Файл: Балабаев, Г. М. Прогрессивные технологические процессы обработки металлов.pdf

ствуют чистоте и точности обработки при шлифовании.

Обработка резанием в сочетании с ультразвуковыми колебаниями. Обработка деталей машин резанием с на­ ложением ультразвуковых колебаний — прогрессивный метод в технологии механической обработки.

Применение упругих колебаний в сочетании с другими методами формообразования позволило внедрить в про­ изводство ультразвуковое шлифование, ультразвуковое хонингование, ультразвуковую очистку и др.

Ультразвуковое шлифование состоит в том, что на струю охлаждающей жидкости воздействуют ультразву­ ковым вибратором перед подачей ее на шлифовальный круг. Охлаждающая жидкость приводится .в колебатель­ ное движение, которое способствует лучшему проникно­ вению жидкости в поры круга, что приводит к значитель­ ному снижению теплообразования в зоне шлифования.

Ультразвуковое хонингование производят по услож­ ненной схеме. Если обычное хонингование отверстий выполняют сочетанием вращательного и возвратно-посту­ пательного движения хонинговальной головки, то ультра­ звуковое — сочетанием трех движений. В схему хонинго­ вания включается еще и колебательное движение хонин­ говальной головки вдоль своей оси с частотой 25—30 кгц и амплитудой, равной 45—50 мкмм. Для этого хонинго­ вальный станок оборудован магнитострикционным вибра­ тором и генератором ультразвуковой частоты. При уль­ тразвуковом хонинговании уменьшается засаливание брусков, улучшается качество обработки детали.

Для формообразования поверхностей деталей машин в судостроении применяют плазменно-лазерный метод. Сущность плазменного метода формообразования по­ верхностей состоит в том, что плазму в виде ярко светя­ щейся струи с температурой от 10000 до 15000°С направ­ ляют на обрабатываемую заготовку. В результате этого поверхностные слои любого материала мгновенно испа­ ряются. С помощью технологической установки, обеспе-

40

чивающей направленное разрушение материала, возмож­ но придать поверхности заготовки необходимую форму.

Для получения плазменной струи созданы специаль­ ные горелки, в которых газ (обычно аргон) поступает в электрически нейтральный канал между электродами, ионизируется под действием дугового разряда и выходит через сопло одного из электродов в виде ярко светящей­ ся струи. Регулировка напряжения дуги и мощности плазменной струи производится путем осевого переме­ щения стержневого электрода.

Этот метод применяется также для порезки конструк­ ционных материалов из цветных металлов и высоколеги­ рованных сталей.

Для получения мощных потоков монохроматических лучей света используются конструкции оптических кван­ товых генераторов — ОКГ-лазеров. Они работают в им­ пульсном режиме: длительность импульса 0,2—50 мк/сек, частота повторения — 0,1—5 имп/сек.

Мощные световые потоки в квантовых генераторах возникают вследствие того, что, во-первых, атомы некото­ рых оптически активных веществ (твердых — рубин, сап­ фир; газообразных—цезий, неон и др.) образуют боль­ шой потенциальный запас энергии под влиянием внеш­ него возбудителя; во-вторых, мгновенно возвращать ве­ щество к довозбужденному состоянию, излучая при этом лоток когерентного света большой мощности. Рубино­ вый стержень (изготовленный из окиси алюминия с при­ месью хрома) получил самое широкое применение в ка­ честве активного вещества.

в технологии механической обработки светолучевой метод применяется для разрезки любых конструкцион­ ных материалов, образования отверстий очень малых ди­ аметров (0,5 мк и выше) и других аналогичных опера­ ций. Производительность достаточно высокая — съем ма­

териала достигает 100 мм3/сек.

