Elektrofyzikálne metódy spracovania kovov

Široké používanie ťažkoobrobiteľných materiálov na výrobu strojných dielov, zložitosť konštrukcie týchto dielov v kombinácii s rastúcimi požiadavkami na znižovanie nákladov a zvyšovanie produktivity viedli k vývoju a prijatiu elektrofyzikálnych metód spracovania.

Elektrofyzikálne metódy spracovania kovov sú založené na využití špecifických javov vznikajúcich pôsobením elektrického prúdu na odoberanie materiálu alebo zmenu tvaru obrobku.

Hlavnou výhodou elektrofyzikálnych metód spracovania kovov je možnosť pomocou nich meniť tvar dielov vyrobených z materiálov, ktoré sa nedajú opracovať rezaním, pričom tieto metódy sa spracovávajú za podmienok minimálnych síl alebo pri ich úplnej absencii.

Dôležitou výhodou elektrofyzikálnych metód spracovania kovov je nezávislosť produktivity väčšiny z nich od tvrdosti a krehkosti spracovávaného materiálu.Náročnosť a trvanie týchto metód na spracovanie materiálov so zvýšenou tvrdosťou (HB> 400) sú menšie ako prácnosť a trvanie rezania.

Elektrofyzikálne metódy spracovania kovov pokrývajú takmer všetky obrábacie operácie a nie sú horšie ako väčšina z nich z hľadiska dosiahnutej drsnosti a presnosti spracovania.

Spracovanie kovov elektrickým výbojom

Spracovanie elektrickým výbojom je typ elektrofyzikálneho spracovania a vyznačuje sa tým, že vplyvom elektrických výbojov dochádza k zmenám tvaru, veľkosti a kvality povrchu dielu.

K elektrickým výbojom dochádza, keď impulzný elektrický prúd prechádza medzerou 0,01 - 0,05 mm širokou medzi elektródou obrobku a elektródou nástroja. Pod vplyvom elektrických výbojov sa materiál obrobku topí, vyparuje a odstraňuje sa z medzielektródovej medzery v kvapalnom alebo parnom stave. Podobné procesy deštrukcie elektród (detailov) sa nazývajú elektrická erózia.

Na zvýšenie elektrickej erózie je medzera medzi obrobkom a elektródou vyplnená dielektrickou kvapalinou (kerozín, minerálny olej, destilovaná voda). Keď sa napätie elektródy rovná prieraznému napätiu, v strede medzi elektródou a obrobkom sa vytvorí vodivý kanál vo forme plazmou naplnenej valcovej oblasti s malým prierezom s hustotou prúdu 8000-10000 A. / mm2. Vysoká prúdová hustota udržiavaná 10-5 — 10-8 s zaisťuje teplotu povrchu obrobku až 10 000 — 12 000˚C.

Kov odstránený z povrchu obrobku sa ochladí dielektrickou kvapalinou a tuhne vo forme guľovitých granúl s priemerom 0,01 — 0,005 mm.V každom nasledujúcom časovom okamihu prúdový impulz prerazí medzielektródovú medzeru v bode, kde je medzera medzi elektródami najmenšia. Nepretržité privádzanie prúdových impulzov a automatické približovanie nástrojovej elektródy k elektróde obrobku zaisťuje nepretržitú eróziu, kým sa nedosiahne vopred stanovená veľkosť obrobku alebo sa odstráni všetok kov obrobku v medzielektródovej medzere.

Režimy spracovania elektrického výboja sú rozdelené na elektrickú iskru a elektrický impulz.

Režimy elektrosparu charakterizované použitím iskrových výbojov krátkeho trvania (10-5 ... 10-7s) s priamou polaritou pripojenia elektród (detail "+", nástroj "-").

V závislosti od sily iskrových výbojov sa režimy delia na tvrdé a stredné (pre predbežné spracovanie), mäkké a extrémne mäkké (pre konečné spracovanie). Použitie mäkkých režimov poskytuje odchýlku rozmerov dielu do 0,002 mm s parametrom drsnosti opracovávaného povrchu Ra = 0,01 μm. Režimy elektrických iskier sa používajú pri spracovaní tvrdých zliatin, ťažko obrobiteľných kovov a zliatin, tantalu, molybdénu, volfrámu atď. Spracúvajú priechodné a hlboké otvory akéhokoľvek prierezu, otvory so zakrivenými osami; pomocou drôtových a páskových elektród vyrežte časti z polotovarov plechov; štiepané zuby a závity; diely sú leštené a značkové.

Na spracovanie v elektroiskrových režimoch sa používajú stroje (pozri obr.), vybavené RC generátormi, ktoré pozostávajú z nabitého a vybitého obvodu.Nabíjací obvod obsahuje kondenzátor C, ktorý sa nabíja cez odpor R zo zdroja prúdu s napätím 100-200 V a elektródy 1 (nástroj) a 2 (časť) sú pripojené paralelne s kondenzátorom k vybíjaciemu obvodu. C.

