Електрофизични методи за обработка на метали

Разширеното използване на трудни за обработка материали за производството на машинни части, усложняването на дизайна на тези части, съчетано с нарастващите изисквания за намаляване на разходите и увеличаване на производителността, доведе до разработването и усвояването на методи за електрофизична обработка.

Електрофизичните методи за обработка на метал се основават на използването на специфични явления, произтичащи от действието на електрически ток за отстраняване на материал или промяна на формата на детайла.

Основното предимство на електрофизичните методи за обработка на метал е възможността да се използват за промяна на формата на детайлите, изработени от материали, които не могат да бъдат обработени чрез рязане, и тези методи се обработват при условия на минимални сили или при тяхното пълно отсъствие.

Важно предимство на електрофизичните методи за обработка на метали е независимостта на производителността на повечето от тях от твърдостта и чупливостта на обработвания материал. Трудоемкостта и продължителността на тези методи за обработка на материали с повишена твърдост (HB> 400) са по -малки от трудоемкостта и продължителността на рязане.

Електрофизичните методи за обработка на метали обхващат почти всички машинни операции и не отстъпват на повечето от тях по отношение на постигнатата грапавост и точността на обработката.

Електрическа разрядна обработка на метали

Обработката с електрически разряд е вид електрофизична обработка и се характеризира с факта, че промените във формата, размера и качеството на повърхността на детайла настъпват под въздействието на електрически разряди.

Електрически разряди възникват, когато импулсен електрически ток преминава в пролука от 0,01 — 0,05 мм широка между електрода на детайла и електрода на инструмента. Под въздействието на електрически разряди материалът на детайла се топи, изпарява и се отстранява от междуелектродната междина в течно или парно състояние. Подобни процеси на разрушаване на електроди (детайли) се наричат електрическа ерозия.

За да се засили електрическата ерозия, пролуката между детайла и електрода се запълва с диелектрична течност (керосин, минерално масло, дестилирана вода). Когато напрежението на електродите е равно на пробивното напрежение, в средата между електрода и детайла се образува проводим канал под формата на запълнена с плазма цилиндрична област с малко напречно сечение с плътност на тока 8000-10000 A / mm2. Високата плътност на тока, поддържана за 10-5 — 10-8 s, осигурява температура на повърхността на детайла до 10 000 — 12 000˚С.

Отстраненият метал от повърхността на детайла се охлажда с диелектрична течност и се втвърдява под формата на сферични гранули с диаметър 0,01 — 0,005 мм. Във всеки следващ момент от време токов импулс пробива междуелектродната междина на мястото, където пролуката между електродите е най -малка. Непрекъснатото подаване на токови импулси и автоматичното приближаване на електрода на инструмента с електрода на детайла осигуряват непрекъсната ерозия, докато се достигне предварително определен размер на детайла или не се отстрани целият метал на детайла в междуелектронната междина.

Режимите на обработка с електрически разряд са разделени на електрическа искра и електрически импулс.

Режими на електроспар характеризиращо се с използването на искрови разряди с кратка продължителност (10-5 … 10-7s) с права полярност на свързване на електродите (детайл „+“, инструмент „-“).

В зависимост от силата на искровите разряди, режимите са разделени на твърди и средни (за предварителна обработка), меки и изключително меки (за окончателна обработка). Използването на меки режими осигурява отклонение на размерите на детайла до 0,002 мм с параметър на грапавост на обработената повърхност Ra = 0,01 μm. Режимите на електроискри се използват при обработката на твърди сплави, труднообработваеми метали и сплави, тантал, молибден, волфрам и др. Те обработват през и дълбоки отвори с всяко напречно сечение, отвори с извити оси; с помощта на жични и лентови електроди, изрежете части от листови заготовки; нарязани зъби и конци; частите са полирани и маркови.

За извършване на обработка в електроискрови режими се използват машини (виж фиг.), Оборудвани с RC генератори, състоящи се от заредена и разредена верига. Зареждащата верига включва кондензатор C, който се зарежда чрез съпротивление R от източник на ток с напрежение 100-200 V, а електроди 1 (инструмент) и 2 (детайл) са свързани към разрядната верига успоредно на кондензатора C.

