Elektrofysische methoden voor het bewerken van metalen

Het wijdverbreide gebruik van moeilijk te bewerken materialen voor de productie van machineonderdelen, de complexiteit van het ontwerp van deze onderdelen, gecombineerd met de groeiende eisen om kosten te verlagen en productiviteit te verhogen, leidden tot de ontwikkeling en acceptatie van elektrofysische verwerkingsmethoden.

Elektrofysische methoden voor metaalbewerking zijn gebaseerd op het gebruik van specifieke verschijnselen die voortkomen uit de werking van elektrische stroom om materiaal te verwijderen of de vorm van het werkstuk te veranderen.

Het belangrijkste voordeel van elektrofysische methoden voor metaalverwerking is de mogelijkheid om ze te gebruiken om de vorm te veranderen van onderdelen gemaakt van materialen die niet kunnen worden verwerkt door te snijden, en deze methoden worden verwerkt onder omstandigheden met minimale krachten of in hun volledige afwezigheid.

Een belangrijk voordeel van elektrofysische methoden voor het bewerken van metalen is de onafhankelijkheid van de productiviteit van de meeste van hen van de hardheid en brosheid van het verwerkte materiaal.De arbeidsintensiteit en duur van deze methoden voor het bewerken van materialen met verhoogde hardheid (HB> 400) zijn kleiner dan de arbeidsintensiteit en duur van het snijden.

Elektrofysische methoden van metaalbewerking bestrijken bijna alle bewerkingen en doen niet onder voor de meeste in termen van bereikte ruwheid en nauwkeurigheid van verwerking.

Elektrische ontladingsbehandeling van metalen

Elektrische ontladingsverwerking is een soort elektrofysische verwerking en wordt gekenmerkt door het feit dat veranderingen in de vorm, grootte en oppervlaktekwaliteit van het onderdeel optreden onder invloed van elektrische ontladingen.

Elektrische ontladingen treden op wanneer een gepulseerde elektrische stroom door een spleet van 0,01 - 0,05 mm breed tussen de werkstukelektrode en de gereedschapselektrode gaat. Onder invloed van elektrische ontladingen smelt het werkstukmateriaal, verdampt het en wordt het in vloeibare of dampvormige toestand uit de interelektrode-opening verwijderd. Vergelijkbare processen van vernietiging van elektroden (details) worden elektrische erosie genoemd.

Om elektrische erosie te bevorderen, is de opening tussen het werkstuk en de elektrode gevuld met een diëlektrische vloeistof (kerosine, minerale olie, gedestilleerd water). Wanneer de elektrodespanning gelijk is aan de doorslagspanning, wordt in het midden tussen de elektrode en het werkstuk een geleidend kanaal gevormd in de vorm van een met plasma gevuld cilindrisch gebied met een kleine doorsnede met een stroomdichtheid van 8000-10000 A / mm2. De hoge stroomdichtheid, gehandhaafd gedurende 10-5 — 10-8 s, zorgt voor een temperatuur van het werkstukoppervlak tot 10.000 — 12.000˚C.

Het metaal dat van het oppervlak van het werkstuk wordt verwijderd, wordt gekoeld met een diëlektrische vloeistof en stolt in de vorm van bolvormige korrels met een diameter van 0,01 - 0,005 mm.Op elk volgend tijdstip doorboort een stroompuls de interelektrodeafstand op het punt waar de afstand tussen de elektroden het kleinst is. De continue toevoer van stroompulsen en de automatische benadering van de gereedschapselektrode naar de werkstukelektrode zorgen voor een continue erosie totdat een vooraf bepaalde werkstukgrootte is bereikt of al het werkstukmetaal in de tussenruimte tussen de elektroden is verwijderd.

De verwerkingsmodi voor elektrische ontladingen zijn onderverdeeld in elektrische vonk en elektrische puls.

Modi van elektrospar gekenmerkt door het gebruik van vonkontladingen van korte duur (10-5 ... 10-7s) met rechte polariteit van het verbinden van de elektroden (detail "+", tool "-").

Afhankelijk van de sterkte van de vonkontladingen zijn de modi onderverdeeld in hard en medium (voor voorbewerking), zacht en extreem zacht (voor nabewerking). Het gebruik van zachte modi zorgt voor een afwijking van de afmetingen van het onderdeel tot 0,002 mm met een ruwheidsparameter van het bewerkte oppervlak Ra = 0,01 μm. De vormen van elektrische vonken worden gebruikt bij de verwerking van harde legeringen, moeilijk te bewerken metalen en legeringen, tantaal, molybdeen, wolfraam, enz. Ze verwerken doorlopende en diepe gaten van elke doorsnede, gaten met gebogen assen; snij met behulp van draad- en tape-elektroden delen van blanco vellen; afgebroken tanden en draden; onderdelen zijn gepolijst en gebrandmerkt.

