Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Исторический обзор развития обработки металлов резанием

03.11.2018

До середины XVIII в. основным материалом, используемым в инженерных сооружениях, было дерево. Токарный станок и несколько других, существовавших в то время типов станков, были изготовлены в основном из дерева и чаще всего применялись для обработки деревянных деталей. Растачивание ствола пушки, изготовление металлических винтов и деталей небольших инструментов было исключением. Появление паровой машины, потребовавшей обеспечения беспрецедентной точности размеров на больших металлических цилиндрах и других деталях, привело к развитию процессов обработки металлов резанием.

Материалы, из которых изготавливались первые паровые машины, были не очень трудны для обработки. Серый чугун, пудлинговое железо, латунь и бронза легко поддавались обработке инструментами из закаленной углеродистой стали. Способы термической обработки инструментальных сталей были разработаны сотнями мастеров, появились достаточно надежные режущие инструменты, однако избежать быстрого выхода их из строя удавалось лишь за счет очень низкой скорости резания. Для растачивания и подрезки торца одного из больших цилиндров машины Уатта требовалось 27,5 рабочих дня.

В начале появления паровых машин не существовало станкостроительной промышленности — в целом эта отрасль промышленности была создана за последние двести лет. С 1760 по 1860 г. происходило основание предприятий, занятых выпуском металлорежущих станков. Моделей, Уитворд и Эли Уитни, в числе многих других выдающихся инженеров посвятили свою жизнь совершенствованию- основных типов металлорежущих станков, предназначенных для обработки цилиндрических и плоских поверхностей, резьб, канавок, пазов и отверстий разнообразной формы в металлических заготовках, обусловленных требованиями развивающихся отраслей промышленности. Были созданы достаточно жесткие токарные, поперечно-строгательные, фрезерные и сверлильные станки и механические пилы, на которых квалифицированные мастера могли обрабатывать большое количество точных деталей и конструкций, имеющих размеры и формы, никогда ранее не применявшиеся. К 1860 г. основные проблемы получения деталей требуемой формы из существующих материалов были в основном решены. Имелось небольшое количество материалов, подлежащих обработке, — чугун, пудлинговое железо и несколько сплавов на медной основе. Высокоуглеродистая инструментальная сталь, закаленная и отпущенная кузнецом, все еще должна была отвечать всем требованиям, предъявляемым к инструментам. Качество и состав инструментальных сталей были в значительной степени улучшены за столетнюю практику выплавки стали в тиглях, однако недостатки даже лучших инструментов из углеродистых сталей приводили к очевидному сдерживанию роста производительности механической обработки.

Начиная с 1860 г. и до настоящего времени акцент смещается от совершенствования базовых металлорежущих станков и технологии производства деталей требуемой формы и точности к проблемам, связанным с обработкой новых металлов и сплавов и к уменьшению стоимости обработки. С развитием бессемеровского и мартеновского способов производства стали последняя быстро заменила пудлинговое железо и стала основным конструкционным материалом. Тоннаж стали вскоре значительно превысил выпуск пудлингового железа; причем большую часть производимой стали необходимо было подвергать механической обработке). Сталь оказалась более труднообрабатываемой, чем пудлинговое железо, и поэтому для обеспечения приемлемой стойкости режущего инструмента приходилось снижать скорости резания. При обработке стальных сплавов скорости резания были еще ниже, и к концу XIX в. стоимость обработки становится очень высокой с точки зрения затрат рабочей силы и капиталовложений. Стремление снизить стоимость обработки за счет увеличения скорости резания и автоматизации процессов резания становится более заметным и до настоящего времени продолжает быть источником основных усовершенствований в области обработки металлов резанием.

Технологические процессы резания металлов совершенствовались за счет вклада в механическую обработку достижений большинства отраслей промышленности. Замена углеродистой стали быстрорежущей инструментальной сталью и металлокерамическими твердыми сплавами позволила многократно повысить скорости резания. Были созданы металлорежущие станки, способные полностью использовать новые инструментальные материалы, в то время как станки-автоматы, станки с числовым программным управлением и автоматические линии значительно увеличили выработку на одного рабочего. Конструкторы режущего инструмента и технологи оптимизировали формы режущих инструментов, обеспечивающих длительную стойкость при высоких скоростях резания. Специалисты химики создали много новых смазочно-охлаждающих жидкостей для снижения шероховатости поверхности и повышения скорости съема металла.

