Лекция №3 Комбинированные операционные технологические процессы

Лекция №1 Основные понятия физико-механических методов обработки

 

Производственный процесс в машиностроении определяет совокупность всех этапов, которые проходят полуфабрикаты на пути превращения в готовую машину. Он включает в себя получение заготовок, различные виды их обработки, сборку и испытание машин. Производственный процесс охватывает работу всех отделов и цехов завода основных, вспомогательных и обслуживающих. В основе его построения приняты исходные положения, предусматривающие наименьшие затраты труда и максимальное его обеспечение при рациональном использовании средств производства и непрерывном совершенствовании их.

Рациональное построение производственного процесса обеспечивается путем его разделения на три основные составные части: технологический процесс, организацию его в конкретных производственных условиях и создание необходимых схем управления им.

В отличие от производственного, в технологический процесс входят только те действия, которые необходимо осуществить над исходными материалами и полуфабрикатами, полученными извне, для изготовления выпускаемой заводом продукции.

Проектирование технологического процесса делится на два основных этапа;

1) создание маршрутного технологического процесса, содержащего рациональную последовательность операций, необходимую для изготовления данной детали, сборки узла или машины в целом;

2) разработка операционных технологических процессов, содержащих необходимые сведения для осуществления каждой операции всего технологического цикла производства машин - заготовительного процесса и последующей' обработки деталей, сборки узлов и машины в целом, контроля и испытания на всех этапах ее изготовления.

Заготовка посредством изменения формы, размеров, шероховатости поверхности и свойств материала превращается в заданную конструкцией машины деталь. Это осуществляется в результате выполнения маршрутного технологического процесса, который представляет собой рациональную последовательность операций, обеспечивающих необходимые действия над заготовкой для получения детали определенного качества.

Технологическая операция является законченной частью технологического процесса; основным ее признаком является постоянство рабочего места. Ее выполняют согласно операционному технологическому процессу, где указывают необходимые для выполнения операции переходы с режимами резания для каждого. В качестве исходных данных для проектирования используют операционный эскиз, содержащий описание конструктивно-технологических свойств обрабатываемой заготовки, в том числе описание формы и взаимного расположения элементов деталей, требований точности и шероховатости поверхности, а также физико-химических свойств.

Проектирование операционного технологического процесса включает следующие этапы:

- выбор физико-химического метода обработки;

- выбор технологических баз и последовательности обработки;

- выбор оборудования, приспособлений и инструмента;

- определение состава проходов, переходов.

Изготовление машин ведется по производственному циклу, включающему три основных технологических передела; получение заготовки - обработка ее - сборка и испытание машины.

Под обработкой понимают необходимое изменение свойств, формы, размеров и качества поверхности заготовки для получения заданных конструктором параметров детали. Ее осуществляют путем упрочнения детали по всему поперечному сечению методами термической обработки, применения методов поверхностного упрочнения существующего слоя детали (например, термомеханической обработкой) или нанесения на нее дополнительных покрытий, а также обработкой резанием, т. е. образованием на заготовке новых поверхностей путем снятия слоя материала

При обработке резанием могут быть использованы различные виды энергетического воздействия на материал срезаемого слоя заготовки; механическое, тепловое, электрическое, химическое.

Механическая обработка резанием является наиболее распространенным способом; ее осуществляют путем воздействияна заготовку лезвийного или абразивного инструмента.

К электрическим относят способы обработки, использующие электрическую энергию непосредственно для технологических целей путем подвода ее в зону резания без промежуточного превращения в другие виды энергии. Преобразование электрической энергии в другой вид энергии (тепловую, химическую и др.) происходит непосредственно в обрабатываемом материале. В соответствии с этим электрический способ обработки разделяют на следующие методы:

- электротермические, использующие преимущественно тепловое действие электрического тока (Эг);

- электрохимические, использующие его химическое действие (.Эх);

- электроэрозионные, использующие эрозионное действие тока (Эу);

- электромеханические, использующие его механическое действие (Эм).

Химическими называют способы обработки, использующие хи­мическую энергию непосредственно для технологических целей, в этом случае обработку, т. е, снятие определенного слоя металла, осуществляют в химически активной среде. Сюда относят, например, метод химического фрезерования.

