Metode electrofizice de prelucrare a metalelor

Utilizarea pe scară largă a materialelor greu de prelucrat pentru producția de piese de mașini, complexitatea proiectării acestor piese, combinată cu cerințele tot mai mari de reducere a costurilor și creștere a productivității, au condus la dezvoltarea și adoptarea metodelor de prelucrare electrofizică.

Metodele electrofizice de prelucrare a metalelor se bazează pe utilizarea unor fenomene specifice care decurg din acțiunea curentului electric pentru îndepărtarea materialului sau modificarea formei piesei de prelucrat.

Principalul avantaj al metodelor electrofizice de prelucrare a metalelor este abilitatea de a le folosi pentru a schimba forma pieselor din materiale care nu pot fi prelucrate prin tăiere, iar aceste metode sunt prelucrate în condiții de forțe minime sau în absența lor completă.

Un avantaj important al metodelor electrofizice de prelucrare a metalelor este independența productivității majorității acestora față de duritatea și fragilitatea materialului prelucrat.Intensitatea muncii și durata acestor metode de prelucrare a materialelor cu duritate crescută (HB> 400) sunt mai mici decât intensitatea muncii și durata tăierii.

Metodele electrofizice de prelucrare a metalelor acoperă aproape toate operațiunile de prelucrare și nu sunt inferioare celor mai multe dintre ele în ceea ce privește rugozitatea obținută și precizia prelucrării.

Tratarea cu descărcare electrică a metalelor

Prelucrarea cu descărcări electrice este un tip de prelucrare electrofizică și se caracterizează prin faptul că modificările formei, dimensiunii și calității suprafeței piesei au loc sub influența descărcărilor electrice.

Descărcările electrice apar atunci când un curent electric pulsat trece printr-un spațiu de 0,01 - 0,05 mm lățime între electrodul piesei de prelucrat și electrodul sculei. Sub influența descărcărilor electrice, materialul piesei de prelucrat se topește, se vaporizează și este îndepărtat din spațiul interelectrod în stare lichidă sau de vapori. Procesele similare de distrugere a electrozilor (detalii) se numesc eroziune electrică.

Pentru a spori eroziunea electrică, spațiul dintre piesa de prelucrat și electrod este umplut cu un lichid dielectric (kerosen, ulei mineral, apă distilată). Când tensiunea electrodului este egală cu tensiunea de rupere, se formează un canal conductiv în mijloc între electrod și piesa de prelucrat sub forma unei regiuni cilindrice umplute cu plasmă, cu o secțiune transversală mică, cu o densitate de curent de 8000-10000 A. / mm2. Densitatea mare de curent, menținută timp de 10-5 — 10-8 s, asigură o temperatură a suprafeței piesei de prelucrat de până la 10.000 — 12.000˚C.

Metalul îndepărtat de pe suprafața piesei de prelucrat este răcit cu un lichid dielectric și se solidifică sub formă de granule sferice cu un diametru de 0,01 - 0,005 mm.În fiecare moment ulterior de timp, un impuls de curent străpunge spațiul dintre electrozi în punctul în care distanța dintre electrozi este cea mai mică. Alimentarea continuă a impulsurilor de curent și apropierea automată a electrodului sculei de electrodul piesei de prelucrat asigură eroziunea continuă până când se atinge o dimensiune predeterminată a piesei de prelucrat sau se îndepărtează tot metalul piesei de prelucrat din spațiul interelectrod.

Modurile de procesare a descărcării electrice sunt împărțite în scânteie electrică și impuls electric.

Moduri de electrospar caracterizate prin utilizarea descărcărilor de scântei de scurtă durată (10-5 ... 10-7s) cu polaritate dreaptă de conectare a electrozilor (detaliu „+”, instrument „-”).

În funcție de puterea descărcărilor de scântei, modurile se împart în dur și mediu (pentru prelucrarea preliminară), moale și extrem de moale (pentru prelucrarea finală). Utilizarea modurilor soft asigură o abatere a dimensiunilor piesei de până la 0,002 mm cu un parametru de rugozitate al suprafeței prelucrate Ra = 0,01 μm. Modurile de scântei electrice sunt utilizate în prelucrarea aliajelor dure, metalelor și aliajelor greu de prelucrat, tantalului, molibdenului, wolframului etc. Acestea prelucrează găuri traversante și adânci de orice secțiune transversală, găuri cu axe curbate; folosind electrozi de sârmă și bandă, tăiați părți din semifabricate; dinți și fire ciobite; piesele sunt lustruite și marcate.

Pentru a efectua prelucrarea în moduri electrospark, se folosesc mașini (vezi fig.), echipate cu generatoare RC, constând dintr-un circuit încărcat și descărcat.Circuitul de încărcare include un condensator C, care este încărcat printr-o rezistență R de la o sursă de curent cu o tensiune de 100-200 V, iar electrozii 1 (unealta) și 2 (partea) sunt conectați la circuitul de descărcare în paralel cu condensatorul C.

