Электроэрозионные методы обработки
Эти методы основаны на явлении эрозии электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного электрического тока.
Разряд между электродами происходит в газовой среде или при заполнении межэлектродного пространства диэлектрической жидкостью – керосин, минеральное масло.
При наличии разности потенциалов на электродах происходит ионизация межэлектродного пространства. При определенном значении разности потенциалов – образуется канал проводимости, по которому устремляется электроэнергия в виде импульсного искрового или дугового разряда.
На поверхности заготовки температура возрастает до 10000…12000 0C. Происходит мгновенное оплавление и испарение элементарного объема металла и на обрабатываемой поверхности образуется лунка.
Удаленный металл застывает в диэлектрической жидкости в виде гранул диаметром 0,01…0,005 мм.
При непрерывном подведении к электродам импульсного тока процесс эрозии продолжается до тех пор, пока не будет удален весь металл, находящийся между электродами на расстоянии, при котором возможен электрический пробой (0,01…0,05 мм) при заданном напряжении.
Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Электроды сближаются автоматически с помощью следящих систем.
Электроискровая обработка
Схема электроискровой обработки представлена на рис. 21.1.
Рис.21.1. Схема электроискрового станка:
1 – электрод-инструмент; 2 – ванна; 3 – заготовка-электрод; 4 – диэлектрическая жидкость; 5 – изолятор
При электроискровой обработке – используют импульсные искровые разряды между
электродами ( обрабатываемая заготовка (анод) – инструмент (катод)).
Конденсатор  заряжается через резистор  от источника постоянного тока напряжением 100…200 В. Когда напряжение на электродах 1 и 3 достигает пробойного образуется канал, через который осуществляется искровой разряд энергии, накопленной конденсатором.
Продолжительность импульса 20…200 мкс.
Точность обработки до 0,002 мм,  0,63…0,16 мкм.
Для обеспечения непрерывности процесса ( зазор =const) станки снабжаются следящей системой и системой автоматической подачи инструмента.
Получают сквозные отверстия любой формы поперечного сечения, глухие отверстия и полости, отверстия с криволинейными осями, вырезают заготовки из листа, выполняют плоское, круглое и внутреннее шлифование.
Изготовляют штампы и пресс-формы, фильеры, режущий инструмент.
Схемы электроискровой обработки представлены на рис. 21.2.
Рис. 21.2. Схемы электроискровой обработки:
а – прошивание отверстия с криволинейной осью; б – шлифование внутренней поверхности фильеры
Электроискровую обработку применяют для упрочнения поверхностного слоя металла. На поверхность изделия наносят тонкий слой металла или композиционного материала. Подобные покрытия повышают твердость, износостойкость, жаростойкость, эрозионную стойкость и так далее.
Электроимпульсная обработка
При электроимпульсной обработке используют электрические импульсы большой длительности (5…10 мс), в результате чего происходит дуговой разряд.
Большие мощности импульсов от электронных генераторов обеспечивают высокую производительность обработки.
Электроимпульсную обработку целесообразно применять при предварительной обработке штампов, турбинных лопаток, фасонных отверстий в детали из коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов.
Схема обработки показана на рис.21.3.
Рис. 21.3. Схема электроимпульсной обработки:
1 – электродвигатель; 2 – импульсный генератор постоянного тока; 3 – инструмент-электрод; 4 – заготовка-электрод; 5 – ванна.
Электроконтактная обработка.
Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве заготовки в месте контакта с электродом-инструментом и удалении размягченного или расплавленного металла из зоны обработки механическим способом: относительным движением заготовки или инструмента.
Источником теплоты служат импульсные дуговые разряды.
Этот вид обработки рекомендуется для крупных деталей из углеродистых и легированных сталей, чугуна, цветных сплавов, тугоплавких и специальных сплавов (рис.21.4).