Лучевые методы обработки (ЛМО) основаны на использовании для съема материала воздействия сфокусированного луча с высокой плотностью энергии; удаление материала происходит путем испарения вследствие преобразования лучевой энергии непосредственно в тепло.

Электронно-ионные методы обработки имеют особое значение при обработке резанием деталей приборов; при этом методе применяют электронные и ионные лучи для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов. Рациональные условия обработки определяются на основании использования элионики - науки о взаимодействии электронов и ионов с твердым телом. В настоящее время освоены ионно-плазменная и плазмохимические методы обработки; электронография делает возможным получение структур субмикроскопических размеров.

Комбинированные методы обработки резанием используют для снятия заданного слоя металла одновременным воздействием несколькими различными по своей физической сущности явлений или совмещением различных способов подвода энергии. Комбинированные методы значительно повышают производительность и точность обработки, увеличивают стойкость инструмента по сравнению с отдельными составляющими их методами. Помимо этого, в ряде случаев освоение комбинированных методов обработки позволяет достигнуть новых технических эффектов, определяющих значительное увеличение прочностных, износостойких и других эксплуатационных параметров деталей. Примерами комбинированного метода обработки являются способы обработки, основанные на термомеханическом воздействии, резание с подогревом заготовок; способы обработки с одновременным механическим и химическим воздействием на срезаемый слой, например, механическая обработка с подачей в зону резания активных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).

Процесс резания может быть непрерывным и прерывистым.

Прерывистый процесс осуществляется путем периодического воздействия инструмента на заготовку, т. е. происходит по циклу: врезание, резание, выход и отдых режущего клина инструмента.

Обработку резанием делят на стационарную и нестационарную.

Стационарное резание - когда съем материала с заготовки происходит при неизменных условиях резания.

Нестационарные процессы резания (механические, электрические, химические и др.) осуществляются при использовании станков с программным управлением и адаптивными системами управления. Такую же обработку выполняют и на обычных станках при изготовлении деталей из биметаллов, при торцовом точении, обработке поверхностей сложной формы по копиру, вибрационном резании.

При физико-химическом методе обработки формообразование детали происходит путем непосредственного контакта рабочих поверхностей инструмента с обрабатываемым материалом. В последние годы чаще стали применять бесконтактные методы обработки с высоко энергетическими концентрированными физико-химическими процессами (плазмой, электронно-лучевым и лазерным, электрическим разрядом).

В наименование метода обработки иногда вводят понятие «размерный», имея в виду, что этот метод обеспечивает стабильное, многократно повторяемое получение деталей в пределах заданныхнаданный операционный технологический процесс точности формы и размеров, а также взаимные положения поверхностей. Так, такие виды обработки, как ультразвуковая или электрохимическая, могут применяться как размерный метод для получения полости задан­ной формы, размеров, точности и взаимные положения поверхностей и как безразмерный метод для матового полирования, снятия острых углов и заусенцев как наружных, так и внутренних поверхностей в труднодоступных местах детали.

Операция в общем случае определяется четырьмя признаками:

1. Технологическим назначением.

2. Схемой формообразования.

3. Методом обработки

4. Применяемым инструментом.

Однако для определения в практике используют признаки. Поэтому для конкретных производственных условий их дополняют недостающим признаком, например, технологическим назначением (резьбофрезерование), схемой формообразования (сверле­ние со встречным вращением заготовки и инструмента и подачей инструмента), методом обработки (электроэрозионное прошивание) или типом используемого инструмента (резьбонарезание метчиком). Часто в наименование операции одновременно входят несколько недостающих признаков, например, фрезоточение (дополнение схемы формообразования и типа инструмента), плазменно-механическое точение резцом (метод обработки и тип инструмента).

Вместе с тем видна неправильность таких принятых терминов, как «вихревое резьбонарезание», «химическое фрезерование», «анкерное точе­ние», и ряда других.

Обрабатывающая система представляет собой конкретную реализацию данного способа обработки в применяемом оборудовании, инструмента и оснастки, действия которых конкретны, последовательны в пространстве и во времени и направлены на получение у детали заданной поверхности с необходимой точностью и качеством.

