8 клас 16.09.2024 Сучасні методи обробки металу

 8 клас 16.09.2024

ТЕМА: Сучасні методи обробки металу

I. Актуалізація опдрних знань

• Назвіть приклади термічної обробки сталі. Для чого вони застосовуються?
• Які ще методи обробки металу ви знаєте?
• Яке обладнання використовують в обробці металу цими методами?

II. Вивчення нового матеріалу

Важко уявити нині верстатобудівну промисловість без використання металу. Метал людство застосовувало як інструментальний матеріал з давніх часів. З огляду на те що метал піддається куванню, зварюванню, литтю, гравіруванню, безлічі інших технологій, його використовують для виготовлення різноманітних інструментів, корпусів верстатів, конструкційних елементів архітектурних споруд тощо. Зокрема, механічна обробка конструкційних матеріалів досягла великих успіхів за рахунок випуску промисловістю металорізальних верстатів високого ступеня досконалості й високої продуктивності. Це дозволяє успішно вирішувати різні технологічні завдання стосовно конструювання машин і механізмів.                    Серійне виробництво, у якому випускається до 80 % продукції, характеризується великими затратами робочого часу на виконання допоміжних операцій. Основним напрямком скорочення цих затрат є автоматизація виробничих процесів за рахунок використання верстатів із числовим програмним керуванням (ЧПК). На цих верстатах досягається високий ступінь автоматизації обробки і можливість їх швидкого переналагоджування на обробку будь-якої деталі в межах технічних характеристик.  

   Значних успіхів у розробці такої техніки досягнули вчені, інженери-конструктори Національної академії наук України під керівництвом всесвітньо відомого фахівця в галузі металургії і технології металів, академіка, професора, доктора технічних наук, президента Національної академії наук України, першого в історії нашої держави Героя України Бориса Євгеновича Патона.

Академік НАН України, Герой України Б.Є. Патон

Так, наприклад, в Інституті чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України розроблено та сконструйовано багатофункціональні центри та металорізальні верстати, автоматичні лінії для обробки металу, програмні засоби для промисловості тощо. Учені та інженери-конструктори Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуніна HAH України розробили технологію виготовлення та використання природоруйнуючих і металорізальних інструментів.                    Сучасний металообробний центр має самокеровану робочу машину, яка органічно взаємозв’язана з обчислювальним пристроєм, що працює в реальній мірі часу й перетворює сигнали інформації в сигнали керування (мал. 2). Таке перетворення дає змогу виконувати складні рухи за допомогою керування переміщенням у просторі, що дозволяє автоматизувати процес програмування із застосуванням обчислювального пристрою. Для прикладу можна навести гравірування поверхонь виробів з металу. Називаються такі верстати фрезерно-гравірувальними (мал.3). Деякі моделі верстатів можуть виконувати фрезерування на об’ємних виробах.

       Мал.2. Металообробні верстати із ЧПК: а - плоскошліфувальний;  б - фрезерний;            в - трубозгинальний; г - вертикально-токарний; д - багатоосьовий обробний центр

                          Мал. 3. Фрезерно-гравірувальна машина: а - для площинної обробки;                       б - для об’ємної обробки

Розвиток техніки привів до появи нових матеріалів, механічна обробка яких традиційними способами ускладнена. До них належать, перш за все, матеріали з високою твердістю, загартовані сталі, магнітні сплави тощо. З традиційних способів в обробці таких матеріалів застосовується тільки шліфування.

Для вирішення проблеми обробки надтвердих і крихких матеріалів розроблено та впроваджено в практику спеціальні способи обробки: електрохімічна, електроерозійна, лазерна, ультразвукова, гідроабразивна.

Найбільш високотехнологічним і сучасним способом обробки металу є його лазерна обробка (мал.4), тобто обробка за допомогою лазера. Лазер - це надзвичайно вузький інтенсивний пучок світла високої енергії, що виробляється спеціальним генератором. Принцип його дії подібний до принципу дії світлового променя, утвореного лупою. Спрямований на поверхню металу чи іншого конструкційного матеріалу, лазер може нагрівати його до високої температури, плавити, наприклад, метал, здійснювати його розкрій (різання), зварювання, загартування, наплавку, гравіювання, маркування та інші технологічні операції.

           Мал. 4. Лазерна обробка металу: а - схема; б - процес обробки

Використання лазерної технології забезпечує високу продуктивність і точність обробки матеріалів, економить енергію та матеріали, підвищує екологічну безпеку підприємства. Лазерний розкрій металу здійснюється за рахунок наскрізного пропалювання металевого листа точно сфокусованим лазером.

У галузі лазерної обробки матеріалів в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України розроблено так звані гібридні технології обробки конструкційних матеріалів. Вони ґрунтуються на поєднанні лазерного і дугового розрядів для керування процесами зварювання, наплавлення, термообробки та різання матеріалів. Іншим методом обробки конструкційних матеріалів та отримання потрібної визначеної кресленням форми заготовки є електроерозійна обробка (тобто різання). Вона здійснюється за допомогою електричного розряду, який утворюється між двома електродами. Під дією високої температури внаслідок електричного розряду з поверхні заготовки шляхом плавлення металу можна видалити його певний шар(мал. 5).

Мал. 5. Електроерозійна обробка: а - схема; б - електроерозійний вирізний верстат;               в - продукт електроерозійної обробки

Такий метод добре застосовувати під час обробки твердих матеріалів, виготовлення виробів зі складною конфігурацією та високою точністю. В обробці деталей з твердих матеріалів важливу роль відіграє зношування деталей електроерозійного верстата, що утворюють електричну дугу. Виготовляють їх з міді, яка дешевша порівняно з матеріалами, що застосовують для обробки матеріалів механічними методами.

При обробці заготовок з твердих сплавів таким методом приблизно половину вартості виготовлення становить вартість інструмента. При використанні методу електроерозії вартість виготовлення виробів становить приблизно 3,5 % порівняно з вартістю при інших методах обробки.

Не меншою популярністю користується гідроабразивне різання металу. Це універсальний метод обробки різанням, що дозволяє однаково ефективно обробляти всі види металів і сплавів.                                                                Технологія гідроабразивної обробки (мал.6) ґрунтується на застосуванні принципу ерозійного впливу абразивної суміші, що подається під високим тиском на оброблювану заготовку. У процесі такої дії з порожнини розрізу заготовки видаляються відходи оброблюваного матеріалу. Абразивна суміш являє собою воду, змішану з дрібними частинками абразиву (наприклад, з гранатовим піском розміром близько 0,4 мм). Інструмент різання - абразивна суміш - одночасно є і охолоджувачем. Відповідно, процес гідроабразивного різання є холодним механічним руйнуванням матеріалу.

Мал. 6. Гідроабразивна обробка: а - схема; б - процес обробки

На сучасному етапі в Україні щорічно утворюється близько 1 млрд т твердих відходів виробництва та споживання. Тільки десята частина з них застосовується як вторинні матеріальні ресурси, а решта потрапляє у сховища, шламонакопичувачі, терикони.                                                                                  Тверді відходи є одним з найвагоміших чинників забруднення довкілля: призводять до забруднення підземних та поверхневих вод, погіршення стану атмосферного повітря, земельних ресурсів, а головне - негативно впливають на самопочуття та здоров’я людей.                                                                          Великий обсяг твердих відходів утворюється і на підприємствах чорної металургії. Так, у результаті виплавлення однієї тонни сталі утворюється 650-700 кг твердих відходів - шлаків, шламів та відходів металу. Шлаки та шлами використовуються в будівельній індустрії для виробництва будівельних матеріалів, а відходи металу направляються на повторну переплавку. В Україні тільки чорного брухту збирається щороку близько 11 млн т. Тому на сьогодні існує проблема бережливого та раціонального використання металу та виробів з нього.                  Саме запровадження на металообробних підприємствах сучасних технологій дає змогу говорити про виробництво предметів з мінімальними відходами або майже безвідходне виробництво. Розв’язуючи проблеми безвідходного виробництва, слід мати на увазі раціональне використання конструкційних матеріалів і, як наслідок, - зменшення утворення відходів.                                                                                                      Також слід звернути увагу на енергетичну складову технологічного процесу. Кожне нове покоління верстатів та технологічних ліній має менше енергоспоживання, ніж попереднє.

 Для уникнення травм на увімкненому верстаті забороняється:

— нахиляти голову близько до патрона чи різального інструмента;

— передавати й приймати предмети через обертові частини верстата;

— спиратися й класти лікті на верстат;

— вимірювати деталі, змащувати їх, охолоджувати інструмент, чистити й прибирати з верстата стружку до його повної зупинки;

— охолоджувати різальний інструмент або деталь, що обробляється, за допомогою ганчірки;

— зупиняти верстат, гальмуючи патрон рукою;

— підтримувати або ловити рукою відрізану деталь;

— залишати верстат ввімкненим.

7. Перед вимиканням верстата відведіть різець від деталі.

8. Старанно приберіть робоче місце (стружку не здувайте і не змахуйте руками).

Для найдопитливіших

• Щосекунди у світі з’являється 3,8 кг екологічно нешкідливого сміття: недоїдки, яєчна шкаралупа, шкірки від картоплі тощо. Це становить 29 % від середньостатистичного сміттєвого кошика сучасної людини. Що ж стосується інших складових, то 25 % - це картон і папір, 13 % - скло, 11 % - пластик, 4 % - метал і 18 % - інші матеріали.

• За один рік переробка вторинних металів у світі дозволяє зберегти ресурси, достатні для того, щоб обігріти та освітити близько 150 млн приватних будинків. Енергії, збереженої внаслідок переробки однієї скляної пляшки, досить, щоб лампочка в 100 Вт горіла протягом 4 годин.

III. Закріплення матеріалу

• 1. Які характеристики верстатів підвищують прибутковість виробництва?
• 2. Які особливості кожного з поколінь металообробних машин?
• 3. У чому полягає принцип дії верстатів із числовим програмним керуванням?
• 4. Назвіть приклади використання комп’ютера для оздоблення виробів.

IV. Домашнє завдання

  Опрацювати теоретичний матеріал. Виконати тестову роботу.

Тестові завдання

1. Що заборонено під час роботи електроінструментом?

• А працювати без нагляду дорослих
• Б відволікатись
• В фіксувати заготовку
• Г усі відповіді правильні

2. Які переваги в технологічному процесі отримують, використовуючи верстати?

• А продуктивність праці
• Б якість обробки
• В більший час на обробку
• Г точність обробки

3. Яким із зображених інструментів виконують полірування виробів?

4. Яка основна перевага сучасного верстата з комп’ютерним керуванням?

• А виготовлення якісних деталей та виробів складної форми від 1 шт.
• Б виготовлення великої партії деталей
• В виготовлення простих виробів

Відповіді надсилайте на адресу: viktorshur28101962@gmail.com

фіксуючи дату, клас і прізвище

БЕРЕЖІТЬ СЕБЕ!