Рис. 21.4. Схема электроконтактной обработки плоской поверхности:
1 – обрабатываемая заготовка; 2 – инструмент-электрод; 3 – трансформатор
Этот метод применяют для зачистки отливок от заливов, отрезки литниковых систем, зачистки проката, шлифования коррозионных деталей из труднообрабатываемых сплавов.
Электрохимическая обработка
Электрохимическая обработка основана на законах анодного растворения металлов при электролизе.
При прохождении электрического тока через электролит на поверхности заготовки происходят химические реакции, и поверхностный слой металла превращается в химическое соединение.
Продукты электролиза переходят в раствор или удаляются механическим способом.
Производительность этого способа зависит от электрохимических свойств электролита, обрабатываемого материала и плотности тока.
Электрохимическое полирование.
Электрохимическое полирование осуществляется в ванне, заполненной электролитом (растворы кислот и щелочей).
Обрабатываемую заготовку подключают к катоду (рис. 21.5). Катодом служит металлическая пластинка из свинца, меди, стали (иногда электролит подогревают).
Рис. 21.5. Схема электрохимического полирования:
1 – ванна; 2 – обрабатываемая заготовка; 3 – пластина-электрод; 4 – электролит; 5 – микровыступ;
6 – продукты анодного растворения
При подаче напряжения начинается процесс растворения металла заготовки (в основном на выступах микронеровностей). В результате избирательного растворения, микронеровности сглаживаются, и обрабатываемая поверхность приобретает металлический блеск.
Улучшаются электрофизические характеристики деталей: уменьшается глубина микротрещин, поверхностный слой не деформируется, исключаются упрочнения и термические изменения структуры, повышается коррозионная стойкость.
Этим методом получают поверхности под гальванические покрытия, доводят рабочие поверхности режущего инструмента, изготовляют тонкие ленты и фольгу, очищают и декоративно отделывают детали.
Электрохимическая размерная обработка
Электрохимическая размерная обработка выполняется в струе электролита, прокачиваемого под давлением через межэлектродный промежуток.
Электролит растворяет образующиеся на поверхности заготовки – анода соли и удаляет их из зоны обработки. Высокая производительность процесса заключается в том, что одновременно обрабатывается вся поверхность заготовки.
Участки, не требующие обработки, изолируют. Инструменту придают форму, обратную форме обрабатываемой поверхности. Формообразование происходит по методу копирования ( рис. 21.6).
Рис. 21.6. Схема электрохимической размерной обработки:
1 – инструмент – катод; 2 – заготовка – анод
Точность обработки повышается при уменьшении рабочего зазора. Для его контроля используют высокочувствительные элементы, которые встраивают в следящую систему.
Этот способ рекомендуют для обработки заготовок из высокопрочных сталей, карбидных и труднообрабатываемых материалов. Также можно обрабатывать тонкостенные детали с высокой точностью и качеством обработанной поверхности (отсутствует давление инструмента на заготовку).
Комбинированные методы обработки
Электроабразивная и электроалмазная обработка.
При таких видах обработки инструментом служит шлифовальный круг из абразивного материала на электропроводящей связке (бакелитовая связка с графитовым наполнителем).
Между анодом – заготовкой и катодом – шлифовальным кругом имеется зазор, куда подается электролит. Продукты анодного растворения удаляются абразивными зернами; шлифовальный круг имеет вращательное движение, а заготовка – движение подачи, которые соответствуют процессу механического шлифования ( рис. 21.7).
Рис. 21.7. схема электроабразивного шлифования:
1 – заготовка; 2 – абразивные зерна; 3 – связка шлифовального круга.
Введение в зону резания ультразвуковых колебаний повышает производительность в 2…2,5 раза при улучшении качества поверхности. Эти методы применяются для отделочной обработки заготовок из труднообрабатываемых материалов, а также нежестких заготовок, так как силы резания незначительны.
Анодно-механическая обработка
Анодно-механическая обработка основана на сочетании электротермических и электромеханических процессов и занимает промежуточное место между электроэрозионным и электрохимическим методами.