Операционные технологические процессы обработки обеспечивают заданное маршрутным технологическим процессом изготовления детали изменение формы, размеров, шероховатости или свойств заготовки; многие из них осуществляются путем обработки резанием, т. е. путем образования новых поверхностей на заготовке посредством снятия с нее определенного слоя. Существует много физико-химических способов обработки резанием, осуществ­ляющих удаление материала с заготовки посредством механического воздействия (механическая обработка), продуктов анодного раство­рения (электрохимическая обработка), электроэрозионного разрушения (электроэрозионная обработка) и других воздействий. Так, например, в приборостроении особое значение имеют электронно-ионные способы обработки (элионика), т. е. применение электронных и ионных лучей для изготовления интегральных схем и полупровод­никовых приборов. Электронография делает возможным получение структур субмикроскопических размеров. К процессам обработки резанием следует относить все способы изготовления деталей снятием с заготовки определенного слоя; при этом материалы могут быть любых видов (труднообрабатываемые, например неметаллические - стеклопластики). Этот технологический передел производства машин определяется проектированием технологических процессов физико-химических методов обработки.

 

 

Лекция №2 Основные понятия и классификация методов обработки. Разрушение – единая основа методов обработки

Для применяемых в настоящее время производственных комплексов характерна высокая степень автоматизации; это дало возможность, особенно благодаря ЧПУ, сократить вспомогательное, а также подготовительное и заключительное время (настройка вне станка, программирование рабочего процесса вне станка и т. п.).

Так, например, для фрезерного станка с ЧПУ основное время на операцию приблизительно вдвое больше, чем для такого же станка с ручным управлением. Следовательно, на настоящем этапе развития операционной технологии снижению основного времени, т. е. совершенствованию рабочих процессов, следует уделять большее внимание.

Физико-химический механизм процесса резания - взаимосвязь между первичными и вторичными параметрами операционного технологического процесса; она представляет собой сложный комплекс явлений. Рассмотрим основные составляющие механизма резания.

Кинематика процесса резания - это закономерности относительного движения инструмента и заготовки без учета физических явлений, протекающих в зоне резания, и в первую очередь действующих сил и температур; при этом систему СПИД принимают абсолютно жесткой и не зависящей от всех видов физико-химических воздействий. На ранних этапах исследования при построении структурных схем механической обработки учитывали только кинематические закономерности.

Механика процесса резания изучает условия механического взаимодействия рабочих граней инструмента с обрабатываемым материалом на основе определения закономерностей упругих, и пластических деформаций обрабатываемого материала, а также его разрушения с учетом трения на контактных поверхностях инструмента. На основе этого строится схема процесса стружкообразования, находятся действующие напряжения, величины деформаций, сила и работа резания.

Теплофизика процесса резания - закономерности превращения энергии в составляющих его различных явлениях, сопровождающиеся поглощением и выделением теплоты. Наибольшее значение имеет преобразование механической энергии в тепловую. Работа резания, обусловленная, приводами станка, тратится на повышение внутренней энергии материала заготовки и стружки и выделявшуюся из зоны обработки теплоту.

Термоструктура процесса резания изучает изменение строения и физико-химические свойства обрабатываемого материала под действием возникающих при обработке сил и температур. При механической обработке в зоне резания возникают высокие температуры (500—800 °С), при этом градиент их повышения весьма высокий. Действие извне смазочно-охлаждающей жидкости обеспечивает интенсивное охлаждение образующейся поверхности и сходящей стружки. Все это вызывает интенсивные структурные превращения благодаря которым, например, при плазменно-механической обработке многих сталей, происходит формирование аустенитной структурной фазы, и стружка становится немагнитной.

Температура процесса резания устанавливает связь между химическим, структурным строением и физико-химическими свойствами исходного материала заготовки, с одной стороны, и стружки и поверхностного слой изготовленной детали - с другой.

Химические явления при резании протекают интенсивно вследствие образования в зоне отделения стружки от заготовки химически чистых (ювенильных) поверхностей; они находятся в весьма активном состоянии и, взаимодействуя с окружающей технологической средой, существенно влияют на протекание процесса резания. Причиной этого является образование пленок окислов на контактных поверхностях, существенно снижающих коэффициент трения стружки и заготовки о рабочие поверхности инструмента, но одновременно ухудшающих эксплуатационные свойства рабочих поверхностей изготовленных деталей. Например, при формировании резанием поверхностей на заготовке из титанового сплава вследствие диффузии кислорода в обрабатываемый материал и его насыщения водородом происходит интенсивное образование окалины и увеличение хрупкости материала поверхностного слоя детали.