Сущность лазерного (светолучевого) метода формо­

41

образования поверхностей заключается в том, что мощ­ ный поток согласованных световых лучей (фотонов вы­ сокой одноцветности) направляется на обрабатываемую поверхность заготовки. Луч, сфокусированный линзой в точку, равной длине световой волны, сталкиваясь с ма­ териалом заготовки при световом давлении в миллионы атмосфер, создает в фокуср луча температуру около 8000°С, в результате этого в течение долей секунды ма­ териал испаряется. Например, в алмазном стержне диа­ метром 6 мм прожигается отверстие диаметром 0,5 мм в течение нескольких тысячных долей секунды.

ШТАМПОВКА С ПРИМЕНЕНИЕМ

ИМПУЛЬСНЫХ НАГРУЗОК

Достижения науки и техники последних лет позволя­ ют внедрять листовую штамповку и в мелкосерийном производстве. Применение блоков и штампов, пакетов с механическим и электромагнитным креплением, поэле­ ментной штамповки, универсальной штамповочной ос­ настки, освоение специальных видов штамповки резиной, холодом, взрывом, электрогидравлическим эффектом, магнитно-импульсной и др. дает возможность применить листовую штамповку во всех отраслях промышленности, в том числе в судостроении и судовом машиностроении.

При штамповке импульсными нагрузками формооб­ разование детали производится с помощью только одной сменной матрицы и жидкости, передающей энергию им­ пульса деформируемой заготовке. Так достигается высо­ кая скорость деформирования материала (до тысячи метров в секунду), непосредственное превращение взры­ ва электрического разряда в импульсную механическую, обеспечиваётся более равномерная нагрузка на заготов­ ки, что позволяет расширить диапазон штамповки.

42

Принцип применяемой на заводе штамповки взрывом заключается в следующем: заготовка под действием удар­ ной волны деформируется и приобретает заданную мат­ рицей форму. Заряд в 1,6 г вызывает давление, равное примерно 200000 кгісм2 на фронте ударной волны.

Скорость изменения формы отдельных частей заго­ товки при деформировании достигает 200 місек. В ре­ зультате некоторые металлы становятся более пластич­ ными. Их можно штамповать без предварительного на­ грева. Время на изготовление деталей при взрывной штамповке сокращается в 10—50 раз, а процесс формо­ образования занимает тысячные доли секунды. К пре­ имуществам штамповки этим методом следует отнести простоту, надежность оборудования, небольшую стои­ мость.

Штамповка под действием ударной волны при под­ водном взрыве бризантных веществ (тротил, аммонит и Др.) позволяет получать различные изделия более чем из 500 композиций металлов и сплавов, обладающих такими свойствами, как жаростойкость, антикоррозийность и другие.

В таблице 2 приводятся технико-экономические пока­ затели, получаемые в результате применения штамповки деталей механическими прессами и взрывом.

Таблица 2

Технико-экономические показатели штамповки деталей

Штамповка

43

деталей как малых, так и больших габаритов. Для штам­ повки деталей больших габаритов требуются громоздкие дорогостоящие прессы. Кроме того, изготовление штам­ повкой оснастки матриц и пуансонов — трудоемкий и до­ рогостоящий процесс. А при штамповке взрывом отпада­ ет необходимость в пуансоне, матрицу легко изготовить из дерева, пластмассы, бетона, прессованной бумаги и других недефицитных материалов.

Детали, обработанные взрывной штамповкой, вслед­ ствие плотного прилегания к матрицам отличаются вы­ сокой точностью.

Наиболее перспективна штамповка взрывом при мел­ косерийном производстве. При этом затраты времени на изготовление одной детали сокращаются в десятки раз. Физические характеристики металла, подвергающегося действию взрыва, в основном не изменяются.

Экономически выгоден этот метод еще потому, что при отсутствии оборудования для изготовления изделий обычной штамповкой обработка металлов взрывом дает значительную экономию капиталовложений, обеспечива­ ет высокую степень деформации, что позволяет сократить, а иногда исключить промежуточный нагрев металла. От­ сутствие наклепа на штампуемых деталях значительно

44

■облегчает их обработку, позволяет изготовлять формы, которые невозможно получить при обычных методах.

