Рекомендуемая литература

1. Кондратьев С.С. Технология конструкционных материалов. М.: Колос, 1992.

2. Некрасов С.С. Обработка конструкционных материалов резанием. М.: Агропромиздат, 1997. – 332 с.

Лекция №9. Тема: Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов.

1. Лучевая обработка.

2. Электронно-лучевая обработка.

3. Ультразвуковая обработка.

4. Анодно-механическая обработка.

1. Лучевая обработка.

Светолучевую обработку материалов проводят с помощью оптических квантовых генераторов – лазеров, которые создают узкие направленные лучи видимого света с чрезвычайно высокой тепловой энергией на 1-цу площади.

Лазером обрабатывают: (образовывают отверстия, резка, сварка) сверхтвердые и тугоплавкие материалы.

Рис. 9.1. Схема лазера.

В эллиптическом корпусе 1 расположен синтетический рубиновый стрежень 3 импульсная лампа 2 с электродом 4 для поджима импульсной лампы.

Стержень 3 основной рабочий элемент d = 20…300 мм имеет одну торцевую поверхность, полностью отражающие световые лучи (полностью посеребрена), ад другую частично отражающую (частично посеребрена).

При вспышке импульсной лампы 2 происходит облучение рубинового стержня 3, а так же облучением от зеркала элептического корпуса. Часть энергии лампы 2 в виде голубого и зелёного излучения, поглощается и рубином и обеспечивается его возбуждением. Свет в рубине многократно отражается от посеребренных торцов и усиливается. Через 0,6 миллисекунды, когда возбуждение рубина превышает некоторую величину, через частично посеребренный торец выходит световой импульс высокой энергетической плотности и концентрируется на детали с помощью оптической системы.

Температура в зоне воздействия луча 5000…9000 ºС. Материал либо испаряется, либо выгорает. Время излучения 0,001…0,00001 с.

С помощью лазерных установок получают отверстия диаметром 0,01…0,6 мм в заготовках толщиной 0,1…6 мм, режут заготовки толщиной до 9 мм из стали, тугоплавких и других материалов.

2. Электронно-лучевая обработка.

Электронный луч фокусируется с потоком энергии значительной концентрации. Фокусирование электронного луча создаёт высокую температуру, при которой материал плавится и даже испаряется.

Обработку ведут в глубоком вакууме (до Па).

Рис. 9.2. Схема установки для электронно-лучевой обработки.

В камере 1 расположен катод 4 (электронная пушка), создающий облако свободных электронов, образование которых происходит за счёт термоэлектронной эминии. Катоды изготавливают из вольфрама и тантала. С помощью электронно-магнитных систем (магнитная линза 5 и отклоняющая система 6) электроны формируются в направлении и сконцентрированный луч 7. В держателе и подающем механизме 9 располагается заготовка 8. Источник 10 обеспечивает ток высокого напряжения. Вакуум в насосе создается насосом 3. Люк 2 служит для установки заготовки. Рабочее напряжение 150000 В.

Электронно-лучевую обработку целесообразно применять для получения мелких отверстий d = 1…2 мкм в отверстиях труднообрабатываемых деталях из вольфрама, титана, твёрдых сплавов и синтетических камней, а так же резку.

3. Ультразвуковая обработка.

При ультразвуковом методе обработки материалов инструменты колебания с высокой частотой (свыше 20тыс колебаний с 1 сек) и не большой амплитудой (0,01…0,06 мм). Жидкость (чаще вода), омывающая инструменты обрабатываемую деталь содержит большое количество мелких абразивных зёрен размером 150…180 мкм в соотношении 1:1, 1:2. Зёрна под действием ультразвуковых колебаний попадают в пространство между электродами и осуществляют свет металла. Абразивные материалы: карбид бора, карбид кремния. Инструмент имеет форму обрабатываемой поверхности и изготовлен из инструментальной стали. Ультразвуковая обработка стальных деталей обеспечивает шероховатость поверхности до 9 класса и точности до 5 мкм.

Рис. 9.3 Схема ультразвуковой установки.

Электрические колебания оси звукового генератора 1 усиливаются усилителем 2 и поступают в катушку 6 вибратора 4, который, создавая переменное магнитное поле, заставляет сердечник и инструмент 7 колебаться с высокой частотой. Постоянные магниты 5 получают питание от источника 3.

Производительность обработки зависит от материала и мощности установки.

Твёрдый сплав производительность 40 мм³/мин КВт.

4.

Анодно-механическую обработку применяют для резки металлов и заточки инструментов. Обработка ведётся при постоянном токе U = 20…30 В и силе тока J = 80…300 А в зависимости от размеров обрабатываемой детали.

Деталь соединяют с положительным полюсом источника тока, а обрабатывающий токопроводящий инструмент – с отрицательным. Между деталью и инструментом вводится рабочая жидкость (водный раствор жидкого стекла). Под действием электрического тока на поверхности детали образуется защитная плёнка с высоким сопротивлением. Обрабатывающий инструмент непрерывно удаляет значительную часть плёнки с поверхности детали и тем самым открывает возможность прохождения тока через деталь.

В результате электрического и электронного процесса металл снимается с обрабатываемой поверхности детали.

Рис. 9.4. Схема анодно-механической заточки.

Положительный полюс подводят к резцу 1, отрицательный - через скользящий контакт к токопроводящему кругу 2. Рабочая жидкость подаётся через шланг 6 в зону обработки в V = 8…10 л/мин. м/с. Одновременно резцу придаётся возвратно поступательное движение небольшой амплитуды.

Преимущества обработки:

- отсутствие микротрещин;

-

Недостатки:

- низкая производительность по сравнению со шлифованием.