Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Электроэрозионные методы обработки

Электроэрозионная обработка металлов основана на воздействии электрических разрядов на локальные участки обрабатываемой поверхности. Для этого непосредственно в зоне обработки энергия электрических разрядов меду электродами (анод - инструмент, катод – обрабатываемая заготовка) преобразуется в тепловую энергию. При этом происходит эрозия (разрушение) электрода – заготовки. Разряд между электродами происходит в газовой среде или при заполнении межэлектродного промежутка диэлектрической жидкостью – керосином, минеральным маслом и т.д. В жидкой среде процесс эрозии идет более интенсивно. При наличии разности потенциалов на электродах происходит ионизация межэлектродного пространства. Когда разность потенциалов достигает определенной величины, в среде между электродами образуется канал проводимости, по которому устремляется электрическая энергия в виде импульсного искрового или дугового разряда. При высокой концентрации энергии, реализуемой во времени за 10-5…10-8с, мгновенная плотность тока в канале проводимости достигает 8000 … 10000 А/мм2, в результате чего температура на поверхности обрабатываемой заготовки-электрода возрастает до 10000 … 12000 °С. При этой температуре происходит мгновенное оплавление и испарение элементарного объема металла, и на обрабатываемой поверхности образуется лунка.

Процесс эрозии продолжается до тех пор, пока не будет удален весь металл, расположенный между электродами на расстоянии, при котором возможен электрический пробой при заданном напряжении импульса. Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды.

Кроме теплового воздействия при электроэрозионных процессах обработки на материал электрода-заготовки действуют электродинамические и электростатические силы, а также давление жидкости вследствие кавитации, сопровождающей процесс импульсных разрядов. Совокупность силовых и тепловых факторов приводит к разрушению металла и формообразованию поверхности обрабатываемой заготовки-электрода. К электроэрозионному методу относят электроискровую, электроимпульсную, высокочастотную электроискровую и электроконтактную обработку.

Электроискровой метод разработан советскими учеными Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко в 1943 году. Этот метод основан на использовании импульсного электрического (искрового) разряда между двумя электродами, один из которых является обрабатываемой заготовкой (анод), а другой – инструментом (катод). В качестве источников импульсов используют электронные, ламповые и транзисторные генераторы. В зависимости от величины энергии, реализуемой в импульсе, режим обработки делят на жесткий или средний – для предварительной обработки и мягкий или особо мягкий – для отделочной обработки. Мягкий режим обработки позволяет получать размеры с точностью до 0,002 мм при шероховатости поверхности Rа=0,63...0,16 мкм.

Обработку ведут в ваннах, заполненных диэлектрической жидкостью. Жидкость исключает нагрев электродов (инструмента и заготовки), охлаждает продукты разрушения, уменьшает величину боковых разрядов между инструментом и заготовкой, что повышает точность обработки. Для обеспечения непрерывности процесса обработки необходимо, чтобы величина зазора между электродом-инструментом и заготовкой была постоянной. Для этого электроискровые станки снабжают следящей системой и механизмом автоматической подачи инструмента. Величина подачи зависит от режима обработки.

Электроискровой метод используют для обработки заготовок из всех электропроводящих материалов. Наиболее целесообразно обрабатывать заготовки из твердых сплавов, тантала, вольфрама, молибдена и их сплавов. Электроискровую обработку широко применяют для изготовления штампов, пресс-форм, фильер, кокилей, режущего инструмента и т.д. На рис. 6.114, а, б, в показаны принципиальные схемы обработки.

Применение электроискровой обработки ограничено малой производительностью и быстрым износом инструмента (катода) вследствие высокой температуры.

