Технология машиностроения. Высокоэнергетические и комбинированные методы обработки

И.О. Аверьянова, В.В. Клепиков
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
И КОМБИНИРОВАННЫЕ
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
Рекомендовано методическим советом Учебно-методического центра
по профессиональному образованию Департамента образования
города Москвы в качестве учебного пособия для студентов
образовательных учреждений среднего
профессионального образования

2020

УДК 34.5(075.32)
ББК 621я723
А19
Р е ц е н з е н т ы :
доктор технических наук, профессор кафедры «Станки»
ГОУ «СТАНКИН» В.С. Хомяков;
доктор технических наук, профессор МОУ М.А. Босинзон;
руководитель подразделения системы обеспечения и интеграции
профессионального образования ГОУ ДПО Учебно-методический центр
по профессиональному образованию Департамента образования
города Москвы О.А. Быковец
Аверьянова И.О.
А19
Технология машиностроения. Высокоэнергетические и комбинированные методы обработки : учебное пособие / И.О.
Аверьянова, В.В. Клепиков. — Москва : ФОРУМ, 2020. — 304 с. :
ил. — (Профессиональное образование).
ISBN 978-5-91134-268-5
Комплексно изложены основные положения о методах комбинированной обработки изделий, применяемых в машиностроении. Даны рекомендации по анализу и выбору методов обработки. Освещены вопросы
обеспечения требуемого качества обработки изделий.
Для
подготовки
специалистов
конструкторских
и
технологических
специальностей средних технических учебных заведений и колледжей.
Может быть полезно технологам и конструкторам промышленных предприятий.
УДК 34.5(075.32)
ББК 621я723
ISBN 978-5-91134-268-5
© Аверьянова И.О., Клепиков В.В., 2008
© Издательство «ФОРУМ», 2008

Введение
В настоящее время во всех ведущих отраслях машиностроения все в больших масштабах применяют высокоэнергетические
и комбинированные методы обработки материалов. Эти методы
развиваются быстрыми темпами не только в силу своей относительной молодости, наличия задела еще не реализованных идей
и возможностей, универсальности используемых энергоносителей, но и главным образом благодаря развитию современного
машиностроения.
К электрофизическим, электрохимическим и комбинированным методам обычно относятся все нетрадиционные методы получения деталей путем снятия припуска с заготовки или ее деформации, т. е. они заменяют ряд важных направлений развития
обработки, в том числе и комбинированных традиционных процессов обработки резанием и давлением, способствуя их совершенствованию.
ЭФХК методы размерного формообразования разделяются
на два обширных класса процессов обработки исходной заготовки — без снятия стружки (магнитоимпульсная и электрогидравлическая обработка давлением) и со снятием стружки (подобно
механической обработке резанием).
Возросший интерес к этим методам определяется значительным ростом применения особо прочных, вязких, жаропрочных,
нержавеющих, магнитных, высокомарганцовистых и других сталей, а также сплавов с особыми свойствами. Увеличение выпуска
машин и стремление получить заготовки с минимальными припусками предопределили необходимость использования в производстве большого количества штампов, матриц, пресс-форм, литейных форм и другой технологической оснастки, в том числе и с
применением металлокерамических твердых сплавов.
Создание малогабаритных приборов и аппаратов потребовало
изготовления миниатюрных нежестких деталей, которые практи

Введение
чески невозможно получить механической обработкой. В целом
область применения и перспективы развития ЭФХК технологии
и оборудования определяются следующими главными особенностями, свойственными этим процессам:

 возможностью обработки материалов практически независимо от их прочностных характеристик, так как съем материала осуществляется не за счет создания концентрированных механических усилий, а вследствие ослабления связей
в заготовке при нагреве;

