1.4 Кесіп өңдеу үрдісінің балама әдістері
Ғылыми-техникалық прогрестің күрт дамуы, әсіресе машина жасау саласындағы ұшақтық, ғарыштық және электрондық техникалардың өмірге келуі, олардың құрамында физикалық, механикалық қасиеттері өте жоғары жаңа материалдардың пайда болуына әкелді. Бұлардың механикалық өңдеуге қабілеттілігі басқа құрылымдық материалдарға қарағанда ерекше технологиялық қиындықтарға әкеп соқты. Мұндағы қолданылатын бөлшектердің пайдаланушылық қасиеттері (беріктігі, тұтқырлығы, тотқа төзімдігі, қызуға тұрақтылығы, т.с.с.), оларды кесіп өңдейтін аспаптардың технологиялық параметрлерімен пара-пар. Оның үстіне бұл жаңа техникалардың бөлшектердің құрылымдық пішіндері (мысалы, қисық сызықты остері бар тесіктер, ендері өте дәл және жіңішке ойықтар) күрделі, машина жасау практикасында қалыптасқан әдістермен өңдеу қиынға соғып, кейбір жағдайларда өңдеу операцияларын жүргізу мүлдем болмады.
Сондықтан машина жасау өндірісіне материалдарды өңдеудің жаңа электрлі – физикалық және электрлі – химиялық әдістері келді.
Төмендегі 1.5-суретте электрлі технологиялық әдістердің жіктелуі көрсетілген.
1.5-сурет. Электрлі технологиялық әдістердің жіктелуі
Бұл әдістердің негізінде, кескіш аспаптың рөлін энергия тудыратын арнайы көздер пайдаланылады.
Кескіш аспаптарға қойылатын негізгі талаптардың бірі: аспаптық материалдың қаттылығы өңделетін материалдың қаттылығынан жоғары болуы тиіс. Сондықтан өмірге жаңадан келген өте қатты қорытпалардың пайда болуы машина жасау өндірісінің сұраныстарынан туындаған. Бұл материалдарды өңдеудің ұтымды түрінің бірі – электрлі ұшқындарды тиімді пайдалану.
Машина жасау технологиясында электрлі ұшқындарды пайдаланып кез келген электр өткізгіш материалдарды, олардың қаттылығына, тұтқырлығына, балқу температурасына, химиялық құрамына қарамай өңдей беруге болады.
Электрлі ұшқынды өңдеудегі металл сылудың мұндай ғажап құбылысының құпиясы неде?
Электрлік кернеу желісіне қосылған екі электродтың бір-біріне жуықтау мезетінде, электр даралық саңылаудың тесілу шегі қоза түсіп, онда жіп-жіңішке өткізгіш арна тәріздес электрлік жарылыс (жалын, от) пайда болады.
Жалын көзінің қызуы мың – он мыңдаған градустық ыстыққа жетіп жығылады.
Сөйтіп, өткізгіш арнаның табанындағы электродтық материалдардың жарылысы, бұзылысы (балқуы, булануы, жұлынуы, т.с.с.) құбылыстары байқалады.
Көбінесе жарылыс арналары екі электродтың бір-біріне жақын орналасқан қырлы беттерінде пайда болады. Электрлік жарылыс әсерінен пайда болған балқыған метал тамшылары, ондағы жүріп жатқан динамикалық үдерістердің күшінен электродтардың сырттарына ығысып қалады. Сөйтіп, келесі жарылыс электродтардың басқа беттеріне ауысып жатады да, үдеріс ары қарай жалғаса береді.
Мұндай үдеріс есепті элетр даралық саңылаудың тесілу шегі біткенше жүре береді.
Металл сылыну тереңдігін әрі қарай үлкейту үшін электродтарды бір-біріне жақындату қажет.
Егер бір электродтың беті екіншісінен кішірек болса, онда ұшқындық жарылыстар әсерінен соңғының беттері өңдеуге түсе береді (1.6-сурет).
1.6-сурет. Электрлі ұшқындық өңдеудің сызбасы:
1 – аспап; 2 – диэлектрлік сұйық; 3 – өңделетін бөлшек
Электрлік-эррозиялық станоктардағы дайындама мен аспап арасындағы жарылыстар жиілігі секундына 50-100 мың мәртелік дүмпумен жүріп жатады.