De îndată ce tensiunea de pe electrozi atinge tensiunea de rupere, prin întreruperea interelectrodului are loc o descărcare de scânteie a energiei acumulate în condensatorul C. Eficiența procesului de eroziune poate fi crescută prin reducerea rezistenței R. Constanța intervalului interelectrod. este menținută de un sistem special de urmărire, care controlează mecanismul pentru mișcarea automată de avans a unei scule din materiale de cupru, alamă sau carbon.

Mașină electrică cu scântei:

Tăiere prin electroscânteie a angrenajelor cu angrenare internă:

Moduri de impulsuri electrice caracterizate prin utilizarea impulsurilor de lungă durată (0,5 ... 10 s), corespunzătoare unei descărcări de arc între electrozi și distrugere mai intensă a catodului. În acest sens, în modurile cu impuls electric, catodul este conectat la piesa de prelucrat, ceea ce oferă o performanță mai mare la eroziune (de 8-10 ori) și o uzură mai mică a sculei decât în ​​modurile cu scânteie electrică.

Cel mai convenabil domeniu de aplicare al modurilor de impuls electric este prelucrarea preliminară a pieselor de prelucrat din piese de formă complexă (matrice, turbine, palete etc.) din aliaje și oțeluri greu de tratat.

Modurile de impuls electric sunt implementate de instalații (vezi fig.), în care impulsuri unipolare de la o mașină electrică 3 sau generator electronic… Apariția E.D.S.inducția într-un corp magnetizat care se mișcă la un anumit unghi față de direcția axei de magnetizare face posibilă obținerea unui curent de magnitudine mai mare.

Tratarea cu radiații a metalelor

Tipurile de prelucrare prin radiație în inginerie mecanică sunt prelucrarea cu fascicul de electroni sau cu fascicul de lumină.

Prelucrarea metalelor cu fascicul de electroni se bazează pe efectul termic al unui flux de electroni în mișcare asupra materialului prelucrat, care se topește și se evaporă la locul de prelucrare. O astfel de încălzire intensă este cauzată de faptul că energia cinetică a electronilor în mișcare, atunci când lovesc suprafața piesei de prelucrat, este aproape complet transformată în energie termică, care, concentrată pe o suprafață mică (nu mai mult de 10 microni), provoacă să se încălzească până la 6000˚C.

În timpul prelucrării dimensionale, după cum se știe, există un efect local asupra materialului prelucrat, care în timpul procesării fasciculului de electroni este furnizat de un mod de impuls al fluxului de electroni cu o durată de impuls de 10-4 ... 10-6 s și o frecvență. de f = 50 … 5000 Hz.

Concentrația mare de energie în timpul prelucrării cu fascicul de electroni în combinație cu acțiunea impulsului asigură condiții de prelucrare în care suprafața piesei de prelucrat situată la o distanță de 1 micron de marginea fasciculului de electroni este încălzită la 300˚C. Acest lucru permite utilizarea prelucrării cu fascicul de electroni pentru tăierea pieselor, fabricarea foliilor de plasă, tăierea canelurilor și prelucrarea găurilor cu diametrul de 1-10 microni în piesele realizate din materiale greu de prelucrat.

Dispozitivele speciale de vid, așa-numitele tunuri cu electroni (vezi fig.), sunt folosite ca echipamente pentru tratarea fasciculului de electroni.Ele generează, accelerează și focalizează un fascicul de electroni. Tunul de electroni este format dintr-o cameră de vid 4 (cu un vid de 133 × 10-4), în care este instalat un catod de wolfram 2, alimentat de o sursă de înaltă tensiune 1, care asigură emisia de electroni liberi care sunt accelerați de un câmp electric creat între catodul 2 și membrana anodică 3.

Fasciculul de electroni trece apoi printr-un sistem de lentile magnetice 9, 6, un dispozitiv de aliniere electrică 5 și este focalizat pe suprafața piesei de prelucrat 7 montată pe tabelul de coordonate 8. Modul de funcționare în impuls al pistolului cu electroni este asigurat de un sistem format dintr-un generator de impulsuri 10 și un transformator 11.

O metodă de procesare a fasciculului de lumină se bazează pe utilizarea efectelor termice ale fasciculului de lumină emis cu energie mare. generator cuantic optic (laser) pe suprafața piesei de prelucrat.

Prelucrarea dimensională cu ajutorul laserelor constă în formarea unor găuri cu diametrul de 0,5 ... 10 microni în materiale greu de prelucrat, realizarea de rețele, tăierea tablelor din piese de profil complexe etc.