4. Физико-химические методы размерной обработки в производстве деталей гтд

Физико-химические методы размерной обработки основаны на целенаправленном воздействии на материал с целью придания ему заданной формы, размеров и свойств.

Их можно разделить на следующие основные группы:

• методы теплового воздействия, основанные на процессах нагревания, плавления, испарения; характеризуются подводом к поверхности обрабатываемого тела интенсивных тепловых потоков с плотностью мощности до 10⁷ МВт/м². К ним относят электроконтактную, электроэрозионную, плазменную, лазерную, ионную и электронно-лучевую обработку;

• методы химической обработки; базируются на процессах растворения материала обрабатываемого объекта реагентами рабочей среды (химическое размерное травление);

• методы электрохимического воздействия; основаны на процессах переноса заряда и вещества через границу раздела фаз «твердое тело — жидкость» под действием электрического поля (электрохимическая размерная обработка);

• методы гидромеханической обработки; характеризуются преобразованием энергии жидкой рабочей среды в работу разрушения материала объекта обработки (водоструйная, кавитационная, ультразвуковая, электрогидравлическая);

• методы магнитного воздействия; базируются на технологическом использовании магнитных или электромагнитных полей для изменения состояния объекта обработки;

• методы радиационного воздействия; характеризуются взаимодействием обрабатываемого объекта с различными видами излучения (рентгеновское, γ-излучение);

• комбинированные методы обработки; характеризуются одновременным участием нескольких разнородных процессов в заданном изменении состояния объекта обработки.

В настоящее время известно более 40 физико-химических методов обработки, каждый из которых породил множество способов и технологических схем реализации. Для сравнения в табл. 4.1 сведены данные о технологических характеристиках некоторых методов и способов обработки, которые дают представление об их технологических возможностях.

Наименование и сущность методов обработки	Рабочая среда	Максимальная производитель­ность, см3/мин
Обработка резанием: точение фрезерование протягивание шлифование	Воздух Жидкость Пары	3...300 0,15...60 0,3...30 0,3...1,8
Электроэрозионная обработка (ЭЭО). Эрозион­ное разрушение твердых тел в результате элек­трического разряда: прошивка отверстий электроконтактная обдирка валов	Диэлектрическая жидкость	25 0,5 500
Ультразвуковая размерная обработка (УЗРО). Хрупкое абразивное разрушение	Абразивная суспензия	2
Электрохимическая обработка (ЭХО). Анодное растворение токопроводящих материалов	Электролиты	25
Светолучевая обработка (CJIO). Воздействие лазерного излучения на твердое тело	Газ, вакуум
Электронно-лучевая обработка. Воздействие концентрированного потока электронов	Вакуум	1
Плазменная обработка (ПЭО). Разрушение под действием концентрированного теплового потока	Газ, жидкость	500...2000
Химическая обработка (ХО). Растворение в аг­рессивных средах	Кислоты, щелочи	S∙ 10-3,где S — площадь обработки

Особенностями физико-химических методов обработки, определяющими область их целесообразного применения, являются:

• возможность обработки разнообразных по физико-механическим свойствам материалов без значительного силового воздействия на заготовку. Это позволяет обрабатывать маложесткие детали и существенно уменьшить погрешность обработки, обусловленную ограниченной жесткостью технологической системы, упростить и удешевить элементы оборудования;

• меньшая по сравнению с резанием зависимость технических показателей обработки от физико-механических свойств материала. Возможность эффективной обработки закаленных сталей, твердых сплавов, высокопрочных керамик, сверхтвердых и композиционных материалов;

• широкие технологические возможности, в частности обработка отверстий любого геометрического сечения с криволинейной осью, отверстий диаметром 25...200 мкм, в том числе глубоких с отношением длины к диаметру более 100. полостей в труднодоступных местах и др. Позволяет изготавливать принципиально новые изделия и расширяет возможности конструктора при принятии технических решений;

• высокая стойкость или полное отсутствие износа инструмента. В ряде случаев инструмент в традиционном его понимании вообще отсутствует (световой или электронный луч).

Наряду с изложенными достоинствами физико-химические методы обработки имеют специфические недостатки:

• специальные требования к организации производства с точки зрения безопасной жизнедеятельности, охраны окружающей среды, необходимость дополнительных затрат для оснащения производства специальными помещениями, эффективными очистными сооружениями, средствами регенерации рабочих сред, утилизации отходов;

• повышенная энергоемкость по сравнению с традиционными технологиями;

• высокая стоимость оборудования.

Таблица 4.1

Технологические показатели				Средние удельные затраты
Достигаемая точность		Качество ПС (Rmin, h)
∆, мм	Квалитет	Ra, мкм	h, мкм	Вт/см2	Дж/см3
0,03…0,05 0,05 - -	7...14 7...13 6...9 6...9	0,16 0,32 0,16 0,16	20...200 20...70 5...10 1...20	- - - -	2∙103 6∙103 2∙104 6∙104
0,04 0,02 -	- 7...8 12...14	1,25 1,25 40...160 Rz	20...5000 20...50 500...5000	104...106 - 103...108	- 106 -
0,02	7...9	0,63	1...50	103...104	4∙106
0,1	-	0,32	-	103...104	-
0,01	-	5	100	106...108	5∙106
0,01	-	5	10...200	106...108	5∙105
0,1-0,5	-	160...320 Rz	500.. .1000	103...105	-
Сохраняется точность заготовки		-	-	-	-

На основе опыта применения физико-химических методов обработки в машиностроительном производстве можно выделить наиболее общие тенденции их развития:

• увеличение плотности энергии, подводимой к поверхности заготовки, и локализация съема металла;

• разработка комбинированных методов, сочетающих высокую производительность, точность и качество обработки;

• создание нового технологического оборудования на основе компьютерного управления с автоматической оптимизацией технологических режимов по заданным параметрам обработки.

Физико-химические методы обработки следует рассматривать как одно из основных направлений развития технологии в обозримом будущем.