Электрофизические и электрохимические

СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

 

Электрофизические способы

 

Электроискровая обработка. Метод основан на явлении электрической эрозии – разрушении металла под действием кратковременных электрических искровых разрядов, возникающих между поверхностями заготовки (анодом) и инструмента (катодом). На поверхности заготовки образуется лунка, оторвавшиеся частицы охлаждаются и оседают. Процесс происходит в диэлектрической среде (в баке, заполненном маслом или керосином – рис. 13.1). Способ используют для прошивки отверстий любой формы в трудно обрабатываемых, но токопроводящих материалах. Точность размеров и шероховатость обработанной поверхности зависят от режима обработки.

Электроимпульсная обработка также основана на использовании кратковременных разрядов, возникающих между поверхностями инструмента и заготовки. Только используется более продолжительный (1-10 мс) и мощный дуговой разряд, чем при электроискровой обработке. Способ применяют при обработке штампов, турбинных лопаток, ручьев в валах периодического проката из жаропрочных сплавов, резцов, фрез и штампов из твердых сплавов. Высокочастотная электроимпульсная обработка дает более низкую шероховатость поверхности, чем низкочастотная.

Электроконтактная обработка. Способ заключается в электромеханическом разрушении обрабатываемого материала на воздухе без применения электролита. Инструментом является вращающийся чугунный или медный диск. В местах контакта заготовки и инструмента возникают искровые разряды. Происходит локальный разогрев (или плавление) металла и его удаление механическим способом за счет возвратно-поступательного движения заготовки относительно диска. Обработку применяют для резки заготовок, обдирки отливок и слитков, заточки инструмента, плоского шлифования, прошивки отверстий.

Электрохимические способы

 

Электрохимическая обработка металлов основана на растворении металла (анода) при пропускании постоянного тока через раствор электролита.

Электрохимическое травление используют для очистки поверхности металлов и сплавов от загрязнений. В ванне с электролитом (растворы кислот, солей и щелочей) между электродами-катодами помещают заготовку (анод) и включают ток. Жировая пленка, ржавчина не могут удержаться на поверхности и удаляются под действием электрического тока. Электролит подогревают до 70-80 °С.

Электрохимическое полирование. Обрабатываемую деталь (анод) надо поместить в ванну с электролитом (рис. 13.2). Вторым электродом служит катод – пластинка, изготовленная из меди, свинца или стали. В первую очередь растворяются выступающие точки – микровыступы, поскольку на них плотность тока наибольшая. Шероховатость уменьшается, затем исчезает. Поверхность детали становится гладкой и блестящей. Впадины между выступами заполняются продуктами растворения: окислами и солями металлов. Электрохимическое полирование и глянцевание используют как окончательную чистовую обработку при изготовлении режущих инструментов (сверл, фрез, калибров), зубчатых колес и других деталей сложной конфигурации.

Размерная электрохимическая обработка характеризуется тем, что электролит прокачивается под давлением через небольшой зазор между инструментом (катодом) и заготовкой (анодом). Инструменту придается форма, обратная форме заготовки. Образующиеся на поверхности заготовки продукты анодного растворения (соли) растворяются в электролите и удаляются из зоны обработки. Этот метод обеспечивает высокую точность и качество обработанной поверхности. Используется для формообразования лопаток паровых турбин, профильных валков, и сверления (прошивания) глухих и сквозных отверстий.

Электроабразивная обработка применяется в основном для шлифования металлов и твердых сплавов. Инструментом служит шлифовальный круг, который изготовляется из абразивных материалов на токопроводящей связке. Между вращающимся кругом (катодом) и заготовкой (анодом) имеется зазор, в который подается электролит. Продукты анодного растворения удаляются абразивными зернами круга, как при механическом шлифовании. Электроалмазная обработка – разновидность предыдущего способа. Только токопроводящие круги используются алмазные. Около 75 % припуска удаляется за счет анодного растворения, а 25 % – за счет механического шлифования.

