Легко решается в роторных линиях и проблема
универсальности. На них можно изготавливать
одновременно несколько различных типов
изделий. И чтобы перейти с обработки одного
изделия на обработку другого, достаточно
на роторных машинах заменить вспомогательные
устройства, приспособления и инструмент.
Применение роторных автоматических
линий улучшает технико-экономические
показатели производства, значительно
снижает трудовые затраты на изготовление
изделий, сокращает расходы на проектирование
и изготовление самого оборудования.
Уменьшение трудовых затрат, в частности,
достигается благодаря тому, что в роторных
линиях имеется возможность наиболее
полно осуществлять автоматический контроль
рабочих операций и широко использовать
его результаты для активного воздействия
на ход процесса с целью предотвращения
брака и защиты инструмента от преждевременного
выхода из строя.
Практика показала, что производительность
труда при применении роторных линий повышается
в 4—5 раз по сравнению с обычными автоматическими
линиями. Роторные линии компактны и занимают
в несколько раз меньше места, чем обычные
автоматические линии. Любая роторная
машина занимает места немногим больше,
чем обычный пресс, а готовых изделий сходит
с нее столько, сколько дают семь — восемь
прессов.
При широком распространении роторных
автоматических линий не нужно будет проектировать
каждую из них в отдельности, так как вполне
возможно организовать серийное производство
универсальных рабочих и транспортных
роторов основных типов, а также вспомогательных
устройств и приспособлений. Создание
конкретной линии сведется тогда к подбору
соответствующих элементов оснастки и
к самим монтажным работам.
При переводе линии на выпуск изделий
нового технологически подобного типа
основная задача будет состоять в том,
чтобы создать нужный инструмент и подготовить
соответствующие рабочие места на роторах.
На промышленных предприятиях уже работают
десятки различных типов роторных автоматических
линий. Они производят штамповочные, прессовые,
термические, сборочные и контрольные
операции.
Сфера применения роторных автоматических
линий с каждым годом неуклонно расширяется.
Появились роторные линии для изготовления
электродов, химических источников питания,
щелочных аккумуляторов. Создаются роторные
автоматические линии для литейного производства,
в частности для литья под давлением, точного
литья и литья в постоянные формы, роторные
машины для горячештамповочных и кузнечно-прессовых
производств.
На основе роторных линий созданы и цехи-автоматы.
Один из них — цех-автомат по производству
комбайновых цепей. В этом цехе роторные
машины не только изготавливают отдельные
детали цепей, но и собирают их. Недалеко
уже то время, когда появятся целые заводы-автоматы,
в сложной технологической цепочке которых
будут работать роторные машины.
4 Основы лазерной технологии
Лазерная технология – совокупность
приёмов и способов обработки материалов
и изделий с использованием лазеров; технологические
процессы, основанные на применении лазерного
излучения для термической обработки,
сварки, резки деталей, получения отверстий
малого диаметра в сверхтвердых материалах
и др.
В лазерной технологии применяются
твердотельные лазеры и газовые лазеры,
работающие в импульсном, импульсно-периодическом
и непрерывном режимах. Основные операции
связаны с тепловым действием лазерного
излучения. Для управления световым потоком
(повышения интенсивности и локализации
воздействия) применяются оптические
системы. Преимущества лазерной технологии
- высокая локальность, кратковременность
воздействия, малая зона термического
влияния, возможность ведения технологических
процессов в любых прозрачных средах (в
т. ч. в агрессивных) и внутри герметически
закрытых объёмов. Лазеры используются
для сверления отверстий, резки и скрайбирования
(нанесение рисунка на поверхность пластины
полупроводника лазерным лучом), закалки,
гравировки, изготовления и фигурной обработки
тонких плёнок, динамической балансировки
вращающихся деталей, подстройки элементов
схем и др.
Сверление отверстий. Лазерная технология упрощает
операцию получения отверстий в твёрдых,
хрупких, тугоплавких, радиоактивных материалах.
Она эффективна при изготовлении алмазных
фильер для волочения проволоки, стальных
и керамических фильер для производства
искусственного волокна; при сверлении
рубиновых часовых камней, ферритовых
пластин для устройств памяти, керамических
изоляторов, изделий из сверхтвёрдых сплавов.
