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

Москва
2022

УДК 34.5(075.32)
ББК 621я723

     А19




Рецензенты:
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, 2022. — 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 электрогидрав-лическая 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 электроэрози-онные (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 электроэро-зионной 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 RC-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 электроимпульс-ный 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

Ra  --- среднее арифметическое отклонение профиля
Rz  --- высота неровностей по десяти точкам      
о   --- напряжение                               
Ов  --- временное сопротивление при растяжении   
О 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
X      — хром
Ц      — цирконий
Е      — селен
Ч      — редкоземельные металлы


Обозначения некоторых химических элементов по периодической системе
С      — углерод
N      — азот
О      — кислород
Н      — водород
Na     — натрий
Mg     — магний
Al     —  алюминий
Р      — фосфор
Si     — кремний
Ti     — титан
Cr     — хром
Mn     — марганец
Бе     — железо
Со     — кобальт
Ni     — никель
Cu     — медь
Zn     — цинк
Мо     — 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