Взрывная штамповка, производимая в открытых штампах, более экономична и целесообразна для мелко­ серийного производства крупногабаритных деталей. Фор­ мовка же взрывчатыми веществами, производимая в за­ крытых штампах, более выгодна при производстве круп­ ных серий сравнительно небольших изделий. На рис. 8 показана деталь теплообменника после развальцовки

Рис. 8. Доска теплообменника с трубами, развальцованными взрывом

Г>

»WfrA. » • НЦ

45

труб взрывом. Формовка деталей этим способом происхо­ дит в течение долей секунды и позволяет производить развальцовку труб, штамповку изделий из листового ма­ териала, высоколегированных коррозионных сталей.

Листовая штамповка — прогрессивная технологичес­ кая операция. Она обеспечивает высокий рост произво­ дительности труда в машиностроении, судостроении и в других отраслях народного хозяйства.

УСП — ВАЖНЫЙ РЕЗЕРВ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ

Современные требования к качеству и снижению сто­ имости изделий в машиностроении выдвигает задачу дальнейшего непрерывного оснащения технологических процессов приспособлениями по всем операциям и видам работ.

Это касается судостроения и судоремонта, для кото­ рых характерно единичное и мелкосерийное производ­ ство, требующее особо высокого уровня технической во­ оруженности.

В улучшении качества выпускаемых изделий судово­ го машиностроения, повышении эксплуатационной надеж­ ности машин и оборудования большую роль играет тща­ тельная подготовка производства. Значительное время в этой подготовке занимает проектирование и изготовле­ ние технологической оснастки для различных операций механической обработки деталей, сборки, сварки узлов и т. д.

Одним из путей, ведущим к резкому сокращению этих сроков, является широкое применение универсально­ сборных приспособлений (УСП). На Черноморском су­ достроительном заводе УСП применяется с 1958 года. За это время они доказали экономическую целесообразность их внедрения и эксплуатации, появились новые возмож­

46

ности совершенствования технологических процессов ме­ ханической обработки, а также сборочно-сварочных, контрольных и других операций.

Большинство элементов сборной оснастки (базовые плиты, узлы, крепеж и другие) завод приобретает цент­ рализованным путем, а часть оснастки изготовляет сво­ ими силами. Благодаря внедрению универсально-сбор­ ных приспособлений и резкому сокращению объема спе­ циальной оснастки почти 25 процентов высвобожденных мощностей инструментального цеха используются для дополнительного изготовления высокоэффективных штам­ пов, твердосплавного инструмента, пресс-форм и другой оснастки.

Повышение эффективности судостроения, ускорение сооружения судов, отвечающих современным требовани­ ям как по эксплуатационным характеристикам, так и по строительной стоимости, требуют непрерывного обнов­ ления технологической оснастки. Большим резервом со­ кращения сроков подготовки производства при выпуске новых моделей машин и оборудования для судов явля­ ется уменьшение цикла изготовления технологической ос­ настки.

Как показал опыт механических цехов завода, -повы­ шение оснащенности и расширение технологических воз­ можностей действующего оборудования за счет Примене­ ния прогрессивной технологической оснастки — одна из главных предпосылок увеличения производительности труда в судовом машиностроении.

Высокоэффективным видом оснастки при многоно­ менклатурном производстве является стандартная пере­ налаживаемая оснастка многократного применения. На­ иболее типичные из них — универсально-сборные приспо­ собления (УСП), позволяющие из заранее изготовлен­ ных стандартных деталей и узлов собрать разнообразную технологическую оснастку для изготовления деталей ма­ шин. Комплект нормализованных элементов для сборки

47

таких приспособлений со­

вновь запроектированных машин и механизмов В настоящее время заводской комплект состоит почти

из 20 тысяч элементов, из которых более 60%—мелкие крепежные детали. На приведенном графике (рис. 9) ил­ люстрируется динамика внедрения компоновок УСП на Черноморском судостроительном заводе за последние го­ ды. Это позволяет использовать на рабочих местах одно­ временно почти 300 компоновок. При этом около 60—80% от общего количества специальной оснастки, применяе-

48