Электромагнитные явления обусловлены при резании несколькими процессами; один из них - интенсивный нагрев зоны контакта инструмента с заготовкой, т. е. спая двух разнородных металлов. В результате этого в замкнутой цепи станок - приспособление - инструмент - заготовка возникает термоЭДС, которая оказывает значительное влияние на физику механизма резания. Например, рациональный ввод электрического тока или намагничивание инструмента приводят к повышению производительности механической обработки.

Таким образом, обработка резанием - это сложный процесс, совмещающий большое число механических, тепловых, химических и электромагнитных явлений.

Каждый конкретный метод обработки характеризуется рядом доминирующих закономерностей, физико-химический механизм которого строится путем постепенного усложнения:

1) механическое воздействие, включая пластическое деформирование, трение; разрушение;

2) взаимодействие механических и тепловых явлений;

3) одновременное действие механических, тепловых и химических явлений;

4) взаимодействие механических, тепловых, химических, электрических, магнитных и других явлений.

Практической задачей использования процессов резания современных материалов является их рациональная классификация, позволяющая осуществить правильный выбор.метода обработки применительно к конкретным операциям. Методы обработки резанием определяют следующие основные признаки:

1. Вид энергии, подводимой к зоне обработки (механическая, тепловая, химическая, электрическая, магнитная и ядерная).

2. Способ подвода энергии, характеризующемся взаимным положением заготовки и рабочих поверхностей инструмента в пространстве и характером его изменения во времени. Так, электрическую энергию можно подвести к элементарному участку поверхности путем непосредственного контакта, через канал разряда, комбинированно. В первом случае контакт осуществляется по микронеровностям поверхностей инструмента и заготовки. Этот способ применяют при электроконтактной обработке с напряжением до 20 В. Подвод электрического тока через канал разряда составляет основу электроэрозионной обработки. В этом случае используются искровой (электроискровая обработка) и дуговой (электроимпульсная обработка) разряды. Контакт инструмента и заготовки характеризуется также его формой (точечное распределение воздействия, линейное, пространственное). Один и тот же вид обработки, например, светолучевая обработка, может характеризоваться при сферической оптике точечным характером воздействия, а при цилиндрической - линейным. Характер контакта инструмента и заготовки определяется также его изменением во времени (непрерывный, прерывистый, вибрационный, импульсный и т. д.). Так, комбинированный подвод электрической энергии определяется механическим прерыванием контакта электродов с импульсным питанием от электрического генератора.

Механизм резания определяет основной физико-химический процесс, обеспечивающий снятие материала с заготовки.

Такими процессами являются:

- механическое разрушение (хрупкое или с предварительным пластическим деформированием);

- плавление;

- испарение;

- электрохимическое растворение;

- электроэрозионное разрушение;

- травление (химическое разрушение).

Следует различать вид подводимой энергии и структуру механизма резания; так, механическая обработка сталей характеризуется подводом в зону резания механической энергии и процессом снятия материала, определяемым пластическим деформированием и интенсивным тепловыделением с последующим разрушением материала, прежде всего по линии среза. Во всех случаях механизм резания является сложным процессом.

При электрических и химических методах обработки в качестве механизма резания используют нагрев и плавление обрабатываемого материала; его производительность определяется скоростью распространения тепловой энергии в заготовке, при электроннолучевой обработке - скоростью потока электронов. При электроэрозионной обработке механизм резания определяется электроэрозионным разрушением; его производительность характеризуется скоростью образования лунки под действием единичного импульса энергии. Так, при электроимпульсной обработке единичная лунка глубиной 0,1 мм образуется за 1—2 с.