Электроимпульсный метод использует относительно длинные импульсы от 100 до 10000 мкс (для электроискровой обработки длительность разряда – до 1 мкс). За счет этого она обеспечивает большую производительность – до 5000 мм3/мин. против 500…1000 мм3/мин. для электроискровой обработки. Скорость съема металла по сравнению с электроискровым выше в 5…8 раз, при снижении износа инструмента в 5…20 раз и энергоемкости в 3…5 раз. Это обусловлено большой длительностью импульсов, применяемых при этом методе. Электроимпульсная обработка дает значительно меньшую точность и шероховатость поверхности – Ra = 12,5…1,25 мкм. Поэтому во многих случаях рекомендуется применять комбинированную электроэрозионную обработку, когда предварительная обработка, связанная с удалением основной массы материала, выполняется электроимпульсным методом, а окончательная чистовая – электроискровым. Электроимпульсную обработку (рис. 6.115.) проводят теми же приемами, что и электроискровую. Питание рабочего контура импульсным током производят не от релаксационного генератора импульсов, а от независимого генератора – 1. Для этого применяют машинные генераторы униполярных импульсов определенной частоты. Обрабатываемое изделие – 2 при электроимпульсной обработке является катодом, а инструмент – 3 – анодом, т.е. обработка этим методом ведется при обратной полярности и импульсами тока повышенной частоты. Температура в рабочей зоне – 4000…50000 С, что значительно ниже, чем при электроискровой обработке, поэтому и электрод-инструмент меньше изнашивается. Электроды-инструменты изготавливают из меди, алюминия и его сплавов, чугуна, но наилучшими являются графитовые электроды. Обработку ведут в ваннах, заполненных диэлектрической жидкостью (маловязкое масло, керосин, этиловый спирт и его водные растворы). Жидкость исключает нагрев электродов (инструмент и заготовки), охлаждает продукты разрушения, уменьшает величину боковых разрядов между инструментом и заготовкой, что повышает точность обработки.

Электроимпульсную обработку наиболее целесообразно применять при предварительной трехкоординатной обработке штампов, пресс-форм, турбинных лопаток, твердосплавных деталей, фасонных отверстий в деталях из нержавеющих и жаропрочных сплавов и т. д. В станках для электроэрозионной обработки широко используют различные системы числового программного управления (ЧПУ). Приборы автоматического переключения на различные значения подач и глубины резания, управляемые системами ЧПУ, обеспечивают оптимальное использование электроэрозионных станков, так как в зависимости от хода процесса обработки режим работы согласуется с технологическими требованиями к деталям.

Использование программного управления перемещениями заготовки относительно инструмента позволяет с помощью простых электродов-инструментов изготовлять детали сложных геометрических форм.

Электроконтактная обработка основана наиспользовании тепловой энергии, возникающей при прохождении электрического тока большой плотности через зону контакта обрабатываемой заготовки с инструментом. Для этого метода обработки используется электрический ток с силой тока несколько тысяч ампер (А) при малом напряжении (В). Метод электроконтактной обработки заключается в том, что при соприкосновении под давлением электрода-заготовки с электродом-инструментом в зоне контакта образуется повышенное сопротивление. Проходящий через место контакта электрический ток вследствие выделения джоулевого тепла нагревает, размягчает и плавит материал срезаемого слоя, который и снимается инструментом. Для предотвращения плавления инструмента-электрода ему придают большую скорость перемещения относительно заготовки (превышающую 30 м/с) и искусственно охлаждают.

При электроконтактной обработке используют переменный ток безопасного для работы напряжения – 10 … 25 В. Электроконтактную обработку можно производить со значительным давлением (от 2×104Па до 10×104Па) – электрофрикционная резка, при малом давлении - электроконтактная заточка инструмента.

Инструменту и заготовке можно подвести ток большой мощности, при этом интенсивность процесса достаточно велика и в ряде случаев может превзойти по производительности обработку резанием. Так, при электроконтакной обработке высоколегированных сталей скорость съема металла достигает – 130 кг/ч при потребляемой мощности – 300кВт. В то же время он не обеспечивает высокой точности и шероховатости поверхности (Ra = 3,2…25 мкм). Поэтому электроконтактная обработка используется главным образом для выполнения грубых и неответственных операций, например, зачистка отливок и штамповок из труднообрабатываемых сплавов. Электроконтактную обработку широко применяют для резки заготовок (рис. 6.116, а). Удаление металла из межэлектродного промежутка происходит в результате расплавления и частично испарения частиц металла заготовки 2 с последующим выбросом их воздушным потоком, создаваемым в межэлектродном промежутке вращающимся диском 1. В отдельных случаях используется подача жидкости 3 для его охлаждения. При зачистке слитков из нержавеющей стали с целью улучшения процесса удаления диспергированного металла при больших скоростях съема используют сжатый воздух с давлением не менее 3,5 атм (0,35 МПа).