Для сверления обычно используются импульсные
лазеры на неодимовом стекле, иттрий-алюминиевом
гранате (ИАГ), СО2. Типичные
параметры лазеров: энергия от десятых
долей до десятков Дж, длительность импульса
0,1 – 1 мс, плотность потока энергии до
10 МВт/см2. Недостаток лазерного метода
сверления в одноимпульсном режиме –
невысокая точность и плохая воспроизводимость,
связанные с флуктуациями интенсивности
излучения. Этот недостаток частично устраняют,
переходя к многоимпульсной методике.
В этом случае обработка ведётся серией
импульсов с энергией в импульсе 0,1-0,5
Дж. При этом удаётся получать отверстия
сложного профиля с отношением глубины
к диаметру 1-20 при точности обработки
1 мкм.
Резка и скрайбирование. Наиболее важны резка тонких
плёнок и полупроводниковых пластин при
изготовлении интегральных схем и т. н.
газолазерная резка листовых материалов.
Резку тонких плёнок производят серией
коротких импульсов. Для этой цели используются
газовые лазеры на молекулярном азоте
либо твердотельные лазеры на ИАГ с Nd.
При газолазерной резке на обрабатываемый
объект одновременно направляют лазерное
излучение и струю газа. Чаще всего применяют
СО2-лазер; состав
газовой струи зависит от обрабатываемого
материала. При резке неметаллов, хорошо
поглощающих излучение СО2-лазера, струя
газа (воздух или инертный газ) используется
для охлаждения краёв разреза и удаления
продуктов разрушения. При резке металлов
применяют кислород или воздух, которые
способствуют предварительному окислению
металла, что уменьшает его отражательную
способность; далее происходит воспламенение
металла и выделяющееся тепло усиливает
термическое действие лазерного излучения;
наконец струя удаляет расплав и продукты
окисления, обеспечивая поступление кислорода
к фронту горения. В зависимости от скорости
перемещения луча возможны два режима:
управляемой резки, когда тепла от реакции
недостаточно для самоподдерживающегося
фронта горения на всю поверхность, обдуваемую
струёй О2, и неуправляемой
(автогенной) резки, когда металл горит
по всей поверхности за счёт тепла реакции
окисления. Газолазерная резка затруднена,
если металл имеет тугоплавкий окисел
либо низкий тепловой эффект реакции окисления.
Сварка. Основное преимущество
лазерной сварки - бесконтактность (например,
через прозрачные окна внутри герметически
закрытых сосудов); существен также малый
размер зоны термического влияния, что
позволяет работать в условиях интенсивного
теплоотвода. Лазерным методом удаётся
соединять металлы и сплавы, не свариваемые
обычным способом. Для сварки целесообразно
использовать импульсные лазеры. Можно
выполнять точечную и шовную сварку. Типичные
интенсивности 0,1-1 МВт/см2 (в зависимости
от материала). Толщина свариваемых деталей
0,01-1 мм. Отношение глубины проплавления
к ширине шва 0,5-5.
Фигурная обработка
поверхности. Проблема образования микрорельефа
на поверхности материалов важна для микроэлектроники,
полиграфической промышленности, при
обработке твёрдых сплавов, ювелирных
камней и т. п. Для создания рельефа используются:
испарение, термообработка, в результате
которой происходят структурные превращения
в материале; окислительно-восстановительные
реакции и реакции разложения, вызванные
нагреванием; термостимулированные диффузионные
процессы.
Лазер – одно из самых значимых
изобретений 20-го века. Лазеры нашли применение
в самых различных областях — от коррекции
зрения до управления транспортными средствами,
от космических полётов до термоядерного
синтеза.
Лазерные технологические процессы
можно условно разделить на два вида. Первый
из них использует возможность чрезвычайно
тонкой фокусировки лазерного луча и точного
дозирования энергии как в импульсном,
так и в непрерывном режиме.
В таких технологических процессах
применяют лазеры сравнительно невысокой
средней мощности: это газовые лазеры
импульсно-периодического действия, лазеры
на кристаллах иттрий-алюминиевого граната
(Y3Al5O12) с примесью
неодима.
Иттрий алюминиевые гранаты
(ИАГ) являются структурными аналогами
природных, но превосходят их по твердости
(8-8,5) , прозрачности и размеру бездефектной
зоны. Обладают большой дисперсией, создающей
бриллиантовую игру цвета. Введение редкоземельных
элементов обеспечивает широкий спектр
цветов, в том числе эксклюзивных оттенков.
Получены разновидности гранатов, сходные
по окраске и игре цвета с демантоидом
и танзанитом.
