От резца до лазера

Перспективные направленияразвития современных технологий

 

Есть необходимость получения вырубкой из листа заготовок сложной формы (например, в виде кисти человеческой руки). Поставляемые листы могут иметь различные ширину и длину. Возникает задача: разместить «кисти» так, чтобы отходы были минимальными. При этом может быть несколько решений:

— принять стандартную ширину листов при их поставке, что неизбежно приведет к росту массы отходов;

— заказать листы необходимой разной ширины, что затрудняет снабжение и увеличивает стоимость поставки;

— пойти на использование специальных раскройных линий, позволяющих получать оптимальные для вырубки заготовки, но понадобятся дополнительные затраты.

Какое решение выберете вы?

 

Много тысяч лет назад наши предки владели примитивными технологиями обработки материалов. Доступные им материалы не имели требуемой прочности при малом весе (древесина) или достаточной твердости — без хрупкости (камень), не обладали достаточной обрабатываемостью при минимальных трудозатратах. Однако потребности людей в выживании или в улучшении условий жизни заставляли искать новые и новые материалы и технологии их обработки.

За всю историю цивилизации человечество «придумало» всего шесть видов технологических процессов обработки материалов. Вот они:

1. Удаление части от целого — точение, фрезерование, сверление, строгание, шлифование, пиление, разрезание, травление.

2. Заполнение формы — литье (когда окончательная форма определяется стенками сосуда, в который заливают расплав или раствор металла, стекла, пластмассы, конфетной массы, бетона и др.).

3. Перемещение объемов заготовки — прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка, плетение, лепка (когда желаемая конфигурация иделия получается заполнением формообразующей полости штампа под давлением инструментов или человеческих рук).

4. Присоединение частей — сваривание, склеивание, клепка, пайка, сборка.

5. Изменение состояния — термическая обработка (закалка, отжиг, отпуск), полимеризация, обжиг, варка, жарение;

6. Присоединение на микроуровне — химико-термическая обработка покрытия, компактированиеметаллопорошков, окрашивание, выращивание кристаллов.

Это ограниченное число видов обработки материалов претерпело неограниченное количество трансформаций. Например, обработка резанием прошла путь от ножа до лазера. Сегодня во многих цехах машиностроительных заводов рядом с обычными токарными, сверлильными или фрезерными станками уже появились установки, на которых вместо привычных инструментов металл обрабатывают струи газа и плазмы, электрические разряды и лазерный луч. Роль режущего инструмента здесь успешно играют атомы, электроны, ионы и молекулы.

Чтобы лучше понять, в каком направлении развиваются технологии, какие проблемы стоят перед разработчиками, рассмотрим это на примере машиностроительных технологий.

В современных промышленных изделиях широко используются детали, которые довольно сложно или невозможно получить традиционными процессами обработки материалов резанием. Во-первых, это детали, изготовленные из конструкционных материалов с высокими твердостью и прочностью; во-вторых, детали со сложными отверстиями и наружными поверхностями.

Все это заставляет искать новые методы металлообработки, основанные на других физических и химических явлениях, требующих значительных научных изысканий и даже открытий — в таких случаях говорят о наукоемких технологиях.