Мұндай дүмпулердің жиіліктері қажетті өңдеу жылдамдығы мен бет кедір-бұдырлықтарының мәндеріне байланысты. Жарылыс қуаты неғұрлым аз, ал дүмпуі жиірек болса, солғұрлым бет кедір-бұдырлығы мен өңдеу жылдамдығы аз болады.
Электрлік ұшқындарды пайдаланып алуан түрлі операцияларды жүргізуге болады, оның ішінде: металдарды қию, өлшемдері әр түрлі, пішіндері кез келген тесіктерді тесу, ажарлау, беттерді қаптау, бет қатпарларының құрылымдарын өзгерту, т.с.с. операциялар. Бұл әдістің ең тиімді қолдану аймағы: конфигурациялары күрделі, металкерамикалық қатты қорытпалар, карбидті композиттер, магнитті материалдар, өте берік, қызуға төзімді болаттар мен қорытпалар және де баСҚАБай қиын өңделетін материалдар.
Машина жасау практикасында, электрлі ұшқындық өңдеуді неғұрлым күрделі бөлшектерді жасауда өте тиімді деп есептейді.
Кәдімгі көміртекті болаттардан пішіндері өте күрделі бөлшектерді жасауда да бұл әдістің алатын орны зор. Әсіресе, майысқақ, осал күрделі фасонды бөлшектерді, өте майда кескінді тесіктерді тесуде, жұқа қабырғалы диафраграмаларды өңдеуде бұл әдіспен теңдесетін операциялар жоқтың қасы.
Металдарды кесіп өңдеуде туатын, кесу күштерін сіңіретін кескіш пен қондырғының әжептәуір салмағы мен көлемі болады. Мұндай құрылғыларды бөлшектердің қажетті өңделетін беттеріне сыйдырып жіберу, үлкен мәселеге айналады. Ал, электрлі ұшқындық әдіспен өте күрделі бөлшектердің қисық сызықты остерін, өлшемдері миллиметрдің мыңнан біріне жететін жұқа қабырғаларын ешқандай да мәселесіз өңдеп шығуға болады.
Электрлі ұшқындық әдістегі сым-катод аспабының қалыңдығы бар-жоғы 10-15 мкм.
Мысалы, қатты қорытпадан жасалған аспаптардағы диаметрі 0,1 мм тесікті механикалық өңдеу мүлдем мүмкін емес, ал бұл әдіс те аса тиімсіз саналатын операция.
Өте-мөте электрлі ұшқындық өңдеуді аспап жасау өндірісінде қолданған тіптен абзал.
Кейінгі кезге дейін алмазды тесіктерді (фильералар) жасаудың бір ғана әдісі болды. Ол алмазды ұсақ ұнтақтармен тесіктің қажетті бетін ұзақ үйкелеу. Ал электрлі ұшқындық әдіс арқылы мұндай өте қатты және нәзік тесіктерді өңдеудің керемет мүмкіндігі туды.
Машина жасау технологиясында қолданылатын көптеген штампталған дайындамаларды жасау үшін титан және вольфрам карбиттерінің негізінде құрылған өте қатты материалды қалыптар қажет.
Мұндай қалыптардың жұмыс істеу мерзімі баСҚАБай қалыптарға қарағанда 15-300 есе артық болады, ал оларды механикалық өңдеу әдістерімен жасау өте қиын да тиімсіз келеді. Мұнда да электрлі ұшқындық әдістің алатын орны зор. Қатты қорытпалары қалыптарды электрлі ұшқындық технология мен жасау арқылы көптеген құрал-жабдықтар және станоктар босатылып, оларды басқа да қажетті жұмыстарға қолдану мүмкіндіктері туады.
Өйткені қазіргі жағдайда, машина жасау зауыттарындағы станоктардың 28% аспаптық өндірістермен шұғылданады, оның ішінде тек қалыптар жасаудың еңбек сыйымдылық үлесі ірі-сериялы және жаппай мол өндірістерде 38%, ал кішігірім сериялы өндірістерде 48% құрады.
