Техниканың даму тарихы

Металдарды кесу		Жалпы техникалық даму	Металдарды кесу	Жалпы техникалық даму
1750			1950
Токарлық станок		Бу машинасы, Тоқыма станогы	Оксидті карбидті керамика Ультра дыбыстық өңдеу Синтетикалық алмаз және боразон (эльбор) Жарық сәулелі өңдеу Станокты бейімдеп басқару өңдеу орталығы Электронды сәулелі өңдеу Композиттер Қапталған қатты қорытпалар Вольфрамсыз қатты қорытпалар Икемді автоматтандырылған жүйе		Басқарылмайтын термоядролық реакция Басқарылатын ядролық реакция Жерсеріктер Басқарылатын космостық аппараттар Планетааралық басқарылатын аппараттар Робот Космостық зертханалық станция Көп рет қолданылатын космостық аппарат
1800
Сүргілеу станогы Фрезерлеу станогы	Электрқозғағыш Пароход Локомотив Эл. телеграф
1850
Ажарлаушы станок Көміртекті болат Бабына жеткізу станогы Легірленген болаттар Автоматтар	Телефон Динамо (генератор тұрақты тоқты) бу трубинасы Бензинмен жүретін автокөлік Дизельді қозғалтқыш Радиотелеграф
1900
Тезкескіш болат Суперфиниш Электрохимиялық өңдеу Қатты қорытпалар Станокты электронды басқару Оксидті керамика Электрлі-ұшқынды өңдеу	Ұшақ Радио Теледидар Реактивті қозғалтқыш ЭЕМ Атомның жарылысы

Металдар өңдеудегі 1860 жылдан бастап қазіргі кезеңге дейінгі негізгі басылымдылық металл кескіш станоктардың құрылымдарын жетілдіріп, ондағы өңделетін бөлшектердің қажетті пішіндік-өлшемдік дәлдіктеріне жету болды. Ал қазіргі көкейтесті мәселе жаңа құрылымдық металдар мен қоспаларды арзан технологиялық әдістер мен өңдеу болып тұр.

Мұндай металдардың өмірге келуі, металлургия өндірісіндегі бессемерлік және болат алу тәсілдерінің күрт дамуы еді.

Жасық темірлерді өңдеуге қарағанда болаттарды өңдеу қиынға түсті. Кескіш аспаптардың қажетті тұрақтылықтық деңгейлерін ұстап тұру үшін олардың кесу жылдамдықтарын азайтуға тура келді. Қоспа болаттарды өңдеуде, бұл мәселе одан әрі ушығып, ондағы кесу жылдымдығы өте төмен деңгейге кетті. Сөйтіп ХIХ ғасырдың аяғында болаттар өңдеудің өзіндік құны өте қымбатқа түсті.

Өңдеудің өзіндік құнын кесу жылдамдығын көтеру және кесу үдерісін автоматтандыру арқылы азайту, соңғы кезеңнің өзекті мәселесіне айналып, қазіргі уақыттығы метал өңдеуді әрі қарай жетілдірудің негізгі қайнар көзі болып отыр.

Металл өңдеу өндірісіне тез кескіш болаттар ендірілгенге дейін Англияда 1860 жылдары Роберт Мушет ойлап тапқан «өзін-өзі шыңдайтын» болат аспап материалы ретінде қолданылып келген.

1900 жылы Парижде өткен көрмеде инженер Фредерик Тейлор мен металлург Маунсел Уайттар «тезкескіш болаттан жасалған кескіш аспаптарды» ұсынады. Аспаптың кесу мүмкіндігі өте таңқаларлық болды. Құрылымдық болаттарды жону кезінде аспаптың ұшы қып-қызыл болып қызғанымен, оның кескіш қасиеті баяғы қалпынша сақталып қалған.

1906 жылдары «тезкескіш» болаттың құрылымы өндірістік қолдану жағдайына дейін жетілдіріліп, оның металл өңдеу өндірісіндегі өміршеңдігі осы күнге дейін сақталуда, сондағы оның химиялық құрамы: көміртегі – 0,6%; вольфрам – 18,91%; хром – 5,47%; марганец – 0,11%; ванадий – 0,29%: қалғаны – темір.

