Elektrofyzikální metody zpracování kovů

Široké používání obtížně obrobitelných materiálů pro výrobu strojních dílů, složitost konstrukce těchto dílů v kombinaci s rostoucími požadavky na snižování nákladů a zvyšování produktivity vedly k vývoji a přijetí metod elektrofyzikálního zpracování.

Elektrofyzikální metody zpracování kovů jsou založeny na využití specifických jevů vznikajících působením elektrického proudu k odebírání materiálu nebo změně tvaru obrobku.

Hlavní výhodou elektrofyzikálních metod zpracování kovů je možnost jejich pomocí měnit tvar dílů vyrobených z materiálů, které nelze opracovávat řezáním a tyto metody jsou zpracovávány za podmínek minimálních sil nebo v jejich úplné absenci.

Důležitou výhodou elektrofyzikálních metod zpracování kovů je nezávislost produktivity většiny z nich na tvrdosti a křehkosti zpracovávaného materiálu.Náročnost a doba trvání těchto metod pro zpracování materiálů se zvýšenou tvrdostí (HB> 400) jsou menší než pracnost a doba řezání.

Elektrofyzikální metody zpracování kovů pokrývají téměř všechny obráběcí operace a nejsou horší než většina z nich z hlediska dosahované drsnosti a přesnosti zpracování.

Zpracování kovů elektrickým výbojem

Zpracování elektrickým výbojem je druh elektrofyzikálního zpracování a vyznačuje se tím, že vlivem elektrických výbojů dochází ke změnám tvaru, velikosti a kvality povrchu součásti.

K elektrickým výbojům dochází, když pulzní elektrický proud prochází mezerou o šířce 0,01 - 0,05 mm mezi elektrodou obrobku a elektrodou nástroje. Vlivem elektrických výbojů se materiál obrobku taví, odpařuje a je odstraňován z mezielektrodové mezery v kapalném nebo parním stavu. Podobné procesy destrukce elektrod (detailů) se nazývají elektrická eroze.

Pro zvýšení elektrické eroze je mezera mezi obrobkem a elektrodou vyplněna dielektrickou kapalinou (petrolej, minerální olej, destilovaná voda). Když se elektrodové napětí rovná průraznému napětí, vytvoří se uprostřed mezi elektrodou a obrobkem vodivý kanál ve formě plazmou naplněné válcové oblasti s malým průřezem s hustotou proudu 8000-10000 A. / mm2. Vysoká proudová hustota udržovaná po dobu 10-5 — 10-8 s zajišťuje teplotu povrchu obrobku až 10 000 — 12 000˚C.

Kov odstraněný z povrchu obrobku se ochladí dielektrickou kapalinou a tuhne ve formě kulovitých granulí o průměru 0,01 — 0,005 mm.V každém následujícím časovém okamžiku proudový impuls prorazí mezielektrodovou mezeru v místě, kde je mezera mezi elektrodami nejmenší. Nepřetržité dodávání proudových impulsů a automatické přibližování nástrojové elektrody k elektrodě obrobku zajišťuje nepřetržitou erozi, dokud není dosaženo předem stanovené velikosti obrobku nebo dokud není odstraněn veškerý kov obrobku v mezeře mezi elektrodami.

Režimy zpracování elektrického výboje se dělí na elektrickou jiskru a elektrický impuls.

Režimy elektrosparu charakterizované použitím jiskrových výbojů krátkého trvání (10-5 ... 10-7s) s přímou polaritou připojení elektrod (detail "+", nástroj "-").

Podle síly jiskrových výbojů se režimy dělí na tvrdé a střední (pro předběžné zpracování), měkké a extrémně měkké (pro konečné zpracování). Použití měkkých režimů poskytuje odchylku rozměrů součásti do 0,002 mm s parametrem drsnosti opracovávaného povrchu Ra = 0,01 μm. Režimy elektrických jisker se používají při zpracování tvrdých slitin, těžkoobrobitelných kovů a slitin, tantalu, molybdenu, wolframu atd. Zpracovávají průchozí a hluboké díry libovolného průřezu, díry se zakřivenými osami; pomocí drátových a páskových elektrod odřízněte díly z plechových polotovarů; vyštípnuté zuby a závity; díly jsou leštěné a značkové.

