Elektrofizyczne metody obróbki metali

Powszechne stosowanie materiałów trudnych w obróbce do produkcji części maszyn, złożoność konstrukcji tych części w połączeniu z rosnącymi wymaganiami w zakresie obniżania kosztów i zwiększania produktywności, doprowadziły do ​​rozwoju i przyjęcia elektrofizycznych metod obróbki.

Elektrofizyczne metody obróbki metali opierają się na wykorzystaniu specyficznych zjawisk wynikających z działania prądu elektrycznego w celu usunięcia materiału lub zmiany kształtu przedmiotu obrabianego.

Główną zaletą elektrofizycznych metod obróbki metali jest możliwość ich wykorzystania do zmiany kształtu części wykonanych z materiałów, które nie mogą być obrabiane przez cięcie, a metody te są przetwarzane w warunkach minimalnych sił lub przy ich całkowitym braku.

Ważną zaletą elektrofizycznych metod obróbki metali jest niezależność wydajności większości z nich od twardości i kruchości obrabianego materiału.Pracochłonność i czas trwania tych metod obróbki materiałów o podwyższonej twardości (HB>400) są mniejsze niż pracochłonność i czas skrawania.

Elektrofizyczne metody obróbki metali obejmują prawie wszystkie operacje obróbki skrawaniem i nie ustępują większości z nich pod względem uzyskiwanej chropowatości i dokładności obróbki.

Obróbka elektroerozyjna metali

Obróbka wyładowaniami elektrycznymi jest rodzajem obróbki elektrofizycznej i charakteryzuje się tym, że pod wpływem wyładowań elektrycznych zachodzą zmiany kształtu, wielkości i jakości powierzchni części.

Wyładowania elektryczne występują, gdy pulsujący prąd elektryczny przepływa przez szczelinę o szerokości 0,01 - 0,05 mm między elektrodą przedmiotu obrabianego a elektrodą narzędzia. Pod wpływem wyładowań elektrycznych materiał przedmiotu obrabianego topi się, odparowuje i jest usuwany ze szczeliny międzyelektrodowej w stanie ciekłym lub gazowym. Podobne procesy niszczenia elektrod (szczegółów) nazywane są erozją elektryczną.

Aby zwiększyć erozję elektryczną, szczelinę między przedmiotem obrabianym a elektrodą wypełnia się płynem dielektrycznym (nafta, olej mineralny, woda destylowana). Gdy napięcie elektrody jest równe napięciu przebicia, w środku między elektrodą a przedmiotem obrabianym tworzy się kanał przewodzący w postaci wypełnionego plazmą cylindrycznego obszaru o małym przekroju i gęstości prądu 8000-10000 A / mm2. Wysoka gęstość prądu, utrzymywana przez 10-5 — 10-8 s, zapewnia temperaturę powierzchni obrabianego przedmiotu do 10 000 — 12 000˚C.

Metal usunięty z powierzchni przedmiotu obrabianego jest chłodzony cieczą dielektryczną i krzepnie w postaci kulistych granulek o średnicy 0,01 — 0,005 mm.W każdym kolejnym momencie impuls prądu przebija szczelinę międzyelektrodową w miejscu, w którym odległość między elektrodami jest najmniejsza. Ciągłe dostarczanie impulsów prądu i automatyczne zbliżanie się elektrody narzędzia do elektrody przedmiotu obrabianego zapewnia ciągłą erozję, aż do osiągnięcia zadanego rozmiaru przedmiotu obrabianego lub usunięcia całego metalu przedmiotu ze szczeliny międzyelektrodowej.

Tryby przetwarzania wyładowań elektrycznych są podzielone na iskry elektryczne i impulsy elektryczne.

Tryby elektrodrążenia charakteryzujące się zastosowaniem wyładowań iskrowych o krótkim czasie trwania (10-5 ... 10-7s) z prostą polaryzacją łączenia elektrod (szczegół „+”, narzędzie „-”).

W zależności od siły wyładowań iskrowych tryby dzielą się na twarde i średnie (do obróbki wstępnej), miękkie i wyjątkowo miękkie (do obróbki końcowej). Zastosowanie trybów miękkich zapewnia odchylenie wymiarów części do 0,002 mm przy parametrze chropowatości obrabianej powierzchni Ra = 0,01 μm. Tryby iskier elektrycznych są stosowane w obróbce stopów twardych, metali i stopów trudno skrawalnych, tantalu, molibdenu, wolframu itp. Obrabiają otwory przelotowe i głębokie o dowolnym przekroju, otwory o zakrzywionych osiach; za pomocą elektrod drutowych i taśmowych wycinaj części z półfabrykatów arkuszy; wyszczerbione zęby i nici; części są polerowane i markowe.

Do przetwarzania w trybach elektroiskrowych stosuje się maszyny (patrz rys.), Wyposażone w generatory RC, składające się z obwodu naładowanego i rozładowanego.Obwód ładowania zawiera kondensator C, który jest ładowany przez rezystancję R ze źródła prądu o napięciu 100-200 V, a elektrody 1 (narzędzie) i 2 (część) są podłączone do obwodu rozładowania równolegle z kondensatorem C.