Веднага след като напрежението върху електродите достигне пробивното напрежение, през междуелектродната междина се получава искрово изхвърляне на енергия, натрупана в кондензатора С. Ефективността на ерозионния процес може да се увеличи чрез намаляване на съпротивлението R. Постоянството на междуелектродната междина се поддържа от специална система за проследяване, която управлява механизма за автоматично движение на подаване на инструмент, изработен от мед, месинг или въглеродни материали.

Машина за електроискрове:

Електроискрено рязане на зъбни колела с вътрешно зацепване:

Режими на електрически импулси характеризиращо се с използването на импулси с голяма продължителност (0,5 … 10 s), съответстващи на дъгов разряд между електродите и по -интензивно разрушаване на катода. В тази връзка, в електрически импулсни режими, катодът е свързан с детайла, което осигурява по-висока ерозионна производителност (8-10 пъти) и по-малко износване на инструмента, отколкото в режимите на електрически искри.

Най-целесъобразната област на приложение на електрически импулсни режими е предварителната обработка на заготовки от детайли със сложна форма (матрици, турбини, лопатки и др.), Изработени от трудноплашими сплави и стомани.

Режимите на електрически импулси се реализират от инсталации (виж фиг.), При които еднополюсни импулси от електрическа машина 3 или електронен генератор… Появата на E.D.S. индукцията в намагничено тяло, движещо се под определен ъгъл спрямо посоката на оста на намагнитване, дава възможност да се получи ток с по -голяма величина.

Радиационна обработка на метали

Видовете радиационна обработка в машиностроенето са обработка с електронен лъч или светлинен лъч.

Електронно -лъчева обработка на метали се основава на топлинния ефект на поток от движещи се електрони върху обработения материал, който се топи и изпарява на мястото на обработка. Такова интензивно нагряване се причинява от факта, че кинетичната енергия на движещите се електрони, когато удари повърхността на обработвания детайл, почти напълно се трансформира в топлинна енергия, която, концентрирана върху малка площ (не повече от 10 микрона), причинява да се загрее до 6000˚С.

По време на размерната обработка, както е известно, има локален ефект върху обработвания материал, който по време на обработката на електронен лъч се осигурява от импулсен режим на електронен поток с продължителност на импулса 10-4 … 10-6 s и a честота на f = 50 … 5000 Hz.

Високата концентрация на енергия по време на обработка на електронен лъч в комбинация с импулсно действие осигурява условия за обработка, при които повърхността на детайла, разположена на разстояние 1 микрона от ръба на електронния лъч, се нагрява до 300˚C. Това позволява използването на електронно-лъчева обработка за рязане на детайли, изработване на мрежести фолио, изрязване на канали и обработка на отвори с диаметър 1-10 микрона в части, изработени от трудни за обработка материали.

Като оборудване за извършване на електронно -лъчева обработка се използват специални вакуумни устройства, т.нар електронни пистолети (виж фиг.). Те генерират, ускоряват и фокусират електронен лъч. Електронният пистолет се състои от вакуумна камера 4 (с вакуум 133 × 10-4), в която е инсталиран волфрамов катод 2, захранван от източник на високо напрежение 1, който осигурява излъчването на свободни електрони, които се ускоряват от електрическо поле, създадено между катода 2 и анодната мембрана 3.

След това електронният лъч преминава през система от магнитни лещи 9, 6, устройство за електрическо подравняване 5 и се фокусира върху повърхността на детайла 7, монтиран върху координатната маса 8. Импулсният режим на работа на електронния пистолет се осигурява от система, състояща се от генератор на импулси 10 и трансформатор 11.

Метод за обработка на светлинния лъч се основава на използването на топлинните ефекти на излъчвания светлинен лъч с висока енергия оптичен квантов генератор (лазер) върху повърхността на детайла.

Обработката на размерите с помощта на лазери се състои в образуване на отвори с диаметър 0,5 … 10 микрона в трудно обработваеми материали, производство на мрежи, изрязване на листа от сложни профилни части и др.