Электрохонингование. Этот способ качественно подобен процессу хонингования абразивными головками – финишной операции по получению отверстий высокой точности и малой шероховатости. Отличие состоит в следующем: обрабатываемая заготовка устанавливается в ванне с электролитом и подключается к аноду; хонинговальная металлическая головка оснащается не абразивными брусками, а брусками из дерева или пластмассы и подключается к катоду. Продукты анодного растворения удаляются брусками за счет вращательного и возвратно-поступательного движений головки. Иногда в электролит добавляют абразивные материалы (тонкие микропорошки).

Анодно-дуговая обработка сочетает электрофизические и электрохимические процессы. В качестве инструмента (катода) используют металлические диски, цилиндры, ленты, проволоку. Заготовку (анод) обрабатывают в среде электролита (водный раствор жидкого натриевого стекла). При пропускании тока происходит анодное растворение – процесс, присущий электрохимической обработке. В точках контакта инструмента с неровностями поверхности заготовки возникает электроэрозия – процесс, присущий электроискровой обработке. Кроме того, металл в точках контакта разогревается, как это имеет место при электроконтактной обработке. Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются за счет относительных движений заготовки и инструмента. Этим методом обрабатывают токопроводящие материалы, разрезают заготовки, прорезают пазы и щели, шлифуют и полируют поверхности.

Химические методы обработки. Химическая обработка основана на разрушении металлов путем травления в растворах кислот и щелочей. Перед травлением поверхности тщательно очищают. Поверхности, которые не подлежат травлению, защищают химически стойкими покрытиями (лаком, красками). Заготовки опускают в ванну с раствором кислоты или щелочи, в зависимости от материала из которого они изготовлены. Для увеличения скорости травления раствор подогревают до 40-80 °С. Потом заготовки вынимают, промывают и сушат. Снимают защитное покрытие. Химико-механическую обработку осуществляют с помощью паст или суспензий, которые наносят на поверхность заготовки. В результате химических реакций на поверхности появляется рыхлая масса, удаляемая абразивным инструментом. Обработку применяют для шлифования, притирки и чистовой доводки деталей из различных металлов и сплавов.

Ультразвуковая обработка – разновидность механической обработки материалов, основана на использовании явления магнитострикции – способности материала (сердечника) изменять геометрические размеры в переменном магнитном поле ультразвуковой частоты (20-30 кГц). При приложении поля поперечное сечение сердечника уменьшается, длина увеличивается (при постоянном объеме). При снятии поля первоначальные размеры восстанавливаются. Ультразвуковые колебания сердечника передаются жестко закрепленному на нем инструменту – вибратору, который опускают в абразивную суспензию (воду с абразивным материалом). Вибратор наносит удары по зернам абразивного материала (карбиды бора и кремния). Зерна ускоряются и ударяются о заготовку, скалывая с ее поверхности микрочастицы. Вибратор изготовляют из конструкционной стали. По форме и размерам он должен соответствовать профилю обрабатываемой поверхности заготовки. Ультразвуковую обработку применяют для прошивания отверстий, долбления полостей в заготовках из твердых и хрупких материалов.

Лучевые методы обработки

Электронно-лучевая обработка. Место обработки облучают пучком электронов, ускоренных электрическим полем. При соударении электроны тормозятся, кинетическая энергия преобразуется в тепловую: температура достигает 6000 °С. Любой тугоплавкий материал на малой площади быстро плавится и испаряется. Способ используют для получения отверстий, пазов малых размеров в трудно обрабатываемых материалах. Светолучевая (лазерная) обработка – разновидность тепловой обработки материалов. Источник тепла – энергия излучения лазера работающего в импульсном режиме. С помощью излучения лазера можно обработать практически любой материал. Лазером осуществляются разрезка металла, получение очень малых отверстий и выполнение других видов размерной обработки. Фокусировка лазерного луча позволяет уменьшить площадь обрабатываемой поверхности до 0,01 мм. Недостаток – низкий коэффициент преобразования светового излучения в тепловую энергию. Плазменная обработка. Плазму получают в горелках при пропускании газа (углекислый газ, гелий и др.) через электрическую дугу. Температура достигает 20000 °С. Плазменной струей можно производить обработку различных материалов и сплавов, обрабатывать неметаллические материалы (керамику, стекло), прошивать отверстия, разрезать заготовки и вырезать их из листового материала и т. д.