Көлемдік өңдеудің электрлік – физикалық – химиялық тәсілдерінің қолданылу аумағы мен даму бағыттары.

ЭФХ технологиясының қолданылу аумағы мен даму бағыттары үш басты ерекшеліктен сипатталады:

1. материалдарды олардың беріктілік сипаттаммаларына тәуелсіз өңдеу жасау мүмкіндігі; Бұл кезде материалды алу үшін концентратталған механикалық күштемелер қолданылмайды. Оның орнына дайындаманы қыздыра отырып оның байланыстарын әлсірету (жергілікті балқыту немесе булаң) және электролиздеу нәтижесінде жеңіл алынып тасталатын химиялық байланыстарға өзгерту (металдар гидрототығы) қолданылады;

2. күрделі пішінді бұйымдарды өндірушілік өңдеу мүмкіндігі; Бұл электроэрозиялық (ЭЭ) және электрохимиялық (ЭХ) өңдеулерге тән қасиет. Осының нәтижесінде фасондық электрод-құралдың пішінін дайындама бетінде көрсетуге (көшірмелеуге) мүмкіндік туады. Cол нүктедегі материалдың алыну қарқыны жергілікті электрод аралық қашықтыққа тәуелді болады. Яғни өңделетін беттің көлемі артқан сайын берілетін энергияны көбейтуге болады. Осыдан өте маңызды тәуелділік туындайды: қуысты өңдеу ұзақтығы беттің көлеміне емес, оның тереңдігіне Һ тәуелді болады, өйткені өңдеу ауданы Ғ көбейген сайын біз оған берілетін энергияны көбейте аламыз. Сонымен Ғ/Һ қатынасы үлкен болған сайын тиімдірек бола түседі.

3. Күштік әсерге төтеп бере алмайтын нәзік қуыстар мен тесіктерді, сондай-ақ айналмалы құралдар жете алмайтын қуыстарда орналасқан беттерді арнаулы құралдармен өңдеу мүмкіндігі.

Осы ерекшеліктер әртүрлі жағдайларда (агрессивті ортада, қарқынды сәулелену әсері бар жерде, жоғары температурада, өте жоғары жылдамдықтарда т.б.) жұмыс істейтін қазіргі заманғы машиналар мен аппараттардың деталдарын өңдеу кезінде айрықша байқалады. Яғни ЭФХ әдістерді техниканың озық технологиялар саласында қолданған тиімді.

Ультрадыбыстық электрохимиялық өңдеу.

Ультрадыбыстық және электрохимиялық (УД және ЭХ) әсерлерді біріктірген кезде қатты құймалық бұйымдардағы көлемдік пішін жасалудың өнімділігін бірнеше есе арттыруға қол жеткізіледі. Абразивті суспензияны өткізетін ортадағы дайындама бетіне УД-тербелістер әсер еткенде абразив дәндері пассив пленканы (ЭХ процесі кезінде пайда болатын) бұзып, анодтық еру процесінің жалғасуына мүмкіндік жасайды. Ал ЭХ процестер кезінде әртүрлі байланыстар еріп, олардағы вольфрамның қатты карбидтерін УД-мен жоюды жеңілдетеді.

Материалдарды магнитті-импульстік өңдеу.

Импульстік электродинамикалық күштер және оларды пайдалану.

Егер өткізгіште көлемдік тығыздығы бар тоқ І жүретін болса, онда В индукциясы бар меншікті немесе сыртқы магниттік өріс болғанда өткізгіш материалының көлемдік бірлігіне мынадай күш әсер етеді:

Бұл күш І және В бағыттарына перпендикуляр және оны «сол қол» ережесі бойынша анықтауға болады.

Меншікті магнит өрісіндегі тұйық контур учаскелері үшін электродинамикалық күштер бағыты контур деформациясының бағытымен сәйкес болады. Бұл кезде оның индуктивтігі максималға дейін өседі.

Х бағытымен өткізгішке әсер ететін электродинамикалық күш тізбек тоғы і және индуктивтілігі L арқылы өрнектеледі:

Тоғы бар жекеше өткізгішке оны қысуға ұмтылатын электродинамикалық күштер әсер етеді.

Импульстік режімдерде металдардағы тоқ тығыздығын аз уақытқа жоғары дәрежеге дейін көтеруге болады. Бұл кезде оларға термикалық әсердің де қажеті жоқ.

Қоршаған ортамен жылу алмасу жоқ болғанда энергия байланысы бойынша былайша жазуға болады:

мұндағы t – тоқтың жүру уақыты; с және β – материалдың үлесті жылу сыйымдылығы мен тығыздығы; ρ₀ - 0⁰Скездегі материалдың үлесті кедергісі; α – температуралық кедергі коэффициенті; Т₁ және Т₂ - өткізгіштің бастапқы және соңғы температуралары;

Т₂ температурасы, материалдың жылу физикалық тұрақтылары және тоқ тығыздығының интегралы арасындағы қатынас мына теңдеумен өрнектеледі:

Қыздыру аз болғанда:

Тоқ көзі ретінде U кернеуіне дейін зарядталған С конденсаторы қолданылған кезде

мұндағы R – разряд тізбегінің актив кедергісі; Q - өткізгіш қимасы.

Конденсаторлардың разрядталуы жолымен алынатын тоқтың жоғары тығыздығы мен магнит өрісінің индукциясы өте үлкен электродинамикалық күштер алуға мүмкіндік береді. Бұл күштер көптеген материалдардың қаттылық шегінен асып түседі.