Дүниежүзінің елдерінде электрлі ұшқындық өңдеу кең тараған.
1858-1963 жылдары АҚШ, Англия, Франция, Германия, Щвейцария және Жапония сияқты дамыған елдерде электрлі ұшқындық өңдеудің өндірістік қолдануы жөнінде 400-ге тарта патенттер тіркелген.
Қазіргі жағдайда осы жаңа әдістерді қолданып турбинаның қалақтарын, тізелі біліктерді, дизелдің форсункаларындағы майда тесіктерді, тұтасметалды роторлардың қалақтарындағы саңылауларды жасайтын қалыптар қолданылып келеді.
Электрлі ұшқындық өңдеудің ең бір кемістігі – оның электрод-аспабының тез тозуы. Кейде электродтың аспаптық материалдың шығыны бөлшектен сылынған материалдың салмағынан асып кетеді.
Сондықтан өте ірі-габаритті бөлшектердің ауқымды беттерін өңдеуде электрлі ұшқындық әдіс тиімсіздеу болады.
Осыдан отыз жыл бұрын Мәскеудегі металкескіш станоктардың тәжірибелік ғылыми-зерттеу институтында металл өңдеудің электрлі ұшқындық әдісіне жуық, бірақ жарылыстың электр-доға құбылысымен келетін жаңа бір тәсілі ашылған. Ойлап шығарушылар оған электримпульсті әдіс деп ат берген. Дегенмен, бұл жаңа әдіс те электрлі ұшқындық сияқты электр-эррозиялық әдістер тобына жатады.
Электримпульстық әдістегі аспаптың тозуы электрлі ұшқындық әдіске қарағанда 20-40 есе аз (графитті аспаптар үшін жұлынатын металдың 0,1-0,5% көлеміне тең), металл сылу жылдамдығы 15-20 есе жоғары.
Бірақ та өңделінген беттің кедір-бұдырлығы ірілеу, ең тиімді өңдеу режиміндегі кедір-бұдырдың мәні 20-40 мкм ғана. Электримпульстық әдістің ең нашар жері, аспап пен бөлшектің арасында пайда болатын электр доғасы. Әсіресе мұндай доға диаметрі 20 мм-ден асатын тесіктерді өңдеуде жиі кездеседі.
Электримпульсты өңдеудің тиімді қолданылатын аумағы: көлемі үлкен тесіктер мен өте қиын өңделетін болаттар мен қорытпалардан жасалған күрделі пішінді бөлшектерді (бет кедір-бұдырлықтары жоғары, өңдеу дәлдіктері төмен) өңдеу.
Жоғарыда көрсетілген электр-эррозиялық өңдеулердің екі түрінің өндірісте, ұтымдырақ қолданылатын жерлері төмендегідей.
Көбінесе электрлі ұшқындық тәсілді радиоэлектрондық өндірістің, жанармай аппаратураларының, кішігірім бөлшектерінің өте майда тесіктерін және қатты қорытпалы қырқу қалыптарының майда фасонды контураларын өте дәл өңдеу үшін қолданады.
Аспаптарды сымдық электрод электримпульсты әдісті өте қиын өңделетін материалдардан жасалған ірі-габаритті, пішіндері өте күрделі бөлшектерден (көбінесе үш координаталы өңдеулерде) жасауды жиі қолданады.
Дайындамада алу өндірісінде құйма қалыптарын, соқпа қалыптарын, пласмассалық бұйымдарды қалыптайтын пресс-формаларды, химиялық аппараттардың електерін, трубиналық қалақтарды жасауда бұл әдістің орны ерекше.
Атап өткен әдістерге жуық, тағы бір әдіс бар: ол – электр контактілі әдіс.
Электр контактілі өңдеулердің барлық түрлері, электр тогы өту кезіндегі пайда болатын жылу әсерлеріне байланысты. Аспап пен бөлшектің түйісу және ажырасу мезеттерінде туатын электрлік жарылыс механикалық бұзылу, өңдеу құбылысына әкеледі. Олардың арасында айналмалы тоқтың өте күшті доғасы пайда болады.
Мұнда 10 вольттық кернеу 250 000 ампер ток тудырады. Сондықтан әдіс өте өнімді келеді.