Len čo napätie na elektródach dosiahne prierazné napätie, cez medzielektródovú medzeru dôjde k iskrovému výboju energie nahromadenej v kondenzátore C. Účinnosť procesu erózie je možné zvýšiť znížením odporu R. Stálosť medzielektródovej medzery je udržiavaný špeciálnym sledovacím systémom, ktorý riadi mechanizmus automatického posuvu nástroja vyrobeného z medených, mosadzných alebo uhlíkových materiálov.

Elektrický iskrový stroj:

Elektroiskrové rezanie ozubených kolies s vnútorným záberom:

Režimy elektrických impulzov charakterizované použitím impulzov s dlhým trvaním (0,5 ... 10 s), čo zodpovedá oblúkovému výboju medzi elektródami a intenzívnejšiemu zničeniu katódy. V tomto ohľade je v režimoch elektrického impulzu katóda pripojená k obrobku, čo poskytuje vyšší erózny výkon (8-10 krát) a menšie opotrebovanie nástroja ako v režimoch elektrickej iskry.

Najvýhodnejšou oblasťou použitia elektroimpulzných režimov je predbežné opracovanie obrobkov zložitých tvarových dielov (matrice, turbíny, lopatky a pod.) z ťažko spracovateľných zliatin a ocelí.

Režimy elektrických impulzov sú realizované inštaláciami (pozri obr.), v ktorých unipolárne impulzy z elektrického stroja 3 resp. elektronický generátor... Vznik E.D.S.indukcia v zmagnetizovanom telese pohybujúcom sa pod určitým uhlom k smeru osi magnetizácie umožňuje získať prúd väčšej veľkosti.

Radiačná úprava kovov

Druhy radiačného obrábania v strojárstve sú obrábanie elektrónovým lúčom alebo svetelným lúčom.

Spracovanie kovov elektrónovým lúčom je založené na tepelnom pôsobení prúdu pohybujúcich sa elektrónov na spracovávaný materiál, ktorý sa na mieste spracovania taví a odparuje. Takéto intenzívne zahrievanie je spôsobené tým, že kinetická energia pohybujúcich sa elektrónov sa pri dopade na povrch obrobku takmer úplne premení na tepelnú energiu, ktorá sústredená na malú plochu (nie viac ako 10 mikrónov) spôsobuje aby sa zahriala na 6000˚C.

Pri rozmerovom spracovaní, ako je známe, dochádza k lokálnemu účinku na spracovávaný materiál, ktorý pri spracovaní elektrónovým lúčom zabezpečuje pulzný režim toku elektrónov s trvaním impulzu 10-4 ... 10-6 s a frekvenciou of f = 50 … 5000 Hz.

Vysoká koncentrácia energie pri obrábaní elektrónovým lúčom v kombinácii s pulzným pôsobením poskytuje podmienky obrábania, kde sa povrch obrobku nachádzajúceho sa vo vzdialenosti 1 mikrónu od okraja elektrónového lúča zahreje na 300˚C. To umožňuje použitie obrábania elektrónovým lúčom na rezanie dielov, výrobu sieťových fólií, rezanie drážok a obrábanie otvorov s priemerom 1-10 mikrónov v dieloch vyrobených z ťažko obrobiteľných materiálov.

Ako zariadenie na úpravu elektrónovým lúčom sa používajú špeciálne vákuové zariadenia, takzvané elektrónové pištole (pozri obr.).Generujú, urýchľujú a sústreďujú elektrónový lúč. Elektrónové delo pozostáva z vákuovej komory 4 (s vákuom 133 × 10-4), v ktorej je inštalovaná volfrámová katóda 2 napájaná vysokonapäťovým zdrojom 1, ktorý zabezpečuje emisiu voľných elektrónov, ktoré sú urýchľované o. elektrické pole vytvorené medzi katódou 2 a anódovou membránou 3.

Elektrónový lúč potom prechádza sústavou magnetických šošoviek 9, 6, elektrickým nastavovacím zariadením 5 a je zaostrený na povrch obrobku 7 namontovaného na súradnicovom stole 8. Impulzný režim činnosti elektrónovej pištole zabezpečuje systém pozostávajúci z generátora impulzov 10 a transformátora 11.

Spôsob spracovania svetelným lúčom je založený na využití tepelných účinkov vyžarovaného svetelného lúča s vysokou energiou optický kvantový generátor (laser) na povrchu obrobku.

Spracovanie rozmerov pomocou laserov spočíva vo vytváraní otvorov s priemerom 0,5 ... 10 mikrónov v ťažko spracovateľných materiáloch, výrobe sietí, rezaní plechov zo zložitých profilových dielov atď.