Виды комбинированной обработки резанием классифицируют по таким признакам как схема формообразования (кинематическая схема резания); вид энергии и способ ее подвода; вид физико-химического воздействия. Кинематические схемы резания рассмотрены в лекции 3; вид энергии: механическая, электрическая, химическая, тепловая и ядерная; способ подвода энергии определяется взаимным расположением инструмента и заготовки; вид физико-химического воздействия: пластическое деформирование с последующим разрушением; плавление, испарение, анодное растворение, эрозионное разрушение.
Исходя из этого различают:
1) резание с дополнительным механическим воздействием, например. пластическим деформированием – М;
2) вибрационное резание с наложением колебаний, а также c использованием химических сред – М+К, М+К+X;
3) сверхскоростное резание, характеризуемое механическим воздействием с хрупким разрушением материала – М
4) резание в специальных средах, например, химических – М+X;
5) резание с нагревом – (М+Т);
6) резание с электротоком – М+Э (тепловое);
7) электроконтактную обработку – М+Э Т+Э (тепловое и эрозионное);
8) анодно-механическую обработку – М+Э(Т+X+Э);
9) электрохимическую обработку – Эx;
10) электророзионную обработку – ЭЭ;
11) электронно-лучевую обработку – ЭТ;
12) лазерную обработку – ЭТ;
13) плазменную обработку – П;
14) плазменно-механическую обработку – П+М;
Рассмотрим некоторые разновидности комбинированной обработки.
Резание с опережающим пластическим деформированием (ОПД) предусматривает совмещение двух процессов – ОПД и процесса резания (рис. 25.1, а). При этом часть работы пластического деформирования при резании выполняется дополнительным устройством. Это обеспечивает снижение силы и температуры резания, повышение стойкости режущего инструмента и производительности обработки. Воздействие деформирующего инструмента может быть оказано на поверхность резания или на обрабатываемую поверхность. ОПД может осуществляться с помощью рифленного ролика, что обеспечивает надежное стружкодробление. При этом рифленный ролик может быть самовращающимся (от вращающейся детали) и принудительно вращающимся (привод). ОПД применяется при точении, ротационном точении, фрезеровании, протягивании, абразивной обработке.
При резании с последующим пластическим деформированием (ППД) деформирующий элемент располагается за режущим инструментом в направлении, обратном направлению подачи. Деформирующий элемент играет роль "выглаживателя". В этом случае осуществляется упрочнение и повышение качества обработанной поверхности.
Резание с вибрациями или вибрационное резание заключается в том, что на обычно принятую для данной операции кинематическую схему резания накладывается дополнительное направленное вибрационное движение инструмента относительно заготовки. В этом случае реализуются положительные свойства вибраций в виде надежного дробления стружки и улучшения обрабатываемости, прежде всего, труднообрабатываемых материалов. Физические особенности этого процесса состоят в кратковременном изменении скорости и углов резания, цикличности нагрузки, снижении сил трения, повышении эффективности проникновения смазочно-охлаждающих средств в зону резания. Вибрационное резание подразделяют по виду вибраций режущего инструмента или заготовки и типу вибропривода. По частоте колебаний различают вибрации низко- (до 200 Гц) и высокочастотные (от 200 до 15000 Гц), а также ультразвуковые (свыше 15000 Гц). Вибрации малой частоты могут быть линейными или угловыми (рис. 25. 1, б).
Низко- и высокочастотные колебания в основном применяются для дробления стружки. Ультразвуковые колебания способствуют ликвидации нароста, уменьшению зоны первичной деформации и, как следствие, снижению сил резания и шероховатости обработанной поверхности, а также повышению в 1.3 раза производительности резания.
В качестве виброприводов используют гидравлические, электрические и механические, а также их комбинации.