Бірақ та өңдеу сапасы төмендеу, бет қатпарлары ақаулы болуы мүмкін. Ең ұтымды, дұрыс деген режимдерде өңделінген бет жарылып кетеді де, ол жерлерде металл құймалары, тамшылары қалып қояды.
Сондықтан электр контактілі әдісті көбінесе, ыстыққа берік құймаларды, арнайы илемдерді, гидравликалық турбиналардың қалақтарын, дайындамаларды қию операцияларында қаралтым өңдеу ретінде қолданады.
Сөйтіп, электрлі ұшқындық, электримпульсты және электр контактілі өңдеу әдістерінің бәрі бір топқа жатады да, оларды машина жасау технологиясында электрфизикалық өлшемдік өңдеу әдістері деп атайд
Даму үстіндегі өңдеулердің электрфизикалық әдістері тек электр-эррозиялық тәсілдермен ғана шектелетіп қоймайды. Машина жасау өндірісіне баСҚАБай да, энергиялары мол тәсілдер енуде. Солардың бірі ретінде ХХ ғасырдың 50 жылдары өндіріске электронды сәулелі өңдеу тәсілі келді. Электрондық сәулелердің технологияға қатысты ұтымды қасиеттері мәлім болды.
Электрондық сәулелер тобы өңделетін материал бетіне жанасар-жанаспастан, күрт тежеледі де, бетті 6000°С-ға дейін қыздыра бастайды (аспандағы күннің бетіндегі қызу осы шамада). Содан барып материалдың беті буланып, оның бет қатпарында тесік немесе шұңқырлар пайда болады. Қазіргі замандағы техникалардың мұндай электрондық сәулелердің нығыздық деңгейлерін реттеу мүмкіндіктері бар, демек, өңделетін беттегі температурада реттеледі деген сөз.
Бұл әдістің ең ұтымды жері – өңделетін бұйымның ешқандай соққысыз, тыныш жүруі. Әсіресе, бұл жағыдай әйнек, кварц секілді морт материалдарды өңдеуде өте қажет.
1.7-сурет. Электрондық сәулелік өңдеудің сызбасы:
1 – қыздырғыш және эмиттер; 2 – фокусқа түсіретін жүйе; 3 – үдеткіш кернеу; 4 – ток; 5 – электрондық сәуле; 6 – өңделетін бөлшек
Электрондық сәулелік өңдеу құрылғысының негізгі бөлшегі – электрондық толқын шығаратын, электрондық атқыш (пушка). Қыздырылған катодтан ұшып шығатын электрондар фокустайтын линзалар арқылы фокусталып үдетіледі. Электрондық сәуле диаметрі 1 мкм-ден кем тесіктер арқылы фокусталуы мүмкін. Өңдеуді өте терең вакуумдық жағдайда өткізеді.
Терең вакуум электрондардың қалтқысыз, тез катодтан дайындамаға дейін ұшып жетуі үшін қажет.
Электрондық толқындардың нығыздығына, олардың энергиясына және әсер ету уақытына қарай бұл әдісті материалдар тазалау, пісіру, басқа жағдайда металдарды тесу, фрезерлеу және кесу үшін қолданады. Өңделетін бұйым қозғалып тұратын үстелге қойылады. Электронды сәуле бұрушы құрылғы арқылы 3-5 мм аралыққа жылжуы мүмкін.
Бұрушы құрылғы қосылмаған жағдайда, үстел қозғалмай тұрады да, электронды сәуле диаметрі 5-10 мкм тесікті тесіп үлгереді. Егер бұрушы құрылғы қосылып, үстел қозғалыста болса, онда электронды сәуле конфигурациялары алуан түрлі паздарды күйдіріп өңдей береді.
Бұл әдіспен көптеген активті, пассивті, тез тұтағыш, металл және бейметалл материалдар өңделеді.
Сондықтан электронды сәулелі өңдеу радиоэлектронды өндірісінде қолданылатын өте дәл бөлшектерді жасауда жиі қолданылады.
Электронды сәулелі өңдеуге тектес, тағы бір жаңа әдістің түрі – ионды сәулелі өңдеу. Бұл әдістің негізінде катодтық бүрку құбылысынан туатын, тұтанған газды жарылыс. Аргонмен толтырылған, ауасыз арнайы камерада орналасқан пушкадан атылған электрондар газдың молекуласын иондайды.