Диски для электроконтактной обработки изготовляют из стальных или алюминиевых листов с покрытием торцовых поверхностей изоляционно-абразивным слоем (эпоксидной смолой), что позволяет во время резки не только предотвратить появление вредных дуг по боковым поверхностям, но и очищать поверхность реза от оплавленного слоя на глубину 0,2…0,3 мм. Окружная скорость вращения диска обычно равна 30…40 м/с.

Электроконтактная резка является наиболее производительной и экономичной по сравнению с другими методами резки. Электроконтактный метод обработки применяется также для грубой обработки литья, например, для обдирки литых траков (рис. 6.116, б), для черновой обработки поверхности валов методом оплавления для получения стружечных канавок на сверлах, метчиках и других режущих инструментах из закаленной быстрорежущей стали (одна канавка за 2 секунды), для образования впадин на зубчатых колесах, для кольцевого сверления и других целей.

Одним из недостатков электроконтактной обработки является получение в ряде случаев пониженного качества обработанной поверхности, возникновение в ней микротрещин, наплывов. Поэтому большое внимание при этом виде обработки необходимо уделять обеспечению правильного теплообмена.

Электрохимическая обработка основана на анодном растворении поверхности обрабатываемой детали, происходящего при электролизе. Отличительной особенностью этого процесса по сравнению с обычной схемой электролитической обработки является наличие в зазоре интенсивного движения электролита. Данный метод обработки обеспечивает шероховатость обработанной поверхности Ra=0,2…0,4 мкм, точность до ± 20 мкм и высокую производительность до 1500…2000 мм3/мин.

Процесс электрохимической обработки осуществляется на специальной установке, состоящей из источника питания постоянным током, системы гидрообрудования, механизма, обеспечивающего кинематику процесса (перемещение заготовки и инструмента) и контрольных устройств.

В качестве источника питания установки используется комплект электровыпрямительного оборудования. Для получения достаточно больших плотностей тока необходимы агрегаты, дающие напряжение - U = 5…30 В. Это требует защиты и изоляции токопроводящих частей и камеры от остальной части установки. Для электрохимической обработки, требующих больших величин силы тока – I = 10000 А и выше, при проектировании электросистемы уделяют большое внимание разработке системы подвода тока к электродам с минимальными потерями.

К системе гидрооборудования относятся гидронасосы для подачи электролита и для прокачки охлаждающей жидкости, а также очистительные устройства (фильтры, отстойники, центрифуги). Система кинематики представляет собой устройство для относительного перемещения электрода-инструмента и заготовки; она должна иметь жесткость, достаточную для преодоления гидравлического воздействия электролита.

Электрохимический метод используют для обработки как наружных, так и внутренних поверхностей деталей. Возможны следующие кинематические схемы обработки:

1) обработка неподвижной детали неподвижным профилированным катодом;

2) обработка подвижной детали неподвижным профилированным катодом;

3) обработка неподвижной детали подвижным профилированным катодом; его подача может осуществляться непрерывно по заранее заданному закону или регулироваться в зависимости от объема снимаемого при растворении металла, сохраняя при этом оптимальную величину зазора между электродами.

Для осуществления такого рода обработки применяют автоматические следящие системы. Контрольные устройства должны обеспечивать замер важнейших параметров процесса в течение всего цикла обработки: сила тока - I, напряжение – U, температура и скорости движения электролита и электродов, значения - pH, характеризующего щелочность или кислотность электролита.

