5. Дайте загальну характеристику електрофізичних та електрохімічних методів оброблення заготовок.

Електрофізичні та електрохімічні методи обробки ґрунтуються на різних фізико-механічних процесах енергетичної дії на тверде тіло, при яких при нього відокремлюються частинки і утворюється деталь з потрібними розмірами і формою. Залежно від фізико-хімічних процесів, які використовуються, ці методи обробки поділяються на електроерозійні, електрохімічні, ультразвукові, променеві. Названі методи призначені в основному для обробки заготівель із дуже міцних, досить грузлих, тендітних і неметалічних матеріалів. Мають наступні переваги: - відсутній силовий вплив інструмента на заготівлю (або дуже мало й не впливає на сумарну погрішність обробки);

- дозволяють міняти форму поверхні заготівлі й впливають на стан поверхневого кулі: наклеп обробленої поверхні не утвориться, дефектний куля незначний; підвищуються корозійні, міцнісні й інші експлуатаційні характеристики поверхні;

- можна обробляти дуже складні зовнішні й внутрішні поверхні заготівель.

Електрофізичні та електрохімічні методи обробки є універсальними й забезпечують безперервність процесів при одночасному формоутворенні всієї оброблюваної поверхні. Впроваджуються в різних галузях промисловості. Електроерозійні методи обробки ґрунтуються на використанні енергії електричних розрядів, які збуджуються між інструментом і деталлю. Розрізняють електроіскрову, електроімпульсну, електроконтактну та анодно-механічну обробки. При електроіскровій обробці використовують імпульсні іскрові розряди між електродами ( оброблювана заготівля (анод) - інструмент (катод)). При зближенні двох електродів і підключенні до них напруги, достатнього для пробою міжелектродного проміжку, що утворився, виникає електричний розряд у вигляді вузького провідного каналу (стовпа) із температурою, яка вимірюється тисячами і десятками тисяч градусів. На підстави цього каналу спостерігається руйнування (оплавлення, випар, виривання тощо) матеріалу електродів. При зануренні електродів у яку-небудь діелектричну рідину інтенсивність розряду і відповідно ступінь ерозії електродів різко зростають. У залежності від тривалості розряду змінюється глибина поширення тепла в об'ємі електродів і характер їх руйнування.

При електроімпульсній обробці використовують електричні імпульси великої тривалості (5...10 мс), у результаті чого відбувається дуговий розряд. Більші потужності імпульсів від електронних генераторів забезпечують високу продуктивність обробки. Електроімпульсну обробку доцільно застосовувати при попередній обробці штампів, турбінних лопаток, фасонних отворів у деталі з корозійностійких і жароміцних сплавів.

Електроконтактна обробка заснована на локальному нагріванні заготівлі в місці контакту з електродом-інструментом і видаленні розм'якшеного або розплавленого металу із зони обробки механічним способом: відносним рухом заготівлі або інструмента. Джерелом теплоти служать імпульсні дугові розряди. Цей вид обробки рекомендується для великих деталей з вуглецевих і легованих сталей, чавуну, кольорових сплавів, тугоплавких і спеціальних сплавів. Названий метод застосовують для зачищення виливків від заток, відрізки ливникових систем, зачищення прокату, шліфування корозійних деталей з важкооброблюваних сплавів.

Анодно-механічна обробка полягає в електрохімічному (анодному) розчиненні металу і дальшому механічному видаленні зруйнованого металевого шару; вид електроерозійної обробки. В процесі анодно-механічної обробки металеву заготовку (анод) та інструмент (катод), у проміжок між якими вводять електроліт (переважно колоїдний розчин кремнійорганічних сполук), вмикають у коло постійного струму низької напруги. Внаслідок цього на поверхні заготовки утворюється важкорозчинна пасивована плівка. При натисненні електрода-інструмента на заготовку плівка руйнується і виникає електричний розряд, тепло якого спричинює місцеве розплавлення металу. Розплавлені металеві частинки разом з електролітом відкидаються електродом-інструментом, що швидко обертається або переміщується. Анодно-механічну обробку застосовують для різання, шліфування і загострювання (іноді для створення отворів і порожнин) високолегованих сталей, твердих сплавів тощо.

Електрохімічна обробка заснована на законах анодного розчинення металів при електролізі. При проходженні електричного струму через електроліт на поверхні заготівлі відбуваються хімічні реакції, зокрема утворюється плівка, що захищає западини мікрошорсткостей від впливу струму. Продукти електролізу переходять у розчин або віддаляються механічним способом. Продуктивність цього способу залежить від електрохімічних властивостей електроліту, оброблюваного матеріалу й щільності струму. Поширеним є електрохімічне полірування, яке здійснюється у ванні, заповненої електролітом (розчини кислот і лугів). Оброблювану заготівлю підключають до катода. Катодом служити металева пластинка зі свинцю, міді, стали (іноді електроліт підігрівають). При подачі напруги починається процес розчинення металу заготівлі (в основному на виступах мікронерівностей). У результаті вибірного розчинення, мікронерівності згладжуються, і оброблювана поверхня здобуває металевий блиск. Поліпшуються електрофізичні характеристики деталей: зменшується глибина мікротріщин, поверхневе покриття не деформується, виключаються зміцнення й термічні зміни структури, підвищується корозійна стійкість. Цим методом одержують поверхні під гальванічні покриття, доводять робочі поверхні різального інструменту, виготовляють тонкі стрічки й фольгу, очищають і декоративно обробляють деталі.