Pro provádění zpracování v elektrojiskrových režimech se používají stroje (viz obr.), vybavené RC generátory, sestávající z nabíjecího a vybíjecího obvodu.Součástí nabíjecího obvodu je kondenzátor C, který se nabíjí přes odpor R ze zdroje proudu o napětí 100-200 V a k vybíjecímu obvodu jsou paralelně s kondenzátorem připojeny elektrody 1 (nástroj) a 2 (díl). C.

Jakmile napětí na elektrodách dosáhne průrazného napětí, dojde přes mezielektrodovou mezeru k jiskrovému výboji energie akumulované v kondenzátoru C. Účinnost procesu eroze lze zvýšit snížením odporu R. Stálost mezielektrodové mezery je udržován speciálním sledovacím systémem, který ovládá mechanismus automatického posuvu nástroje z měděných, mosazných nebo uhlíkových materiálů.

Elektrický jiskrový stroj:

Elektrojiskrové řezání ozubených kol s vnitřním záběrem:

Režimy elektrických pulzů charakterizované použitím pulzů dlouhého trvání (0,5 ... 10 s), odpovídajících obloukovému výboji mezi elektrodami a intenzivnější destrukci katody. V tomto ohledu je v režimech elektrického pulsu katoda připojena k obrobku, což poskytuje vyšší erozní výkon (8-10krát) a menší opotřebení nástroje než v režimech elektrické jiskry.

Nejvhodnější oblastí použití elektrických pulzních režimů je předzpracování obrobků tvarově složitých dílů (matrice, turbíny, lopatky atd.) z těžko zpracovatelných slitin a ocelí.

Elektrické pulzní režimy jsou realizovány instalacemi (viz obr.), ve kterých unipolární pulzy z elektrického stroje 3 popř. elektronický generátor… Vznik E.D.S.indukce v zmagnetizovaném tělese pohybující se pod určitým úhlem ke směru osy magnetizace umožňuje získat proud větší velikosti.

Radiační úprava kovů

Typy radiačního obrábění ve strojírenství jsou obrábění elektronovým paprskem nebo světelným paprskem.

Zpracování kovů elektronovým svazkem je založeno na tepelném působení proudu pohybujících se elektronů na zpracovávaný materiál, který se v místě zpracování taví a odpařuje. Takové intenzivní zahřívání je způsobeno tím, že kinetická energie pohybujících se elektronů při dopadu na povrch obrobku se téměř úplně přemění na tepelnou energii, která, soustředěná na malou plochu (ne více než 10 mikronů), způsobí aby se zahřál až na 6000 °C.

Při rozměrovém zpracování, jak je známo, dochází k místnímu ovlivnění zpracovávaného materiálu, což při zpracování elektronovým paprskem zajišťuje pulzní režim toku elektronů s dobou trvání pulzu 10-4 ... 10-6 s a frekvencí f = 50 … 5000 Hz.

Vysoká koncentrace energie při obrábění elektronovým paprskem v kombinaci s pulzním působením zajišťuje podmínky obrábění, kdy je povrch obrobku umístěný ve vzdálenosti 1 mikronu od okraje elektronového paprsku zahřátý na 300˚C. To umožňuje použití obrábění elektronovým paprskem pro řezání dílů, výrobu síťových fólií, řezání drážek a obrábění otvorů o průměru 1-10 mikronů v dílech vyrobených z obtížně obrobitelných materiálů.

Jako zařízení pro úpravu elektronovým paprskem se používají speciální vakuová zařízení, tzv. elektronová děla (viz obr.).Generují, urychlují a zaostřují elektronový paprsek. Elektronové dělo se skládá z vakuové komory 4 (s vakuem 133 × 10-4), ve které je instalována wolframová katoda 2 napájená vysokonapěťovým zdrojem 1, který zajišťuje emisi volných elektronů, které jsou urychlovány elektrické pole vytvořené mezi katodou 2 a anodovou membránou 3.

Elektronový paprsek poté prochází soustavou magnetických čoček 9, 6, elektrickým vyrovnávacím zařízením 5 a je zaostřen na povrch obrobku 7 namontovaného na souřadnicovém stole 8. Pulzní režim činnosti elektronové trysky zajišťuje systém sestávající z generátoru impulsů 10 a transformátoru 11.

Metoda zpracování světelným paprskem je založena na využití tepelných účinků emitovaného světelného paprsku s vysokou energií optický kvantový generátor (laser) na povrchu obrobku.

Zpracování rozměrů pomocí laserů spočívá ve vytváření otvorů o průměru 0,5 ... 10 mikronů v těžko zpracovatelných materiálech, výrobě sítí, řezání plechů ze složitých profilových dílů atd.