Заготовку подключают к аноду, а инструмент – к катоду. В качестве инструмента используют металлические диски, цилиндры, ленты, проволоку.
Обработку ведут в среде электролита ( водный раствор жидкого натриевого стекла).
Рабочие движения, как при механической обработке резанием.
Электролит в зону обработки подают через сопло ( рис. 21.8).
Рис. 21.8. Схема анодно-механической обработки плоской поверхности.
При пропускании через раствор электролита постоянного электрического тока происходит процесс анодного растворения, как при электрохимической обработке.
При соприкосновении инструмента с микронеровностями заготовки происходит электроэрозия, присущая электроискровой обработке. Металл заготовки в месте контакта с инструментом разогревается и разжижается. Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются при относительных движениях инструмента и заготовки.
Этим способом обрабатывают заготовки из высокопрочных и труднообрабатываемых сплавов, вязких материалов.
Этим способом разрезают заготовки на части, прорезают пазы и щели, обрабатывают поверхности тел вращения, шлифуют плоские поверхности и поверхности, имеющие форму тел вращения, полируют поверхности, затачивают режущий инструмент.
Лучевые методы обработки
Электроннолучевая обработка – основана на превращении кинетической энергии направленного пучка электронов в тепловую энергию. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволяет обрабатывать заготовку за счет нагрева, расплавления и испарения материала с локального участка.
Схема электроннолучевой обработки представлена на рис. 21.9.
Электронный луч образуется за счет эмиссии электронов с нагретого в вакууме катода. Он с помощью электростатических и электромагнитных линз фокусируется на заготовке.
При размерной обработке установка работает в импульсном режиме, что обеспечивает локальный нагрев заготовки.
Электроннолучевой метод эффективен при обработке отверстий диаметром 1…0,010 мм, при прорезании пазов, резке заготовок, изготовлении тонких пленок и сеток из фольги, изготовлении заготовок из труднообрабатываемых металлов и сплавов, керамики, кварца, полупроводникового материала.
Рис. 21.9. Схема установки для электроннолучевой сварки: 1 – катод электронной пушки; 2 – электрод; 3 – анод; 4 и 5 – отклоняющая магнитная система; 6 – заготовка
Лазерная обработка – основана на тепловом воздействии светового луча высокой энергии на поверхность заготовки. Источником светового излучения служит лазер – оптический квантовый генератор.
Энергия светового луча не велика 20…100 Дж, но она выделяется в миллионные доли секунды и сосредотачивается в луче диаметром 0,01 мм. Поэтому температура в зоне контакта 6000…8000 0С.
Слой металла мгновенно расплавляется и испаряется. С помощью этого метода осуществляется прошивание отверстий, разрезание заготовки, прорезание пазов в заготовках из любых материалов (фольга из тантала, вольфрама, молибдена). Также с помощью этого метода можно осуществить контурную обработку по сложному периметру.
Плазменная обработка
Сущность обработки заключается в том, что плазму направляют на обрабатываемую поверхность.
Плазменная струя представляет собой направленный поток частично или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000…20000 0С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов используют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.
С помощью этого метода прошиваются отверстия, вырезаются заготовки из листового материала, производится точение в заготовках из любых материалов.
При прошивании отверстий и разрезке головку устанавливают перпендикулярно к поверхности заготовки, при строгании и точении – углом 40…60 0.
Плазменное напыление.
Этот вид обработки осуществляется с целью получения заданных размеров.
В камеру плазматрона подается порошкообразный конструкционный материал и инертный газ под давлением.
Под действием дугового разряда конструкционный материал плавится и переходит в состояние плазмы; струя плазмы сжимается в плазматроне газом. Выходя из сопла, струя направляется на обрабатываемую заготовку.
3.3. Контрольные вопросы для самостоятельной оценки качества освоения дисциплины
|
1. Какие металлические и неметаллические материалы используются в технике?
2. Как классифицируются стали по химическому составу, качеству и назначению?