АҚШ-да 20 млн. долларға шығарылған «тезкескіш» болаттарды пайдалану барысында түскен ұтым жылына 8 млрд. доллар болған.

Осы табысқа орай, Манчестердегі муниципиальды технологиялық мектептің профессоры Никольсон тезкескіш болаттың пайда болуын, қол күшінің бу машиналары мен іштей жану қозғалтқыштарының қызметтеріне ауысуымен теңестірген.

Қазіргі кезде келесі тезкескіш болаттар көп қолданылады:

1. Қызуға тұрақтылығы шекті болат (өзінің кесушілік қасиетін 615-620⁰С сақтайды): Мысалы, Р6М5 болаты үшін құрамындағы көміртегі 0,7-0,9%, вольфрам 6,1%-ке дейін (Р әрпі) және 5%-ке дейін молибден (М әрпі).

2. Қызуға тұрақтылығы жоғары болат (өзінің кесушілік қасиеті 630-650⁰С сақтайды): . Мысалы, болаты үшін құрамындағы көміртегі 1-1,1%-ке дейін, вольфрам 9%-ке дейін, молибден 4%-ке дейін, кобальт – 8% (К әрпі).

3. Қызуға тұрақтылығы өте жоғары болат (өзінің кескіштік қасиетін 700-720⁰С ға дейін сақтайды). Мысалы, болаты үшін құрамындағы көміртегі 0,05-0,15%, вольфрам 11%, молибден 7%, кобальт 23% болатын кесу үдерісінің өнімділігін арттыратын ұтымды материалдар табу.

Бұған қарамастан кесу үдерісінің өнімділігін арттыратын ұтымды материалдар табу үміті одан әрі жалғаса береді. 1920 жылдың басында Германияда Шретер ұнтақ түрінде карбид алу үшін вольфрам ұнтағын көміртегімен араластырып қыздырады. Карбид пен вольфрам аз көлемдегі темір тобына жататын метал және темірмен, никель немесе кобальтпен әбден араластырылады. Ұнтақтардың қосындысы ыңғайлы ыдыста престелген сутекті ортада 1300⁰С-дан жоғары температурада пісірілген. Соның салдарынан толық қату пайда болады, яғни пайда болған материал карбид пен вольфрамның ұнтақтарынан тұратын нығыздығы жоғары материалдармен байланысқан немесе “цементиттелген” күйге түседі. Көп ұзамай кобальттың металдарды байланыстыруы ең эффектті металл екені табылды және пайда болған қатты қорытпа материал ерекше қасиетке ие болады. Осының есебінен оларды екінші негізгі аспап материалына кіргізіп, қазіргі кезге дейін кең қолданылып келеді.

1920 жылдың аяғында жасалып шығарылған вольфрамдық қорытпадан жасалған аспап түсті қортындыларды және шойынды өңдеуде әсерлі болды. Тезкескіш болаттарға қарағанда кесу жылдамдығы 2-3 есе жоғарылады. 1930 жылдың басында АҚШ-та титан карбидінің никельмен байланысынан жасалған кесуші аспап пайда болды. Болатты өңдеуде әсері жоғары өте кең қолданыс тапқан қортындыларды өндірісте 3 топқа бөлуге болады:

1. ВК тобы – вольфрамды. Мысалы:

2. ТК тобы – титанвольфрамды. Мысалы:

3. ТТК тобы – титанды-танталды-вольфрамды. Мысалы:

Әр марканың құрамдық компонентін оқу өте жеңіл. Мысалы, ВК6 – 6% кобальт, вольфрамды карбидті – 94%; титанды карбид, кобальт – 6%, вольфрамды карбид – 79 титанды және танталды карбид, кобальт – 12%, вольфрам карбиді 81% мәнінің кішкентайлығын көрсетеді.

Қатты қорытпа тезкескіш болатқа қарағанда 20 есе қымбат, сондықтан олардан толық аспаптар жасау экономикалық тиімсіз. Олардың пайда болуы аспаптардың құрылмалы құрылымдарының пайда болуына әкеледі, қазіргі аспаптар сондай.

Кескіш аспаптардың ұтымды материалдарын іздеу барысында қаттылықтары мен балқу температуралары өте жоғары заттар көп зерттелген, соның ішінде көзге іліккені – өте қиын балқитын тотықтар.

