книги / Резание материалов

шение материала. Прокачивание суспензии способствует удалению продуктов разрушения и поступлению в зону обработки свежего абразива. Производительность процесса ультразвуковой обработки зависит от амплитуды и частоты колебаний, размера абразивных зерен, концентрациисуспензии идругихпараметров.

Ультразвуковую обработку применяют, например, для прошивания отверстий в заготовках из твердых и хрупких материалов, требующих высокой чистоты поверхности, точности формы и размеров. Наиболее эффективно обрабатываются хрупкие материалы: стекло, керамика, алмаз, германий, фарфор и др. Несколько хуже обрабатываются металлокерамические твердые сплавы, стали высокой твердости, при обработке которых происходят микропластические деформации. Ультразвуковой метод обработки позволяет получить изделия с высокой точностью и чистотой обработанной поверхности. Ультразвуковую обработку применяют также для интенсификации процессов травления, удаления окалины, жировых и масляных пленок и т.д.

Электрохимическая обработка. Метод обработки основан на анодном растворении металла при пропускании через раствор электролита постоянного электрического тока. Электрохимическое травление используют для очистки поверхности металлов от окислов, ржавчины, жировых пленок и других загрязнений (рис. 269, a). В ванну 1, заполненную электролитом, помещают обрабатываемую заготовку – анод 2 и катоды 3. В качестве электролита используют растворыкислот или щелочей, нагретые до60…80 °С.

Рис. 269. Схемы электрохимической обработки

482

Лучевые методы обработки. Лучевые методы обработки основаны на снятии обрабатываемого материала под воздействием лучей, имеющих чрезвычайно высокую плотность энергии. Удаление материала осуществляется преобразованием лучевой энергии в теплоту непосредственно в зоне резания. К лучевым методам обработки относится резание электронным, ионным, световым и плазменным лучами.

Электронно-лучевая обработка выполняется фокусированным пучком электронов, испаряющих металл. Отличительными особенностями размерного электронно-лучевого резания по сравнению со сваркой электронным лучом является острая фокусировка луча с повышенной плотностью энергии и импульсная его подача. Режимы резания электронным лучом определяются плотностью тока в луче, величиной ускоряющего напряжения, плотностью тока в фокальном пятне на заготовке, скоростью перемещения луча по заготовке, частотой повторения и длительностью импульса. Достоинства электронно-лучевой обработки: возможность обработки сверхпрочных материалов; получение глухих и сквозных отверстий очень малых размеров. Этот способ обработки применяют, например, для сверления отверстий диаметром 5…10 мкм. Недостаток– сложность и высокая стоимость оборудования, ограничение габаритов обрабатываемыхдеталей.

Светолучевая (лазерная) обработка. Для резания применяют узкий направленный пучок видимого света с высокой плотностью тепловой энергии, получаемый в лазерах – оптических квантовых генераторах, поэтому этот способ иногда называют лазерной обработкой.

Обрабатываемость материалов световым лучом определяется теплофизическими свойствами материалов (температурой плавления и кипения, теплоемкостью, теплопроводностью), а также их отражательной способностью. Для уменьшения отражения луча от поверхности ее делают матовой. Этот способ обработки применяется для получения отверстий малого диаметра, резки материалов высокой прочности по заданному контуру, прорезки пазов и щелей шириной в несколько микрометров. В сравнении

484

мерная печать активно развивалась: 3D-принтинг стал использоваться не только в опытно-конструкторской деятельности, но и в медицине, строительстве и даже кулинарии. Постепенно тер-

3D-принтеров. Ему на замену пришли «аддитивные технологии». Новый термин происходит от английской аббревиатуры AF (Additive Fabrication), так как изделие создается путем добавления материала («add» – добавлять), а не традиционных технологий, в которых лежит принцип вычитания (съема) лишнего материала из заготовки.