Производительность рабочего процесса обработки определяется скоростью углубления инструмента в заготовку. Она зависит не только от производительности механизма резания, но и от многих дополнительных явлений, интенсивность протекания которых зависит от скважности, метода удаления продуктов разрушения и т. п. Скорость электроимпульсной обработки при скорости съема 40—65 мм/мин с 1 см² равна 0,0007— 0,0010 см/с, т. е. на четыре порядка ниже. В этом случае сопутствующие явления воздействуют, с одной стороны, на сам процесс электроэрозионного разрушения, а с другой - на средства выноса результатов действия механизма резания в рабочем зазоре. Прежде всего это химические процессы. Раскаленное днище анода вступает в химическое взаимодействие с раскаленной плазмой, образуя химические соединения, которые под действием электрического тока диффундируют глубоко в толщину анода. В результате этого поверхность заготовки покрывается темной пленкой из осевших и спекшихся с металлом электрода мельчайших частиц продуктов пиролиза керосина. Сопутствующий процесс - способ и скорость удаления продуктов разрушения из зоны обработки. При электроэрозионной обработке удаление продуктов разрушения может быть естественным и искусственным. В первом случае удаление продуктов происходит под действием динамических сил электрического поля, а также давления выделяющихся газов. При изготовлении деталей с достаточно глубокими полостями во многих случаях этого оказывается недостаточно. Поэтому применяется искусственная система удаления продуктов разрушения путем введения в обрабатывающую систему устройств, например, для нагнетания жидкости сквозь полый обрабатывающий электрод, или, напротив, создания разрежения посредством выбрасывания жидкости из сопла.

Схема формообразования характеризует закономерности относительного движения инструмента и заготовки без учета физических явлений, протекающих в зоне обработки, действующих сил, температур и активных сред. Для этого систему СПИД принимают абсолютно жесткой, нетеплопроводной, не проводящей электрический ток, химически не активной. Схема формообразования определяет кинематическую схему обработки, т. е. совокупность относительных движений инструмента и обрабатываемой заготовки, необходимых для получения заданной поверхности.

Таким образом, основные признаки позволяют построить следующую классификацию методов обработки резанием.

Класс обработки объединяет многие методы- обработки, использующие один и тот же тип энергии, подводимой извне, т. е. различают классы механической, тепловой, электрической и других методов обработки.

Все методы обработки разделяют на две группы: группу обычных методов обработки, характеризующихся одним типом используемой энергии и одним способом ее подвода (механической, электроэрозионной, электрохимический), и группу комбинированных методов, при которых в зону обработки подводятся два или более типов энергии и совмещаются различные способы их подвода. Примером комбинированного метода, построенного на совмещении различных видов энергии, является плазменно-механическая обработка. Примером совмещения различных способов подвода энергии является механическая обработка с вибрациями. При этом комбинированном методе используют один тип энергии - механический, но в нем совмещены два способа подвода (например, при точении - путем равномерного вращения заготовки и воздействия вибрации на резец).

Способ, обработки, определяют методы обработки, использующие один и тот же физико-химический механизм резания - основной рабочий процесс. Создано много способов обработки, например, электроэрозионный, электрохимический; химические (химическое фрезерование);. комбинированные (вибрационное механическое резание, плазменно-механическая обработка).

Способ обработки характеризуется общностью механизма резания, обеспечивающего процесс обработки; так, в классе механических методов резания различают лезвийную и абразивную обработки, в классе электрических - электроэрозионную и электрохимическую. Группа комбинированных методов использует следующие способы резания: лезвийную обработку с наложением вибраций в среде активных технологических сред, плазменно-механическую.обработку, электрохимико-механическое резание.

Метод обработки, - частное решение одного из способов обработки или совокупность комбинаций частных решений одного, двух и более способов обработки. Примером метода обработки в случае использования класса обработки - механического резания - может быть силовое резание, использующее особую заточку инструмента; примером комбинированного метода - вибрационное сверление в специальных технологических средах.

Под обработкой резанием, в общем виде, понимают метод формообразования деталей, основанный на отделении одной части заготовки от другой; поэтому в основе физического механизма резания всегда наблюдается явление разрушения по заданной схемой формообразования поверхности резания. Поэтому обрабатывающая система любого метода обработки должна быть спроектирована таким образом, чтобы могла с наименьшими технологическими и экономическими затратами обеспечить наиболее рациональные условия разрушения определенного слоя материала при обеспечении заданных характеристик формирующегося при этом процессе поверхностного слоя детали. К ним относятся, прежде всего, точность по размерам, форме и взаимному расположению и качество поверхности.