Өндірістік шартта кесу мен өңдеуде тиімді қолданылатын қалайы тотығы, 30 жылдардың аяғында тәжірибеде зерттелген. Қайралмайтын пластина негізінен қалайы (корунд) тотығынан тұрады, арзан болғандықтан 20 жыл бойы әлемнің көп мемлекеттерінде болат пен шойынды өңдеуге қолданылған.

Дегенмен, өндірісте кейінгі кезде қолданылып жүрген минерал-керамикалық аспаптар, қатты қорытпаларға қарағанда кесу жылдамдығының өте жоғары деңгейде жүруіне мүмкіндік ашты.

Бірақта минерал-керамикалық аспаптардың өндірісте қолдану аумағы қатты қорытпалы аспаптарға қарағанда өте кең болмады.

Оларды көбінесе бет кедір-бұдырлықтарды өте таза шойыннан жасалған бөлшектерді өңдеуде жиі қолданып жүрді. Мұның негізгі себебі минерал-керамиканың тұтқырлық соққыға осалдығы мен майысу беріктігінің төмендігі болып, олардың өндіріс жағдайындағы жұмысқа сенімсіздігіне әкеліп тіреді.

Минерал-керамикалық аспаптардың кездейсоқ бұзылуынан туындайтын өңдеу ақаулары, олардың тәуір қасиеттерінен түскен үнемді ылғи жоққа шығарып отырды.

1955 жылы Германияда К.Агте тұңғыш рет құрамы 20-40% алюминий тотығы мен ауыр металдардың карбидтерінен тұратын оксидті-карбидті керамикалық аспаптық материал алады.

Оксидті-карбидті керамиканың ашылуы кесу үдерісін жетілдіруге және олардың өнімділіктерін арттыруда үлкен сара жол ашты.

Аспаптық материалдардың даму сатысының келесі кезеңі өндірісте жасанды алмаздар мен бор кубының нитридтеріне (боразон, эльбор) байланысты болды.

Алмазды синтездеумен көп ғалымдар айналысқан. Бастапқы еңбек кеңес ғалымы О.И.Лейпунскийдің есімімен байланысты. Ол 1938 жылы алмаздың графиттен түзілу шартының теориялық талдауын жүргізген және алмаздың тұрақты болу аймағын анықтаған.

1953 жылдың ақпан айында Шведтердің А8ЕА энергетикалық компаниясының физиктері графиттен алмаз синтездеу тәжірибелерін нәтижелі өткізіп, тұңғыш рет дүние жүзінде жасанды алмаз шығарып алуға қолы жеткізді. Олардың қолданған технологиялық режимдері: қысым 8-80МПа, температурасы – 2500◦С.

1960 жылы академик Л.Ф.Верещатиннің басқаруымен синтетикалық алмаз алынып, оның сериялық шығару тапсырысы Украинаның Ғылым Академиясына қарасты өте қатты материалдар институтына берілді.

Сөйтіп, 1961 жылы Кеңес Одағында алмазды синтездеудің өндірістік технологиясы қалыптасты.

Қатты қорытпалардан жасалған пластиналардың алдыңғы бетіне қалыңдығы 0,5 ч 1 мм-ге дейін келетін жасанды алмаздар жалатылып, оны қатты қорытпалы пластинкамен біртұтас пісіріп, жаңа алмазды қатты қорытпалы аспаптар жасауға мүмкіндік туды. Осындай әдіспен жасалған алмазды аспаптардың беріктігі, табиғи алмаздардан гөрі өте жоғары болып шықты.

Кубтық бор нитридтерімен қапталған аспаптардың негізгі жұғымды қасиеттері: ауада тотықпауы, алмаздармен салыстырғанда болаттар мен никель қорытпаларына тұрақтылығы және инерттілігі. Аталған қасиеттерінің арқасында мұндай аспаптармен шыңдалған қатты болаттарды оңай өңдеуге болады.

Айта кететін бір жағдай: Эльборлыкескіштердің құны, қатты қорытпалы кескіштерден гөрі 50-60 есе қымбат. Сондықтан оларды өте қажет жағдайда ғана пайдалану керек.

