Elektrofysiska metoder för bearbetning av metaller

Den utbredda användningen av svårbearbetade material för tillverkning av maskindelar, komplexiteten i utformningen av dessa delar, i kombination med de växande kraven på att minska kostnaderna och öka produktiviteten, ledde till utvecklingen och antagandet av elektrofysiska bearbetningsmetoder.

Elektrofysiska metoder för metallbearbetning är baserade på användningen av specifika fenomen som uppstår från verkan av elektrisk ström för att avlägsna material eller ändra formen på arbetsstycket.

Den största fördelen med elektrofysiska metoder för metallbearbetning är förmågan att använda dem för att ändra formen på delar gjorda av material som inte kan bearbetas genom skärning, och dessa metoder bearbetas under förhållanden med minimala krafter eller i fullständig frånvaro.

En viktig fördel med elektrofysiska metoder för bearbetning av metaller är oberoendet av produktiviteten för de flesta av dem från hårdheten och sprödheten hos det bearbetade materialet.Arbetsintensiteten och varaktigheten för dessa metoder för bearbetning av material med ökad hårdhet (HB> 400) är mindre än arbetsintensiteten och skärtiden.

Elektrofysiska metoder för metallbearbetning täcker nästan alla bearbetningsoperationer och är inte sämre än de flesta av dem när det gäller uppnådd grovhet och bearbetningsnoggrannhet.

Elektrisk urladdningsbehandling av metaller

Elektrisk urladdningsbearbetning är en typ av elektrofysisk bearbetning och kännetecknas av att förändringar i delens form, storlek och ytkvalitet sker under inverkan av elektriska urladdningar.

Elektriska urladdningar uppstår när en pulsad elektrisk ström passerar genom ett gap på 0,01 - 0,05 mm brett mellan arbetsstyckets elektrod och verktygselektroden. Under påverkan av elektriska urladdningar smälter arbetsstyckets material, förångas och avlägsnas från interelektrodgapet i vätske- eller ångtillstånd. Liknande processer för destruktion av elektroder (detaljer) kallas elektrisk erosion.

För att förbättra elektrisk erosion fylls gapet mellan arbetsstycket och elektroden med en dielektrisk vätska (fotogen, mineralolja, destillerat vatten). När elektrodspänningen är lika med genombrottsspänningen bildas en ledande kanal i mitten mellan elektroden och arbetsstycket i form av ett plasmafyllt cylindriskt område med ett litet tvärsnitt med en strömtäthet på 8000-10000 A / mm2. Den höga strömtätheten, bibehållen i 10-5 - 10-8 s, säkerställer en temperatur på arbetsstyckets yta upp till 10 000 - 12 000˚C.

Metallen som avlägsnas från arbetsstyckets yta kyls med en dielektrisk vätska och stelnar i form av sfäriska granuler med en diameter på 0,01 - 0,005 mm.Vid varje efterföljande ögonblick i tiden tränger en strömpuls igenom mellan elektrodgapet vid den punkt där gapet mellan elektroderna är som minst. Den kontinuerliga tillförseln av strömpulser och det automatiska närmandet av verktygselektroden till arbetsstyckets elektrod säkerställer kontinuerlig erosion tills en förutbestämd storlek på arbetsstycket uppnås eller all metall i arbetsstycket i mellanelektrodgapet har avlägsnats.

Bearbetningslägen för elektrisk urladdning är uppdelad i elektrisk gnista och elektrisk puls.

Lägen för elektrospat kännetecknas av användningen av gnisturladdningar av kort varaktighet (10-5 ... 10-7s) med rak polaritet för att ansluta elektroderna (detalj "+", verktyg "-").

Beroende på styrkan hos gnisturladdningarna är lägena uppdelade i hård och medium (för preliminär bearbetning), mjuk och extremt mjuk (för slutlig bearbetning). Användningen av mjuka lägen ger en avvikelse av delens dimensioner upp till 0,002 mm med en grovhetsparameter för den bearbetade ytan Ra = 0,01 μm. Lägen för elektriska gnistor används vid bearbetning av hårda legeringar, svårbearbetade metaller och legeringar, tantal, molybden, volfram, etc. De bearbetar genomgående och djupa hål av valfritt tvärsnitt, hål med krökta axlar; med hjälp av tråd- och tejpelektroder, skär delar från arkämnen; avhuggna tänder och trådar; delar är polerade och märkta.

