Методов обработки

Станки для электрохимических и электрофизических

Назначение и принцип работы электроэрозионных станков.

Расширение возможностей и повышение производи­тельности шлифовальных и заточных станков достигается при­менением электроэрозионных методов обработки. Электроэро­зионная обработка основана на физическом явлении, заклю­чающемся в направленном выбрасывании электронов под дей­ствием происходящего между электродами электрического им­пульсного заряда. При сближении двух электродов и подключении к ним напряжения, достаточного для пробоя образовавшегося межэлектрического промежутка, возникает электрический заряд в виде узкого проводящего столба с темпе­ратурой, измеряемой десятками тысяч градусов. У основания этого столба наблюдается разрушение (оплавление, испарение) материала электродов. Жидкая среда обеспечивает возникнове­ние динамических сил, необходимых для удаления разрушае­мого материала. Охлаждая электроды, жидкость стабилизирует процесс. Наиболее часто в качестве среды применяют транс­форматорное масло, керосин. Основными разновидностями электроэрозионного способа являются электроискровая, элек­троимпульсная и анодно-механическая обработка.

Электроискровая обработка характеризуется широким диапазоном режимов обработки - от черновой, производитель­ностью 1,5-10 мм³/с при Rz=160-40 мкм, до отделочных произ­водительностью около 0,001 мм³/с при Ra=l,25-0,16 мкм. Ха­рактерные черты этого процесса: сравнительно низкая произво­дительность обработки, большой износ электродов, применение преимущественно релаксационных, т.е. зависящих от состояния межэлектродного промежутка схем генерирования импульсов длительностью 10-200 мкс при частоте 2-5 кГц, использование прямой полярности тока, образование на обрабатываемой по­верхности тонкого дефектного слоя толщиной 0,2-0,5 мм на черновых и 0,02-0,05 мм на чистовых режимах. Интенсивный износ электродов ограничивает возможности, этого метода.

Электроискровой метод применяют при обработке заго­товок небольших размеров, изготовлении твердосплавных мат­риц штампов, обработке отверстий малого диаметра, шлифова­нии, растачивании профильными электрод резцами. Инстру­мент является катодом, а заготовка - анодом. Напряжение в се­ти при, обработке не превышает 250 В. При такой схеме работа­ет электроэрозионный прошивочный станок с программным управлением 4Д722АФЗ. Обычно профиль инструмента соот­ветствует профилю обрабатываемого контура, но возможно вы­резание непрофильной проволокой различных контуров. Мате­риал инструмента чаше всего медь М1, M2, медный сплав МЦ-1, алюминий и его сплавы. Особенностью процесса является значительный износ инструмента /износ катода соизмерим с износом анода/.

При алмазно-электроэрозионном шлифовании микрореза­ние алмазным инструментом детали сопровождается процес­сом эрозионного разрушения. Выпускают алмазно-электроэрозйонные станки для заточки резцов, диско­вых фрез, а также кругло- и внутришлифовальные станки. В качестве инструмента для данного вида обработки применяют алмазные круги на токопроводящих металлических связках M1, МВ1, М013Э, М04 с алма­зами марки АСР, АСВ, зернистостью 100/80-250/200, концент­рацией 100 %.

Режимы электроимпульсной и электроискровой обра­ботки различны. При электроимпульсной обработке применяют пониженные напряжения и большие значения средних токов, а частота тока, питающего разрядный межэлектродный промежу­ток, стабильна.

Электроимпульсная обработка характеризуется применением униполярных импульсов тока длительностью 0,5-1,0 мкс, скважностью 1-10; производительностью 100-300 мм³/с на грубых режимах с Rz=80-400 мкм; малым относительны из­носом электродов, составляющим для графита 0,1-0,5 %; при­менением обратной полярности (при соединении электродов к положительному полюсу источника тока); применением в ка­честве источников тока транзисторных широкодиапазонных ге­нераторов импульсов низкой и средней частоты (400-3000 Гц) типа ШГИ, ГТИ, ВГ-ЗВ; работой обычно с низким напряжени­ем (25-30 В) и большой силой тока (50-5000 А). Основная об­ласть применения электроимпульсного метода - образование от­верстий в деталях больших объемов, сложной формы и невысо­кой точности в заготовках из обыкновенной и жаропрочной стали (например, штампов, лопаток турбин, цельных роторов турбин, решеток и т.п.).