С помощью последних были разработаны
технология сверления тонких отверстий
(диаметром 1 - 10 мкм и глубиной до 10 -100 мкм)
в рубиновых и алмазных камнях для часовой
промышленности и технологиях изготовления
фильеров для протяжки тонкой проволоки.
Основная область применения маломощных
импульсных лазеров связана с резкой и
сваркой миниатюрных деталей в микроэлектронике
и электровакуумной промышленности, с
маркировкой миниатюрных деталей, автоматическим
выжиганием цифр, букв, изображений для
нужд полиграфической промышленности.
В последние годы в одной из
важнейших областей микроэлектроники
- фотолитографии, без применения которой
практически невозможно изготовление
сверхминиатюрных печатных плат, интегральных
схем и других элементов микроэлектронной
техники, обычные источники света заменяются
на лазерные.
Второй вид лазерной технологии
основан на применении лазеров с большой
средней мощностью: от 1кВт и выше. Мощные
лазеры используют в таких энергоемких
технологических процессах, как резка
и сварка толстых стальных листов, поверхностная
закалка, наплавление и легирование крупногабаритных
деталей, очистка зданий от поверхностных
загрязнений, резка металла, мрамора, гранита,
раскрой тканей, кожи и других материалов.
При лазерной сварке металлов достигается
высокое качество шва и не требуется применение
вакуумных камер, как при электроннолучевой
сварке, а это очень важно в конвейерном
производстве.
При лазерной резке отсутствует
механическое воздействие на обрабатываемый
материал, сфокусированное лазерное излучение
регулируемой мощности - идеальный инструмент,
обеспечивающий качественную гладкую
поверхность кромки реза любого материала
независимо от его теплофизических свойств.
Точность позиционирования
лазерной головки составляет 0,05 мм, за
счет чего достигается высокая точность
взаимного расположения элементов заготовки.
При лазерной резке получается качественный
срез, не требующий дополнительной обработки,
кроме того, можно изготовлять изделия
любой сложности, в любом количестве и
практически из любого материала.
Мощная лазерная технология
нашла применение в машиностроении, автомобильной
промышленности, промышленности строительных
материалов. Она позволяет не только повысить
качество обработки материалов, но и улучшить
технико-экономические показатели производственных
процессов.
5 Основы биотехнологии
Биотехнология – производственное использование
биологических агентов (микроорганизмы,
растительные клетки, животные клетки,
части клеток: клеточные мембраны, рибосомы,
митохондрии, хлоропласты) для получения
ценных продуктов и осуществления целевых
превращений. В биотехнологических процессах
также используются такие биологические
макромолекулы как рибонуклеиновые кислоты
(ДНК, РНК), белки - чаще всего ферменты.
ДНК или РНК необходима для переноса чужеродных
генов в клетки.
Люди выступали в роли биотехнологов
тысячи лет: пекли хлеб, варили пиво, делали
сыр, другие молочнокислые продукты, используя
различные микроорганизмы и даже не подозревая
об их существовании. Собственно сам термин
"биотехнология" появился в нашем
языке не так давно, вместо него употреблялись
слова "промышленная микробиология",
"техническая биохимия" и др. Вероятно,
древнейшим биотехнологическим процессом
было брожение. В пользу этого свидетельствует
описание процесса приготовления пива,
обнаруженное в 1981 г. при раскопках Вавилона
на дощечке, которая датируется примерно
6-м тысячелетием до н. э. В 3-м тысячелетии
до н. э. шумеры изготовляли до двух десятков
видов пива. Не менее древними биотехнологическими
процессами являются виноделие, хлебопечение
и получение молочнокислых продуктов.
В традиционном, классическом, понимании
биотехнология — это наука о методах и
технологиях производства различных веществ
и продуктов с использованием природных
биологических объектов и процессов.
Термин "новая" биотехнология
в противоположность "старой" биотехнологии
применяют для разделения биопроцессов,
использующих методы генной инженерии,
новую биопроцессорную технику, и более
традиционные формы. Так, обычное производство
спирта в процессе брожения - "старая"
биотехнология, но использование в этом
процессе дрожжей, улучшенных методами
генной инженерии с целью увеличения выхода
спирта - "новая" биотехнология.
Что касается более современных
биотехнологических процессов, то они
основаны на методах рекомбинантных ДНК,
а также на использовании иммобилизованных
ферментов, клеток или клеточных органелл.
Современная биотехнология — это наука
о генно-инженерных и клеточных методах
и технологиях создания и использования
генетически трансформированных биологических
объектов для интенсификации производства
или получения новых видов продуктов различного
назначения.