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 которых обширен. Возможно также сочетание в одном технологическом процессе сразу нескольких 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 сварка. 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 отверстий 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 резеп 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 в 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 электроконтактной обработки, 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 микроминиатторных 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, Мо, Re, Та), проводят в вакууме, удерживая металл в магнитном поле.

При сохранении традиционного технологического процесса получения песчапо-глинистых форм с уплотнением применяются импульсный и взрывной методы уплотнения смеси, которые являются малоэнергоемкими и бесшумными.

Проблема качества поверхности деталей после закалки решается введением в охлаждающую среду полимеров (водный раствор полиакриламида). Применение 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 зерен 100 - 400 мкм, через который пропускают газ. Нагрев в кипящем слое является безокислительным 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 (AI₂O₃) или кварца (SiO₂), синтетические полимерные материалы на основе органических и неорганических соединений. При изготовлении различных деталей машин методом порошковой металлургии получают значительный экономический 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 труднорастворимыми 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 возможностиее 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 химической стойкостью и стабильностью, уникальными механическими и магнитными свойствами.