МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПРЕДМЕТОВ ТРУДА

В зависимости от цели и технического окружения техно-логического процесса понятие «обработка» конкретизиру-ется. Например, механическая обработка представляет со-бой обработку давлением или резанием.

Специальные и специфичные виды обработки тоже имеют своё наименование. Так, обработке резанием и обра-ботке давлением, как правило, предшествует раскрой мате-риала, который представляет собой разделение материала на отдельные заготовки (мерные части). При этом сплошные твердотельные предметы труда (заготовки) могут быть раз-деленными на мерные части как обработкой давлением, так и резанием.

3.4.1. Обработка резанием (англ. – machining) заключает-ся в образовании новых поверхностей отделением поверхно-стных слоев материала с образованием стружки или, в зави-симости от вида обработки, других измельченных отходов, а именно: мельчайших капелек металла, окислов анодного растворения металла и т.п.

Поверхность полуфабриката, которая подвергается обра-ботке, называется обрабатываемой поверхностью; поверх-ность, с которой удалён слой материала, называется обрабо-танной поверхностью. Эта поверхность подвергается как силовому воздействию со стороны режущего инструмента, так и воздействию тепла, выделяющемуся в процессе реза-ния за счёт внутреннего и внешнего трения или протекаю-щей электрохимической реакции. В результате изменяются структура и свойства материала на некоторой глубине вдоль обработанной поверхности.

Обработка резанием осуществима следующими двумя способами.

1) Резание инструментом, имеющим острую режущую часть. При этом заготовке и инструменту кинематически обеспечивают движения, позволяющие режущему инстру-менту рядом последовательных приближений, представ-ляющих собой этапы предварительной и окончательной об-работки, обойти все обрабатываемые поверхности.

Этот способ резания сопровождается стружкобразовани-ем. Следы силового взаимодействия инструмента с обрабо-танной поверхностью предопределяют уровень шероховато-сти обработанной поверхности.

2) Обработка посредством копирования формы инстру-мента, то есть здесь инструмент является носителем формы обработанных поверхностей.

Для реализации этого способа обработки достаточно од-ного движения инструмента (или заготовки), чтобы обеспе-чить внедрение инструмента в заготовку. Направление съёма металла (или деформации его) совпадает с направлением по-ступательного перемещения или с нормалью к обрабатывае-мой поверхности.

Этот способ резания характерен обработке давлением, электроэрозионной и электрохимической обработке.

В машиностроении есть примеры комбинирования ука-занных двух способов обработки резанием (например, реза-ние протягиванием, электроэрозионное резание с обкаткой).

При резании различают черновую обработку, в результа-те которой снимается основная часть припуска, и чистовую обработку, в результате которой достигается заданная точ-ность размеров и степень шероховатости обработанной по-верхности.

Под припуском понимают толщину поверхностного слоя, специально предусмотренного для механической обработки.

3.4.2. Обработка давлением. Производственный процесс в машиностроении имеет три основные стадии: заготови-тельную, обрабатывающую и сборочную.

Первая стадия охватывает производство заготовок (поко-вок, штамповок, отливок, сортового проката, в виде стандар-тизированного полуфабриката, получаемого обработкой давлением). Вторая стадия – это изготовление деталей обра-боткой резания полученных заготовок. Третья стадия – сборка и испытания готовых изделий.

Эффективная деятельность предприятия строится на це-лесообразном использовании всех элементов производст-венного процесса – труда, предметов труда и средств труда.

Успешное решение задач производства зависит от пра-вильного выбора и взаимного соотношения этих элементов.

Конечной целью является достижение наименьшей себе-стоимости продукции при максимально возможной произво-дительности труда.

Обработка давлением (англ. – forming) заключается в пластическом деформировании или разделении материала без образования стружки.

Укрупнённо обработка давлением подразделяется на две группы операций: ковка и штамповка. Каждая из этих групп имеет набор своих специфических операций, но обеим группам операций всегда предшествует раскрой материала.

3.4.3. Раскрой материала. Материал, поступающий в за-готовительные цеха машиностроительного производства, чаще всего представляет собой крупногабаритный сортовой полуфабрикат металлургического производства (прутки, трубы, плиты, полосы, листы, швеллеры, тавры, двутавры и другие поперечные сечения). Поэтому, исходя из технико-экономических соображений, анализируют следующие ос-новные способы и средства труда, предназначаемые для рас-кроя материала.