Электрохимическое полирование. При этом методе обработку ведут в ванне, заполненной электролитом. В зависимости от материала обрабатываемой заготовки электролитом служат растворы кислот или щелочей (NaNO3, Na2SO4, NaCl). Обрабатываемую заготовку подключают к аноду, вторым электродом-катодом служит металлическая пластина из свинца, меди, стали и т.п. Для интенсификации процесса обработки электролит подогревают до температуры 40…800С. при подаче напряжения на электроды начинается процесс растворения материала заготовки-анода. Растворение происходит главным образом на выступах микронеровностей поверхности вследствие более высокой плотности тока на их вершинах. Кроме того, впадины между микровыступами заполняются продуктами растворения: окислами или солями, имеющими пониженную проводимость. В результате избирательного растворения, т.е. растворения выступов, происходит сглаживание микронеровностей обрабатываемой поверхности, и поверхность приобретает металлический блеск. Электрополирование улучшает физико-механические характеристики деталей, так как уменьшается величина микротрещин. Обработанные поверхности не имеют деформированного поверхностного слоя, отсутствуют наклеп и термические изменения структуры, повышается коррозионная стойкость. Электрополирование применяют для получения поверхностей деталей под гальванические покрытия, доводки рабочих поверхностей режущего инструмента, изготовления тонких лент и фольги, очистки и декоративной отделки поверхностей деталей.

Электрохимическая обработка. Особенностью этого метода является то, что обработка происходит в струе электролита, прокачиваемого под давлением через межэлектродный промежуток, образуемый заготовкой-анодом (+) и инструментом-катодом (-) (см. рис. 6.117, а, б, в). Струя свежего электролита, непрерывно подаваемого в межэлектродный промежуток, растворяет образующиеся на аноде-заготовке продукты анодного растворения (соли) и удаляет их из зоны обработки. При этом способе одновременно обрабатывается вся поверхность заготовки, находящаяся под активным воздействием катода, что обеспечивает высокую производительность процесса. Участки заготовки, не требующие обработки, изолируют. Инструменту придают форму, обратную форме обрабатываемой поверхности. Формообразование поверхности происходит по методу копирования, при котором отсутствует износ инструмента, так как таковым является струя электролита.

Этот метод рекомендуется для обработки заготовок из высокопрочных сплавов. При обработке отсутствует давление инструмента-электрода на заготовку и силы резания, что позволяет обрабатывать нежесткие тонкостенные детали, обеспечивая высокое качество обработанной поверхности.

Электроабразивная обработка. Особенность состоит в том, что инструментом-электродом является шлифовальный круг, изготовленный из абразивного материала на элекропроводящей связке (бакелитовая связка с графитовым наполнителем). Между анодом-заготовкой и катодом-инструментом существует межэлектродный зазор вследствие зерен, выступающих их связки. В этот зазор подается электролит. Продукты анодного растворения материала заготовки удаляются абразивными зернами, для чего шлифовальный круг имеет вращательное движение, а заготовка – движение подачи, т.е. соответствует процессу шлифования.

Электроабразивная обработка применяется для отделочной обработки заготовок из труднообрабатываемых материалов, а также нежестких заготовок, так как силы резания здесь незначительны. При этом методе обработки отсутствуют прижоги обрабатываемой поверхности.

Электрохимическое хонингование. Основано на том, что обрабатываемая заготовка устанавливается в ванне с электролитом и подключается к аноду (+). Хонинговальная головка подключается к катоду (-). Основные движения, совершаемые при этом методе, идентичны хонингованию абразивными хонинговальными головками. При электрохимическом хонинговании абразивные бруски в головке заменяют на деревянные или пластмассовые бруски. Продукты анодного растворения удаляются с обрабатываемой поверхности заготовки брусками при вращательном и возвратно-поступательном движениях хонинговальной головки. Электрохимическое хонингование обеспечивает более низкую шероховатость поверхности, чем хонингование абразивными брусками. Производительность электрохимического хонингования в 4…5 раз выше, чем хонингование абразивными брусками.

Достоинства электрохимического метода обработки:

1 – возможность обработки материала любой прочности и вязкости;

2 – высокая производительность сема металла с больших поверхностей сложной формы;

3 – отсутствие в процессе обработки непосредственного контакта с инструментом-электродом, т.е. исключаются высокая температура и давление, создающих наклеп поверхностного слоя и появляется возможность обработки деталей малой жесткости, например, тонкостенных;

4 – получение высокой точности и низкой шероховатости, отсутствие изменений физико-механических свойств обработанной поверхности;

5 – многократное использование инструмента-электрода, незначительный его износ, отсутствие переточки во время обработки;

6 – возможность применения механизации, автоматизации и многоинструментальной обработки.

Анодно-механическая обработка основана на комбинированном механическом, электроэрозионном и электрохимическом воздействии на материал обрабатываемой поверхности. Обрабатываемую заготовку подключают к аноду, а инструмент – к катоду. В зависимости от характера обработки и вида обрабатываемой поверхности в качестве инструмента используют металлические диски, цилиндры, ленты, проволоку. Обработку ведут в среде электролита, которым чаще всего служит водный раствор жидкого натриевого стекла. Заготовке и инструменту задают такие же движения, как при обычных методах механической обработки резанием. Электролит льется в зону обработки через сопло.

При пропускании через раствор электролита постоянного электрического тока происходит процесс анодного растворения, присущий электрохимической обработке. При соприкосновении инструмента-катода с микронеровностями обрабатываемой поверхности заготовки-анода происходит процесс электроэрозии, присущий электроискровой обработке.

Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются из зоны обработки при относительных движениях инструмента и заготовки. Схема анодно-механической резки показана на рис. 6.118. Обрабатываемая заготовка – 1 (анод) и режущий диск – 2 (катод) включают в цепь постоянного тока. В зазор между заготовкой и режущим диском непрерывно подается электролит (водный раствор силиката натрия). Под действием электрического тока в среде электролита происходит процесс растворения анода, который сопровождается образованием на аноде защитной пленки, тормозящей дальнейшее растворение. Механическое воздействие диска постоянно снимает эту пленку, обеспечивая тем самым непрерывность процесса электролитического растворения и интенсифицируя его. В момент срыва пленки происходят короткие замыкания между выступающими частями анода и катода, приводящие к образованию микродуг и, следовательно, к вспышкам температур, т. е. к эрозионному разрушению выступающих участков.

Все три процесса: электролитическое растворение, механическое и эрозионное разрушение тесно связаны между собой и образуют метод обработки, построенной на их комбинированном воздействии. Анодномеханическую обработку широко применяют для резки заготовок из нержавеющих и жаропрочных сплавов.

Схема анодно-механического точения показана на рис. 6.119.

Обрабатываемую заготовку устанавливают в патрон и вращающийся центр специальной конструкции, обеспечивающей с помощью устройства подвод тока от положительного полюса источника постоянного тока. Катодом служит стальная лента, поджатая к обрабаты ваемой поверхности детали с усилием. В зазор между лентой и заготовкой подают электролит, представляющий собой коллоидный раствор жидкого стекла. анодно-механическое точение принимают как черновую операцию. При обработке длинных заготовок этим методом можно получить погрешность формы – конусность до 0,5 мм на 500 мм длины из-за износа ленты. Шероховатость поверхности зависит от плотности тока. Наименее шероховатая поверхность получается при малых его значениях (Ra = 40…63 мкм). Электрические режимы точения: напряжение – 24…30 В, сила тока – 120…180 А для титановых сплавов, 300…500 А для нержавеющей стали. Разновидностью чистовой анодно-механической обработки является электроалмазное шлифование, которое производят токоведущими алмазными кругами в среде электролита. Оно сочетает высокую скорость электрохимического растворения с алмазным шлифованием, обеспечивающим интенсивное удаление продуктов растворения.

В станках для анодно-механической обработки используют системы ЧПУ.

Электрогидравлическая обработка использует преимущественно механическое действие электрического тока, когда возникает ударная волна в результате импульсного пробоя жидкой среды.

