Сучасного машинобудування

Необхідність більш широкого впровадження у виробництво високоефективних технологій визначається рядом факторів, таких як обробка твердих матеріалів, виготовлення мікро отворів, тощо.

Так, розробка нових конструкцій машин і приладів з поліпшеними експлуатаційними параметрами вимагає застосування нових матеріалів – високоміцних, корозійностійких, термостійких. Цим вимогам відповідають композиційні, керамічні матеріали, нові марки твердих сплавів, полі- і монокристалічні надміцні матеріали та ін. Однак ці матеріали звичайно важко піддаються традиційним методам обробки, що стримує їхнє широке застосування. Наприклад, нові види конструкційної кераміки зараз розглядаються як один із самих перспективних матеріалів майбутнього. Висока термостійкість, твердість, зносостійкість, стійкість до окислювання, ерозії й іншим видам хімічного впливу, низький коефіцієнт тертя, невелика щільність, що дозволяє виготовляти полегшені конструкції (до 40% маси металевого еквівалента), а головне - можливість використання доступної і дешевої сировини, - усі ці унікальні властивості і переваги, з одного боку, є незамінними при створені нових виробів, а з іншого боку - незмірно підвищують працемісткість і вартість їхнього виготовлення традиційними методами механічної обробки. Тому вдаються до постійного удосконалення традиційних методів обробки, що в свою чергу приводить до великих витрат матеріалів і енергоресурсів. Крім цього, у ряді випадків механічна обробка взагалі не може бути застосована для виготовлення виробів з конструкційної кераміки. Так, при виготовленні деталей для сучасної продукції машинобудування все частіше потрібне здійснення операцій, нездійсненних чи важких для виконання традиційними методами. До таких операцій відносяться прошивання отворів малих діаметрів (до 20-50 мкм) при великій щільності їхнього розташування на поверхні, яка оброблюється (до декількох сотень на 1 мм²), нарізування прецизійних щілин, пазів у важкооброблюваних матеріалах, одержання порожнин у заготівках із твердих сплавів при виготовленні штампів, прес-форм та ін. Варто враховувати, що точне штампування в даний час застосовується при обробці лише 10-20% заготівок. Для зниження металоємності виробів питому вагу обробки металів тиском необхідно підвищувати, а отже, виникає необхідність у впровадженні новітніх технологій при виготовленні елементів штампового оснащення і пресового інструмента.

У народному господарстві Україні мають місце величезні втрати від корозії металовиробів та зносу деталей. Тільки в результаті корозії металу щорічні втрати складають більш 10% виплавлюваної сталі. На виготовлення запасних частин замість тих що вийшли з ладу внаслідок псування, зносу, корозії приходиться резервувати до 2/3 виплавленого металу. Тому надзвичайно актуальною задачею є розробка і широке впровадження нових, високоефективних зміцнюючих технологій, що дозволяють знизити зношування деталей і інструментів, підвищити корозійну й ерозійну стійкість виробів машинобудування, скоротити витрати дефіцитних високолегованих сталей.

До високоефективних технологій обробки матеріалів відносять різні фізико-хімічні процеси (електроерозійний, електрохімічний, ультразвуковий), променеві процеси (лазерний, електронно-променевий, іонно–променевий, плазмовий) і комбіновані, створені на їхній основі. За допомогою даних процесів здійснюються розмірна обробка (одержання профільних порожнин, прошивання отворів, різання, розкрій матеріалу, полірування), поверхневе модифікування (зміцнення, локальне легування, наплавлення, нанесення покрить), нанесення знаків (розмітка, маркування, гравіювання, кодування).

В даний час ефективно використовуються фізико-технічні методи обробки матеріалів та технологій на базі концентрованих потоків енергії. Найбільшого поширення одержали електроерозійні, електрохімічні, ультразвукові методи обробки, що постійно удосконалюються – розробляються нові види високопродуктивного устаткування, поліпшуються методи розрахунку інструментів, підвищується точність, продуктивність і якість обробки. Для реалізації цих методів налагоджено випуск серійного устаткування. На багатьох підприємствах протягом останніх років успішно працюють спеціалізовані ділянки, на яких застосовуються прогресивні методи обробки.

