33. Электроұшқынды өңдеу

Электрұшқынды өңдеу кезінде анод пен катод арасындағы импульсты разрядты ұшқындарды қолданады. Электрұшқынды өңдеу электрұшқынды білдектерде орындалады.

Электроискровые станки

1 – электрод-инструмент; 2 – ванна; 3 – заготовка-электрод; 4 – диэлектрическая жидкость; 5 – изолятор

Конденсатор C заряжается через резистор R 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; R_z 0,63…0,16 мкм.

Для обеспечения непрерывности процесса ( зазор = const) станки снабжаются следящей системой и системой автоматической подачи инструмента.

С помощью электроискровых станков 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. Изготавливают штампы, пресс-формы, фильеры, режущий инструмент.

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

Один из видов электрофизической и элекрохимической обработки металлов. 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 коррозионностойких и жаропрочных сплавов.

Электроимпульсная установка

1 – электродвигатель; 2 – импульсный генератор постоянного тока; 3 – инструмент-электрод; 4 – заготовка-электрод; 5 – ванна

электроимпульсті өңдеудің электрұшқынды өңдеуден түпкілікті айырмашылығы бұйымның желінуін 5-20 есе кемітуі,энергия сыйымдылығын 2-3 есе кеміту және қатты режим кезінде металлды алу жылдамдығы 5-10 есе артық. Приводимые в данной работе сведения характеризуют в целом современное состояние техники, технологии и производственного использования электроэрозионной обработки металлов. Наибольшее внимание уделяется при этом электроимпульсному способу обработки, обладающему лучшими технико-экономическими показателями и более широкой областью применения, чем электроискровой. Из различных применений электроимпульсной обработки излагаются, в основном, более исследованные прошивочно-копировальные работы, представляющие наибольшую трудность для осуществления и более универсальные по технологическим возможностям. 34. Плазмалық доғаның еркін жанатын электрлі доғадан айырмашылығы Сварка плазменной дугой в отличие от дуговой электрической имеет следующие преимущества:

• в плазменной сварке процесс сварки менее чувствителен к изменению длины электрической дуги;

• процесс жоғары температурада жүреді;

• цилиндрлі формадағы доға диаметрі аз болады

• уга горит на малых токах — от 0,2 до 30 А.

Плазменная дуга  ( в отличие от открытой) является результатом сочетания электрической дуги и специальных мер, направленных на интенсификацию ее воздействия на обрабатываемый материал. [1]

Плазменная дуга  позволяет обрабатывать заготовки 33 счет нагрева ( температура в зоне действия 10000 - 30000 К), расплавления и испарения материала; не требует создания вакуума. [2]

Плазменная дуга , возникающая между катодом и анодом - соплом - при подаче электрического напряжения, вытесняется рабочим газом в отверстие сопла. При этом плазменный факел состоит как бы из трех частей ( рис. III. В первом и втором участках факела формируется плазма, третий участок факела используют для расплавления материала покрытия и транспортировки его к покрываемому изделию. [4]

Плазменная дуга  может быть также использована для резки тонких металлических и неметаллических материалов ( например пластмассы, нержавеющей стали, картона, бумаги и др.) без обугливания или оплавления, а также для соединения проволок вместо их пайки. [5]

Плазменная дуга  применяется для разделительной и поверхностной резки металлов. При поверхностной резке режущий плазмотрон устанавливают под острым углом к обрабатываемому изделию. [6]

35.Кеңістікте электронды сәуленің орналасуын басқару үшін ауытқыған пластинаға қысым беріледі, алғашқы пластина жұбына қысым берілгенде сәуле тік оң пластина бағытына ауытқиды.Пластина потенциалы неғұрлым оң болған сайын сәуле соғұрлым бұрышқа ауытқиды.Егерде тоқ көзін 2 ші пластина жұбына беретін болса дәл солай сәуле жазық бойымен оң пластина бағытына ауытқиды Для управления положением электронного луча в пространстве на откланяющей пластине подают напрежение при подачи напрежения на первую пару пластин луч откланяетя по вертикали в сторону положительной пластины. Чем больше положительнее потенциальная пластыны, тем на большей угол отклоняется луч. Если напрежение подать на 2-ую пару пластин электронный луч так же отклоняется в сторону положительные по горизонтали. Для того чтобы лучвыворачивая на экране линию определённой формы одновременно на горизонтально отклоняющие пластины, и вертикальные пластины подают переменное напрежение определенной амплетуды и формы( иследуемое напрежение)

·

  Электрлі пушкалар электростатикалық басқармасы бар трубканын схемасы бойынша жасалған.ЭП выполнены по тойже хеме что и в трубке с электростатическим управлением различчие состоит в том что напряжение на первом аноде А1 не регулируется на него подаётся постоянное напряжение в несколько сот вольт и он используется как экран защищающий пространство между катодом и управляющим электродом от воздействия высоких ускряющих потенсиалов 2-го, А2 является ускоряющий электродом. Его выполняют отдельно или используют аквадаг накоторый подаются напрежение от 4 до 12кВ.

Фокусировка ЭЛ осуществляется магнитным полем которые создаётся специальной фокусированной катушкой(ФК) наматывается на железное кольцо и надевается на горловино трубки. Через катушку пропускает постоянный ток таким обзаром в трубке создаётся неоднародное магнитное поле под действием которого траэктория электронов отклоняется к оси трубки и они собираются на экране в одну точку.

Для фокусировки луча изменяет велечину тока фокусировки катушки.

36 Металл электродов подвергается хотя и локальному, кратковременному, но весьма интенсивному электротермическому воздействию. Наивысшая температура существует на обрабатываемой поверхности и быстро уменьшается на некотором расстоянии от поверхности. Большая часть расплавленного металла и его паров удаляется из зоны разряда, но некоторая часть остается в лунке (рис. 1.12). При застывании металла на поверхности лунки образуется пленка, по своим свойствам отличающаяся от основного металла.

Рис. 1.12. Лунка, полученная в результате воздействия единичного импульса: 1 - пространство, оставшееся после выплавления металла; 2 - белый слой; 3 - валик вокруг лунки; 4 - обрабатываемая заготовка; БЛ, НЛ - диаметр и глубина лунки

Поверхностный слой в расплавленном состоянии активно вступает в химическое взаимодействие с парами и продуктами разложения рабочей жидкости, образующимися в зоне высоких температур. Результатом этого взаимодействия является интенсивное насыщение металла компонентами, содержащимися в жидкой среде, а также веществами, входящими в состав электрода-инструмента. Таким образом, в поверхностный слой могут быть внесены титан, хром, вольфрам и т. д. При электроэрозионной обработке стальных заготовок в среде, состоящей из жидких углеводородов (керосин, масло), поверхностный слой насыщается углеродом, т. е. образуются карбиды железа. Следовательно, при электроэрозионной обработке происходит упрочнение поверхности детали.

Интенсивный теплоотвод из зоны разряда через прилегающие к ней массы холодного металла и рабочую жидкость создает условия для сверхскоростной закалки, что одновременно с науглероживанием приводит к образованию очень твердого слоя. Закаленный поверхностный слой стали обладает повышенной стойкостью на истирание и меньшим, чем у нетермообработанной стали коэффициентом трения. Структура поверхностного слоя существенно отличается от структуры основного металла и схожа со структурой отбеленного слоя, возникающего на поверхности некоторых чугунов. Поэтому этот слой получил название «белый слой». Глубина белого слоя зависит от энергии импульсов, их длительности и теплофизических свойств обрабатываемого материала. При длительных импульсах тока большой энергии глубина белого слоя равна десятым долям миллиметра, а при коротких импульсах - сотым долям миллиметра и микронам.

