Свойства металлов и сплавов

   

   Рис. 21.2. Схемы электроискровой обработки:

   а – прошивание отверстия с криволинейной  осью; б – шлифование внутренней поверхности фильеры  

   Электроискровую обработку применяют для упрочнения поверхностного слоя металла. На поверхность  изделия наносят тонкий слой металла  или композиционного материала. Подобные покрытия повышают твердость, износостойкость, жаростойкость, эрозионную стойкость и так далее.  

   Электроимпульсная обработка  

   При электроимпульсной обработке используют электрические импульсы большой  длительности (5…10 мс), в результате чего происходит дуговой разряд.

   Большие мощности импульсов от электронных  генераторов обеспечивают высокую  производительность обработки.

   Электроимпульсную обработку целесообразно применять  при предварительной обработке  штампов, турбинных лопаток, фасонных отверстий в детали из коррозионно-стойких  и жаропрочных сплавов.

   Схема обработки показана на рис.21.3.  

   

   Рис. 21.3. Схема электроимпульсной обработки:

   1 – электродвигатель; 2 – импульсный  генератор постоянного тока; 3 –  инструмент-электрод; 4 – заготовка-электрод; 5 – ванна.  

   Электроконтактная обработка.

   Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве заготовки в месте контакта с электродом-инструментом и удалении размягченного или расплавленного металла из зоны обработки механическим способом: относительным движением заготовки или инструмента.

   Источником  теплоты служат импульсные дуговые  разряды.

   Этот  вид обработки рекомендуется  для крупных деталей из углеродистых и легированных сталей, чугуна, цветных  сплавов, тугоплавких и специальных  сплавов (рис.21.4).  

   

   Рис. 21.4. Схема электроконтактной обработки плоской поверхности:

   1 – обрабатываемая заготовка; 2 –  инструмент-электрод; 3 – трансформатор   

   Этот  метод применяют для зачистки отливок от заливов, отрезки литниковых систем, зачистки проката, шлифования коррозионных деталей из труднообрабатываемых сплавов.  

   Электрохимическая обработка  

   Электрохимическая обработка основана на законах анодного растворения металлов при электролизе.

   При прохождении электрического тока через  электролит на поверхности заготовки  происходят химические реакции, и поверхностный  слой металла превращается в химическое соединение.

   Продукты  электролиза переходят в раствор  или удаляются механическим способом.

   Производительность  этого способа зависит от электрохимических  свойств электролита, обрабатываемого  материала и плотности тока.

   Электрохимическое полирование.

   Электрохимическое полирование осуществляется в ванне, заполненной электролитом (растворы кислот и щелочей).

   Обрабатываемую  заготовку подключают к катоду (рис. 21.5). Катодом служит металлическая  пластинка из свинца, меди, стали (иногда электролит подогревают).  

   

   Рис. 21.5. Схема электрохимического полирования:

   1 – ванна; 2 – обрабатываемая заготовка; 3 – пластина-электрод; 4 – электролит; 5 – микровыступ;

   6 – продукты анодного растворения   

   При подаче напряжения начинается процесс  растворения металла заготовки (в  основном на выступах микронеровностей). В результате избирательного растворения, микронеровности сглаживаются, и  обрабатываемая поверхность приобретает  металлический блеск.

   Улучшаются  электрофизические характеристики деталей: уменьшается глубина микротрещин, поверхностный слой не деформируется, исключаются упрочнения и термические  изменения структуры, повышается коррозионная стойкость.

   Этим  методом получают поверхности под  гальванические покрытия, доводят рабочие  поверхности режущего инструмента, изготовляют тонкие ленты и фольгу, очищают и декоративно отделывают детали.  

   Электрохимическая размерная обработка  

   Электрохимическая размерная обработка выполняется  в струе электролита, прокачиваемого под давлением через межэлектродный промежуток.

   Электролит  растворяет образующиеся на поверхности  заготовки – анода соли и удаляет  их из зоны обработки. Высокая производительность процесса заключается в том, что  одновременно обрабатывается вся поверхность  заготовки.

   Участки, не требующие обработки, изолируют. Инструменту придают форму, обратную форме обрабатываемой поверхности. Формообразование происходит по методу копирования ( рис. 21.6).  

   

   Рис. 21.6. Схема электрохимической размерной  обработки:

   1 – инструмент – катод; 2 – заготовка  – анод  

   Точность  обработки повышается при уменьшении рабочего зазора. Для его контроля используют высокочувствительные элементы, которые встраивают в следящую систему.

   Этот  способ рекомендуют для обработки  заготовок из высокопрочных сталей, карбидных и труднообрабатываемых материалов. Также можно обрабатывать тонкостенные детали с высокой точностью  и качеством обработанной поверхности (отсутствует давление инструмента  на заготовку).  

