Комбинированные процессы обработки при сочетании механического воздействия с другими видами воздействий
Химико-механические покрытия являются одной из составных частей комбинированных методов обработки (КМО). В работах [64;138;139;60-170 и др.] раскрываются принципы построения комбинированных методов обработки, их классификация и разновидности.
Обобщение подходов исследователей к комбинированным методам обработки состоит в том, что их создание основывается на одновременном использовании различных видов энергии[98;99;100 и др.] и вызываемых ими соответствующих физикохимических способов подвода их в зону обработки, комбинировании обрабатывающих инструментов.В комбинированных процессах преобразование, удаление или нанесение обрабатывающего материала происходит в результате одновременного наличия
20 двух и более энергетических воздействий, протекаемых по своему физикохимическому механизму [12; 13;57].
В общем случае процесс преобразования энергии происходит по следующей цепочке: рабочая энергия →энергия воздействия → физико-химический механизм обработки (рис.1.1).
Под рабочей понимают энергию, создаваемую технологическим оборудованием (станком) и подводимую к объекту обработки (заготовке). Рабочая энергия создаётся из первичной энергии с помощью устройств преобразования энергии оборудования.
Рис. 1.1 . Схема преобразования энергии в процессах обработки
Превращение рабочей энергии в энергию воздействия происходит при действии её на объект обработки. При этом число основных видов энергии сокращается до четырёх: механическая, тепловая, химическая, ядерная.
Например, лучевая энергия при контакте с заготовкой полностью переходит в тепловую; механическая энергия в процессе резания и пластического деформирования металла остаётся в том же виде и только частично переходит в тепловую; другие виды энергии, в зависимости от свойств объекта обработки и окружающей среды, превращаются в химическую, тепловую, механическую и т.д.
[11;139].Физико-химический механизм (ФХМ) обработки, вызывающий те или иные изменения на поверхности или в объеме объекта обработки, инициируется энергией воздействия и может отражать следующие процессы:
-электрохимическое растворение материала - процесс удаления металла под действием электрического тока в среде электролита без непосредственного контакта между инструментом и заготовкой. Под действием тока в электролите материал анода (заготовки) растворяется в видепродуктов обработки и выносится из промежутка потоком электролита. В результате реакции образуются твердые и газообразные продукты, которые удаляются в атмосферу. Инструмент (катод) в процессе обработки не изнашивается;
-химическое растворение материала - процесс снятия слоя материала за счёт химических реакций в зоне обработки в растворах щелочей или кислот;
-химическое соединение материала - процесс образования на поверхности материала новых соединений за счёт химических реакций материала заготовки и окружающей среды;
-ядерное преобразование вещества - процесс изменения физикомеханических свойств и структуры материала за счет нейтронного, электронного облучения, а также облучения β-частицами.
В комбинированных процессах большое влияние оказывает диффузия в материале. Это процесс проникновения частиц соприкасающегося вещества (газа, жидкости или твёрдого материала) в поверхностные слои металла вследствие теплового движения частиц вещества. В этом случае происходит диффузия атомов металла. Диффузия может проявляться в обмене местами атомов с
вакансиями (незанятыми узлами кристаллической решётки), в перемещении атомов по междоузлиям, прямом обмене местами двух соседних атомов и др.
Комбинированный метод обработки может характеризоваться несколькими физико-химическими механизмами, однако, как правило, один из них является определяющим. Так, например, при химико-термической обработке в порошковых смесях протекают процессы спекания, происходят структурные изменения, однако главным механизмом является химическая диффузия элементов среды в поверхностном слое металла.
Использование комбинированных методов обработки приводит к повышению, как производительности обработки, так и качества детали. Кроме того, в ряде случаев освоение комбинированных способов обработки позволяет достигнуть новых технических эффектов, например, значительно увеличить ресурс изделий, прочность, износостойкость и другие эксплуатационные свойства материала.
Принцип построения комбинированных методов обработки определяется закономерностями воздействия физических и химических явлений, кинематическими преобразованиями схем обработки, количественными параметрами [16;139].
Можно выделить перспективное направление развития комбинированных методов обработки: химико-механическая обработка - вибрационная химикомеханическая обработка - вибрационные химико-механические покрытия.