Сверхскоростное резание осуществляется в диапазоне скоростей более 10000 м/мин, основывается на уменьшении области пластической деформации и способствует хрупкому разрушению металла. При сверхскоростном резании наблюдается снижение температуры резания и обеспечивается повышение производительности обработки. Высоко- и сверхскоростное резание реализуется на современных станках с частотой вращения до 60000 мин-1 и установках с использованием взрывчатых веществ (ракеты, пушки, ружья), электромагнитных полей и ускорения свободного падения (копры).
Резание с нагревом срезаемого слоя применяется, прежде всего, при обработке труднообрабатываемых материалов (рис. 25. 1, в, г). Резание с нагревом может осуществляться как по схеме последовательного совмещения основного воздействия с тепловым, так и по схеме параллельного воздействия обоих факторов. Наиболее распространен первый метод. В этом случае дополнительное воздействие осуществляется нагревом всей заготовки в печах или путем использования тепла предыдущей операции. Используют нагрев поверхностного слоя заготовки токами высокой частоты (ТВЧ), инфракрасным излучением, электрической дугой, струей плазмы или лучом лазера. Нагрев снижает механические показатели и повышает пластичность обрабатываемого материала. При температуре q = 780 – 8600С сила резания снижается на 20 … 25%. Например, при точении титанового сплава ВТЗ-1 с нагревом q = 5000С контактное давление на инструмент из твердого сплава ВК8 в два раза ниже, чем при обработке без нагрева.
При резании с низкотемпературным охлаждением заготовки или инструмента в зону обработки подается антифризная жидкость с добавлением глицерина (-100С) или жидкий азот. При этом повышается теплоотвод, изменяются физико-механические свойства материалов, снижаются показатели деформации срезаемого слоя и качество обработки, возрастает в 1,5 раза стойкость инструмента.
В электрохимических и электророзионных видах обработки используется электрическая энергия через химическое, тепловое и механическое воздействие. Механизм съема металла при электрохимической обработке основан на электролизе – процессе окисления (растворения) и восстановления (осаждения) поверхности электродов, помещенных в токопроводящий раствор – электролит. Один из электродов, например, заготовка присоединяется к положительному полюсу и является анодом, а второй, например, инструмент – к отрицательному и является катодом. В результате взаимодействия катода и анода происходит растворение последнего и удаление растворенной части инструментом. При этом взаимодействие инструмента и заготовки может происходить по кинематической схеме отрезания, точения, прошивания, шлифования, заточки, полирования, доводки, суперфиниширования. Наиболее эффективна электрохимическая обработка в случае обработки труднообрабатываемых материалов и для исключения нагрева заготовки.
Электроэрозионная обработка заключается в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием электрических разрядов в результате электрической эрозии (ГОСТ 25331-82). Возникающий между электродом-инструментом и электродом-заготовкой импульс электрической энергии преобразуется в тепловую, за счет чего происходит нагрев, расплавление и испарение материала. При этом кинематическая схема реализации электроэрозионной обработки, так же как и в случае электрохимической может быть различной. Наибольший эффект достигается в случае обработки труднообрабатываемых материалов, отверстий и полостей сложной формы и малых размеров. Разновидностью электроэрозионной обработки является электроконтактная обработка, которую классифицируют по напряжению и характеру разряда на контактную, контактно-дуговую и дуговую. Кинематические схемы электроконтактной обработки отверстий, пазов, плоских поверхностей и резки заготовок разнообразны, как и в случае электроэрозионной обработки.
Электронно-лучевая обработка основана на воздействии на материал заготовки пучка электронов, кинетическая энергия которого, преобразуясь в рабочей зоне в тепловую, вызывает нагрев, плавление и испарение обрабатываемого материала.
При светолучевой обработке воздействие на материал заготовки оказывает сфокусированное поли- или монохроматическое излучение. В последнем случае процесс называется лазерной обработкой.
При плазменной обработке происходят процессы, при которые в результате воздействия низкотемпературной плазмы (q = 3·103…3·104 0С) возникает изменения химического состава, структуры или физического состояния обрабатываемого материала.
Применением этих видов обработки зачастую сочетается с механическими видами (рис. 25.1, в, г).