Электроконтактная обработка основана на механическом разрушении или формоизменении металлических поверхностей, производимым одновременно с нагревом или расплавлением этих поверхностей электрическим током. При этом методе в месте контакта двух токопроводящих поверхностей выделяется тепло вследствие повышенного сопротивления, а также электрического разряда. Разрушение поверхности заго­товки при обработке с напряжением свыше 10 В /до 20-22 В/ и рабочим током 5000 А происходит в результате электродугового процесса возникновения множества микродуг в месте контакта микронеровностей электродов /инструмента и заготовки/. Ис­точниками питания служат трансформаторы с жесткой характе­ристикой или выпрямители; могут быть использованы также сварочные агрегаты. Они устанавливаются на универсальных токарных, фрезерных и других станках. Движущийся инстру­мент подводит ток и удаляет размягченный металл, но благодаря вибрации способствует возникновению множества прерывистых контактов, необходимых для образования дуговых разрядов. Для обтачивания, растачивания и подрезки торцев используют ча­шечные электроды из серого чугуна диаметром 150-350 мм и высотой 68-90 мм, а для отрезки - дисковые.

Основной особенностью электроконтактной обработки является высокая производительность процесса до 3000 мм³/с при низком качестве обработки. На мягких режимах производи­тельность составляет 2 мм³/с при R2=80-20 мкм и глубине мик­ротрещин на твердых сплавах или закаливающихся сталях до 0,3-0,5 мм. Во всех случаях наблюдаются наплывы на кромках обрабатываемой поверхности. Электроконтактную обработку выполняют в воздушной или жидкой среде. Производительность обработки линейно растет с увеличением напряжения и мощности питания. Этот метод применяют в основном для обработ­ки крупных деталей. Он может быть использован для зачистки литейных поверхностей и сварных швов.

Анодно-механическая обработка заключается в электро­химическом растворении металла с его механическим удалени­ем; дополнительно может иметь место электроэрозионное раз­рушение. При сближении электродов /деталь/ и /инструмент/ и прохождения между ними электролита /рабочей жидкости/ из сопла, под действи­ем тока происходит разрушение электрода, соединенного с по­ложительным источником тока /анодом/. Это разрушение при низких плотностях тока происходит в виде анодного растворе­ния металла, а при высоких плотностях в виде его электроэро­зионного разрушения. Образующиеся продукты распада плохо проводят ток и изолируют один электрод от другого. Для их удаления осуществляют движение инструмента с небольшой си­лой. Процесс протекает непрерывно, сближающийся материал продолжает разрушаться, и требуемая обработка осуществляется независимо от его твердости.

Процесс анодно-механической обработки зависит от плотности тока, напряжения и давления на обрабатываемую по­верхность, а также от скорости движения инструмента. Элек­тролитический режим определяет производительность процесса и качество обработанных поверхностей. Напряжение источника тока колеблется от десятых долей А/см² на чистовых операциях до нескольких А/см² на черновых. Давление инструмента обус­ловливает межэлектродный зазор и связанное с ним электриче­ское сопротивление, а совместно с силой тока и рабочим на­пряжением определяет съем металла. Скорость перемещения инструмента относительно обрабатываемой поверхности влияет на скорость и степень нагрева поверхностного слоя металла заготовки и шероховатость поверхности. Скорость инструмента составляет 0,5-25 м/с, а сила его прижима - 50-200 кПа. Наи­лучший состав рабочей жидкости - раствор жидкого стекла /силиката натрия/ в воде.

Анодно-механическая обработка характеризуется малым износом электрода-инструмента относительно электрода-заготовки, обычно не превышающим 20-30 % на грубых, 2-3 % на чистых режимах; высокой производительностью на грубых режимах, достигающей 35-100 мм³/с при Rz=500-600 мкм, и ше­роховатостью поверхности на мягких режимах, достигающей 1 мкм при производительности 0,01 мм³/с, Анодно-механическую обработку выполняют на оснащенных генератором и электро­литной установкой токарных, фрезерных, сверлильных, шлифо­вальных и других станках. Электроэрозионные явления при анодно-механической обработке снижают удельные затраты мощности по сравнению с обычным резанием в 3,3 раза.

Электроэрозионный станок типа 4732ФЗ предназначен для обработки заготовок сложного контура с прямолинейной образующей, например, рабочих элементов вырубных штампов, фасонных фильер в матрицах, фасонных резцов, шаблонов и подобных заготовок из любых токопроводяших материалов: ле­гированных, закаленных сталей, металлокерамических, твердых сплавов, цветных металлов и т.д. Электродом-инструментом яв­ляется непрерывно перемещающаяся латунная, вольфрамовая или молибденовая проволока диаметром 0,05-0,3 мм.

Обработку ведут в среде рабочей жидкости, в качестве которой используют воду с антикоррозийными присадками или керосин. Импульсный технологический ток вырабатывается тиристорным генератором типа ГКИ-250.