Металлурги и металловеды, создатели металлических материалов, подвергаемых механической обработке, играют двоякую роль. Были созданы новые сплавы, отвечающие все более жестким условиям эксплуатации, определяемым требованиями нашей промышленной цивилизации. Некоторые из металлов — алюминий и магний легко обрабатываются, другие — высоколегированная сталь и никелевые сплавы по мере улучшения их качества обрабатываются значительно труднее. С другой стороны, металлурги должны удовлетворять требованиям инженеров-технологов о необходимости создания металлов, которые могут быть обработаны с более высокими скоростями. Были созданы новые способы термообработки и применены сплавы типа автоматной стали и свинцовистых бронз, способствовавших снижению производственных затрат.

В настоящее время обработка металлов резанием занимает большой удельный вес в промышленности. Автомобильная промышленность, электротехническая, железнодорожная, судостроительная, авиационная, производство бытового оборудования и собственно станкостроение имеют большие заводы с тысячами рабочих, занятых механической обработкой. В 1971 г. в Соединенном Королевстве было свыше одного миллиона станков, 85% которых составляли металлорежущие станки. Таким образом, более миллиона человек занято непосредственно механической обработкой и на вспомогательных операциях. Стоимость механической обработки в США в 1971 г. составила примерно 40 миллиардов долларов. Оценка, проведенная в 1957 г. в США, показала, что более 15 млн. т металла было переведено в стружку; причем в тот же год было произведено 100 млн. т стали. Это свидетельствует о том, что примерно 10% всего производимого металла было переведено в стружку.

Таким образом, обработка металлов резанием является весьма важным промышленным процессом, в котором заняты десятки миллионов людей во всем мире. Расточительность превращения большого количества металла в низкокачественный металлический лом привлекла внимание к снижению этих потерь. Много усилий было затрачено на разработку методов формообразования деталей, при которых потери металла сведены к минимуму — холодная штамповка, прецизионное литье, порошковая металлургия, и определенный успех был достигнут. Однако масса деталей, полученных холодной штамповкой из стали, в 1971 г. в Соединенном Королевстве составила менее 50 тыс. т (за исключением болтов с холодно-высаженной головкой), а годовое производство деталей методом порошковой металлургии не превысило 15 тыс. т. До сих пор имеется мало признаков того, что количество людей, занятых механической обработкой, и расходуемые на эти цели средства существенно сокращаются. Несмотря на очевидную расточительность, механическая обработка все еще продолжает быть самым дешевым способом получения деталей разнообразной формы, и, вероятно, такое положение сохранится в течение многих лет. Дальнейшее развитие технологии механической обработки для достижения более высокой производительности и точности при обеспечении менее тяжелых условий работы является очень важным для промышленности в целом.

Прогресс в технологии механической обработки достигается вследствие изобретательности и опыта, логического мышления и настойчивого труда многих тысяч практических работников, связанных с многочисленными областями резания металлов. Работающий за станком рабочий, конструктор режущего инструмента, инженер по смазкам, металлург — все они постоянно пытаются найти решение новых проблем, вызванных появлением неизвестных ранее материалов, ограничением скорости обработки или необходимостью обеспечения достижимой точности и многими другими причинами. Однако какими бы компетентными они ни были, немного найдется мастеров, технологов или ученых, занятых в этой области, кто бы не понимал, что они смогут лучше решать возникающие перед ними проблемы, обладая более глубокими знаниями о процессах, возникающих в зоне резания и на поверхностях инструмента.

Именно то, что происходит в очень небольшом объеме металла вокруг режущей кромки, определяет качественные показатели работы режущего инструмента, обрабатываемость металлов и сплавов и качество обработанной поверхности. Во время резания поверхность контакта инструмента с обрабатываемым материалом в основном недоступна для наблюдения, однако многими исследователями были получены косвенные данные о характере напряжений, температуры, пластических деформациях на поверхности контакта инструмента с обрабатываемым материалом. В этой книге сделана попытка обобщить накопленные знания о процессах в контактной зоне на основании ранее опубликованных работ, собственных исследований автора и исследований многих его коллег.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: