Технология конструкционных материалов

25.2.1. Электроискровая обработка

Электроискровая обработка характеризуется использованием искро­ вых разрядов с малой длительностью (10'15...10~7 с) при прямой по­ лярности подключения электродов (заготовка — «+», инструмент — «-»). В зависимости от мощности электрических разрядов режимы обработки делятся на жесткие и средние (для предварительной обра­ ботки), мягкие и очень мягкие (для окончательной). Мягкий режим обработки позволяет получать размеры с точностью до 0,002 мм при шероховатости поверхности Ra = 0,01 мкм. Использование диэлек­ трической жидкости предотвращает нагрев электродов.

Для проведения обработки на электроискровых режимах исполь­ зуют станки, оснащенные RC генераторами (рис. 25.1), состоящими из зарядного и разрядного контура. Зарядный контур включает в себя конденсатор С, заряжающийся через сопротивление R от источника тока с напряжением 100...200 В, а в разрядный контур параллельно конденсатору С включены электроды — инструмент и заготовка. Как только напряжение на электродах достигает пробойного, через межэлектродный зазор происходит искровой разряд энергии, накоплен­ ной в конденсаторе С. Производительность эрозионного процесса может быть увеличена уменьшением сопротивления R.

Рис. 25.1. Схема электроискрового станка:

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

Постоянство межэлектродного зазора поддерживается специаль­ ной следящей системой, управляющей механизмом автоматического движения подачи инструмента, изготовленного из меди, латуни или углеграфитовых материалов.

работку используютдля повышения точности и уменьшения шерохо­ ватости поверхностей, обработанных электрозрозионным методом. Производительность метода в 30...50 раз выше, чем при электроис­ кровом способе обработки. Одновременно гарантируется получение поверхностей с минимальной глубиной дефектного слоя, что очень важно при обработке твердых и хрупких материалов. Износ инстру­ мента незначителен.

Рис. 25.3. Схемавысокочастотной электроискровой обработки:

1— инструмент-электрод; 2 — заготовка-электрод; 3 — импульсный транс­ форматор; 4— прерывательтока; 5— выпрямитель

При высокочастотной электроискровой обработке (рис. 25.3) кон­ денсатор С разряжается при замыкании первичной цепи импульсного трансформатора 3 прерывателем 4 (вакуумной лампой или тиратро­ ном). Инструмент-электрод 1 и заготовка 2 включены во вторичную цепь трансформатора.

25.2.4.Электроконтактная обработка

Электроконтактная обработка основана на разрушении металла в ре­ зультате одновременного механического и теплового воздействия в мес­ те контакта электрода-инструмента с заготовкой, приводящего к рас­ плавлению, частичному испарению и удалению размягченного металла из зоны обработки.

Электроконтактную обработку проводят при постоянном или пе­ ременном токе медными или чугунными электродами (рис. 25.4). Меньшая эрозия инструмента по сравнению с эрозией заготовки объясняется интенсивным воздействием охлаждающих сред (сжа­ тый воздух, вода) и быстрым вращением инструмента (до 60 м/с). Электроконтактная обработка не обеспечивает высокой точности и качества поверхности, но приводит к высокой производительности вследствие значительного съема металла. Она применяется для резки

заготовок, обдирки отливок, заточки инструмента, плоского шли­ фования, прошивки отверстий, очистки от окалины, обработки кри­ волинейных поверхностей.

Рис. 25.4. Схема электроконтактной обработки:

1— заготовка; 2 —инструмент-электрод; 3 —трансформатор

25.3. Электрохимическиеметодыобработай

В основу электрохимических методов обработки заготовок положен принцип анодного растворения при электролизе. При подаче посто­ янного тока в зону обработки на поверхности заготовки (аноде) про­ исходят химические реакции, превращая слой металла в химические соединения. Продукты электролиза переходят в раствор или удаля­ ются механическим путем. Производительность процесса зависит от электрохимических свойств электролита, обрабатываемого материа­ ла и плотности тока.

Электрохимическое полирование проводится в ванне, заполненной электролитом, которым являются растворы кислот или щелочей. Об­ рабатываемую заготовку подключают к аноду (рис. 25.5, а), катодом служит металлическая пластина из свинца, меди, стали. С целью интенсификации процесса электролит подогревают до температуры 40...60 °С.

При подаче напряжения на электроды начинается процесс раство­ рения материала заготовки-анода. Растворение происходит главным образом на выступах микронеровностей поверхности из-за более вы­ сокой плотности тока на их вершинах. В результате избирательного растворения микронеровности сглаживаются и обрабатываемая по­ верхность выравнивается.

Электрохимическоеполированиепроводится перед нанесением галь­ ванических покрытий, для доводки режущего инструмента, для отдел­ ки проволоки, фольги и поверхностей деталей.

Рис. 25.5. Схемы электрохимической обработки:

а —полирование; б — размерная; в — электроабразивная и электроалмазная

Электрохимическаяразмерная обработка (рис. 25.5, б) проводится с прокачкой электролита под давлением между заготовкой 1 и инст­ рументом 2. Съем металла проводится по всей поверхности заготов­ ки, расположенной под инструментом. Участки заготовки, где металл не снимается, изолируют. Зазор при обработке оставляют постоян­ ным за счет следящих систем. Электрохимическую размерную обра­ ботку применяют при изготовлении деталей сложной формы, для прошивки отверстий, оформления полостей штампов и т. п.