Өндірістік жағдайда бұл әдіс алуан түрлі металдарды, сирек кездесетін металдар мен оның тотықтарын, әйнектерді, кварцтарды өңдеуде қолданылады.
Бір жағынан, электронды және ионды сәулелі өңдеулерде қолданылатын құрал-жабдықтардың құны өте қымбат, екінші жағынан, оларда пайда болатын рентген сәулелерінен қорғану мәселелері, сондай жағдайлар бұл әдістің өндірісте кең қолдануына кедергі келтіріп отыр.
Бөлшектен жұлынатын материалдың көлемі өте аз болғандықтан, бұл әдіс көбінесе радиоэлектроника саласындағы микроминиатюрлы бөлшектерді және өте жіңішке сымдарды өткізіп алатын фильераларды жасауда таптырмайтын тәсіл ретінде қолданылады.
1960 жылдың шілде айында американдық физик Т.Мейман ақпарат құралдарында өзінің тұңғыш рет ойлап тапқан жарықтың квантты генераторлары жайында хабар таратты. Мұны кейіннен лазер деп атады.
Лазер ағылшын сөзінің бірінші әріптерінен алынған, мағынасы «мәжбүрлі жарқылдату құбылысының көмегімен жарықты үдету» деген ұғымды береді.
Оптикалық квантты генераторлар ғылымның физика, химия, биология, медицина салаларындағы көптеген мәселелерді шешуге көмегін тигізеді.
Лазер сәулесі металдар өңдеуде де ауқымды технологиялық мүмкіншіліктер тудырады. Әсіресе, лазерді аспап жасау және радиоэлектроника өндірісінде таптырмайтын тәсіл ретінде қолданады. Өте жіңішке бағытта өтетін (жүретін) лазерлік сәулелер арқылы диаметрлері көзге ілінбейтін тесіктерді өңдеуге болады (мұндағы тесік диаметрлерінің өлшемдері, электрондық сәулемен тесілген тесіктерден 4-5 есе кіші келеді). Лазер әдісі материал таңдамайды, демек кез келген материалдар өңделіне береді.
Материалдарды жарықты сәулелермен өңдеу тиімді жағдайы олардың жарықты сәулелерінің толқынын бумалап (фокустеп), жарық энергиясын жылу (қызулық) энергиясына тез айналдыратын жарықтың шағылыстары нашар беттерге бағыттау арқылы тудырады. Осы құбылысты ретпен басқарып металлөңдеудегі қию, жону, фрезерлеу сияқты көптеген өнер операцияларды жүргізуге мүмкіндік ашылады.
Жарықты өңдеу алдыңғы әдіспен салыстырғанда өте кішкентай өңдеу зонасында энергияның ауқымды бөлімін шоғырландырып, оның өнімділігін арттыра түседі.
Лазерлік тәсілді пайдаланудың тиімді жақтары:
Басқалай аспаптар сыймайтын беттерге лазерлік аспаптың оңай кіруі;
Лазер сәулелері кез келген мөлдір орталардан жеңіл өтіп, олардың тұтастылығын бұзбай, өз екпінділігін азайтпай өңдей беруге мүмкіндік береді. Әсіресе, изоляцияланған ыдыстарды өңдеуде өте қажет тәсілдің бірі;
Жылу энергиясының ауқымды бөлімін кішкентай ғана зонаға шоғырландыру, мүмкіндігі арқылы лазерлік тәсіл морт сынатын материалдарды қалтқысыз өңдеуді өндіріске алып келді.
Электр тогының немесе сәулелердің жылулық әсерлері мен жүретін электрфизикалық өңдеулер тобына жататын тағы бір әдіс – плазма бұлағымен өңдеу.
Егер қатты заттарды қыздыра берсе, олардың сұйыққа айналуы белгілі құбылыс. Егер қызу температурасын көтере берсе, сұйық газға айналып кетеді. Сөйтіп қызу температурасын көтере берсе не болмақ? Онда зат атомдары электрондарын жоғалта бастайды да, өздері дұрыс иондарға айналып кетеді.
