Во второй половине XX в. для решения наиболее сложных технологических задач создания новой техники стали во все большей степени использовать и развивать новые методы обработки материалов, основанные на немеханическом воздействии инструмента на заготовку. В большинстве случаев для реализации этих методов используются пространственно локализованные электромагнитные поля с высокой плотностью потока мощности. В отечественной литературе эти методы обработки объединяют под названием электрофизические и электрохимические методы обработки (ЭФ — и ЭХМО) (используют также синоним физико-химические методы обработки), а воздействие на материал фокусированными пучками заряженных частиц или фотонов часто называют обработкой концентрированными потоками энергии (КПЗ).
Актуальность выбранной темы
Наибольшее применение ЭФ- и ЭХМО получили в технологиях размерной обработки (формообразования).
В последние годы в мировом технологическом сообществе все больший интерес вызывают комбинированные методы обработки. Развитие и применение технологий на основе комбинированных методов рассматривают, как перспективное направление современной технологии машиностроения.
Учитывая определенную специфику воздействия на материал при электрофизической и электрохимической обработке деталей машин, учитываются особенности технологического проектирования при использовании этих методов.
Вопросы теории и технологии ЭФ- и ЭХМО развивались, преимущественно, применительно к наукоемким отраслям машиностроения, таким как авиационное двигателестроение, ракетостроение, предприятия оборонного комплекса. Поэтому большинство примеров, иллюстрирующих промышленное применение новых технологий, заимствованы из опыта работы соответствующих предприятий.
Цель
решить следующие задачи:
1. Рассмотреть методы электрофизической и электрохимической обработки.
2. Выявить недостатки и преимущества данных видов обработки.
3. Исследовать комбинированный метод обработки.
Объектом исследования
Предметом исследования
1. Сходства и различия электрофизического и электрохимического методов обработки
Электрофизические и электрохимические методы по сравнению с обычной обработкой резанием имеют ряд преимуществ. Они позволяют обрабатывать заготовки из материалов с высокими механическими свойствами (твердые сплавы, алмаз, кварц и др.), которые трудно или практически невозможно обрабатывать другими методами. Кроме этого, указанные методы дают возможность получать самые сложные поверхности, например отверстия с криволинейной осью, глухие отверстия фасонного профиля и т. д. К числу таких методов относят электроэрозионную, электрохимическую и анодно-механическую обработку металлов.
Строение и функции электрохимического сенсора
... химических реакций можно было пренебречь. 1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ В электрохимических сенсорах чувствительным является именно электрохимический ... электрохимического сенсора. Универсальный метод повышения селективности электрохимического ... применения вне лаборатории, в полевых условиях без использования сложного оборудования. В настоящее время интенсивно развиваются электрохимические ...
В основе электроэрозионной обработки металлов лежит процесс электроэрозии, т.е. разрушения поверхностей электродов при электрическом разряде между ними. Электроэрозионную обработку производят на специальных (электроискровых, электроимпульсных) станках.
Инструментом для обработки служит электрод, изготовленный из меди, латуни, бронзы, алюминия или некоторых других материалов. Он имеет форму, соответствующую форме требуемой поверхности обрабатываемой детали.
Заготовку помещают в ванну с жидкостью, не проводящей электрический ток. Инструмент и заготовку подключают в станке к источнику электрического тока. При сближении инструмента (катода) и заготовки (анода), когда искровой промежуток становится очень малым, между ними происходит электрический разряд. В результате температура на обрабатываемой поверхности заготовки мгновенно достигает 8000—10000°С, что приводит к местному расплавлению, частичному испарению и взрыво-подобному выбросу микрочастиц с поверхности заготовок. Выброшенные частицы металла в жидкой среде затвердевают и оседают на дно ванны. При подаче электрода-инструмента искровые разряды многократно повторяются и, образуют в заготовке лунку, отображающую форму инструмента.
Электроэрозионную обработку широко применяют для получения различных отверстий, пазов, углублений при изготовлении штампов, пресс-форм, кокилей и т.д.
Электрохимическая обработка заключается в том, что под воздействием электрического тока разрушаются поверхностные слои металла детали, помещенной в электролит. Частицы металла, лежащие на поверхности детали, растворяются в электролите, и деталь становится блестящей (электролитическое полирование), В том случае, если поверхности должны быть приданы определенные размеры, применяют специальный инструмент для механического удаления разрушенной пленки металла.