För att utföra bearbetning i elektrognistlägen används maskiner (se fig.), utrustade med RC-generatorer, bestående av en laddad och urladdad krets.Laddningskretsen inkluderar en kondensator C, som laddas genom ett motstånd R från en strömkälla med en spänning på 100-200 V, och elektroderna 1 (verktyg) och 2 (del) är kopplade till urladdningskretsen parallellt med kondensatorn C.

Så snart spänningen på elektroderna når genombrottsspänningen sker en gnisturladdning av energi som ackumulerats i kondensatorn C. Erosionsprocessens effektivitet kan ökas genom att reducera resistansen R. Konstansen hos mellanelektroderna upprätthålls av ett speciellt spårningssystem , som styr mekanismen för den automatiska matningsrörelsen för ett verktyg tillverkat av koppar-, mässings- eller kolmaterial.

Elektrisk gnistmaskin:

Elektrosparkskärning av kugghjul med inre ingrepp:

Moder av elektriska pulser som kännetecknas av användningen av pulser med lång varaktighet (0,5 ... 10 s), motsvarande en bågarladdning mellan elektroderna och mer intensiv förstörelse av katoden. I detta avseende, i elektriska pulslägen, är katoden ansluten till arbetsstycket, vilket ger högre erosionsprestanda (8-10 gånger) och mindre verktygsslitage än i elektriska gnistlägen.

Det mest ändamålsenliga användningsområdet för elektriska pulslägen är den preliminära bearbetningen av arbetsstycken av komplexa formade delar (matriser, turbiner, blad, etc.) gjorda av svårbehandlade legeringar och stål.

Elektriska pulslägen implementeras av installationer (se fig.), där unipolära pulser från en elektrisk maskin 3 eller elektronisk generator… Framväxten av E.D.S.induktion i en magnetiserad kropp som rör sig i en viss vinkel mot magnetiseringsaxelns riktning gör det möjligt att erhålla en ström av större storlek.

Strålbehandling av metaller

Typerna av strålningsbearbetning inom maskinteknik är elektronstråle- eller ljusstrålebearbetning.

Elektronstrålebehandling av metaller är baserad på den termiska effekten av en ström av rörliga elektroner på det bearbetade materialet, som smälter och avdunstar på bearbetningsplatsen. Sådan intensiv uppvärmning orsakas av det faktum att den kinetiska energin hos de rörliga elektronerna, när de träffar arbetsstyckets yta, nästan fullständigt omvandlas till termisk energi, vilket, koncentrerat på en liten yta (högst 10 mikron), orsakar den för att värma upp till 6000˚C.

Under dimensionsbehandling, som är känt, finns det en lokal effekt på det bearbetade materialet, som under elektronstrålebehandling tillhandahålls av ett pulsläge av elektronflöde med en pulslängd på 10-4 ... 10-6 s och en frekvens av f = 50 … 5000 Hz.

Den höga koncentrationen av energi under elektronstrålebearbetning i kombination med pulsverkan ger bearbetningsförhållanden där ytan på arbetsstycket belägen på ett avstånd av 1 mikron från kanten av elektronstrålen värms upp till 300˚C. Detta möjliggör användning av elektronstrålebearbetning för att skära delar, tillverka nätfolier, skära spår och bearbeta hål med en diameter på 1-10 mikrometer i delar gjorda av svårbearbetade material.

Speciella vakuumanordningar, så kallade elektronkanoner (se fig.), används som utrustning för elektronstrålebehandling.De genererar, accelererar och fokuserar en elektronstråle. Elektronpistolen består av en vakuumkammare 4 (med ett vakuum på 133 × 10-4), i vilken en volframkatod 2 är installerad, som drivs av en högspänningskälla 1, som säkerställer emissionen av fria elektroner som accelereras av ett elektriskt fält som skapas mellan katoden 2 och anodmembranet 3.

Elektronstrålen passerar sedan genom ett system av magnetiska linser 9, 6, en elektrisk inriktningsanordning 5 och fokuseras på ytan av arbetsstycket 7 monterat på koordinatbordet 8. Elektronkanonens pulsläge tillhandahålls av en system bestående av en generator av pulser 10 och transformator 11.

En ljusstrålebehandlingsmetod är baserad på användningen av de termiska effekterna av den emitterade ljusstrålen med hög energi optisk kvantgenerator (laser) på arbetsstyckets yta.

Dimensionsbearbetning med hjälp av lasrar består i bildandet av hål med en diameter på 0,5 ... 10 mikron i svårbearbetade material, produktion av nätverk, skärning av ark från komplexa profildelar, etc.