3. Определите примерный химический состав, качество и название сплавов приведенных марок (сталь или чугун): Ст 0, 20, 15Л, У8ГА, 12Х18Н9Т, 9ХС, ХВСГ, Р9М4К8, Т5К10, ВК8, ТТ20К9, ШХ4, СЧ15, ВЧ60, КЧ 45-7.
4. Какие характеристики механических свойств определяются при испытаниях на растяжение, при динамических нагрузках, при циклических нагрузках?
5. Назовите основные методы определения твердости.
6. Какие механические свойства материалов определяются при повышенных температурах?
7. Что такое конструкционная прочность и какие свойства материалов на неё влияют?
8. Что такое надежность и долговечность?
9. Что такое полиморфизм?
10. Что такое параметр кристаллической решетки, плотность упаковки, координационное число?
11. Что такое анизотропия свойств кристалла?
12. Назовите дефекты кристаллической решетки и объясните как они влияют на свойства материалов.
13. В чем разница между теоретической и реальной прочностью металлов и почему?
14. В чем заключается физическая сущность процессов плавления и кристаллизации?
15. Объясните сущность и цели модифицирования.
16. Изобразите схему и охарактеризуйте строение слитка.
17. Изложите механизм пластической деформации и объясните влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов. Что такое текстура деформации? Что такое сверхпластичность?
18. Объясните сущность явления наклепа и какое он имеет практическое использование?
19. Изложите механизм зарождения и распространения трещины.
20. Как происходит вязкое и хрупкое разрушение материалов?
21. Что такое хладноломкость и порог хладноломкости?
22. В чем сущность процесса возврата?
23. Что такое полигонизация?
24. Что такое рекристаллизация?
25. В чем различие между горячей и холодной пластической деформацией?
26. Каково назначение рекристаллизационного отжига?
27. Что такое компонент, фаза, физико-химическая система?
28. Что называется твердым раствором, механической смесью, химическим соединением?
29. Изложите принципы построения диаграмм состояния сплавов.
30. Как строятся кривые охлаждения и нагревания сплавов?
31. Каково практическое применение диаграмм состояния сплавов?
32. Начертите и проанализируйте диаграммы состояния сплавов с полной растворимостью компонентов в твердом состоянии, образующих механические смеси, с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии, образующих химические соединения, компоненты которых испытывают полиморфные превращения.
33. Объясните сущность эвтектического и эвтектоидного превращений и в чем заключается их различие?
34. Какие соединения железа с углеродом вы знаете?
35. Начертите диаграмму состояния железо-цементит и сделайте ее анализ.
36. Что такое аустенит, феррит, перлит, цементит, ледебурит?
37. Какое превращение происходит в сплавах при температурах А1, А2, А3, А4, Аm?
38. Постройте кривую охлаждения для стали с 0,8% С и для чугуна с 4,3% С.
39. Какова структура технического железа, сталей и белых чугунов с различным содержанием углерода в равновесном состоянии?
40. В каких условиях выделяется первичный, вторичный и третичный цементит?
41. Как классифицируются чугуны по форме графита и металлической основе?
42. В чем отличие серого чугуна от белого?
43. Назовите области применения различных чугунов.
44. Что такое термическая обработка и с какой целью ее проводят?
45. Каков механизм образования аустенита при нагреве стали?
46. Как влияет на механические свойства стали рост зерна при термической обработке?
47. Каковы механизмы и температурные районы образования структур перлитного типа (перлита, сорбита, троостита) и бейнита?
48. В чем сущность и особенности мартенситного превращения?
49. В чем сущность превращений, происходящих при отпуске?
50. Что называется отжигом, нормализацией, закалкой и отпуском?
51. Что такое прокаливаемость стали и в чем ее технологическое значение?
52. Для чего проводится обработка холодом?
53. В чем сущность и особенности термомеханической обработки?
54. Что такое старение стали и чем оно отличается от отпуска?