37 Разрушение поверхностных слоев материала под влиянием внешнего воздействия электрических разрядов называется электрической эрозией. Электроэрозионная обработка заключается в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием электрических разрядов в результате электрической эрозии.На явлении эрозии основан принцип электроэрозионной обработки (ЭЭО). При электроэрозионной обработке используют явление эрозии (разрушения) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсов электрического тока. Заготовку и инструмент, изготовленные из токопроводящих материалов, подключают к источнику тока – генератору импульсов (ГИ) и помещают в диэлектрическую жидкость.При сближении электрода – инструмента (ЭИ) и электрода – заготовки (ЭЗ) на расстояние в несколько микрометров (10…50 мкм) между микровыступами на Э-И и Э-З возникает Электрический разряд и образуется канал проводимости, в котором от катода к аноду движется поток электронов.К этому потоку движутся более тяжелые частицы – ионы. Электроны быстрее достигают поверхности анода. Поэтому энергия электрического разряда смещается ближе к поверхности заготовки (ЭЗ). Температура электрического разряда достигает 10000…12000 ºC. При такой температуре происходят мгновенное оплавление и частичное испарение элементарного объема материала заготовки. При этом время протекания разряда чрезвычайно мало. Поэтому процесс выделения энергии сопровождается явлением микровзрыва. За счет этого оплавившиеся частицы металла выбрасываются в окружающую среду, охлаждаются диэлектрической жидкостью и застывают в виде малых шариков (0,01…0,005 мм), образуя шлам – продукт эрозии. В результате на поверхности анода образуется сферическое углубление – лунка. Поверхность катода также подвергается частичному эрозионному разрушению. [8]Следующий разряд произойдет в том месте, где расстояние между инструментом и заготовкой окажется минимальным. Так образуется вторая лунка на поверхности заготовки. При воздействии серии электрических импульсов с анода удаляется слой материала. Непрерывность процесса обеспечивается за счет подачи ЭИ. Постоянство межэлектродного зазора обеспечивается автоматически с помощью следящих систем.Обработанная поверхность представляет собой совокупность лунок, глубина которых определяет шероховатость поверхности. [6]Помимо шероховатости обработанная поверхность характеризуется следующими показателями:– вследствие мгновенного нагрева поверхности заготовки до температуры плавления металла и резкого охлаждения в среде диэлектрической жидкости возникают температурные напряжения, приводящие к возникновению микротрещин;– за счет нагрева до высоких температур и возможного поглощения углерода из окружающей среды в поверхностном слое происходят структурные изменения и, с учетом быстрого охлаждения, твердость поверхностного слоя значительно повышается по сравнению с твердостью основного материала стальной заготовки;– под действием высокой температуры в зоне оплавления основной материал вступает в химическую реакцию с отдельными элементами материалов электрода – инструмента и диэлектрической жидкости, что ведет к изменению химического состава поверхностного слоя.При малой длительности импульсов (5…200 мкс) поверхности катода успевает достичь лишь малая доля ионов. Поэтому поверхность катода значительно меньше подвергается эрозионному разрушению по сравнению с поверхностью анода. Именно поэтому анодом делают заготовку (ЭЗ), а катодом – инструмент (ЭЗ). Такую полярность называют прямой. При большей длительности импульсов многие ионы успевают достичь поверхности катода, и, обладая большей энергией по сравнению с потоком электронов, вызывают интенсивную эрозию катода. В этом случае обработку осуществляют при обратной полярности: ЭИ является анодом, а ЭЗ – катодом.

38 Большинство методов ультразвукового исследования использует либо продольные, либо поперечные волны. Также существуют и другие формы распространения ультразвука, включая поверхностные волны и волны Лэмба.

Продольные ультразвуковые волны – волны, направление распространения которых совпадает с направлением смещений и скоростей частиц среды.

Поперечные ультразвуковые волны – волны, распространяющиеся в направлении, перпендикулярном к плоскости, в которой лежат направления смещений и скоростей частиц тела, то же, что и сдвиговые волны [2].

Рисунок 2 – Движение частиц в продольных и поперечных ультразвуковых волнах

Поверхностные (Рэлеевские) ультразвуковые волны имеют эллиптическое движение частиц и распространяются по поверхности материала. Их скорость приблизительно составляет 90% скорости распространения поперечной волны, а их проникновение вглубь материала равно примерно одной длине волны [3].

Волна Лэмба — упругая волна, распространяющиеся в твёрдой пластине (слое) со свободными границами, в которой колебательное смещение частиц происходит как в направлении распространения волны, так и перпендикулярно плоскости пластины. Лэмба волны представляют собой один из типов нормальных волн в упругом волноводе – в пластине со свободными границами. Т.к. эти волны должны удовлетворять не только уравнениям теории упругости, но и граничным условиям на поверхности пластины, картина движения в них и их свойства более сложны, чем у волн в неограниченных твёрдых телах.

39 Электронно-лучевая обработка основана на превращении кинетической энергии пучка электронов в тепловую. Тепловая энергия выделяется при столкновении быстродвижущихся электронов с обрабатываемым материалом. Плотность тепловой энергии при этом составляет до 106…107 Вт/см?, а диаметры электронных пучков 0,5…500 мкм. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволяет осуществлять размерную обработку детали вследствие расплавления и испарения материала с узколокального участка.

В оборудование для электронно-лучевой обработки входят обычно электронная пушка, вакуумная камера с вакуумной системой и источник питания с аппаратурой управления процессом. В электронной пушке производится генерирование электронов, формирование их в пучки и разгон до высоких скоростей.

При размерной обработке заготовок установка работает в импульсном режиме, что обеспечивает локальный нагрев заготовки. В зоне обработки температура достигает 6000?С, а на расстоянии 1 мкм от кромки луча она не превышает 300?С. Продолжительность импульсов и интервалы между ними подбирают такими, чтобы за один цикл успел нагреться и испариться металл только под лучом, а теплота не успела распространиться по объему заготовки. Длительность импульсов 10-4…10-6с, а частота – 50…6000 Гц.