Gdy tylko napięcie na elektrodach osiągnie napięcie przebicia, przez szczelinę międzyelektrodową następuje wyładowanie iskrowe energii zgromadzonej w kondensatorze C. Efektywność procesu erozji można zwiększyć zmniejszając rezystancję R. Stałość szczeliny międzyelektrodowej jest utrzymywany przez specjalny system śledzenia, który steruje mechanizmem automatycznego ruchu posuwu narzędzia wykonanego z materiałów miedzianych, mosiężnych lub węglowych.

Elektryczna maszyna iskrowa:

Cięcie elektroiskrowe kół zębatych z zazębieniem wewnętrznym:

Tryby impulsów elektrycznych charakteryzujące się zastosowaniem impulsów o długim czasie trwania (0,5 ... 10 s), odpowiadających wyładowaniu łukowemu między elektrodami i intensywniejszemu zniszczeniu katody. Pod tym względem w trybach impulsu elektrycznego katoda jest połączona z przedmiotem obrabianym, co zapewnia wyższą wydajność erozji (8-10 razy) i mniejsze zużycie narzędzia niż w trybach iskry elektrycznej.

Najbardziej celowym obszarem zastosowania trybów impulsów elektrycznych jest wstępna obróbka przedmiotów o skomplikowanych kształtach (matryce, turbiny, łopatki itp.) Wykonanych z trudnych do obróbki stopów i stali.

Tryby impulsów elektrycznych są realizowane przez instalacje (patrz ryc.), w których impulsy jednobiegunowe z maszyny elektrycznej 3 lub generator elektroniczny… Pojawienie się E.D.S.indukcja w namagnesowanym ciele poruszającym się pod pewnym kątem do kierunku osi magnesowania umożliwia uzyskanie prądu o większej wartości.

Obróbka radiacyjna metali

Rodzaje obróbki radiacyjnej w inżynierii mechanicznej to obróbka wiązką elektronów lub wiązką światła.

Obróbka metali wiązką elektronów opiera się na działaniu termicznym strumienia poruszających się elektronów na obrabiany materiał, który topi się i odparowuje w miejscu obróbki. Tak intensywne nagrzewanie spowodowane jest faktem, że energia kinetyczna poruszających się elektronów, gdy uderzają one w powierzchnię przedmiotu obrabianego, jest prawie całkowicie przekształcana w energię cieplną, która skupiona na niewielkiej powierzchni (nie większej niż 10 mikronów) powoduje rozgrzać do 6000˚C.

Jak wiadomo, podczas przetwarzania wymiarowego na obrabiany materiał wywierany jest lokalny wpływ, który podczas przetwarzania wiązką elektronów zapewnia impulsowy tryb przepływu elektronów o czasie trwania impulsu 10-4 ... 10-6 s i częstotliwości f = 50 … 5000 Hz.

Wysoka koncentracja energii podczas obróbki wiązką elektronów w połączeniu z działaniem impulsowym zapewnia warunki obróbki, w których powierzchnia obrabianego przedmiotu znajdująca się w odległości 1 mikrona od krawędzi wiązki elektronów jest nagrzewana do 300˚C. Umożliwia to wykorzystanie obróbki wiązką elektronów do cięcia części, wytwarzania folii siatkowych, wycinania rowków i obróbki otworów o średnicy 1-10 mikronów w częściach wykonanych z materiałów trudnych w obróbce.

Jako sprzęt do obróbki wiązką elektronów stosuje się specjalne urządzenia próżniowe, tzw. wyrzutnie elektronowe (patrz ryc.).Generują, przyspieszają i skupiają wiązkę elektronów. Działo elektronowe składa się z komory próżniowej 4 (o próżni 133 × 10-4), w której zainstalowana jest wolframowa katoda 2, zasilana ze źródła wysokiego napięcia 1, które zapewnia emisję elektronów swobodnych przyspieszanych przez pole elektryczne utworzone między katodą 2 a membraną anody 3.

Wiązka elektronów przechodzi następnie przez system soczewek magnetycznych 9, 6, elektryczne urządzenie do ustawiania 5 i jest ogniskowana na powierzchni przedmiotu obrabianego 7 zamontowanego na stole współrzędnych 8. Impulsowy tryb działania działa elektronowego zapewnia układ składający się z generatora impulsów 10 i transformatora 11.

Metoda przetwarzania wiązki światła opiera się na wykorzystaniu efektów termicznych emitowanej wiązki światła o dużej energii optyczny generator kwantowy (laser) na powierzchni przedmiotu obrabianego.

Obróbka wymiarowa za pomocą laserów polega na formowaniu otworów o średnicy 0,5 ... 10 mikronów w materiałach trudnych do obróbki, wytwarzaniu sieci, wycinaniu arkuszy ze skomplikowanych części profili itp.