Құрамы бос қозғалатын электрондардан, иондардан және нейтралды атомдардан тұратын, газдың орнына газ тәріздес қоспа пайда болады. Осы қоспаны плазма дейді.
Ғылым мен техниканың көптеген салаларында, плазманың қолдану аймағы өте кең: металдарды термиялық өңдеу, бөлшек беттерін қаптау, кен балқыту және баСҚАБай металлургиялық операциялар.
Метал өңдеуде плазма бұлағын металл қатпарын сылу, жону, кесу, қию сияқты операцияларды жүргізуде қолданады.
Плазмалық бұлақ жасау үшін, плазма құратын газды өте жоғары жылдамдықпен спиралды арналар жүйесі арқылы үрлеп, оларды жарылыс камерасы мен катод аралығындағы кеңістікте жағады; бұл кеңістік анод рөлін атқарады.
Спиралды арналарда бұралып, шиыршықталған плазма өте жоғары жылдамдықпен аппараттың мүштігінен шығарылады. Мұндағы түкіру жылдамдығы 1-ден 1000 м/сек-қа дейін жетеді. Мүштіктің шыға берісіндегі плазма бұлағының қызулық температурасы 30000С-тан 250000С-қа дейін барады. Плазма бұлағының сылитын металының көлемі әжептәуір, бірақ өңделген беттің сапасы нашар. Сондықтан, бұл әдісті, жай аспаптар өтпейтін, өте қиын өңделетін, тұтқыр болаттарды қаралтым өңдеуде ғана қолданады.
Электрфизикалық өңдеулердің бірнеше түрлерін қарастырарда, негізі электр тотығының механикалық әсерімен жүретін, ультрадыбысты өңдеулерді атаған жөн.
Ультрадыбысты деп әр түрлі энергиялар түрімен (химиялық, электрлік, механикалық) жүретін технологиялық үдерістер мен операциялардың үлкен тобын айтады. Бұл үдерісте міндетті түрде жиілігі 16000-18000 Гц-тік механикалық серпімді дірілдер болуы қажет.
ХХ ғасырдың басына дейін бұл бағытта ғылыми зерттеулер жүргізілген жоқ.
1912 жылы әйгілі «Титаник» кемесінің күйреуіне байланысты көптеген елдерде осы бағытта зерттеулер жүргізіле бастады. «Жаңғырық» әсерін пайдалану идеясы шықты. Сол уақыттағы жүргізілген эксперименттер қажетті нәтижелер бере алмады.
Содан кейін, бірінші дүниежүзілік соғыстың аяғында француз физигі Поль Ланжевен ультрадыбыс мәселесін ғылыми деңгейге көтерді. Бұл тұрғыда Ланжевен ультрақысқа серпімді толқындар алу үшін сол кездегі ағалы-інілі Кюрилер ашқан пьезоэлектрлік эффект құбылысын қолдануды ұсынды. Ланжевеннің бұл тапқырлығы ультрадыбыстарды практикада кең пайдалану мүмкіндігін ашты.
Осыған орай, 1847 жылы атақты Джоуль магниттік стрикция эффектісін ашты. Мұнда ферромагнитті материалдан жасалған сырықты (стержен), соның осін бойлай бағытталған магниттік өріске қойса, оның өлшемі өзгереді екен. Магниттік өріс өзгермелі болса, сырықтың ұзындығы да өзгеріп тұрады екен.
Сөйтіп, ультрадыбыс шығаратын діріл көзін табу мүмкін болды. Техникада мұндай діріл көздерін вибратор деп атап жүр.
Ғалымдар ультрадыбысты гидравликалық локацияда пайдалану барысында, оның заттармен шағылысында акустикалық сигналдардың таралу екпіні баяулап, сәуле түскен беттердің желінгені және бұзылғандарын байқаған.
Бұл құбылыс техникада дереу қолданыс тапқан. Әсіресе машина жасау өндірісіндегі бөлшектерді тазалау операциялары, эмульциялар жасау, морт сынатын материалдарды өңдеу.
Машина жасау практикасында морт сынатын және қатты материалдарды өңдеу ылғи қиындықтарға әкелетін.