Анодно-механическая обработка металлов построена на сочетании электроэрозионного и электрохимического процессов. Ее сущность заключается в следующем. Через обрабатываемую заготовку (анод) и вращающийся инструмент (катод) пропускается постоянный электрический ток. Анод и катод находятся в среде электролита. Электрический ток, проходя через электролит, разлагает его и растворяет поверхность заготовки (анода).
На поверхности заготовки постоянно образуется не проводящая ток пленка. Вращающийся инструмент (катод) механически срывает эту пленку. При точечном срыве пленки и частичном пробивании’ ее на вершинах микронеровностей в местах контакта инструмента проходит ток большой плотности, под действием которого микронеровности оплавляются. Оплавляемые частицы металла удаляют вращающимся инструментом.
Производство алюминия, цветных металлов
... химические способы производства алюминия были вытеснены электролитическим. Основоположниками электролитического способа производства алюминия являются Поль ... Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру ... МЕТАЛЛОВ 1.1 История развития алюминиевой промышленности Алюминий сравнительно недавно стал промышленным металлом. Впервые металлический алюминий ...
Анодно-механический способ обработки металлов применяют для затачивания пластинок из твердых сплавов и для резки очень твердых и вязких металлов.
Электрофизические и электрохимические методы обработки, общее название методов обработки конструкционных материалов непосредственно электрическим током, электролизом и их сочетанием с механическим воздействием.
В электрохимических и электрофизических методах обработки включают также методы ультразвуковые, плазменные и ряд других методов. С разработкой и внедрением в производство этих методов сделан принципиально новый шаг в технологии обработки материалов — электрическая энергия из вспомогательного средства при механической обработке (осуществление движения заготовки, инструмента) стала рабочим агентом.
Всё более широкое использование данных методов обработки в промышленности обусловлено их высокой производительностью, возможностью выполнять технологические операции, недоступные механическим методам обработки. Данные методы весьма разнообразны и условно их можно разделить на электрофизические (электроэрозионные, электромеханические, лучевые), электрохимические и комбинированные. Рассмотрим все методы более подробно.
2. Электрохимические и комбинированные методы обработки
Электрохимическая обработка заключается в том, что под воздействием электрического тока разрушаются поверхностные слои металла детали, помещенной в электролит и основана на законах электрохимии. По используемым принципам эти методы разделяют на анодные и катодные, по технологическим возможностям — на поверхностные и размерные.
Поверхностная электрохимическая обработка. Практическое использование электрохимических методов началось с 30-х гг. 19 в. (гальваностегия и гальванопластика).
Первый патент на электролитическое полирование был выдан в 1910 Е. И. Шпитальскому.
Суть метода состоит в том, что под действием электрического тока в электролите происходит растворение материала анода (анодное растворение), причём быстрее всего растворяются выступающие части поверхности, что приводит к её выравниванию. При этом материал снимается со всей поверхности, в отличие от механического полирования, где снимаются только наиболее выступающие части.
Электролитическое полирование позволяет получить поверхности весьма малой шероховатости. Важное отличие от механического полирования — отсутствие каких-либо изменений в структуре обрабатываемого материала.
Размерная электрохимическая обработка. К этим методам обработки относят анодно-гидравлическую и анодно-механическую обработку.
Анодно-гидравлическая обработка впервые была применена в Советском Союзе в конце 20-х гг. для извлечения из заготовки остатков застрявшего сломанного инструмента. Скорость анодного растворения зависит от расстояния между электродами: чем оно меньше, тем интенсивнее происходит растворение.
Поэтому при сближении электродов поверхность анода (заготовка) будет в точности повторять поверхность катода (инструмента).
Однако процессу растворения мешают продукты электролиза, скапливающиеся в зоне обработки, и истощение электролита.
Удаление продуктов растворения и обновление электролита осуществляются либо механическим способом (анодно-механическая обработка), либо прокачиванием электролита через зону обработки.
Технология обработки конических и фасонных поверхностей на токарных станках
... Технология обработки конических поверхностей на токарных станках 1. Настройка станка при растачивании и развертывании конических отверстий. Контроль качества. 2. Обработка конических отверстий. Приемы установки резцов. 3. Обработка наружных конических поверхностей ... как при обтачивании наружных конических поверхностей. Если отверстие должно быть в сплошном материале, то сначала сверлят цилиндрическое ...