   Комбинированные методы обработки  

   Электроабразивная и электроалмазная обработка.

   При таких видах обработки инструментом служит шлифовальный круг из абразивного  материала на электропроводящей  связке (бакелитовая связка с графитовым наполнителем).

   Между анодом – заготовкой и катодом  – шлифовальным кругом имеется зазор, куда подается электролит. Продукты анодного растворения удаляются абразивными  зернами; шлифовальный круг имеет вращательное движение, а заготовка – движение подачи, которые соответствуют процессу механического шлифования ( рис. 21.7).   

   

   Рис. 21.7. схема электроабразивного шлифования:

   1 – заготовка; 2 – абразивные зерна; 3 – связка шлифовального круга.

   Введение  в зону резания ультразвуковых колебаний  повышает производительность в 2…2,5 раза при улучшении качества поверхности. Эти методы применяются для отделочной обработки заготовок из труднообрабатываемых материалов, а также нежестких  заготовок, так как силы резания  незначительны.  

   Анодно-механическая обработка  

   Анодно-механическая обработка основана на сочетании  электротермических и электромеханических  процессов и занимает промежуточное  место между электроэрозионным  и электрохимическим методами.

   Заготовку подключают к аноду, а инструмент – к катоду. В качестве инструмента  используют металлические диски, цилиндры, ленты, проволоку.

   Обработку ведут в среде электролита  ( водный раствор жидкого натриевого стекла).

   Рабочие движения, как при механической обработке  резанием.

   Электролит  в зону обработки подают через  сопло ( рис. 21.8).  

   

   Рис. 21.8. Схема анодно-механической обработки  плоской поверхности.  

   При пропускании через раствор электролита  постоянного электрического тока происходит процесс анодного растворения, как  при электрохимической обработке.

   При соприкосновении инструмента с  микронеровностями заготовки происходит электроэрозия, присущая электроискровой обработке. Металл заготовки в месте контакта с инструментом разогревается и разжижается. Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются при относительных движениях инструмента и заготовки.

   Этим  способом обрабатывают заготовки из высокопрочных и труднообрабатываемых сплавов, вязких материалов.

   Этим  способом разрезают заготовки на части, прорезают пазы и щели, обрабатывают поверхности тел вращения, шлифуют  плоские поверхности и поверхности, имеющие форму тел вращения, полируют поверхности, затачивают режущий инструмент.   

   Лучевые методы обработки  

   Электроннолучевая обработка – основана на превращении кинетической энергии направленного пучка электронов в тепловую энергию. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволяет обрабатывать заготовку за счет нагрева, расплавления и испарения материала с локального участка.

   Схема электроннолучевой обработки представлена на рис. 21.9.

   Электронный луч образуется за счет эмиссии электронов с нагретого в вакууме катода. Он с помощью электростатических и электромагнитных линз фокусируется на заготовке.

   При размерной обработке установка  работает в импульсном режиме, что  обеспечивает локальный нагрев заготовки.

   Электроннолучевой метод эффективен при обработке  отверстий диаметром 1…0,010 мм, при  прорезании пазов, резке заготовок, изготовлении тонких пленок и сеток из фольги, изготовлении заготовок из труднообрабатываемых металлов и сплавов, керамики, кварца, полупроводникового материала.  

   

   Рис. 21.9. Схема установки для электроннолучевой  сварки: 1 – катод электронной  пушки; 2 – электрод; 3 – анод; 4 и 5 – отклоняющая магнитная система; 6 – заготовка  

   Лазерная  обработка – основана на тепловом воздействии светового луча высокой энергии на поверхность заготовки. Источником светового излучения служит лазер – оптический квантовый генератор.

   Энергия светового луча не велика 20…100 Дж, но она выделяется в миллионные доли секунды и сосредотачивается  в луче диаметром 0,01 мм. Поэтому температура  в зоне контакта 6000…8000 ⁰С.

   Слой  металла мгновенно расплавляется  и испаряется. С помощью этого  метода осуществляется прошивание отверстий, разрезание заготовки, прорезание пазов в заготовках из любых материалов (фольга из тантала, вольфрама, молибдена). Также с помощью этого метода можно осуществить контурную обработку по сложному периметру.   

   Плазменная  обработка  

   Сущность  обработки заключается в том, что плазму направляют на обрабатываемую поверхность.

   Плазменная  струя представляет собой направленный поток частично или полностью  ионизированного газа, имеющего температуру 10000…20000 ⁰С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов используют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.

   С помощью этого метода прошиваются  отверстия, вырезаются заготовки из листового материала, производится точение в заготовках из любых  материалов.

   При прошивании отверстий и разрезке головку устанавливают перпендикулярно  к поверхности заготовки, при  строгании и точении – углом 40…60 ⁰.  

   Плазменное  напыление.