Станок может комплектоваться копировальной системой управления, работающей по фотошаблону. Это позволяет обра­батывать заготовки со сложным контуром, программирование которого затруднено. Заготовки с наклонной образующей обра­батывают при применении специальных приспособлений.

Техническая характеристика станка. Наибольшие разме­ры обрабатываемой заготовки 250x160x75 мм; наибольшая масса заготовки 45 кг; точность изготовления контура 0,032 мм; про­изводительность мм³/мин при обработке заготовок из стали и меди - 35; из твердого сплава - 18; габаритные размеры станка 830x1200x1570 мм.

Устройство ЧПУ станка типа CNC /15ИПИ-3-001 или 2М-43/ имеет линейно-круговой интерполятор, обеспечивает управление двухкоординатным приводом подачи в плоскости X-Y по программе, заданной в коде ISO. Цена деления импульса программного управления при линейных перемещениях 0,001 мм, при круговых 0,1°, точность координатных перемещений по программе 0,025 мм. Для обработки поверхности наклонной проволокой необходимо управление по третьей координате для поддержания заданного угла наклона проволоки. В этом случае нужно пользоваться служебной программой-интерпретатором, поставляемой со станком. Она заносится в оперативное запоми­нающее устройство к ЧПУ и вслед за ней помещается програм­ма для обработки детали.

Станок состоит из следующих механизмов: на станине А установлены подъемная ванна Б и механизм коорди­натных перемещений Г; скоба В несет на себе механизмы пере­мотки, натяжения проволоки; в ванне расположен стол Д г-образной формы для крепления обрабатываемой заготовки. Подъем и опускание ванны с рабочей жидкостью осуществляет­ся винтом, движение которому передается от двигателя M1 (N=0,18 кВт, п=2980мин-1) через червячный редуктор. Скорость перемещения ванны V=2890x2/(77x4)=300 мм/мин.

Перемещение скобы с проволокой в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях яв­ляется движением формообразования. Ходовые винты качения Y1 и X приводятся в движение шаговыми двигателями М2 и МЗ типа ШД5-Д1М через редукторы.

Линейное перемещение скобы в том или другом направ­лении за один импульс при минимальном повороте вала шаго­вого двигателя на 1,5° составит 0,001 мм.

Ручное перемещение скобы осуществляется в продольном направлении непосредственно от ходового винта X, в поперечном направлении - через винтовую зубчатую передачу.

В качестве направляющих в станке использованы ли­нейные подшипники качения.

Перемотка проволоки осуществляется непосредственно Двигателем М4 типа РД-09 со встроенным редуктором N=10 кВт; редукция 1/76 мин-1 через ведущий ролик диаметром 45 мм. Скорость перемотки регулируется в пределах 8-20 мм/с за счет изменения частоты вращения двигателя М4. Вращение на ка­тушку, принимающую отработанную проволоку, передается че­рез ременную передачу. Направление движения проволоки в ра­бочей зоне сверху вниз. Раскладка проволоки на приемной ка­тушке производится за счет осевого возвратно-поступательного движения катушки, осуществляемого качающимся рычагом и торцовым кулачком. Вращение кулачку передается от двигате­ля М4 через зубчатые пары. Натяжение проволоки осуществляется электродвигателем М5 (N=0,015 кВт, п=3000 мин-1), работающим в заторможенном режиме. Управ­ление наклоном проволоки происходит от шагового двигателя ШД5-Д1М.

Ультразвуковая обработка металлов.

Ультразвуковыми называют большую группу процессов и операций разнообразного назначения, осуществляемых с меха­ническими упругими колебаниями частотой выше 16-18 кГц. В одних процессах ультразвуковые колебания используют для пе­редачи в зону обработки необходимого количества энергии (размерная ультразвуковая обработка твердых материалов), в других служит средством интенсификации химических и элек­трохимических процессов. Ультразвуковая размерная обработка - это направленное разрушение твердых и хрупких материалов при помощи мельчайших зерен абразивного порошка, вводимых в виде суспензий в зазор между торцом инструмента и заготов­кой, колеблющихся с ультразвуковой частотой. Под ударами зёрен абразива скалываются мелкие частицы материала с поверх­ности заготовки. Обрабатываемая площадь и наибольшая глуби­на обработки зависят от сечения и свойств магнитострикционного материала, из которого изготовлен двигатель-преобразователь.

Ультразвуковой обработке поддаются хрупкие материалы (стекло, твердые сплавы и др.), частицы которых скалываются ударами зерен абразива. Вязкие материалы (незакаленная сталь, латунь) плохо обрабатываются ультразвуковым способом, т.к, в этом случае не происходит сколов.