Сондықтан, электр-эррозиялық және сәулелік әдістерге қосымша ретінде, өмірге ультрадыбысты әдістердің келуі инженерлер үшін өте үлкен табыс болады.
Ультрадыбыс алудың принципі тиянақталғаннан кейін, оны машина жасау өндірісіне әкелудің құрал-жабдығының жобасы жасалынып, іс алға баса бастайды.
Төмендегі 1.8 суретінде де ультрадыбысты өңдеу үдерісінің сызбасы көрсетілген.
1.8-сурет. Ультрадыбысты өңдеу үдерісінің сызбасы
1953-55 жылдары өндірісте ең алғашқы ультрадыбысты станоктар пайда бола бастады. Олар әйнек, керамика, қатты қорытпалар, жартылай өткізгіш материалдар, қымбат бағалы тастар жасауда қолданылды.
Ультрадыбысты өлшемдік өңдеу.
Мұнда технологиялық жүйе ретінде, ультрадыбысты жиіліктен дірілдейтін аспап, суспензия түрінде пайдалатын абразивті ұнтақ қолданылады. Үдеріс іске қосыла бастағанда, өңделінетін беттің бөлшектері опырылып, өте күшті жүретін кавитация құбылысы операцияны ары қарай жалғастыра береді. Бұл әдісте қатты, морт сынатын материалдардың өңделуі, тұтқыр материалдардан гөрі жеңілірек жүреді. Мысалы, құрылымдық болаттарды өңдеудің жылдамдығы, әйнек өңдеудің жылдамдығынан 20-50 есе аз.
Көрнекілік ретінде 1.2-кестеде әр түрлі материалдың салыстырмалы өңдеу жылдамдықтары көрсетілген.
Өңделетін беттердің жіктері мен сапалары жоғары болу үшін ол материалдар қолданылатын абразивті суспензиямен химиялық реагилияға түспеулері тиіс. Элетрөткізгіштіктің аса әсері болмайды.
Ультрадыбысты әдістің тиімді қолдану аймағы: тесіктер өңдеу, тұйық қалталар, паздар, материалдарды қиып тастау өнер аспаптары.
1.2-кесте
Материалдар |
өнімділік, мм/мин. |
Салыстырмалы жылдамдық, % |
Натрийлі әйнек |
33,5 |
100 |
Фарфор |
23,5 |
70 |
Кристалды квари |
19 |
57 |
Феррит |
12,5 |
37 |
Фольфрамды карбидті қорытпа |
1,4 |
4,1 |
Аспаптық болат |
1,3 |
3,9 |
Ең соңғы арнайы өңдеу әдістерінің бірі – электрхимиялық өңдеу. Метал өңдеудің электрхимиялық әдістері электролиз принциптеріне негізделген.
Ток өткізетін сұйығы бар ыдысқа қатты өткізетін пластинкалар (электродтар) орнатып, оларды электр кернеуіне қосса, электр тогы пайда болады.
Ток алып жүрушілер – электролиттегі дұрыс және бұрыс иондар. Олар катодтан анодқа қарай қозғалып, таратылып жатады.
Электролиттің және электродтардың химиялық құрамына, металл катодындағы кернеудің мәніне қарай сутегі бөлінеді немесе металл алынады.
Анодтағы металл іриді де, одан оттегі бөлініп шығады.
Осы құбылыс электролиз деген атқа ие болады. Бұның негізгі заңдылықтарын 1834 жылы ағылшын физигі М.Фарадей ашқан. Содан бір ғасыр өткеннен кейін 1928 жылы Кеңес инженерлері В.И.Гусев және Л.П.Рожов электролиз құбылысын металдарды өлшемін өңдеу операцияларына қолдануды ұсынды.
Қазір өндірістерде электролиз кең қолданыс тапты: әсіресе, металл бұйымдарының беттерін тотқа төзімді және декоративті қаптаулармен қаптау (гальваностетия), рельефті моделдерден металдың көшірмелер жасау (гальванпластина), балқытылған кеннен металл алу және металдарды тазалау (гидравликалық, электрлік металллургия).