Аддитивные технологии формируют деталь путем последовательного наращивания материала слой за слоем (рис. 270). В результате возможно изготовление деталей любой формы и сложности по предварительно спроектированным математическим

промышленности.

486

ников секторов автомобилестроения (АвтоВАЗ, НАМИ и ДААЗ – Дмитровский автоагрегатный завод), авиационного и энергетического двигателестроения (УМПО, ТМЗ – Тушинский машиностроительный завод), а также приборостроения (УОМЗ и ЦКБ «Точприбор»). Ключевым объяснением данного тренда является понимание промышленности, что за аддитивными технологиями стоит будущее и требуется начать их освоение до того момента, когда точка невозврата будет уже преодолена и время упущено. Это наложилось и на общее развитие технологий. Так, в 2008– 2010 годах началось удешевление оборудования и возникла возможность стабильной 3D-печати в металле путем послойного спекания гранул мелкодисперсных порошков сплавов стали, алюминия, никеля и титана.

Сейчас можно наблюдать следующую картину. Согласно данным аналитической организации Wohlers Associates, которая с 1993 года начала изучать рынок 3D-печати, на протяжении последних четырех лет средний темп годового прироста составлял 32,3 %. В 2014 году общий объем рынка 3D-печати составил более 3 млрд долл. Исследовательская компания Lux Research прогнозирует увеличение объема мирового рынка аддитивных технологий практически в 4 раза до 2025 года, давая оценку в 12 млрд долл. Среди позитивных показателей ситуация с освоением промышленных 3D-принтеров в России смотрится не столь ободряюще. Доля нашей страны на данном рынке составляет 1,4 %, тогда как США занимают38 %, а наш ближайший партнер Китай– 8,7 %.

7.7. Гидроабразивная резка материалов

Одним из новых методов резания материалов является метод резания высоконапорной струей жидкости с добавкой абразива – гидроабразивная резка.

Перечислим преимущества резки водой перед лазерной, плазменной, механической резками.

Низкая температура реза. Генерируемое в процессе резания тепло практически мгновенно уносится водой. В результате не происходит заметного повышения температуры в заготовке.

488

Резка может осуществляться в любых направлениях, по линии любой кривизны и сложности. При обработке можно воспроизводить очень сложные формы или скосы под любым углом.

Струя жидкости по своим техническим возможностям приближается к идеальному точечному инструменту, что позволяет обрабатывать сложный профиль с любым радиусом закругления, поскольку ширина реза составляет 0,18…3,0 мм. При резании хрупкого материала – стекла – гидроабразивная обработка позволяет создавать невозможные для других технологий формы и контуры. Водоструйная технология не уступает алмазной резке, когда делаются прямые резы стекла, и тем более никакая другая технология не позволяет получать сложные контуры непосредственно в процессе резания.

Возможность автоматического управления резанием. За хо-

дом резки следит точное цифровое программное управление Aliko (ЧПУ/CNC), разработанное фирмой ALIKO. Используемую программу автоматизированного проектирования производства можно интегрировать с разнообразным программным обеспечением. Станок X-Y ALIKO управляется с помощью интерфейса ALIX на базе Windows. ALIX обладает большим числом функций, упрощающих его использование, таких как задний ход, точная настройка скорости резки и имитация резки. Все важные параметры для резки можно сохранить в специальной библиотеке для последующего использования. Отдельный режущий блок легко подключить к локальной сети предприятия.

По точности реза ГАР сравнима с лазерной резкой (от 0,1 до 1,5 мм) и превосходит плазменную и газовую резку (рис. 272).

По скорости резания ГАР сравнима с плазменной резкой (5…500 мм/мин), но уступает лазерной и газовой резке (рис. 273).

Основные технические параметры и общий вид установки ГАР представлены на рис. 274, 275. Сегодня ГАР нашла широкое применение в заготовительном производстве машиностроительных предприятий при резке любых материалов толщиной до 100 мм (табл. 38). При этом стоимость реза в несколько раз меньше, чем при других видах резки материалов.

490