 возможностью производить изделия со сложной формой;
этим свойством обладают в первую очередь электроэрозионные (ЭЭ), электрохимические (ЭХ) и ультразвуковые
(УЗ) методы, позволяющие отображать (копировать) форму
фасонного электрода-инструмента в теле заготовки.
Важным следствием свойства отображения инструментом заданной формы на заготовке является возможность изготовления
любых полостей, характеризуемых тремя изменяющимися координатами на универсальных ЭЭ, ЭХ и УЗ станках, использующих
во время работы только одну координату. Результатом является
допускаемая высокая концентрация технологических операций
на одном станке: осуществление операций, подобных фрезерованию, сверлению, резке и, при наличии соответствующей оснастки, абразивной и упрочняющей обкатки (шлифования, раскатывания, обкатывания и т. п.). При этом термообработка, предшествующая электрофизикохимической (ЭФХ) обработке, позволяет
сокращать ряд финишных операций.
Все это обусловило применение комплекса новых методов
обработки, которые осуществляют съем металла с заготовки на
совершенно иной физической основе, чем механическое резание, и изменило традиционные представления о построении технологических процессов обработки изделий.
Перечисленные основные свойства определяют эффективную область применения ЭФХК методов, в первую очередь, в
области наиболее распространенного в промышленности единичного и мелкосерийного производства там, где традиционные
методы малоэффективны. Речь идет о производстве фасонной
технологической оснастки (ковочных и вырубных, гибочных и
других штампов, пресс-форм всех типов), в том числе для прессования изделий из пластмасс, резины, порошков и многих других материалов.

Введение
5
Таким образом, открытый советскими учеными лауреатом Государственной премии академиком Б. Р. Лазаренко и его супругой Н. И. Лазаренко в 40-х годах прошлого столетия эффект электрической эрозии, со временем превратился в метод электроэрозионной обработки (ЭЭО). Изобретение ЭЭО имеет выдающееся
значение, поскольку к традиционным методам формообразования (резание, литье, обработка давлением и т. п.) прибавился совершенно новый метод, в котором непосредственно использовались электрические процессы.
В начальный период освоения ЭЭО применялись исключительно искровые разряды, создаваемые конденсаторами, в так
называемом RС-генераторе. Отсюда и название метода обработки — электроискровой. В настоящее время разработаны специальные генераторы импульсов, благодаря которым можно производить обработку материалов с более продолжительными искро-дуговыми и дуговыми разрядами. Процесс ЭЭО получил
название электроимпульсной обработки.
В практической деятельности предприятий машиностроения
существует много задач по формообразованию поверхностей деталей, поэтому, в зависимости от необходимости, в промышленности используется как электроискровой, так и электроимпульсный режим ЭЭО.

Список основных сокращений
АОЭЭО
— алмазная оксидно-электроэрозионная обработка
АЭХО
— абразивно-электрохимическая обработка
АЭЭО
— абразивно-электроэрозионная обработка
ВТМО
— высокотемпературная термомеханическая
обработка
МП
— механизм перемотки проволоки
КСС
— координатная система станка
МЭЗ
— межэлектродный зазор
НТМО
— низкотемпературная термомеханическая обработка
ОКГ
— оптический квантовый генератор
ПГ
— плазменная горелка
ПО
— плазменная обработка
ППЗ
— плазменная поверхностная закалка
РЖ
— рабочая жидкость
СОТС
— смазочно-охлаждающая техническая среда
ТМО
— термохимическая обработка
ТЦО
— термоциклическая обработка
УП
— управляющая программа
УЧПУ
— устройство числового программного управления
ХТО
— химико-термическая обработка
ЧПУ
— числовое программное управление
ШГИ
— широкодиапазонный генератор импульсный
ЭЗ
— электрод-заготовка
ЭИ
— электрод-инструмент
ЭМО
— электромеханическая обработка
ЭФХ
— электрофизические и электрохимические методы
ЭФХК
— электрофизикохимические комбинированные
методы

Список основных сокращений
7
ЭФХМО
— электрофизические и электрохимические
методы обработки
ЭХО
— электрохимическая обработка
ЭЭВС
— электроэрозионный вырезной станок
ЭЭО
— электроэрозионная обработка
ЭЭПС
— электроэрозионный прошивной станок
ЭП
— электрод-проволока
Обозначения характеристик поверхностного слоя
Rа
— среднее арифметическое отклонение профиля
Rz
— высота неровностей по десяти точкам