55. В чем сущность процессов цементации, азотирования, цианирования и каково их назначение?
56. Что такое диффузионная металлизация?
57. Назовите основные способы поверхностного упрочнения деталей машин.
58. Что такое легирование?
59. Как классифицируются легированные стали по структуре в равновесном состоянии?
60. Как влияют легирующие элементы на структуру и свойства сталей?
61. Какие требования предъявляются к строительным, арматурным, цементуемым, улучшаемым, рессорно-пружинным, высокопрочным, подшипниковым, автоматным сталям? Чем определяется их выбор для изделий?
62. Как классифицируются инструментальные сплавы по назначению, по теплостойкости?
63. В чем сущность явления красностойкости?
64. Какие требования предъявляются к сплавам для режущего, измерительного и штампового инструмента?
65. Назовите виды коррозии по механизму взаимодействия металла со средой.
66. В чем сущность электрохимической коррозии?
67. Назовите виды коррозии по характеру разрушения и дайте им краткую характеристику.
68. Приведите марки хромистых и хромоникелевых нержавеющих сталей, их состав, свойства, термическую обработку и назначение.
69. Назовите марки износостойких сталей, их особенности и области применения.
70. Какие требования предъявляются к жаропрочным сплавам?
71. В чем сущность явлений ползучести, релаксации, синеломкости?
72. Что такое окалиностойкость? Назовите жаростойкие сплавы.
73. Приведите примеры хладостойких и криогенных сплавов. Назовите их особенности и области применения.
74. Приведите примеры сплавов с особыми тепловыми и упругими свойствами и укажите области их применения.
75. Какие требования предъявляются к магнитомягким и магнитотвердым сплавам и где они применяются?
76. Приведите примеры немагнитных и парамагнитных сплавов и укажите области их применения.
77. Какие вы знаете электротехнические материалы? Какие требования предъявляются к ним?
78. Укажите марки, состав, строение, обработку, свойства и области применения различных групп сплавов на основе алюминия, меди, титана, магния и цинка.
79. Объясните механизм старения деформируемых сплавов алюминия.
80. Назовите области применения различных групп неметаллических материалов, их достоинства и недостатки по сравнению с металлическими материалами.
81. Какие материалы относятся к обратимым и необратимым полимерам?
82. В чем сущность старения полимеров?
83. Укажите области применения термопластов и реактопластов.
84. В чем преимущество пластмасс по сравнению с металлическими материалами? Каковы недостатки пластмасс?
85. Из чего и как получают резину? Где применяются резиновые материалы? Приведите их классификацию и свойства.
86. Какие материалы относятся к силикатным, где они применяются, каковы их свойства?
87. Перечислите основные виды древесины, применяемой как конструкционный материал.
88. Как получают древесные материалы и какие изделия изготавливают из них.
89. Укажите состав и свойства клеев и герметиков. Какие требования предъявляются к ним, где они используются?
90. Назовите лакокрасочные материалы и требования, предъявляемые к ним.
91. Как и почему влияет на продолжительность службы машин, механизмов и металлических конструкций нанесение лакокрасочных покрытий?
92. Где применяются бумажные, текстильные и кожаные технические материалы?
93. Охарактеризуйте строение, свойства, получение и области применения порошковых материалов.
94. Что собой представляют композиционные материалы? В чем их особенности? Какие вы знаете композиционные материалы, для чего они используются?
95. Какие требования предъявляются к антифрикционным и фрикционным материалам? Назовите основные антифрикционные и фрикционные материалы и укажите области их применения.
96. Как влияет радиационное излучение на структуру и свойства материалов?
97. Назовите основные материалы атомной энергетики.
98. Назовите методы обработки типовых изделий, позволяющие обеспечить их работоспособность и надежность.
99. Изложите основы рационального выбора материалов для деталей машин и инструментов.
100. В чем сущность выбора рациональных способов обработки изделий для обеспечения их работоспособности и надежности?
|
|