Сущность электрогидравлической обработки заключается в использовании сверхвысоких давлений импульсного характера, возникающих в жидкости при прохождении через нее высоковольтного электрического разряда малой длительности с крутым фронтом. Мощность и длительность импульсов давления определяются параметрами электрической схемы. Фокусируя и направляя возникающие импульсы давления, можно производить разрезание, прошивку (сверление, долбление) хрупких материалов. Разрушение материала в этом случае происходит под действием ударной волны, обусловленной возникновением сверхвысоких давлений импульсного характера.

Схема прошивки отверстий в металлах электрогидравлическим способом изображена на рис. 6.120, а.

Ток промышленной частоты, проходя через повышающий трансформатор - 1 и выпрямитель – 2 получает рабочее напряжение – 104…105 В. Разряд происходит от конденсатора 3 через формирующие промежутки 4 в ванне 5. В случае прошивки неметаллов (рис. 6.120, б) заготовку 1 устанавливают в ванне с водой 2. Повышающий трансформатор 6 обеспечивает разряд необходимой силы через формирующие промежутки 5 между наружным 3 и внутренним 4 электродами. Инструмент–электрод состоит из трубки, внутри которой помещен стержень с изгибом на конце. Импульсный электрический разряд, возникающий в нижней части инструмента, создает в среде жидкости

периодические гидравлические удары, разрушающие материал. Направление разрушения определяется формой и расположением электродов.

Метод электрогидравлической обработки широко применяется для взрывной штамповки и обработки отверстий различной формы, разрезания заготовки.

Химические методы обработки

Химическими называют методы обработки материалов, в которых разрушение срезаемого слоя происходит за счет химических реакций в зоне обработки. Достоинствами химических методов обработки являются:

а) высокая производительность, обеспечиваемая относительно высокими скоростями протекания реакций, а также отсутствием зависимости производительности от величины площади обрабатываемой поверхности и ее формы;

б) возможность обработки твердых или вязких материалов;

в) высокая точность и чистота обработки, в результате крайне малого механического и теплового воздействия в процессе обработки.

Наиболее распространенным в настоящее время методом химической обработки является химическое фрезерование тонкостенных конструкций – глубокое контурное травление. Этим методом целесообразно пользоваться при обработке поверхностей сложной формы, получении трубчатых деталей или листов с плавным изменением толщины по длине, а также при обработке значительного числа мелких заготовок или круглых заготовок с большим количеством обрабатываемых мест (например, перфорация цилиндрических поверхностей труб). Путем местного удаления этим методом излишнего материала в ненагруженных или малонагруженных местах можно снизить общий вес самолетов и ракет, не снижая их прочности и жесткости. Так, в США использование химического фрезерования позволило снизить вес крыла сверхзвукового бомбардировщика на 270 кг. Этот метод позволяет создавать новые элементы конструкций, например, листы переменной толщины. Химическое фрезерование находит применение также при изготовлении печатных схем радиоэлектронной аппаратуры. В этом случае у панели из изоляционного материала, покрытой с одной или двух сторон медной фольгой, травлением удаляют ненужные участки, после чего схема готова.

Сущность процесса химического фрезерования заключается в регулируемом по времени и месту растворения металла с поверхности детали путем травления в кислотных или щелочных ваннах.

Технологический процесс химического фрезерования складывается из следующих операций:

1. Подготовка деталей под химическое фрезерование для обеспечения последующего плотного и надежного сцепления защитного покрытия с поверхностью детали. Для алюминиевых сплавов эта подготовка осуществляется: а) обезжириванием в бензине; б) легким травлением в ванне с едким натром 45…55 г/л фтористым натром 45…55 г/л при температуре 60…70 0С в течение 10…15 мин для снятия плакированного слоя; в) промывкой в теплой и холодной воде и г) осветлением в азотной кислоте с последующей промывкой и сушкой. Для нержавеющих и титановых сплавов подготовку деталей производят путем протравливания для снятия окалины в ванне с плавиковой (50…60 г/л) и азотной (150…160 г/л) кислотами или в ванне с электроподогревом до 450…4600С в едком натре и азотнокислом натрии (20%) с последующей промывкой и сушкой, обезжириванием и легким травлением с повторной промывкой и сушкой.