Кинематическое разрушение (организованное) определяется схемой резания; оно может давать при обработке размеры площади сечения срезаемого слоя от нескольких мм² (черновое точение) до весьма малых - нескольких мкм (абразивная обработка); при этом отделяемый с заготовки материал может сниматься в виде относительно однородного потока, постоянного и пульсирующего во времени. В соответствии с этим при механической лезвийной обработке стружка формируется в виде непрерывной или дробленой ленты, • в виде отрезков примерно одинаковых размеров. Напротив, при абразивной обработке снимаемый материал имеет вид резко переменной формы и неопределенных размеров. Такую схему резания можно назвать плохо организованной; как известно, этот процесс протекает без строгой ориентации каждого абразивного зерна относительно заготовки в пространстве и времени. Еще более неорганизованные кинематические схемы резания имеют место при электрофизических методах обработки.

Физико-химическое разрушение (организованное) определяется закономерностями рабочего процесса, определяющего снятие материала срезаемого слоя; при этом диспергирование обрабатываемого материала может происходить на макро- или микроуровнях, а также на молекулярном или ионных уровнях. Примером первого процесса может быть лезвийная обработка, второго - абразивная, третьего - электрофизические процессы.

Разрушение обрабатываемого материала является необходимым элементом любого процесса резания; основными его видами являются механическое, тепловое - плавлением или испарением, а также химическое. В реальных процессах обработки чаще имеют место комбинированные механизмы разрушения, совмещающие несколько его видов. Так, например, при электрических методах обработки наибольшее распространение получили электрическая эрозия, анодное, электрохимическое растворение.

Разрушение, являясь необходимым процессом при обработке резанием, может быть доминирующим в общем механизме обработки по ряду показателей или быть только сопутствующим.

Первые условия имеют место при механической обработке хрупких материалов. В этом случае под воздействием передней поверхности лезвия инструмента непосредственно у режущей кромки, образуется система трещин, распределяющихся в направлении движения резания. На этом этапе стружкообразования происходит непрерывное повышение силы резания, которое сопровождается развитием ведущей равномерно-подвижной трещины. Оно продолжается до тех пор, пока решающее значение в формировании элемента стружки не начнут приобретать напряжения изгиба, которые вызывают быстрое падение силы резания вследствие отделения элемента стружки по поверхности. На этом заканчивается первый основной этап стружкообразования.

На втором этапе происходит зачистка поверхности резания; он характеризуется отделением мелких элементов по той же схеме. На ряде участков поверхности резания этот этап отсутствует вследствие развития основной трещины ниже поверхности резания. Таким образом, процесс стружкообразования хрупких материалов определяется явлениями хрупкого отрыва, обусловленными периодическим процессом развития опережающей трещины; в этом случае работа стружкообразования пропорциональна поверхности разрушения.

Чтобы при процессе резания произошел необходимый процесс - разрушение, предварительно происходят сопутствующие и предшествующие ему физико-химические процессы. При механической обработке предшествующими разрушению процессами являются упругая и пластическая деформация материала и трение по рабочим поверхностям материала. Интенсивность их протекания зависит от схемы напряженного состояния, тепловых, химических и электромагнитных явлений. Совокупное действие этих явлений обязательно должно обеспечить необходимое условие стружкообразования - доведение обрабатываемого материала по линии среза до разрушения. При определенных условиях резания процесс разрушения охватывает все сечение срезаемого слоя, образуя стружку в зоне деформации в виде отдельных кусочков. Разрушение сталей и сплавов, в частности, при повышенных температурах, сопровождающих процесс механической обработки, происходит либо путем развития пластического деформирования до некоторого критического состояния, либо путем образования и роста трещин, т. е. хрупкого разрушения в микрообъемах сплава. В обоих случаях на протекание этих процессов большое влияние оказывает диффузионная подвижность. Поэтому отделение срезаемого слоя и образование стружки может происходить посредством двух типов разрушения: путем среза, осуществляемого касательными напряжениями, и путем отрыва, осуществляемого нормальными напряжениями.

Образование в зоне опережающего деформирования зон концентрации напряжений обеспечивает также периодическое деформирование материала заготовки расположенного ниже линии среза.