Різновидом електрохімічної обробки є метод пришивання отворів, а також електроабразивне шліфування й електроалмазна обробка. При таких видах обробки інструментом служить шліфувальне коло з абразивного матеріалу на електропровідному зв'язуванню (бакелітове зв'язування із графітовим наповнювачем). Між анодом - заготівлею й катодом - шліфувальним колом є зазор, куди подається електроліт. Продукти анодного розчинення віддаляються абразивними зернами; шліфувальне коло має обертовий рух, а заготівля - рух подачі, які відповідають процесу механічного шліфування. Введення в зону різання ультразвукових коливань підвищує продуктивність в 2-2,5 рази при поліпшенні якості поверхні. Ці методи застосовуються для оздоблювальної обробки заготівель із важкооброблюваних матеріалів, а також нежорстких заготівель, тому що сили різання незначні.

Ультрозвукова обробка основана на руйнуванні оброблюваного матеріалу абразивними зернами під ударами інструмента, що коливається з ультразвуковою частотою. Джерелом коливань є спеціальні вібра­тори, які передають ультразвукові коливання інструменту-вібратору який опущений в абразивну суспензію в зоні обробки. Ультразвукову обробку використовують для прошивання отворів в заготовках із твердих і крихких матеріалів і скла, твердих сплавів, загартованої сталі. 

Променеві методи обробки включають видалення металу плавленням і випаровуванням під дією енергії променевих потоків і високо енергетичних струменів з питомою щільністю енергії 10⁶- 10⁹ Вт/см². Основні різновидності: електронно-променева і світло-променева (лазерна) обробка. Особливість обробки в тому, що імпульси енергії короткі τ10 мкс.

Електронно-променева обробка (ЕПО) діє на принципі видалення речовини під дією сфокусованого пучка електронів – випаровування, або сублімація речовини з точки дотику електронного променя (локальний нагрів за рахунок перетворення кінетичної енергії в теплову). Дуже великі швидкості ( до 10 км/сек.) можна надати електронам у вакуумі при використанні високих напруг прискорення. Для забезпечення роботи в камері установки необхідно створити вакуум 10^-5 мм.рт.ст. (1,3310^-2Па).

Режим обробки електронним променем визначається силою струму в промені І, напругою прискорення U, щільністю енергії в фокальній точці q, часом дії імпульсу  і частотою імпульсів f, а також швидкістю переміщення променя відносно заготовки.

В залежності від щільності енергії q механізм видалення матеріалу заготовки може бути різним: термічним, крапельним, пароструменевим і вибуховим. Найбільш ефективним є вибуховий (q10⁶вт/см²), коли передача енергії твердому тілу здійснюється періодично тепловими вибухами і швидкість виділення теплоти значно вища швидкості її відведення (вибухове випаровування). Утворюється ударна хвиля, яка генерує і скеровує в глибину тіла потік дислокацій і ініціює процес плавлення. Цим способом можна обробляти електропровідні і не електропровідні матеріали з різними механічними властивостями. Краще обробляються електропровідні, тому що немає статичного розряду.

Переваги електронно-променевої обробки: висока продуктивність обробки, відсутність хімічної взаємодії, можливість обробки трудно доступних місць, малих отворів, вузьких канавок. Недоліки: дороге обладнання, необхідність захисту обслуговуючого персоналу від рентгенівського випромінювання.

 Електронно-променева обробка  заснована на перетворенні кінетичної енергії спрямованого пучка електронів у теплову енергію. Висока щільність енергії сфальцьованого електронного променя дозволяє обробляти заготівлю за рахунок нагрівання, розплавлювання й випари матеріалу з локальної ділянки.

Електронний промінь утвориться за рахунок емісії електронів з нагрітого у вакуумі катода. Він за допомогою електростатичних і електромагнітних лінз фокусується на заготівлі. При розмірній обробці установка працює в імпульсному режимі, що забезпечує локальне нагрівання заготівлі.

Електронно-променевий метод ефективний при обробці отворів діаметром 1- 0,010 мм, при прорізанні пазів, різанню заготівель, виготовленні тонких плівок і сіток з фольги, виготовленні заготівель із важкооброблюваних металів і сплавів, кераміки, кварцу, напівпровідникового матеріалу.

 Лазерна обробка заснована на тепловому впливі світлового променя високої енергії на поверхню заготівлі. Джерелом світлового випромінювання служити лазер - оптичний квантовий генератор.

Енергія світлового променя невелика (20-100Дж), але вона виділяється в мільйонні частки секунди й зосереджує в промені діаметром 0,01 мм. Тому температура в зоні контакту 6000-8000⁰С.

Куля металу миттєво розплавляється й випаровується. За допомогою цього методу здійснюється прошивання отворів, розрізування заготівлі, прорізання пазів у заготівлях з будь-яких матеріалів (фольга з танталу, вольфраму, молібдену). Також за допомогою цього методу можна здійснити контурну обробку по складному периметрі.

Сутність плазмової обробки полягає в тім, що плазму направляють на оброблювану поверхню. Плазмова струмінь являє собою спрямований потік частково або повністю іонізованого газу, що має температуру 10000-20000⁰С. Плазму одержують у плазмових пальниках, пропускаючи газ через стовп стислої дуги. У якості плазмоутворюючих газів використовують азот, аргон, водень, гелій, повітря і їхньої суміші.

За допомогою цього методу прошиваються відчини, вирізьблюються заготівлі з листового матеріалу, виробляється гостріння в заготівлях з будь-яких матеріалів.