При электроабразивной и электроалмазной обработках (рис. 25.5, в)

инструментами-электродами являются электропроводящие шлифо­ вальные круги 3.

В результате обработки большая часть припуска удаляется за счет анодного растворения, остальная — за счет механического воздейст­ вия абразивных или алмазных зерен. В связи с этим шероховатость поверхности деталей 4 меньше, чем при обычных методах шлифова­ ния. Применяются эти методы для отделки труднообрабатываемых и нежестких деталей.

25.4. Анодно-механическая обработка

Анодно-механическая обработка позволяет соединить производитель­ ность элекгроэрозионной обработки с возможностью получения вы­ сококачественных поверхностей, что характерно для электрохимиче­ ского растворения. Вкачестве инструмента используют металлические диски, цилиндры, ленты и проволоку в зависимости от вида обрабаты­ ваемой поверхности. Обработку ведут в среде электролита, который

подается в зону обработки через сопло. Заготовке и инструменту задают такие же движения, как и при обычныхдвижениях резания (рис. 25.6). При пропускании через электролит постоянного электрического тока происходит процесс анодного растворения, как и при электрохимиче­ ской обработке. В результате соприкосновения инструмента (катода) с микронеровностями обрабатываемой поверхности заготовки (анода) происходит процесс элекгроэрозии, присущий электроискровой обра­ ботке. С увеличением напряжения и удельной мощности, подводимой в зону обработки, преобладает элекгроэрозионный процесс, а с их уменьшением — электрохимическое растворение.

Рис. 25.6. Схема анодно-механической обработки плоской поверхности

Анодно-механическим способом обрабатывают заготовки из всех токопроводящих материалов: высокопрочных, вязких и труднообра­ батываемых металлов и сплавов. Этим методом разрезают заготовки на части, прорезают пазы и щели, обрабатывают поверхности тел вра­ щения, шлифуют и полируют, затачивают режущий инструмент.

25.5. Ультразвуковаяилучевыеметодыобработки

Ультразвуковая обработка (У30) представляет собой разновидность механической обработки. УЗО основана на использовании энергии ультразвуковыхколебаний инструмента, воздействующих на заготовку через абразивные частицы, твердость которых выше твердости обраба­ тываемого материала. Эти частицы, получив импульс движения от ко­ леблющегося с частотой 1б...30кГцторца инструмента, врезаются в об­ рабатываемую поверхность, скалывая с нее микрочастицы. Большое количество абразивных зерен, одновременно участвующих в обработ­ ке (30...100тыс./см2), обеспечивает интенсивный съем обрабатываемо­ го материала. Наиболее интенсивный съем происходит в направлении

колебаний инструмента, а на его боковых поверхностях процесс про­ текает медленнее. Из абразивных материалов используют карбиды бо­ ра и кремния, а также электрокорунд.

На рис. 25.7 приведена схема ультразвукового станка. Заготовку 3 помещаютв ванну 1под инструментом 4, Который установлен на вол­ новоде 5. Волновод крепится в магнитострикционном сердечнике 7, смонтированном в кожухе 6, сквозь который прокачивают воду для охлаждения сердечника.

Рис. 25.7. Схемаультразвукового станка

Для возбуждения колебаний сердечника магнитострикционного преобразователя служит генератор 8 ультразвуковой частоты, кото­ рый питается от источника постоянного тока 9. Абразивную суспен­ зию 2 подают под давлением по патрубку 10 насосом 11 из резервуа­ ра 12.

УЗО подвергают твердые и хрупкие материалы, такие как стекло, феррит, ситаллы, кремний, твердые сплавы, драгоценные минералы, в том числе алмазы, титановые сплавы, вольфрам. Пластичные и вяз­ кие материалы этими методами не обрабатывают.

Электронно-лучевая обработка основана на тепловом воздействии потока движущихся электронов на обрабатываемый материал, кото­ рый в месте обработки плавится и испаряется. Высокая концентра­ ция энергии в сочетании с импульсным воздействием позволяет ис­ пользовать этот метод для резки заготовок, изготовления сеток из фольги, прорезания пазов, обработки отверстий диаметром 1 ...10 мкм

вдеталях из труднообрабатываемых металлов и сплавов. В качестве оборудования используют электровакуумные устройства, называемые электронными пушками.

Метод световой обработки основан на использовании теплового воздействия светового луча, излучаемого оптическим квантовым ге­ нератором (лазером) на поверхность заготовки. Излучение лазера ха­ рактеризуется высокой концентрацией энергии, которая выделяется

вмиллионные доли секунды и сосредоточивается в луче диаметром 0,01 мм. В фокусе диаметр светового луча составляет несколько мик­ рометров, что обеспечивает температуру 6000...8000 “С. В результате этого поверхностный слой заготовки, находящийся в фокусе, мгно­ венно расплавляется и испаряется. Лазерную обработку применяют для прошивания сквозных отверстий, разрезания заготовок, выреза­ ния из листа сложнопрофильных деталей, прорезания пазов и т.д. Этим методом можно обрабатывать заготовки из любых материалов, включая самые твердые и прочные.

Вотличие от электронных пушек работа лазера не сопровождается рентгеновским излучением, а его конструкция проще из-за отсутст­ вия вакуумной системы.