Магнитострикционный преобразователь 1 связан с концентратом 2, к концу которого присое­динен инструмент 3, воздействующий на абразивные частицы суспензии 5. В заготовке 4 обрабатывается отверстие, копирую­щее форму и размеры (в сечении) инструмента. Суспензию по­дают в ванну насосом 6. Электрический высокочастотный ток к преобразователю подается от генератора 7. При работе установ­ки преобразователь охлаждают проточной, водой.

Ультразвуковую обработку используют для изготовления отверстий разнообразного профиля в труднообрабатываемых ма­териалах, а также для гравировки и маркировки. Материалом инструмента служат латунь, медь, чугун. Профиль инструмента соответствует профилю обрабатываемого отверстия. Все шире применяют алмазные инструменты для обработки деталей из хрупких твердых материалов. Ультразвуковая алмазная обработ­ка отличается высокой производительностью и сопровождается предельным износом инструмента.

Для ультразвуковой обработки материалов на фрезерных станках разработана универсальная ультразвуковая головка УЗБГ-4, питаемая от серийного генератора УЗГ-3-0,4. Головка, предназначенная для обработки глухих цилиндрических, кони­ческих и фасонных поверхностей, канавок, пазов криволиней­ной формы в хрупких неметаллических материалах, отличается простотой конструкции и возможностью легкой разборки дня замены сальников и щеток. В головке обеспечена легкая уста­новка и смена алмазных инструментов.

Рабочая частота головки УЗГ-3-0,4 44+5 % кГц; ампли­туда колебаний торца до 15 мкм; наибольшая частота вращения 2500 мин-1; время непрерывной работы 60 мин; масса 2,6 кг; диаметр алмазного инструмента 3-1.5 мм.

Электронно-лучевая обработка основана на использова­нии кинетической энергии сфокусированного пучка электронов. Большие скорости электронам сообщают с помощью высоких ускоряющих напряжений в среде, имеющей достаточный ваку­ум. Сущность процесса состоит в испарении вещества из зоны касания электронного луча. Этот вид обработки применяют для вырезания микродиодов, изготовления тонких пленок и сеток из медной фольги и т.д. Такой обработкой можно получать очень малые отверстия и прорези шириной до 0,01 мм. Уста­новка для электронно-лучевой обработки состоит из электронной пушки, в которой образуется мощный электрон­ный луч, вакуумной или рабочей камеры (вместе с устройствами для точной установки и перемещения заготовки), вакуумных на­сосов, контрольной схемы, управляющей электронным лучом и его траекторией, высоковольтного источника энергии, приборов для наблюдения и контроля за ходом процесса. Для уменьшения энергии, рассеиваемой в материале детали, применяется им­пульсный режим работы.

Лазерная обработка - обработка сфокусированным све­товым лучом. Ёе применяют для резки, сварки, получения от­верстий и т.п. Лазеры работают в импульсном режиме.

Энергия их светового импульса невелика, но она сфокусирована в луче диаметром 0,01 мм и выделяется в миллионные доли секунды. При такой концентрации энергии и ёе мгновенном выделении материал обрабатываемой заготовки нагревается до высоких температур, плавится и испаряется.

Лазер или квантовый генератор состоит из трех основ­ных элементов: активного вещества, являющегося источником индуцированного излучения, источника возбуждения (подкач­ки), который снабжает энергией активное вещество, и резо­нансной системы. Когда энергия импульса источника излучения превышает определенную величину, наблюдается увеличение интенсивности излучения в 1000 раз; с помощью линзы оно фо­кусируется в узкий пучок. Оптическая подкачка осу­ществляется одним или несколькими источниками излучения (вспышками), снабженными рефлекторами-отражателями. Ре­зонансной системой служит стержень из рубина или ниобиевого стекла, торцы которого отполированы и представляют собой зеркала, причем один торец покрыт непрозрачным слоем се­ребра, а другой, также посеребренный, имеет коэффициент пропускания около 8 %.

Оптический квантовый генератор работает следующим об­разом: при разрядке конденсатора происходит возбуждение свето­вых колебаний, появляется вспышка света продолжительностью около 0,001 с. Свет отражателем фокусируется на стержень, в результате чего его атомы переходят в возбужденное состояние. Когда больше половины атомов приходит в возбужденное со­стояние, равновесие становится неустойчивым, и вся энергия, аккумулированная в кристалле, освобождается, и кристалл ис­пускает ослепительно яркий свет.

Дата добавления: 2014-01-06