2. Нанесение защитных покрытий на месте обрабатываемой детали, не подлежащие травлению. Его производят путем установки специальных накладок, химически стойких шаблонов прилипающего типа или наиболее часто – нанесением лакокрасочных покрытий, в качестве которых обычно используют перхлорвиниловые лаки и эмали, полиамидные лаки и материалы на основе неопреновых каучуков.

3. Химическое растворение. Эту операцию производят в ваннах с соблюдением температурного режима. Химическое фрезерование алюминиевых и магниевых сплавов производят в растворах едких щелочей, сталей, титана, специальных жаропрочных и нержавеющих сплавов – в растворах сильных минеральных кислот.

4. Очистка после травления. Очистку деталей из алюминиевых сплавов с эмалевым защитным покрытием производят промывкой в проточной воде при температуре 50…70 0С, отмачиванием защитного покрытия в более горячей проточной воде при температуре 70…90 0С и последующим снятием защитного покрытия ножами вручную или мягкими щетками в растворе этилацетата с бензином (2:1). Затем производят осветление или легкое травление и сушку. Обработанная химическим фрезерованием поверхность всегда несколько разрыхлена вследствие растравливания, и поэтому она значительно снижает усталостные характеристики детали. Учитывая это, для деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, необходимо после химического фрезерования проводить полирование.

Химическое фрезерование обычно производят на глубину 4 … 6 м и реже до 12 мм; при большей глубине фрезерования резко ухудшается качество поверхности и точность обработки. Точность химического фрезерования ±0,05 мм по глубине и не менее +0,08 мм по контуру.

Лучевые методы обработки

К лучевым методам обработки заготовок относят резание электронным и когерентным световыми лучами. Электронно-лучевая обработка основана на превращении кинетической энергии пучка электронов в тепловую. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволяет осуществлять размерную обработку заготовок вследствие расплавления и испарения материала с узколокального участка.

Электронное устройство, в котором происходит получение, ускорение и фокусировка электронного луча, называется электронно-оптической трубкой или электронной пушкой (рис. 6.121.). Источником электронов при электронно-лучевой обработке является катод, изготовленный из вольфрама или тантала. Нить катода разогревается до 22000 0С и в результате электронной эмиссии образуется поток электронов. Электроны, получаемые из электронной пушки, ускоряются мощным электронным полем и попадают на поверхность обрабатываемой заготовки со скоростью 150 … 200 км/с.

Необходимое ускоряющее напряжение (до нескольких десятков тысяч вольт) прикладывается между катодом и анодом. Фокусирование такого потока электронов, осуществляемое электромагнитной линзой, обеспечивает крайне малый диаметр луча в месте обработки, т. е. плотность энергии достигает нескольких тысяч киловатт на один квадратный миллиметр. Диаметр сфокусированного электронного луча составляет несколько микрометров.

Стигматор придает лучу круглую форму, а перемещение луча по поверхности заготовки осуществляется отклоняющей системой, которая может управляться от системы программного управления.

Система ПУ также управляет продольными и поперечными перемещениями стола, на котором закреплена заготовка, продолжительностью импульсов и интервалами между ними.

При размерной обработке заготовок установка работает в импульсном режиме, что обеспечивает локальный нагрев заготовки. В зоне обработки температура достигает 6000 0С, а на расстоянии 1 мкм от кромки луча она не превышает 300 0С. Продолжительность импульса и интервалы между ними подбирают так, чтобы за один цикл успел нагреться и испариться металл только под лучом, теплота не успела бы распространиться на всю заготовку. Длительность импульсов составляет – 10-4…10-6с, а частота импульсов – 50 … 6000 Гц. Отличительными особенностями размерного электронно-лучевого резания по сравнению со сваркой электронным лучом является острая фокусировка луча с повышенной плотностью энергии и импульсной его подачей.