Om verwerking in elektrospark-modi uit te voeren, worden machines gebruikt (zie fig.), uitgerust met RC-generatoren, bestaande uit een geladen en ontladen circuit.Het laadcircuit bevat een condensator C, die wordt opgeladen via een weerstand R van een stroombron met een spanning van 100-200 V, en elektroden 1 (gereedschap) en 2 (onderdeel) zijn parallel met de condensator verbonden met het ontlaadcircuit C.

Zodra de spanning op de elektroden de doorslagspanning bereikt, vindt er een vonkontlading plaats van energie die is opgehoopt in de condensator C. De efficiëntie van het erosieproces kan worden verhoogd door de weerstand R te verminderen. wordt onderhouden door een speciaal volgsysteem , dat het mechanisme regelt voor de automatische invoerbeweging van een gereedschap gemaakt van koper, messing of koolstofmaterialen.

Elektrische vonkmachine:

Elektrovonksnijden van tandwielen met interne ingrijping:

Modi van elektrische pulsen gekenmerkt door het gebruik van pulsen van lange duur (0,5 ... 10 s), overeenkomend met een boogontlading tussen de elektroden en een intensere vernietiging van de kathode. In dit opzicht is de kathode in elektrische pulsmodi verbonden met het werkstuk, wat zorgt voor hogere erosieprestaties (8-10 keer) en minder gereedschapsslijtage dan in elektrische vonkmodi.

Het meest geschikte toepassingsgebied van elektrische pulsmodi is de voorbewerking van werkstukken van complexe vormdelen (matrices, turbines, bladen, enz.) Gemaakt van moeilijk te behandelen legeringen en staalsoorten.

Elektrische pulsmodi worden geïmplementeerd door installaties (zie fig.), waarin unipolaire pulsen van een elektrische machine 3 of elektronische generator… De opkomst van E.D.S.inductie in een gemagnetiseerd lichaam dat onder een bepaalde hoek ten opzichte van de richting van de magnetisatie-as beweegt, maakt het mogelijk een grotere stroom te verkrijgen.

Stralingsbehandeling van metalen

De soorten stralingsbewerking in de machinebouw zijn elektronenstraal- of lichtstraalbewerking.

Elektronenstraalverwerking van metalen is gebaseerd op het thermische effect van een stroom bewegende elektronen op het verwerkte materiaal, dat smelt en verdampt op de verwerkingslocatie. Een dergelijke intense verwarming wordt veroorzaakt door het feit dat de kinetische energie van de bewegende elektronen, wanneer ze het oppervlak van het werkstuk raken, bijna volledig wordt omgezet in thermische energie, die, geconcentreerd op een klein gebied (niet meer dan 10 micron), veroorzaakt het op te warmen tot 6000˚C.

Tijdens dimensionale verwerking is er, zoals bekend, een lokaal effect op het verwerkte materiaal, dat tijdens elektronenbundelverwerking wordt geleverd door een pulsmodus van elektronenstroom met een pulsduur van 10-4 ... 10-6 s en een frequentie van f = 50 … 5000 Hz.

De hoge concentratie van energie tijdens het bewerken met een elektronenstraal in combinatie met pulswerking zorgt voor bewerkingsomstandigheden waarbij het oppervlak van het werkstuk dat zich op een afstand van 1 micron van de rand van de elektronenstraal bevindt, wordt verwarmd tot 300˚C. Dit maakt het gebruik van elektronenbundelbewerking mogelijk om onderdelen te snijden, gaasfolies te fabriceren, groeven te snijden en gaten met een diameter van 1-10 micron te bewerken in onderdelen die zijn gemaakt van moeilijk te bewerken materialen.

Speciale vacuümapparaten, zogenaamde elektronenkanonnen (zie afb.), worden gebruikt als apparatuur voor behandeling met elektronenbundels.Ze genereren, versnellen en focussen een elektronenbundel. Het elektronenkanon bestaat uit een vacuümkamer 4 (met een vacuüm van 133 × 10-4), waarin een wolfraamkathode 2 is geplaatst, gevoed door een hoogspanningsbron 1, die zorgt voor de emissie van vrije elektronen die worden versneld door een elektrisch veld gecreëerd tussen de kathode 2 en het anodemembraan 3.

De elektronenbundel gaat vervolgens door een systeem van magnetische lenzen 9, 6, een elektrisch uitlijnapparaat 5 en wordt gefocusseerd op het oppervlak van het werkstuk 7 dat op de coördinatentafel 8 is gemonteerd. De pulsmodus van het elektronenkanon wordt geleverd door een systeem bestaande uit een generator van pulsen 10 en transformator 11.

Een lichtstraalverwerkingsmethode is gebaseerd op het gebruik van de thermische effecten van de uitgezonden lichtstraal met hoge energie optische kwantumgenerator (laser) op het oppervlak van het werkstuk.

Dimensiebewerking met behulp van lasers bestaat uit het vormen van gaten met een diameter van 0,5 ... 10 micron in moeilijk te verwerken materialen, het maken van netwerken, het snijden van platen uit complexe profieldelen, enz.