Глава 12. Прогрессивные виды технологий

Необходимость постоянного обновления продукции в соот­ветствии с требованиями рынка, решение экологических про­блем и потребность в высокоэффективном производстве обусловливают не только постоянное совершенствование тра­диционных технологических процессов, но и создание принци­пиально новых технологий. Список принципиально новых технологий обширен. Возможно также сочетание в одном тех­нологическим процессе сразу несколько технологий. В .ряде случаев элементы принципиально новых технологий удачно дополняют традиционные технологические процессы.

Таковы, например, комбинированные технологии; магнитно-абразив­ная, плазменно-механическая, лазерно-механическая и др.

К прогрессивным и наиболее значимым современным тех­нологическим процессам относятся: электронно-лучевая, ла­зерная, мембранная технология, а также порошковая металлургия.

Среди множества принципиально новых технологий лазер­ная технология является одной из самых перспективных. Благодаря направленности и высокой концентрации лазерно­го луча удается выполнять технологические операции, вооб­ще невыполнимые каким-либо другим способом. С помощью лазера можно вырезать из любого материала детали сложнейшей конфигурации, причем с точностью до сотых долей миллиметра, раскраивать композитные и керамические материа­лы, тугоплавкие сплавы, которые вообще не поддаются резке каким-либо другим способом. Лазерный инструмент все чаще применяют вместо алмазного. Он дешевле и во многих случа­ях может заменять алмаз.

Весьма эффективным и экономичным процессом является лазерная сварках Прочность сварных швов при лазерной сварке в несколько раз выше обычной, это очень важно для многих отраслей, например, атомной энергетики, химии и др. Лазерная сварка дает возможность избежать деформации свариваемых деталей; производительность агрегатов лазерной сварки в 5—8 раз выше, чем у современных сварочных автоматов. Лазерные технологии более производительны и благодаря поверхностному упрочнению деталей позволяют увеличить срок службы изделий в 3—10 раз. Применение ла­зерной технологии дает большой эффект при изготовлении деталей с особо высокими требованиями к качеству и точнос­ти и с особыми характеристиками.

С помощью лазерного излучения можно получать отверстия диаметром 0,03-3 мм и глубиной в несколько миллиметров, высокой точности, с производительностью до 60 отвёрстий в минуту в твердых сплавах, керамике, алмазах и т.п. Лазерным лучом можно упрочнить поверхность металла. При этом стой­кость штамповой оснастки увеличивается в 2—5 раз.

Если раньше доминировали методы холодной обработки металлов резанием, то сейчас можно использовать химичес­кий и электрохимические процессы, применяемые к металли­ческим материалам и позволяющие получать изделия высо­кой точности размеров и качества поверхности. Это такие методы обработки, как: электрохимическая и анодно-механическая; электроконтактная, электроимпульсная и ультразву­ковая, плазменно-механическая (ПМО), которая является одним из новых методов обдирки слитков и поковок весом до 50 т и заключающаяся в обработке резанием материалов, предварительно разупрочненных плазменной дугой в актив­ных средах. В результате такой обработки нагрузка на резец снижается в 1,5—1,8 раза, а его стойкость повышается в 6—8 раз". В несколько раз увеличивается скорость резания.

Применение новых технологических процессов дает воз­можность получить значительный экономический эффект. Так, применение лазера для сверления и резки металла по­зволит » 3—4 раза повысить производительность труда. Про­цесс резания идет без образования стружки, а испаряющийся металл уносится сжатым воздухом. Лазером можно резать высокопрочные металлы и сплавы.

Для обработки сверхтвердых, износостойких и труднооб­рабатываемых материалов можно применять высокопроизво­дительный метод — электроконтактная обработка, сущность которого заключается в том, что вращающийся диск — ин­струмент, выполненный из токопроводящего материала, и об­рабатываемая заготовка включаются последовательно в элек­трическую цепь. Процесс может проходить в жидкой среде и на воздухе.

Жидкую среду применяют в тех случаях, когда необходимо повысить качество обрабатываемой поверхности. Обработка на воздухе дает возможность увеличить произво­дительность процесса.

В настоящее время еще продолжается процесс совершен­ствования инструмента .для традиционных способов обработ­ки металлов резанием как за счет внедрения новых матери­алов режущей части инструмента, таких как синтетические алмазы, эльбор (кубический нитрид бора), керметы (керамико-металлические инструментальные материалы), так и путем совершенствования геометрии режущего лезвия.