3.4.3.1 Способы обработки давлением, реализуемые на кривошипных ножницах, прессах, ломкой на прессах-хладноломах, ломкой, рубкой и сдвигом на высокоскорост-ных молотах;

3.4.3.2 Способы резания на токарных и фрезерных стан-ках, на механических ножницах и пилах, на абразивных от-резных станках;

3.4.3.3 Электрофизическая обработка (англ. – electro-physical machining) с применением электрических разрядов, магнитострикционного эффекта, электронного или оптиче-ского излучения (лазер – аббревиатура английской фразы «L ight A mplification by S imulated E mission of R adiation», что означает «Усиление света посредством стимуляции эмисси-онного излучения»), плазменной струи;

3.4.3.4. Плазменная обработка. В практике отечествен-ного и зарубежного производства успешно эксплуатируются плазменные аппараты для резки и сварки конструкционных материалов. Эти процессы осуществляются за счёт того, что воздух сжимают компрессором и подают в рабочую форсун-ку, внутри которой постоянно горит электрическая дуга. За счёт этой высокотемпературной дуги (температура порядка 6000 8000 °С — температура поверхности Солнца) воздух разогревается и превращается в струю плазмы, воздействию которой не может противостоять ни один конструкционный материал. Воздух также образует и рабочую среду, то есть своего рода оболочку для плазменной струи.

В общем случае плазма представляет собой сильно ионии-зированный газ, в котором плотности пространственных за-рядов, созданных положительно и отрицательно заряжен-ными частицами, одинаковы или почти одинаковы, а хаоти-ческое тепловое движение этих частиц преобладает над их направленным перемещением под действием внешнего электрического поля. Это так называемая изотермическая плазма. Она обнаружена в атмосфере горячих звёзд с темпе-ратурой порядка 35000 °С и выше.

Изотермическая плазма играет существенную роль в космических процессах.

Кроме изотермической плазмы существует газоразряд-ная плазма, отличающаяся тем, что она устойчива только при наличии в газе электрического поля, способного уско-рить электроны.

В газоразрядной плазме, создаваемой для реализации технологических процессов машиностроения, средняя энер-гия и средняя скорость движения электронов существенно превосходит среднюю энергию нейтральных частиц газа. При прекращении действия внешнего электрического поля газоразрядная плазма исчезает практически мгновенно.

Интерес к газоразрядной плазме особенно обострился в связи с разработкой проблемы управляемых термоядерных реакций.

Для предотвращения контакта плазменной струи со стен-ками сосуда, в котором она возникает, плазменной струе создают оболочку (рабочую среду). Первоначально, когда исследовались возможности применения плазменного луча в качестве инструмента для воздействия на обрабатываемый конструкционный металл, например с целью резки металла, в качестве оболочки для плазменного луча использовали сжатый воздух. При этом выявленным недостатком взаимо-действия плазмы с металлом в присутствии с воздухом ока-зались избыточное окисление и шлакообразование. Этот де-фект обусловлен наличием в воздухе кислорода и азота.

Дальнейшие научно-технические исследования показали, что лучшие результаты обеспечивает замена воздуха водой. В 1986 году новый водоплазменный аппарат «Плазма» (раз-работчик – ОКБ «Алмаз», г. Зеленоград) прошёл успешные испытания на орбитальной станции «Мир», когда возникла проблема ремонта и замены узлов и агрегатов станции в от-крытом космосе.

Основные характеристики аппарата «Плазма»:

– напряжение питающей сети 220 В;

– частота питающей сети 15 Г;

– потребляемая мощность 1,8 кВт;

– габариты 10,5 см;

– вес 3,5 кГ;

– температура факела (макс.) 6000 °С;

– регулирование тока в дуге 4 8 А;

– толщина разрезаемого листа до 5 мм;

– ширина реза листовой стали 0,5 мм;

– время непрерывной работы до 25 мин.

Водоплазменный аппарат «Плазма» предназначен для технологических процессов резки, прожигания отверстий, плавления, локального нагрева чёрных и цветных металлов, резки бетона, работ по камню и других отделочных опера-ций и ориентирован на использование воды в качестве рабо-чего тела для плазмы.

Исследования показали, что для выполнения сварочных работ необходима изоляция сварочного шва от воздушной атмосферы. Для этой цели вместо воды применима любая углеродосодержащая жидкость (ацетон, этиловый спирт и подобные). Так как пары ацетона вредны для здоровья, пре-имущество получил водный раствор этилового спирта (вод-ка). Концентрация спирта в воде зависит от рода сваривае-мого металла. Жидкостная ёмкость ориентирована на 50 грамм воды или раствора.

По технологическим возможностям водоплазменный ап-парат «Плазма» способен заменять сварочный трансформа-тор, газосварку с присущим ей баллонным оснащением, в том числе аргонодуговую сварку, паяльную лампу, автоген, электролобзик, ножовку, ножницы отрезные и вырубные, электродрель и тому подобное режущее и сварочное осна-щение.

В 2001 году во Всемирном салоне изобретений водо-плазменный аппарат «Плазма» занял первое место и завое-вал приз «Гран-при» – Золотой кубок, оставив позади 1500

экспонатов аналогичного назначения из 120 стран мира.

3.4.4. Электрохимическая обработка (англ. – electro-chemical machining) вследствие анодного растворения мате-риала в электролите под действием электрического тока.

Выбор приемлемого для конкретных условий способа раскроя материала опирается на предварительный качест-венный и последующий количественный анализы.