— напряжение
в
— временное сопротивление при растяжении
Т
— предел текучести физический
R
— электрическое сопротивление
Q
— теплота
t
— время
T
— температура
TC
— точка Кюри
HB
— твердость по Бринеллю
HRC
— твердость по Роквеллу по шкале С
HV
— твердость по Виккерсу
Обозначения химических элементов в марках сталей
А
— азот
Ю
— алюминий
Л
— бериллий
Р
— бор
Ф
— ванадий
В
— вольфрам
К
— кобальт
С
— кремний
Г
— марганец
D
— медь

Список основных сокращений
М
— молибден
Н
— никель
Б
— ниобий
Т
— титан
П
— фосфор
Х
— хром
Ц
— цирконий
Е
— селен
Ч
— редкоземельные металлы
Обозначения некоторых химических элементов
по периодической системе
С
— углерод
N
— азот
О
— кислород
Н
— водород
Nа
— натрий
Mg
— магний
Al
— алюминий
Р
— фосфор
Si
— кремний
Ti
— титан
Cr
— хром
Mn
— марганец
Fе
— железо
Со
— кобальт
Ni
— никель
Cu
— медь
Zn
— цинк
Mо
— молибден
W
— вольфрам

Глава 1
КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ — ОСНОВА РАЗВИТИЯ
СОВРЕМЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ
1.1. Общие требования к качеству продукции
В настоящее время развитие мировой экономики неразрывно
связано с высоким качеством изготовления продукции и товаров
широкого спроса. Значение качества не исчерпывается только
его ролью в международной конкуренции. Качество продукции в
большей мере определяет «качество жизни» общества. Индустриализация производства и быта людей, использование множества сложных технических средств во всех сферах деятельности
ставит человечество в постоянную зависимость от уровня и
функционирования используемой техники. Неполадки, перебои
в работе сложных систем зачастую приводят не только к мелким
авариям, но и к крупным катастрофам мирового значения, таким
как аварии на атомных станциях, взрывы на газопроводах и т. д.
Ликвидация последствий таких катастроф связана с затратами
времени и средств, которые во много раз превышают затраты на
производство высококачественной продукции. Таким образом,
качество выпускаемых изделий является одной из важнейших
тенденций развития мировой экономики, связанной с «технизацией» человеческого общества.
Повышение качества выпускаемой продукции в настоящее
время расценивается как решающее условие ее конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках. Конкурентоспособность продукции во многом определяет престиж страны и является решающим фактором увеличения ее национального богатства.

Глава 1. Качество продукции — основа развития...
В промышленно развитых странах во многих фирмах и компаниях функционируют системы качества, создающие условия
повышения
конкурентоспособности
выпускаемой
продукции.
В большей части эти системы аналогичны отечественным комплексным системам управления качеством продукции, но в отличие от них они значительно эффективнее.
Состав и сущность систем качества регламентируется рядом
международных стандартов по управлению качеством продукции. Для потребителей наличие таких систем у изготовителей
продукции является гарантией того, что им будет поставлена
продукция требуемого качества в полном соответствии с договорами (контрактами). Поэтому нередко потребитель при заключении контрактов требует проверки имеющейся у изготовителя
системы обеспечения качества на соответствие ее требованиям
международных стандартов.
Процесс обеспечения качества изделий требует комплексного решения, в том числе и государственного регулирования (которое широко используется в условиях рыночной экономики),
ведения разумной налоговой политики, стимулирования качества работы предприятия и его результатов, реализации государственных программ развития приоритетных отраслей промышленности и т. п.
Необходимость
государственного
регулирования
качества
продукции обусловливает также одна из важнейших задач государства — оградить население страны от потенциально опасной,
экологически вредной продукции и от продукции просто некачественной. Основным инструментом такого регулирования является сертификация продукции.
Юридическую основу обеспечения качества продукции составляют соответствующие законы: «О защите прав потребителей», «О стандартизации», «О сертификации продукции и услуг»,
«Об обеспечении единства измерения», «Основы законодательства Российской Федерации об охране труда» и ряд постановлений
Правительства РФ.
Качество — совокупность характеристик, относящихся к
способности продукции удовлетворять установленные и предполагаемые потребности.
Потребности выявляются и четко устанавливаются в условиях потребительского спроса. Они могут меняться со временем,
что предполагает проведение периодического анализа требований к качеству продукции. Потребности переводятся в характе