Этим методом, подбирая электролит, можно обрабатывать практически любые токопроводящие материалы, обеспечивая высокую производительность в сочетании с высоким качеством поверхности.
Используемые для анодно-гидравлической обработки электрохимические станки просты в обращении, используют низковольтное (до 24 в) электрооборудование. Однако значительные плотности тока (до 200 а/см 2 ) требуют мощных источников тока, больших расходов электролита (иногда до 1/3 площади цехов занимают баки для электролита).
Комбинированные методы обработки являются сочетанием различных технологических приемов, в каждом из которых пытаются использовать и усилить положительные признаки, необходимые для технологического процесса изготовления детали. При различном сочетании магнитного, химического, механического (постоянного или импульсного) и теплового воздействий создана целая гамма комбинированных методов обработки.
В качестве признаков, подлежащих усилению, может выступать любой технологический параметр обработки или их сочетание (производительность, качество и др.).
Сам процесс выбора комбинации напрямую зависит от оптимизационного параметра.
3. Электрофизические методы обработки
Электроэрозионная обработка основана на вырывании частиц материала с поверхности импульсом электрического разряда. Если задано напряжение (расстояние) между электродами, погруженными в жидкий диэлектрик, то при их сближении (увеличении напряжения) происходит пробой диэлектрика — возникает электрический разряд, в канале которого образуется плазма с высокой температурой.
Так как, длительность используемых в данном методе обработки электрических импульсов не превышает 10 — 2 сек, выделяющееся тепло не успевает распространиться в глубь материала и даже незначительной энергии оказывается достаточно, чтобы разогреть, расплавить и испарить небольшое количество вещества.
Кроме того, давление, развиваемое частицами плазмы при ударе об электрод, способствует выбросу (эрозии) не только расплавленного, но и просто разогретого вещества. Поскольку электрический пробой, как правило, происходит по кратчайшему пути, то прежде всего разрушаются наиболее близко расположенные участки электродов.
Таким образом, при приближении одного электрода заданной формы (инструмента) к другому (заготовке) поверхность последнего примет форму поверхности первого. Производительность процесса, качество получаемой поверхности в основном определяются параметрами электрических импульсов (их длительностью, частотой следования, энергией в импульсе).
Электроэрозионный метод обработки объединил электроискровой и электроимпульсный методы.
Электроискровая обработка была предложена советскими учёными H. И. и Б. Р. Лазаренко в 1943. Она основана на использовании искрового разряда. При этом в канале разряда температура достигает 10000 °С, развиваются значительные гидродинамические силы, но сами импульсы относительно короткие и, следовательно, содержат мало энергии, поэтому воздействие каждого импульса на поверхность материала невелико.
Электроэрозионная обработка
... с параметрами, соответствующими применяемым при электроэрозионной обработке; низкая коррозионная активность к материалам ... импульсов. Процесс ЭЭО происходит в рабочей жидкости, которая заполняет пространство между электродами; при этом один из электродов — заготовка, а другой — электрод-инструмент. ... и др. Электроэрозионное маркирование обеспечивает высокое качество, не вызывает деформации металла и ...
Метод позволяет получить хорошую поверхность, но не обладает достаточной производительностью. Кроме того, при этом методе износ инструмента относительно велик (достигает 100% от объёма снятого материала).
Метод используется в основном при прецизионной обработке небольших деталей, мелких отверстий, вырезке контуров. твердосплавных штампов проволочным электродом.
Электроимпульсная обработка основана на использовании импульсов дугового разряда. Предложена советским специалистом М. М. Писаревским в 1948. Этот метод стал внедряться в промышленность в начале 1950-х гг.
В отличие от искрового, дуговой разряд имеет температуру плазмы ниже (4000—5000°С), что позволяет увеличивать длительность импульсов, уменьшать промежутки между ними и т. о. вводить в зону обработки значительные мощности (несколько десятков квт), т. е. увеличивать производительность обработки.
Характерное для дугового разряда преимущественно разрушение катода приводит к тому, что износ инструмента (в этом случае он подключается к аноду) ниже, чем при электроискровой обработке, составляя 0,05—0,3% от объёма снятого материала (иногда инструмент вообще не изнашивается).
Более экономичный электроимпульсный метод используется в основном для черновой обработки и для трёхкоординатной обработки фасонных поверхностей. Оба метода (электроискровой и электроимпульсный) дополняют друг друга.
Первый в мире советский электроэрозионный (электроискровой) станок был предназначен для удаления застрявшего в детали сломанного инструмента (1943).
