Выбор методов формообразования изделий

Главная цель процесса обработки, связанная с воздействием энер­гии на обрабатываемый материал, направлена на преобразование поверх­ности в другое состояние, соответствующее новому качеству. Рассмот­ренная ранее энергетическая система, определяющая физическую сущ­ность процесса обработки, преобразует энергию в несколько этапов. Ис­ходя из закона сохранения и превращения энергии известно, что энергия может переходить из одних видов в другие (механические, тепловые, электрические и т.д.). Наиболее распространенный вид первичной энер­гии в технологических системах – это электрическая энергия. На первом этапе преобразование первичного вида энергии Э₁ в рабочую энергию Э_раб происходит с помощью устройства преобразования энергии – станка или другого технологического оборудования. В качестве рабочих видов энергии наибольшее применение нашли механическая, тепловая, электрическая, электромагнитная, лучевая, химическая, ультразвуковая, ядерная (рис. 1.22).

На втором этапе рабочая энергия при воздействии на обрабатываемый объект заготовка превращается в энергию воздействия. При этом число видов энергий сокращается до четырех: механической, тепловой, химической, ядерной. В отдельных случаях рабочий вид энергии не переходит в другой, например механическая энергия в методах, основанных на резании металла. При переходе энергия воздействия частично сохраняет свой вид, а часть ее переходит в тепловую энергию, что требует специальных мер по охлаждению зоны обработки. В других случаях, рабочая энергия превращается в рабочей зоне в другой вид энергии. Так, лучевая энергия полностью переходит в тепловую.

На третьем этапе энергия воздействия приводит к образованию физико-химического механизма (ФХМ) обработки заготовки. Причем ка­ждый вид Э_возд создает свои виды ФХМ (рис. 1.22).

Рисунок 1.22 – Схема преобразования энергии в
процессах обработки

Рассмотрим виды физико-химических механизмов обработки.

01. Деформация без разрушения – процесс пластической де­формации, не сопровождающийся отделением материала. В рассмотрен­ных случаях под деформацией понимается изменение взаимного распо­ложения множества частиц твердого тела, которое приводит к изменению формы и размера тела и его частей и вызывает изменение сил взаимодей­ствия между частицами, т. е. возникновение напряжений.

02. Деформация с разрушением – процесс доведения пластиче­ских деформаций обрабатываемого материала по линии среза до разрушения. Этот ФХМ характеризуется, как правило, двумя видами де­формации: 1) сжатием определенного объема металла срезаемого слоя, прилегающего к передней поверхности режущей части инструмента; 2) сдвигом этого объема материала.

03. Плавление – процесс перехода вещества из кристалличе­ского (твердого) состояния в жидкое, вследствие поглощения теплоты (теплоты плавления). Согласно молекулярно-кинетическим представле­ниям плавление осуществляется следующим образом. При подведении к кристаллическому телу теплоты увеличивается энергия колебаний (ам­плитуда колебаний) его атомов, что приводит к повышению температуры тела и способствует образованию в кристалле различных дефектов (неза­полненных узлов кристаллической решетки – вакансий, нарушений пе­риодичности решетки внедрившимися между ее узлами атомами). Посте­пенный рост дефектов и их объединение характеризуют стадию пред­плавления. При достижении температуры плавления в кристалле созда­ется критическая концентрация дефектов. В дальнейшем при подводе те­пловой энергии происходит разрыв межатомных связей и разрушение по­рядка расположения атомов в кристаллах.

04. Испарение – процесс перехода вещества из жидкого или твердого агрегатного состояния в газообразное. Испарение твердых тел называется возгонкой или сублимацией. Для реализации процесса испарения единице массы вещества должно быть передано определенное количество теплоты испарения.

05. Спекание – процесс соединения мелкозернистых и порош­кообразных материалов в более крупные объемы при повышенной температуре.

06. Структурные преобразования – процесс изменения физико-механических свойств структуры и размеров зерен материала заготовки (вследствие теплового или механического воздействия).

07. Анодное растворение – процесс удаления металла под дей­ствием электрического тока в среде электролита без непосредствен­ного контакта между инструментом и заготовкой. Под действием тока в электролите материал анода (заготовки) растворяется в виде продуктов обработки и выносится из промежутка потоком электролита. В результате реакции образуются газообразные продукты, которые удаляются в атмосферу. Инструмент (катод) в процессе обработки не изнашивается.

08. Химическое растворение – процесс снятия слоя материала за счет химических реакций в зоне обработки в растворах щелочей или кислот.

09. Химическое соединение – процесс образования на поверхности материала новых соединений за счет химических реакций материала заготовки и окружающей среды.

10. Диффузия – процесс проникновения частиц соприкасающегося вещества (газа, жидкости или твердого материала) в поверхностные слои металла вследствие теплового движения частиц вещества. В этом случае происходит диффузия атомов материалов. Диффузия может проявляться в обмене местами атомов с вакансиями (незанятыми узлами кристаллической решетки), в перемещении атомов по междоузлиям, прямом обмене местами двух соседних атомов и др.

11. Ядерное преобразование вещества – процесс изменения физико-механических свойств и структуры материала за счет нейтронного, электронного облучения, а также облучения β -частицами.