Соединение деталей и узлов машины методом клепки за­менено сваркой и пайкой— сложными физико-химическими процессами с привлечением высококонцентрированных ис­точников энергии (электронного луча, лазеров и др.).

Особенно широко применяются физико-химические про­цессы обработки металлов и других материалов в приборо­строении для создания миниатюрных и микроминиатюрных схем, которые другими способами не могут быть изготовле­ны. Более совершенными стали и такие классические методы обработки металлов, как прокатка, штамповка, ковка, литье.

Так, например, литье деталей из тугоплавких метал­лов, обладающих при высоких температурах повышенной хи­мической активностью (W, Mo, Re, Та), проводят в вакууме, удерживая металл в магнитном поле. ' При сохранении традиционного технологического процес­са получения песчано-глинистых форм с уплотнением приме­няются импульсный и взрывной методы уплотнение смеси, которые являются малоэнергоемкими и бесшумными.

Проблема качества поверхности деталей после закалки решается введением в охлаждающую среду полимеров (вод­ный раствор полиакриламида). Применив полимерных охлаж­дающих сред при высокочастотной поверхностной закалке дает почти полное отсутствие коррозии стальных деталей.

Принципиально новым способом нагрева деталей при тер­мообработке является нагрев в кипящем слое, представляю­щем собой частицы корунда с размером зерен100—f60 мкм, через который пропускают газ. Нагрев в кипящем слое явля­ется безокислительиым нагревом, увеличивает производи­тельность труда и сокращает время нагрева.

В современной технике широко применяются металличес­кие материалы, полученные методом порошковой металлур­гии. В качестве конструкционных материалов наряду с металлами применяются и неметаллы — синтетический гра­фит, более прочный при высоких температурах; керамика на базе корунда (А1₂Оз) или кварца (SiO₂), синтетические поли­мерные материалы на основе органических и неорганических соединений. При изготовлении различных деталей машин ме­тодом порошковой металлургий получают значительный экомический эффект, выражающийся в резком сокращении удельного расхода материала, себестоимости и трудоемкости по сравнению с традиционными методами изготовления.

Большие возможности у порошковой металлургии. Это — новая технология, которая! практически не дает отходов. Вы­сококачественные мелкодисперсные металлические порошки заданного состава тщательно перемешивают, прессуют и спе­кают в формах, соответствующих форме изделия, при темпе­ратуре несколько ниже температуры плавления. Иногда для получения деталей из металлических порошков применяют гид­равлический удар или же взрыв. При этом частицы порошка также надежно соединяются за счет огромного контактного давления.

Промышленностью, освоен выпуск большого ассортимента металлических порошков, позволяющих составлять разнооб­разные композиции. При этом оказалось возможным полу­чать материалы, которые нельзя произвести методами пла­вления, например, спекать порошки металлов с трудно раст­воримыми в них легирующими добавками. Можно изготовить турбинный диск из двух сортов порошков в зависимости от характера нагрузки при его эксплуатации: обод — из порош­кового сплава, стойкого к ползучести, а внутреннюю часть — из сплава повышенной прочности.

При производстве изделий с использованием порошковой металлургии могут применяться порошки различного эле­ментного и гранулометрического состава, могут варьировать­ся режимы прессования и спекания для управления микро­структурой материала, в результате чего технолог имеет ог­ромные возможности управлять свойствами материала и ко­нечного продукта.

Специфика технологии прессования и спекания такова, что порошковая технология тяготеет к изделиям небольших размеров, а тенденция к миниатюризации расширяет возмож­ности ее использования.

Особый эффект получается тогда, когда металлические порошки изготовлены распылением расплава металла с особо быстрым охлаждением капель. Иногда для охлаждения при­меняют атмосферу азота глубокого холода. Сверхбыстрое ох­лаждение частиц, со скоростью более 1 млн. градусов в секунду, приводит к тому, что для зародышеобразования и роста зерен не хватает времени. Получается так называемый аморфный металл или своеобразное металлическое стекло. Амор­фные металлы обладают высокой химостойкостью и стабильнос­тью, уникальными механическими и магнитными свойствами-