систем охолодження тощо (мал. 179).

Усі розглянуті методи обробки металів та їхніх сплавів мають наступні переваги:

• можна оброблювати метали та їх з’єднання з будь-якими фізико-механічними властивостями, при цьому режими обробки не залежать від властивостей матеріалу;

• можна здійснювати обробку, яка неможлива за звичайних механічних методів;

• відсутність силової дії на заготовку і механічного контакту між інструментом і заготовкою;

• досягнення високої продуктивності обробки із високою точністю одержання розмірів;

• можливість легко автоматизувати процеси обробки.

Розглянуті методи суттєво змінюють технологію виготовлення деталей. Ймовірно, незабаром настане час, коли в суспільстві з’явиться індустрія виробництва «за запитом» зі своєю окремою економічною стратегією, а ЗБ-відтворення стане звичним явищем для багатьох сфер життя.

Чи добре засвоїли?

1. Які способи впливу на метали та їхні сплави відносяться до променевих методів обробки?

2. Які основні переваги розглянутих методів над механічними способами обробки — литтям, різанням, куванням?

3. У чому перевага обробки металевих виробів плазменним наплавленням на поверхню корозійностійких сплавів?

4. Де може використовуватися технологія ЗБ?

Поясніть

1. Назвіть спільні і відмінні ознаки плазменного методу і виготовлення виробів на ЗБ-принтерах?

2. У чому перевага пінометалу над іншими конструкційними матеріалами?

3. Шо таке металобетон?

4. Яким чином плазменна технологія збільшує продуктивність обробки металів різанням?

 

Це матеріал з підручника Трудове навчання 8 клас Лебедєв

 

Автор: admin от 1-01-2017, 21:20, посмотрело: 967