1.9-сурет. Электрхимиялық өңдеудің технологиялық сызбалары:
а – ажарлау; б – тесу; 1 – өңделетін бөлшек; 2 – металдың байланыстағы абризивті дөңгелек; 3 – электромет; 4 – аспап берісі
Электрхимиялық өлшемдік өңдеуде электродтар (дайындама анод және аспап-катод) бір-біріне өте жақын орналасады (50-500 мкм). Олардың арасына қысыммен электролит аталады. Электродтар арасындағы саңылау өте аз болғандықтан, электр өрісінің кернеулігі өте жоғары болады да, металл өңдеу үдерісі тез жүреді (0,5:2 мм/мин, ал кей жағдайда 5-6 мм/мин барлық өңдеуге түскен беттен).
Егер электр даралық саңылаудың мәні тұрақты ұсталса, онда дайындама-анодтағы беттің жылтырлығы, аспап-катодтың бетінің жылтырлығымен бірдей болып шығады (1.9-сурет).
Сөйтіп, электрхимиялық әдіспен бөлшек беттеріндегі теститтерді, паздарды, кез келген пішінді қуыстарды өңдей береді.
Өндірісте бұл әдістің ең тиімді, кең қолданылатын аймағы: трубина қалақтарын, қалыптарды, пресс (үлгілерді), құйма қалыптарын, тесіктерді, саңылауларды, паздарды өңдеуде және жасауда алатын орны ерекше.
Бұл әдіспен құрымдық қасиеттерге байланыссыз, кез келген материалдар өңделінеді. Қатты, қызуға берік басқадай арнайы материалдар мен қорытпалардың өңдеу жылдамдықтары кәдімгі құрылымдық материалдардың өңдеу жылдамдықтарымен бірдей.
Егер, электрхимиялық әдістің технологиялық мүмкіндіктері мен басқалай механикалық және электрфизикалық әдістердің мүмкіншіліктерін қосарлай жүргізсе, онда технологтың қандай да бір мәселесі туындамас еді.
Мысалы, дайындама электрхимиялық әдіспен өңделінсе, одан алынатын металды механикалық әдіспен өтсе, онда өндіріске тағы бір жаңа әдіс-анодты механикалық өңдеу келеді.
Үдерістегі тоқтың төменгі тығыздығына анодтың металдың ерілуі жүріп, олар иондық күйге түседі (тұздық, гидрототықтың, т.с.с.)
Егер электрод қозғалмайтын болса, үдеріс баяулайды да, одан пайда болған өнім ток өткізбей, бір электродты екіншіден ажыратып тастайды.
Егер күш түсіріп, электрод-аспапты қозғаса, онда үдеріс үзіліссіз жүріп, металдың беті тазаланып, қажетті сапаға жету мүмкіндігі туады.
Мұнда аспаптың негізгі жұмыстың қимылы мен беріс қозғалысы болуы қажет.
Бұл қозғалыстар аспап пен дайындаманың арасындағы өте жіңішке электролиттік қабаттың болуын қамтамасыз етуі керек. Әдістің еңбек өнімділігі өте төмен, мөлшермен 0,03:0,05 мм/мин. Режим тек тазалай өңдеу операциясына тән.
Егер тоқ тығыздығы өте жоғары болса, онда электр-эррозиялық тәсілге ауысып кетесіз.
Сөйтіп, анодты-механикалық өңдеуде еңбек өнімділігі мен сапа мәселелері электрлік режимдердің өзгерулері реттеу арқылы жасалады.
Былай алып қарағанда, анодты-механикалық өңдеу кесу үдерісінің барлық өнер акцияларының баламалы түрі деуге болады. Бірақ та, мұны өте қиын өңделетін материалдарды, қатты қорытпаларды өңдеуде ғана пайдаланған тиімді.
Өмірде қолданылатын техникалық жүйелердің жұмысшылық параметрлерінің көтерілуі, ғылым салаларының, оның ішінде химиялық, электрониканың, атомдық-ғарыштың техникалардың дамуына әкеледі.
Бұлардың дамуы өте қиын өңделетін материалдардың қатысынсыз және олардың сапалық және дәлдік деңгейлеріне қойылатын техникалық шарттарсыз шешілуі мүмкін емес. Мұны заман тудырған ақиқат деп бағалауға болады.