В теперішній час широко застосовуються променеві методи обробки. Так, електронно – променева технологія успішно використовується для нанесення тонких покрить, зварювання, термообробки і локального легування, перфорації отворів, різання прецизійних деталей, гравіювання та ін.

Особливо ефективне застосування електронно–променевого перфорування отворів. Продуктивність перфорації отворів мікронних розмірів може досягати декількох десятків і навіть сотень тисяч отворів у секунду. У той же час широке впровадження даної технології стримується як складністю і високою вартістю устаткування, так і обмеженими розмірами вакуумної камери.

Плазмова обробка добре зарекомендувала себе на операціях різання і розкрою листових металевих матеріалів товщиною до 300-400 мм, нанесення нітридних, карбонітридних покрить на робочі елементи деталей і інструментів, наплавлення нових і відновлення зношених деталей, елементів штампів, прес-форм та ін.

Особливі можливості перед машинобудівниками відкриває лазерна технологія. Лазерним випромінюванням можна прошивати отвори діаметром від 1-2 мкм до 1,5-20 мм із високою продуктивністю, виконувати розкрій металевих і неметалічних матеріалів. Ширина різа при цьому складає 0,5-0,8 мм, зона термічного впливу – 0,1-0,3 мм, шорсткість поверхні Rz = 10-60 мкм. Швидкість різання металевих матеріалів досягає 5-10 м/хв, неметалічних –
100 м/хв і вище.

Окремі види лазерної поверхневої обробки дозволяють одержувати локальні зони з поліпшеними експлуатаційними характеристиками товщиною до 2 мм і більш при продуктивності до декількох сотень квадратних міліметрів у хвилину.

Лазерним зварюванням можна з'єднати різні за властивостями матеріали, у тому числі не зварювальні традиційно (наприклад, кераміку з керамікою). Відношення глибини до ширини звареного шва може досягати 10 мм і більше. При потужності випромінювання 80 кВт і швидкості зварювання до 3 м/хв товщина аркушів, що зварюються, з нержавіючої сталі може досягати 50 мм.

Потрібно однак, брати до уваги, що в даний час у країні відчувається недостача основних типів лазерного технологічного устаткування. Якщо технологічні установки на базі твердотілих лазерів серійно випускаються порівняно невеликими партіями і частково задовольняють потреби ринку, то виробництво технологічного устаткування на базі СО₂ – лазерів практично не налагоджено.

Поряд з подальшим інтенсивним розвитком порівняно відомих технологій, таких як електроіскрове зміцнення, детонаційне напилювання, різні види електрохімічного зміцнення, останнім часом велика увага приділяється створенню нових комбінованих процесів, що дозволяють істотно поліпшити експлуатаційні показники виробів. Серед них лазерно-магнітне, лазерно-іскрове, лазерно-плазмове, лазерно-криогенне, лазерно-детонаційне, лазерне зміцнення з пластичним деформуванням та ін. Деякі з перерахованих методів знаходяться ще або в стадії розробки, або експериментальної перевірки.

На Україні значний досвід в освоєнні нових методів обробки матеріалів накопичений у ПО ім. С. П. Корольова, ПО «Більшовик», ПО завод «Арсенал», Київському верстатобудівному ПО, НПО «Маяк» (Київ), ПО завод їм В. А. Малишева (Харків) та інших. Ці підприємства працюють у тісному контакті з організаціями-розроблювачами новітніх технологій – інститутами електрозварювання ім. Е. О. Патона, проблем матеріалознавства, надтвердих матеріалів АН УРСР, Київським, Харківським і Львівським політехнічними інститутами, Київським автомобільно-дорожнім інститутом та ін.