Қазір жоғарыда аталған материалдардың бәрі даму үстінде. Бұл үрдістегі негізгі мақсат өңдеудің минимальды өзіндік құнымен қамтамасыз етілетін еңбек үнімділігі мен сенімділігі.

Тезкескіш болаттарды жетілдіру (жақсарту) төмендегідей негізгі бағыттарда жүргізіледі:

1. Құрамдағы көміртекті көбейту, болаттың қаттылығын және оның тозу қарсыластығын үлкейтеді, соның арқасында өнімділік артады, болат және (АҚШ), 3-10-4-10 және 8-2-10-1-8 (Германия) құрамындағы көміртегі 1,25 %-ке дейін.

2. Ұнтақты металлургия әдісімен жасау – Бұл болаттар ұсақ ұнтақтылы және жақсы ажарлаумен ерекшеленеді, соңында өндірістің өнімділігі 1,5-2 есе рет үлкеюіне мүмкіндік туады.

3. Күкірт құрамының 0,08-0,15%-ке дейін үлкеюі, бұл болаттың өңделуін және ажарлауын жақсартуға мүмкіндік береді, сапа бетінің жақсаруы, бұл қалпына келтірілген және күрделі құралдарды жасауда өте қажет.

Әлемде вольфрамның аз болғандығынан өндірістерде вольфрамсыз қатты қорытпалар пайда болды.

Мысалы, беті тозуға төзімді қатпармен қапталған Швецияның маркалы қатты қорытпасы, (АҚШ) вольфрамы түрі қатты қорытпалары.

Қатты қорытпалы пластинкалардың тозу төзімділігін арттыру үшін олардың алдыңғы беттерін арнайы материалдармен қаптайды, оларға жататындар: титанның карбиді мен нитриді, алюминий тотығы, гафнидтің нитриді.

Сөйтіп беттері арнайы материалдармен қапталған аспаптардың еңбек өнімділігі ға көтеріледі. Қазіргі өндірістегі қолданылатын қайралмайтын кескіш аспаптардың 40%-дайы тотқа төзімді, қатпарлармен қапталынып шығарылады. Бұл үрдіс алдымыздағы 4-5 жылдың ішінде 60%-ға дейін жетуге тиіс.

Қатты қорытпалы қапталынған кескіш аспаптардың негізгі қолдану аймағы өңдеуге өте қиын, тұтқыр және беріктігі жоғары болаттар болып табылады. Ал титанның карбиді және нитридтерімен қапталған қатты қорытпалы кескіш аспаптар шойындарды, көміртекті болаттарды, оның ішінде аспаптық қызуға төзімді материалдарды өңдеуде жиі қолданылады.

Гафнийдің нитридімен қапталынған кескіш аспаптар шойын мен болаттарды қаралтым және тазалай өңдеуде қолданылады.

Үш қабатты титан карбиді және алюминий тотығымен қапталынған кескіш аспаптар шойын мен болаттарды өте жоғарғы (180м/мин) кесу жылдамдығымен өңдеуде қолданыс тапқан.

Өндірісте синтетикалық алмаздардың композиттері мен кубтық бор нитридтері де жиі қолданылып келеді.

Алмаз ұнтақтары мен қатты қорытпалы пластинкаларда пісіру арқылы алынған ДАЛ маркалы композит металл өңдеу өндірісінде жаңа шығарылған аспаптық материал болды. Материалдың негізгі қасиеттері: кездейсоқ соққылы ұрыстарға тұрақтылығы, тозуға төзімділігі.

ДАЛ материалының бұл қасиеттері қатты қорытпалы аспаптармен салыстырғанда өңдеу үдерісінде өте тиімді болып, құрамында кремний, мыс, қатпарлы пластикалық материалдарды өңдеуде табылмайтын аспап болды.

Кубтық бор нитриді мен қатты қорытпалы пластинкалармен пісірілген екі қатпарлы кешенді «Брикет» шыңдалған, қызуға берік, өте қиын жонылатын болаттар мен қорытпаларды өңдеуде қолданылады.

Метал өңдеуде минералды керамикадан жасалған аспаптар жиі қолданылып келеді. Әсіресе, титан карбиді қосылған минералды керамиканың жаңа маркасының кескіш қасиеттері метал өңдеу өндірісінде өзінің тиісті орнына ие болды.