Импульстік электродинамикалық күштер импульстік электржетегі өткізгіштерді үдету үшін және әртүрлі дайындамалар деформациясы үшін қолданылады.

Осы бағыт соңғы кезде күшті даму үстінде және ол магниттік штамповка немесе материалдарды магнитті-импульстік өңдеу деп аталады. Оның артықшылықтарына мыналар жатады: электродинамикалық күштерде өте дәл реттеу; технологиялық жабдықтау қарапайымдылығы, деталь дайындау процесін толық автоматтандыру және т.б.

Негізгі әдебиет 5 [40-60]

Бақылау сұрақтары:

1. Электролиз дегеніміз не?

2. Деталдарды электрофизикалық және электрохимиялық өңдеудің мәні неде?

3. Көлемдік өңдеудің ЭФ және ЭХ әдістерінің қолданылу аумағы мен даму бағыттары қандай?

4. Бұйымдарды ультрадыбыстық электрохимиялық өңдеу қалайша жүргізіледі?

5. Магнитті-импульстік өңдеудің артықшылықтары қандай?

10 дәріс конспекті.

Дәріс тақырыбы: 3. Электротехнологиялық қондырғылар мен жүйелер.

3.5 Төмен температуралы плазма алу құрылғысы, оның қолданылуы. Плазмалық өнеркәсіптік қондырғылар электронды-сәулелік қыздыру қондырғылары. Оптикалық квантты генераторлар (лазерлер). Электронды – иондық технологиялар, электростатикалық өнеркәсіптік қондырғылар.

Плазмалық қыздыру қондырғылары.

Плазмалық қыздырудың физикалық негіздері.

Қалыпты жағдайда газ нейтрал молекулалардан немесе атомдардан тұрады және электр тоғын өткізбейді. Сыртқы факторлар әсерінен газдың иондалуы (электрленуі) мүмкін. Элементар бөліктің (атом немесе молекула) иондалуы дегеніміз – бұл нәтижесінде бөлікте электр заряды пайда болатын немесе оның шамасы өсетін процесс. Иодталған газ құрамы өте күрделі болуы мүмкін. Химиялық құрамы өте қарапайым газ – азоттың иондалуынан кейін оның құрамында әртүрлі сортты оң иондар кездеседі (бір, екі және одан да көп элементар зарядты; 3.8 сурет). Газдың түрі бойынша иондалу кезінде атомдар мен молекулалардан бөлінген электрондар, өзінің қозғалысын жалғастыра береді де, бос электрон күйінде немесе нейтраль бөліктерімен бірігіп теріс иондарға айналады.

Атомдалған иондардан басқа молекулалық иондар және нейтраль атомдар мен молекулалар да болуы мүмкін. Егер иондалу процесі сатылы түрде жүретін болса, онда газды ортада қыздырылған атомдар мен молекулалар түзіледі, яғни олардың заряды өзгермегенмен ішкі энергиясы жоғарылайды.

Иондалған газ оның компоненттерінің (электрондар, иондар, нейтрал атомдар немесе молекулалар) тығыздығымен, яғни көлем бірлігіндегі (мәселен, газдың 1 м³) санымен сипатталады.

Кулондық күштер әсерінен болатын иондалған газдың зарядталған бөліктерінің өзара әсерлесуі олардың сапалық ерекшеліктерін сипаттайды. Бұл ерекшеліктер қарапайым газға қарағанда айтарлықтай болғандықтан оны заттың төртінші күйі деп есептеу қабылданған. 1923 жылы американдық физиктер Лэнгмюр мен Тонкс солғын немесе доғалық разряд бағынындағы газ жағдайын сипаттау үшін «плазма» терминін енгізді.

Қазіргі кездегі «плазма» ұғымы мынадай қасиеттері бар жартылай немесе толық иондалған газдарды сипаттайды:

а) электрлік өріс әсерінен плазмада электрлік тоқ пайда болады;

б) магнит өрісінде плазма ерекше қасиетті диамагнитті зат түрінде болады;

в) плазма ерекше қасиетті серпімді орта; онда әртүрлі шуыл, тербеліс және толқындар жеңіл қоздырылады және тез тарайды;

г) егер плазма компонеттері арасындағы өзара әсер энергиясы жылу энергиясымен салыстырғанда аз болса, онда плазма идеал газ секілді қасиетке ие болады.

Плазманың соңғы қасиеті төмен тығыздықтар мен жоғары температураларда байқалады. Сондықтан плазмалар ыстық (жоғары температуралық) болып екіге бөлінеді.

Ыстық плазмадағы бөліктердің иондалу дәрежесі бірге жуық, олардың температурасы 10⁶ - 10⁸ К құрайды. Ыстық плазманың өткізгіштігі өте жоғары болады.

Суық плазма температурасы 10³ - 10⁵ К және ол жартылай иондалған газ түрінде болады. Суық плазманың электр өткізгіштігі ыстық плазмамен салыстырғанда едәуір аз болады.

Квазинейтралдық күй плазманың болуының қажетті шарты болып табылады. Яғни оның құрамындағы бір таңбалы зарядтар мөлшері екінші таңбалы ззарядтар мөлшерінен өте көп болмауы шарт. Олардың арасындағы айырмашылық өте аз болуы керек, олай болмаған жағдайда, өте қуатты электр өрісі пайда болады.