Технологические характеристики электронно-лучевой обработки определяются во многом возможностями оборудования, энергетическими параметрами электронного пучка и свойствами обрабатываемого материала.

Скорость съема материала электронным лучом на черновых режимах достигает 20…30 мм?/мин, а на чистовых – 1…2 мм?/мин; точность обработки находится в пределах 5…20 мкм. Этим методом можно получить отверстия диаметром 1…10 мкм, прорезать пазы, резать металл, изготавливать тонкие сетки из фольги, обрабатывать подшипниковые камни часов, сопла для прядения, осуществлять сварку, наплавку, термическую обработку металлов и сплавов и др.

К основным преимуществам электронно-лучевой обработке следует отнести: возможность широкого регулирования режимов и тонкого управления тепловыми процессами; пригодность для обработки металлических и неметаллических материалов; высокий коэффициент полезного действия (до 98%); возможность автоматизации процесса. Кроме того, возможность сканирования электронного луча позволяет использовать этот вид обработки для изготовления фасонных щелей и пазов в труднообрабатываемых материалах (рубин, керамика, кварц, тантал, цирконий, вольфрам и др).

Наиболее перспективно применение электронно-лучевой обработки в области технологии радио- и микроэлектроники.

Основными недостатками электронно-лучевой технологии являются: необходимость защиты от рентгеновского излучения, относительно высокая стоимость и сложность оборудования и необходимость глубокого вакуума.

40 Электрогидравлические - установки показали очевидную рациональность штамповки дета­лей из плоских и цилиндрических заготовок. В дальнейшем оказалось, что электрогидравлическим способом можно штампо­вать детали любых форм и размеров. В настоящее время на основе накопленного отечественного и зарубежного опыта электро­гидравлическая штамповка применяется весьма широко. Производительность труда, упростить производство, снизить металлоемкость и стоимость оборудования при повышении ка­чества и надежности изделий и получить значительный эконо­мический эффект.В настоящее время наиболее эффективной областью приме­нения листовой электрогидравлической штамповки является фор­мообразование и калибровка конических и цилиндрических оболо­чек диаметром до 1200 мм при высоте до 1100 мм из заготовок толщиной до 5 мм. Продолжается расширение диапазона толщин и габаритных размеров изделий, выполняемых электрогидравли­ческой штамповкой, зависящее как от параметров генераторов импульсов тока, так и от совершенства конструкции технологи­ческого узла.Электро- гидравлический способ штамповки [59] предусматривает осуще­ствление этих технологических операций электрогидравлически - ми ударами, создаваемыми в открытой или замкнутой камере, днищем, стенкой или крышкой которой служит обрабатываемый материал. Электрогидравлические удары осуществляются при разрядах между Электродами и обрабатываемым материалом или между двумя электродами. Обрабатываемый листовой мате­риал под действием электрогидравлического удара вдавливается в матрицу и тем самым приобретает ее форму.Устройство для электрогидравлической штамповки и других операций [59] (рис. 4.9, а, б) выполнено в виде матрицы с по­лостью, заполненной воздухом или находящейся под вакуумом._ Крышкой полости служит деформируемый листовой материал^} Над деформируемым листом (или под ним, если применяют ст> соб штампования «вверх») расположена камера с рабочей жидкостью и рабочими электродами. Разряд осуществляется между двумя электродами (рис. 4.9, а) или между электродом и деформируемым листом (рис. 4.9,6).

Рис. 4.9. Устройства для электрогидравлической штамповки искровым разрядом с двумя (а) и одним (б) электродами:

1 — тормозной канал с ресивером; 2 — литой корпус устройства; 3 — электро­ды; 4 — штампуемый лист; 5 — подача воды; 6— матрица; 7— патрубок вакуумного насоса; 8 — вакуумируемая полость

Все типы эксплуатируемых в промышленности отечественных и зарубежных установок для электрогидравлической листовой штамповки основаны на описанных выше принципиальных способе и устройстве.

41 Современные условия характеризуются все более жесткой конкуренцией на международном рынке, повышением сложности и наукоемкой продукции, что ставит перед промышленниками и предпринимателями страны новые проблемы. К их числу относятся:

• критичность времени, требующегося для создания изделия и организации его продажи;

• снижение всех видов затрат, связанных с созданием и сопровождением изделия;

• повышение качества процессов проектирования и производства;

• обеспечение гибкого и надежного эксплуатационного обслуживания.