Минералды керамикалық кескіш аспаптарды ұтымды қолдану үшін технологиялық жүйенің (станок-қондырғы-аспап-бөлшек) серпімді қатаңдылығы өте жоғары болуы тиіс, өйткені кесу кезінде туатын кездейсоқ дірілдер аспаптың сынып кетуіне әкеліп соғуы мүмкін.

Қазіргі кезеңде асаптарда минералды керамиканың төмендегідей маркалары қолданылып жүр: ВОК З құрамында алюминий тотығы 90% оксидті керамика; ВОК60, ВОК63, ВОК70 құрамында алюминий тотығы 90%-дан төмен.

Көбінесе минералды керамика сұр шойындарды жонуда жиі қолданылады. Мұндағы кесу жылдамдықтардың деңгейі өте жоғары – 500-1000м/мин. Бұл деңгей метал өңдеудегі ең жоғарғы шек (1.4-сурет). Соңғы кезеңдерде минералды керамикалық аспаптардың қолдану аймағы кеңеюде.

Мысалы ретінде жоғары берікті, ақталған шойындарды, шыңдалған қоспалы болаттарды жону және нәзік, өте нәзік фрезерлеу операцияларын көрсетуге болады.

Кесу үдерісінің өнімділігін арттыру және тапшы материалдардың шығындарын азайту мәселелері силинит-Р атты жаңа аспаптық материалдың пайда болуына әкелді. Бұл материалдың негізін кремнийдің нитриді құрайды. Силинит-Р материалының физикалық, механикалық қасиеті оксидті және оксидті карбидті керамиканың қасиетіне пара-пар. Бірақ та бұл материалдың кесуге тұрақтылық қасиеті керамикадан гөрі төменірек болғандықтан құрылымдық материалдарды өңдеуде экономикалық тұрғыда тиімсіз болып келеді.

2 көміртекті болат

5-8 қоспалы болат

14-35 тез кескіш болат

40-60 қатты қорытпалар

100-200, 200-400 қапталынған қатты қорытпалар

500-1000 минералды керамика

1.4-сурет. Аспаптық материалдардың мүмкіндіктеріне қарай кесу жылдамдығының артуы және негізгі технологиялық уақыттың кемуі

Аспаптық материалдардың дамуын талдау барысында төмендегідей қате тұжырым тууы мүмкін. Мысалы, нақтылы бір дайындаманы өңдеу кезіндегі бір ұтымды аспаптық материалдың екінші бір ұтымсыз аспаптық материалмен қолма-қол алмастырылып жатуы. Мұндай алмастыра салу орынсыз болуы мүмкін. Өйткені әрбір дайындаманың өңделуге қабілеттілігі әр түрлі, сондықтан әр аспаптық материалдық қолданыс орны бөлек, өзінше.

Дүние жүзіндегі ғарыштық және басқалай тұтынысқа қажетті бұйымдардың үздіксіз жетілулеріне қарай миллиондаған металл материалдарының жоңқаға айланып шығынға ұшырап жатқаны тағы мәлім. Мысалы, техникалық, технологиялық прогрестің алдында келе жатқан АҚШ-тың металл өңдеу өндірісіндегі жоңқалық шығындарының мөлшері жылына 15 млн. тоннаға жетіп, олардың болжаммен санағандағы құндары 10 млрд-тан 15 млрд-қа дейін жетеді екен.

Машина жасау өндірісінде механикалық өңдеу үрдісінің үлесі көбеймесе еш уақытта азаймайды.

Механикалық өңдеу кезіндегі сылынатын жоңқаның қалыңдығын мейлінше аз қалдырып, оларды өте дәл дайындамалар алу арқылы өндіріс үдерістерін үнемдеу қазіргі уақыттағы қияли ойлар қатарына жатады.

Өйткені өте дәл дайындамалар жасауға кететін технологиялардың, құрал-жабдықтардың және аспаптардың құндары кесіп өңдеу үдерістерінің құндарынан тым қымбатқа түседі.

Машина жасау өндірісіндегі кесіп өңдеу үдерісінің технологиялық мүмкіндіктері әлі толық зерттелмеген, олардың келелі бағыттары бойынша ғылыми-техникалық ізденістер әрі қарай жалғастырылуда.