Параграф 11. Получение и обработка деталей воздействием концентрированных потоков энергии (основные положения).
Повышение рентабельности современных машин, приборов и аппаратуры, эффективности использования производственных мощностей, снижения материальных и трудовых затрат, а также обеспечения их эргономичности обеспечивается их качеством и надежностью.
Качество изделия – это совокупность его свойств, характеризующих его способность удовлетворять при эксплуатации требованиям назначения данного изделия.
Надежность – это совокупность свойств, определяющих способность изделия сохранять необходимые значения показателей качества в течение требуемого времени его эксплуатации и хранения, минимизировать возможность их внезапного выхода за допустимые пределы, а также сократить время, необходимое для восстановления показателей качества.
Повышение качества изделий и обеспечение его в течение определенного времени представляет собой проблему, требующую в каждом случае проведения конкретных маркетинговых, экономических и финансовых исследований и прогнозов, конструкторских, исследовательских и экспериментальных работ, информационного исследования и анализа, в том числе с учетом взаимосвязей между различными отраслями фундаментальной науки, видами производства и конкретными проектами, изучения и анализа различных технологических процессов и разработки многопрофильных технологий, проведения социологических и политических исследований и прогнозов и др.
В настоящем пособии рассматриваются вопросы, имеющие отношение только к одному компоненту названной проблемы, а именно к производственно-технологическим методам обеспечения качества и надежности изделий, более конкретно – к получению деталей с требуемыми, зачастую ранее не достижимыми свойствами – размерами, конфигурацией и пространственной композицией, физико-механическими и химическими свойствами и их специфическим распределением по объему детали и др.
В настоящее время, наряду с традиционными методами обработки, в распоряжение производственников поступил и ряд новых технологических методов.
Технологическая сущность таких методов, весьма разнообразных по физико-химическим явлениям, положенных в их основу, является для всех них одной и той же: изменение заготовки, осуществляется не механическим силовым воздействием обрабатывающего инструмента, а воздействием потока энергии того или иного вида, сконцентрированного на обрабатываемом участке заготовки.
Виды воздействующего потока энергии разнообразны: электронные и ионные пучки, световое (лазерное) излучение, потоки плазмы, электрические искровые и дуговые разряды в жидких и газообразных диэлектрических средах, микродуговые и дуговые разряды в электролитах, а также разновидности и комбинации таких воздействий. Использование каждого из этих потоков имеет свою область применения.
Все детали, подвергаемые обработке концентрированными потоками энергии, можно разделить на различные группы по их физико-химическим и геометрическим характеристикам.
Процессы обработки концентрированными потоками энергии, как и другие методы обработки, независимо от лежащих в их основе физических и химических явлений, направлены на преобразование либо физико-химических свойств заготовки, либо ее геометрических свойств, либо и того и другого вместе.
Если конфигурация или (и) размеры получаемой детали отличаются от исходной заготовки, то говорят о размерной обработке детали или, что то же самое, об операции формообразования. Если же формы и размеры полученной детали с допустимой точностью совпадают с таковыми у исходной заготовки, то имеет место неразмерная обработка.
В большинстве операций под воздействием концентрированного потока энергии происходит изменение как объема (массы) так и формы заготовки. Энергия, поступающая в зону формообразования, в общем случае содержит тепловую, механическую, электрическую, электромагнитную и другие компоненты. Преобразование заготовки за счет локализованной и поглощенной в рабочей зоне энергии происходит путем изменения состояния вещества в этой зоне.
В ряде случаев энергоемкость обработки концентрированными потоками энергии оказывается сопоставимой и даже меньшей, чем при традиционной обработке резанием.
Показатели, оценивающие качество любой технологической операции обработки, принято разделять на конечные показатели и показатели интегральные. Конечные показатели определяют степень соответствия параметров обработанной детали заданным требованиям. Интегральные показатели характеризуют не конечные значения параметров детали, а ход технологического процесса их достижения.
Интегральные показатели учитываются при оптимальном управлении на протяжении всего технологического процесса, тогда как конечные показатели должны приниматься во внимание, главным образом, на его завершающих стадиях.
При формообразовании воздействием концентрированных потоков энергии необходимо расширить понятие инструмента. Им следует называть всякую замкнутую область, в которой создаются и поддерживаются заданные параметры физико-химических явлений, определяющие скорости перемещения изменяемых поверхностей зоны обработки заготовки в процессе их изменения.
Требования улучшения показателей технологического процесса, а также специфическое состояние продуктов обработки обуславливают необходимость углубленного и целенаправленного изучения физико-химического механизма происходящих при этом явлений.
Основным направлением в таком изучении является построение их описаний, называемых познавательными моделями. Подобные модели имеют целью осуществить количественное и качественное описание закономерностей, присущих описываемым процессам, и установить характер взаимосвязей между параметрами, определяющими ход этого процесса.
Формируемые математические модели могут быть при этом стационарными или динамическими, детерминированными или вероятностными, одномерными или многомерными, с сосредоточенными или с распределенными параметрами, с постоянными или переменными величинами, аналитические или численными.
Полная модель процесса в общем случае должна быть динамической, нелинейной, многомерной, включать в себя динамическую и вероятностную компоненты, учитывать как сосредоточенные, так и распределенные величины. Как правило, для интерпретации и практического применения полных моделей используются численные методы, реализуемые с помощью соответствующих прикладных компьютерных программ.
При этом могут решаться две задачи: прямая, когда по заданным условиям процесса определяются его конечные и интегральные показатели, и обратная, когда по заданным значениям конечных и интегральных показателей детали и процесса определяются требуемые значения параметров процесса.
Модели, которые строятся для каждого конкретного случая или представительного примера с целью установления качественных зависимостей технологических показателей от параметров режима обработки называются технологическими.
В общем случае задача проектирования технологического процесса обработки детали концентрированным потоком энергии, независимо от физической природы этого потока, базируется на подготовке исходной информации о детали, заготовке, и программе выпуска, а также сводится к оценке технологичности детали, внесению изменений в ее конструкцию, выбору метода и определению маршрутной и операционной технологии обработки и к другим связанным с этим действиям.