Действенным средством решения этих проблем в последнее десятилетие выступают новые информационные CALS-технологии сквозной поддержки сложной наукоемкой продукции на всех этапах ее жизненного цикла (ЖЦ) от маркетинга до утилизации.Инструментами реализации CALS для инженерных задач ТПП являются CAD/CAM/CAE системы.САПР в машиностроении

CAD – computerAidedDesign

Общий термин для обозначения всех аспектов проектирования с использованием средств вычислительной техники. Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия. А также генерацию чертежных изделий и их сопровождений.

CAM – ComputerAidedManufacturing

Общий термин для обозначения системы автоматизированной подготовки производства, общий термин для обозначения ПС подготовки информации для станков с ЧПУ. Традиционно исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, полученных из систем CAD.

CAE – ComputerAidedEngineering

Система автоматического анализа проекта. Общий термин для обозначения информационного обеспечения условий автоматизированного анализа проекта, имеет целью обнаружение ошибок (прочностные расчеты) или оптимизация производственных возможностей.

42 При обычных условиях молекулы газа нейтральны, и газ является хорошим изолятором. Но если создать достаточно сильное электрическое поле, то произойдет ионизация газа.

Как известно, возникновение электрического, тока связано с перемещением электрических зарядов (в основном электронов и ионов), образующихся в результате ионизации. Благодаря наличию тока в газе происходит повышение температуры; при этом относительная доля ионов и электронов в газовой смеси быстро возрастает, и газ перестает быть нейтральным. Но такое состояние газовой смеси нельзя назвать плазмой. Для плазмы характерна определенная степень ионизации газа, которая, в свою очередь, зависит от температуры и потенциала ионизации. Степенью ионизации газа называется отношение числа образовавшихся заряженных частиц к общему количеству нейтральных частиц в данном объеме газа до ионизации [6, 10].

Плазмой может быть названо такое состояние газообразной смеси, в которой число заряженных частиц электронов и ионов возрастает до уровня не ниже 10⁹ в 1 см³. Приближенно плазме соответствует температура порядка 10000К и выше. Так как выделить плазму в чистом виде трудно, то для технических целей используют дуговой разряд, обогащенный плазмой, т. е. в дуговом разряде наряду с заряженными частицами содержатся и нейтральные частицы. Такое состояние газа называется низкотемпературной плазмой.

В качестве плазмообразующих газов самостоятельно могут быть использованы аргон, азот, гелий, аммиак. Водород и кислород можно применять в смеси с аргоном и азотом. Применение одного водорода невозможно из-за его высокой теплопроводности, что приводит к быстрому нагреву и разрушению сопла.

В кислороде из-за быстрого сгорания вольфрамового электрода трудно обеспечить длительную работу катода плазмотрона.

Различные газы и газовые смеси обладают разными физико- химическими свойствами, целесообразность использования которых определяется видом плазменной обработки металлов (наплавка, напыление, закалка и др.) и степенью воздействия на вольфрамовый электрод. Наилучшим газом, защищающим раскаленный вольфрамовый электрод от окисления, является химически инертный аргон. Но аргон - одноатомный газ, и энергия, приобретенная им в столбе электрической дуги, определяется лишь теплоемкостью и процессами ионизации. Двухатомные газы являются лучшими теплоносителями; их преимущество перед инертными состоит в том, что, кроме энергии ионизации атомов, они переносят еще энергию диссоциации молекул, которая происходит до ионизации (таблица 2.1).

Водород диссоциирует на 90% при 4700 К, а азот — при 9000 К, причем их теплосодержание при данных температурах равна теплосодержанию аргона при температуре 14 000 К.

Таблица 2.1 - Энергия диссоциации молекул газов

Газ	Энергия диссоциации молекул, эВ
СО2 (диоксид углерода)	16,56
Н2 (водород)	4,477
N2 (азот)	9,76
СО (оксид углерода)	11,11
NО (оксид азота)	6,48
ОН (гидроксил)	4,37

Газ в состоянии плазмы находится в термодинамическом равновесии и в целом электрически нейтрален, так как ионизация не создает избытка в зарядах того или иного знака, и отрицательный заряд электронов компенсируется положительным зарядом ионов. Важное значение имеет энергетическое саморегулирование дугового разряда. Это свойство заключается в том, что потеря энергии в окружающую среду компенсируются притоком свежей энергии от источника тока.

Плазма приобретает новые свойства по сравнению с обычными газами. Высокая концентрация электронов делает ее электропроводимой, причем электропроводимость плазмы достигает величины электропроводимости металлов. Из-за большой насыщенности заряженными магнитными частицами плазма поддается действию магнитных полей [10].

В настоящее время основным методом получения плазмы для технологических целей является метод пропускания газовой струи через пламя сжатой электрической дуги, расположенной в узком медном канале.