С тех пор в СССР и за рубежом выпущено большое число разнообразных по назначению, производительности и конструкции электроэрозионных станков.
Электроимпульсный станок отличается от электроискрового практически только генератором импульсов. Советская промышленность выпускает генераторы различного назначения. Развитие техники полупроводниковых приборов позволило создать генераторы, обеспечивающие изменение параметров импульсов в широких пределах.
Электромеханическая обработка объединяет методы, совмещающие одновременное механическое и электрическое воздействие на обрабатываемый материал в зоне обработки. К ним же относят методы, основанные на использовании некоторых физических явлений (например, гидравлический удар, ультразвук и др.).
Электроконтактная обработка основана на введении в зону механической обработки электрической энергии — возбуждении мощной дуги переменного или постоянного тока (до 12 ка при напряжении до 50 в) между, например, диском, служащим для удаления материала из зоны обработки, и изделием.
Применяется для обдирки литья, резки и других видов обработки, аналогичных по кинематике движений почти всем видам механической обработки. Преимущества метода — высокая производительность (до 106 мм 3 /мин)на грубых режимах, простота инструмента, работа при относительно небольших напряжениях, низкие удельные давления инструмента — 30—50 кн/м2 (0,3— 0,5 кгс/см2 ) и, как следствие, возможность использования для обработки твёрдых материалов инструмента, изготовленного из относительно мягких материалов.
Недостатки — большая шероховатость обработанной поверхности, тепловые воздействия на металл при жёстких режимах.
Электрофизическая и электрохимическая обработка материала
... обработка, Электроконтактная обработка Рисунок 6. Электроконтактная обработка (схема) Разновидностью электроконтактной обработки является электроабразивная обработка — обработка абразивным инструментом, в том числе алмазно-абразивным, изготовленным на основе проводящих материалов. Введение в зону обработки электрической энергии значительно сокращает износ инструмента. Электроконтактные ...
Разновидностью электроконтактной обработки является электроабразивная обработка — обработка абразивным инструментом (в т. ч. алмазно-абразивным), изготовленным на основе проводящих материалов. Введение в зону обработки электрической энергии значительно сокращает износ инструмента.
Электроконтактные станки по кинематике не отличаются практически от соответствующих металлорежущих станков; имеют мощный источник тока.
Магнитоимпульсная обработка применяется для пластического деформирования металлов и сплавов (обжатие и раздача труб, формовка трубчатых и листовых заготовок, калибровка и т. п.) и основана на непосредственном преобразовании энергии меняющегося с большой скоростью магнитного поля, возбуждаемого, например, при разряде батареи мощных конденсаторов на индуктор, в механическую работу при взаимодействии с проводником (заготовкой).
Преимущества метода
отсутствие движущихся и трущихся частей в установках
высокая надёжность и производительность
лёгкость управления и компактность
наличие лишь одного инструмента — матрицы или пуансона (роль другого выполняет поле) и др.
Недостатки
относительно невысокий КПД
затруднительность обработки заготовок с отверстиями или пазами (мешающими протеканию тока) и большой толщины.
Электрогидравлическая обработка основана на использовании энергии гидравлического удара при мощном электрическом (искровом) разряде в жидком диэлектрике. При этом необходимо вакуумирование полости между заготовкой и матрицей, поскольку из-за огромных скоростей движения заготовки к матрице воздух не успевает уйти из полости и препятствует плотному прилеганию заготовки к матрице.
Метод прост, надёжен, но обладает небольшим кпд, требует высоких электрических напряжений и не всегда даёт воспроизводимые результаты. К электромеханической обработке относится также ультразвуковая обработка.
К лучевым методам обработки относится обработка материалов электронным пучком и световыми лучами. Электроннолучевая обработка осуществляется потоком электронов высоких энергий (до 100 кэв).
Таким путём можно обрабатывать все известные материалы (современная электронная оптика позволяет концентрировать электронный пучок на весьма малой площади, создавать в зоне обработки огромные плотности мощности).
Электроннолучевые станки могут выполнять резание (в т. ч. прошивание отверстий) и сварку с большой точностью. Основой электроннолучевого станка является электронная пушка. Станки имеют также устройства контроля режима обработки, перемещения заготовки, вакуумное оборудование.