Достоинствами электронно-лучевой обработки являются: возможность обработки сверхпрочных материалов и сплавов (тантала, вольфрама, циркония), а также неметаллических материалов (рубина, керамики, кварца). Этот способ применяют, например, для получения отверстий диаметром от 1 мм до 5 мкм в драгоценных камнях, служащих подшипниками в приборах, в впрыскивающих соплах и других деталях. Электронно-лучевой метод наиболее перспективен при прорезании пазов, резки заготовок, изготовлении тонких пленок и сеток из фольги. Повышенная чистота окружающей среды (обработка происходит в вакууме) позволяет обрабатывать заготовки из легкоокисляющихся активных материалов.

Потребляемая мощность при электронно-лучевом резании меньше, чем при любом другом тепловом методе резания, так как при этом методе обеспечивается очень высокая концентрация тепловой энергии.

Светолучевая (лазерная) обработка или обработка когерентным световым лучом, импульсным или непрерывным, основана на использовании электромагнитных колебаний светового диапазона, получаемых с помощью оптико-квантовых генераторов (лазеров). Существуют твердотельные, газовые и полупроводниковые генераторы.

Работа оптических квантовых генераторов основана на принципе стимулированного генерирования светового излучения. Атом вещества, имея определенный запас энергии, находится в устойчивом энергетическом состоянии и располагается на определенном энергетическом уровне. Чтобы атом вывести из устойчивого (стабильного) энергетического состояния, его необходимо возбудить. Возбуждение – «накачка» активного вещества – осуществляется световой импульсной лампой. Возбужденный атом, получив дополнительный фотон от системы «накачки», излучает сразу два фотона, в результате чего происходит своеобразная цепная реакция генерации лазерного излучения.

Для механической обработки используют твердотелые лазеры, рабочим элементом которых является рубиновый стержень, состоящий из окиси алюминия, активированного 0,05% хрома. Рубиновый лазер работает в импульсном режиме, генерируя импульсы когерентного монохроматического красного цвета. При включении пускового устройства лазера электрическая энергия, запасенная в батарее конденсаторов, преобразуется в световую энергию импульсной лампы. Свет лампы отражателями корпуса фокусируется на рубиновый стержень, в результате чего атомы хрома приходят в возбужденное состояние. Из этого состояния они могут возвратиться в нормальное, излучая фотоны с длиной волны 0,69 мкм (красная флюоресценция рубина).

Взаимодействие фотонов с возбужденными атомами дает лавинообразные потоки фотонов в различных направлениях. Наличие торцовых зеркальных поверхностей рубинового стержня приводит к тому, что при многократном отражении усиливаются свободные колебания в направлении оси стрежня рубина вследствие стимулирования возбужденными атомами. Спустя 0,5 мс более половины атомов хрома приходит в возбужденное состояние, и система становится неустойчивой. Вся запасенная энергия в стержне рубина одновременно высвобождается, и кристалл испускает ослепительный яркий красный свет. Лучи света имеют высокую направленность. Расходимость луча обычно не превышает 0,1 0. Системой оптических линз луч фокусируется на поверхности обрабатываемой заготовки.

Энергия светового импульса лазера обычно невелика и составляет от 20 до 100 Дж, но она выделяется в миллионные доли секунды и сосредотачивается в луче диаметром около 0,01 мм. В фокусе диаметр светового луча составляет всего несколько микрометров, что обеспечивает температуру около 6000…8000 0С. В результате этого поверхностный слой материала заготовки, находящийся в фокусе луча, мгновенно расплавляется и испаряется.

Лазерную обработку применяют для прошивания сквозных и глухих отверстий, резки заготовок на части, вырезания заготовок из листового материала, прорезания пазов и других способов формообразования поверхностей. Этим методом можно обрабатывать заготовки из любых материалов, включая самые твердые и прочные. Перемещениями заготовки относительно светового луча управляют системы ЧПУ, что позволяе6т прорезать в заготовках сложные криволинейные пазы и вы<

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-17

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...