Это деформирование на предыдущем рабочем ходе инструмента приводит к уменьшению шероховатости поверхности, некоторому снижению усадки стружки и изменению условий трения. Это объясняется не только воздействием непосредственно самого эффекта упрочнения - повышения твердости материала и понижения его пластичности. Как показывают экспериментальные данные, наклепанный слой имеет значительное число ультрамикроскопических и микроскопических трещин. Снятие напряженного состояния на время, равное времени одного оборота заготовки или инструмента при определенных температурно-скоростных условиях обработки, не приводит к полному устранению развившихся дефектов. Этому препятствует также проникновение в кристаллическую решетку (макро- и микротрещины) обрабатываемого сплава атомов внешней среды, адсорбировавшихся на поверхности обрабатываемого материала в виде тончайшей пленки, а также различные окислительные процессы, существенно понижающие прочность обраба­тываемых материалов.

Современная механика разрушения критикует рассмотрение обрабатываемых материалов как сплошных и однородных: она изучает образование магистральных трещин как совокупность протекающих параллельно-последовательных процессов зарождения, развития и слияния субмикротрещин и микротрещин. Причем из рассмотрения процесса развития трещин с энергетических позиций следует, что при увеличении длины трещины общий уровень потенциальной энергии тела уменьшается. Это явление сопровождается перераспределением полей напряжений в материале и приводит к распространению высокочастотных волн упругого деформирования, энергия которого связана с изменением общего уровня энергоемкости тела.

Построение малоэнергетического операционного технологического процесса зависит от вида рабочего процесса (физико-химического механизма) и схемы резания, которая определяет параметры сечения срезаемого слоя и последовательность его удаления и не зависит в общем случае от рабочего процесса.

Механическое разрушение (диспергирование) при прочих равных условиях зависит от площади вновь образуемых поверхностей. При лезвийной механической обработке, например, токарной, может образовываться сливная, суставчатая и элементная стружка. Известно, что в первом случае процесс резания является наиболее энергетически выгодным; в этом случае разрушение материала происходит только по линии среза, а остальной материал отделяется от заготовки путем его пластического деформирования. В этом случае диспергирования основной массы материала срезаемого слоя нет, и работа затрачивается на пластическое деформирование и трение. Значительно выше степень диспергирования материала и величина работы, затрачиваемой на пластическое деформирование при существенном снижении толщины срезаемого слоя, т. е. при выполнении чистовых операций.

Многие операции обработки резанием (например, абразивной или электроэрозионной обработки) отделяемую часть заготовки (припуск) превращают в малые частицы. Кроме того, имеют место процессы резания (например, при разрезке листового материала ножницами), на которых стружка не образуется; однако происходит процесс разделения отдельных частей заготовки путем разрушения. Вместе с тем необходимый элемент процесса резания - разрушение - всегда дополнятся многими сопутствующими явлениями; например, при механической обработке это - пластическое деформирование и трение.

Большое место в металлообработке занимают операционные технологические процессы, использующие электромагнитную энергию без преобразования ее в механическую для сообщения рабочих движений формообразующим узлам станка. Однако при этих разнообразных методах физико-химической- обработки также необходимым элементом является разрушение, например, разрушение поверхности одного из электродов под действием электрического тока, протекающего через электролит (анодное растворение); под действием импульсного разряда (электрическая эрозия); под действием ионного пучка (катодное распыление).

При ряде методов заготовка включается в замкнутую электрическую цепь. При электронно-лучевой и ионно-лучевой обработке носителями энергии являются заряженные частицы, при светолучевой - электромагнитная волна. При осуществлении этих методов заготовка не входит в электрическую цепь обрабатывающей системы, происходит диспергирование материала по всему сечению срезае­мого слоя на частицы. Так, при шлифовании размеры частиц уда­ляемого материала составляют величину порядка нескольких миллиметров, при ЭКО и ЭЭО - от долей миллиметра до долей, микрометра; при ЭХО образуются частицы атомных размеров, а при ЭЛО - молекулярных порядков.

Таким образом, для снятия материала срезаемого слоя может использоваться непосредственное воздействие энергии электрического тока, электромагнитной волны или потока заряженных частиц; в этом случае для осуществления процесса разрушения по всему сечению снимаемого слоя необходимы значения концентрации энергии, близкие к энергии связи структуры твердого тела. Во всех случаях электрические и химические методы обработки характеризуются большим расходом энергии.

П<