Из-за относительно высокой стоимости, малой производительности, технической сложности станки используются в основном для выполнения прецизионных работ в микроэлектронике, изготовления фильер с отверстиями малых (до 5 мкм)диаметров, работ с особо чистыми материалами.
К электрофизическим методам обработки относится также плазменная обработка.
Заключение
Традиционные технологические процессы механической обработки, получения заготовок и сборки изделий на протяжении многих лет остаются неизменными, да и в обозримом будущем будут оставаться базовыми, занимая большую часть от трудоемкости производства изделий. Применение таких технологий, как правило, связано с выпуском изделий оборонной промышленности независимо от затрат на разработку и использование технологического процесса. Несмотря на то, что большинство таких технологий имело узкую объектную направленность и оптимизация варианта изготовления проводилась без экономического обоснования, были разработаны новые высокоэффективные технологии с использованием новых физических явлений. Это привело к качественному скачку в оборонных отраслях промышленности с выходом на мировой уровень. При производстве товаров народного потребления такие технологии не применялись, в результате чего качество этих товаров снижалось и они становились не конкурентоспособными на международных рынках.
«Методики и технологии обработки деталей на станках с ЧПУ»…………….65 ...
... на основе станков с ЧПУ. Цель дипломного проекта является проектирование технологического процесса механической обработки детали «Шток ... производства, согласно ГОСТ 3.1108-74, характеризуется коэффициентом закрепления операций: 1 < КЗ.О.< 10 - массовое и ... позволяют применять высокопроизводительные методы производства. Предусмотрены различные базы в процессе обработки. заданные требования к ...
Развитие производства в современных условиях хозяйствования предполагает широкое применение накопленного опыта по разработке и применению традиционных и нетрадиционных технологических процессов при создании товаров народного потребления мирового уровня. Это позволит отечественным производителям занять достойное место на рынке товаров и услуг.
В последние годы сложился новый подход к формированию нетрадиционных технологий путем применения нанообработки и сверхскоростной обработки, а также путем взаимного комбинирования традиционных методов. Это привело к созданию новых, так называемых комбинированных методов обработки. Целью разработки нетрадиционных методов является возможность создания процессов обработки, которые обеспечивают требуемые качественные показатели изготовляемых деталей. При этом наряду с базовыми используются те или иные воздействия на материал детали, позволяющие усиливать достоинства и снижать недостатки традиционных видов обработки.
Такой подход позволил разработать около 20 новых видов комбинированных процессов. Теоретический анализ показывает, что уже при современном уровне развития науки и техники возможно проектирование около 800 высокоэффективных способов обработки, большинство из которых пока
Следует отметить, что приоритет в области разработки и использования комбинированных методов принадлежит отечественным ученым. Именно в нашей стране получили «путевку в жизнь» все основные применяемые нетрадиционные технологии.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/tehnologiya-metalla/
1. Ковшов, А.Н., Назаров, Ю.Ф. Нетрадиционные методы обработки материалов: Учеб. Пособие / А.Н. Ковшов, Ю.Ф. Назаров. — М: МГОУ, 2003. – 357 с.
2. Ковшов, А.Н. Технология машиностроения: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов, — М.: Машиностроение, 2007. — 320 с.
3. Усов, С.В., Назаров, Ю.Ф., Короткоа И.А. Комбинированные методы обработки в машиностроении / С.В, Усов, Ю.Ф. Назаров. — М.; ЮНИТ, 2002. – 398 с.
4. Назаров, Ю.Ф., Талдонов, Г.В., Курченко, В.В. Основы наноабразивной обработки деталей машин / Ю.Ф, Назаров, Г.В, Талдонов, В.В, Курченко // Вестник машиностроения. — 2007. — № 9. – С. 32 — 37
5. Ярославцев, В.М. Размерная обработка: Мультимедийный учебник / В.М. Ярославцев. — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. — CD-R. — № roc. per. 0320400664.
6. Ярославцев, В.М. Точение с опережающим пластическим деформированием: Мультимедийное учебное пособие. / В.М. Ярославцев. — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. — CD-R. — № гос. per. 0320400662.
Задачи первичной обработки лубяных волокон общая характеристика ...
... лубяные волокна, обусловлены особенностями строения различных лубяных растений, а также организационно-экономическими и технологическими соображениями. В настоящее время применяют следующие способы первичной обработки лубяных ... пучками и окружающими тканями значительно ослаблена биологической или химической обработкой. Процесс выделения волокна из стеблей можно разделить на две стадии: 1) изламывание ...
