Задание и порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться с инструкцией о выполнении работы.
2. Ознакомиться с теоретическими сведениями о способах и методах электрофизической обработки
3. Разработать технологический процесс электрофизической обработки, с составлением всей необходимой технологической документации
4. Составить отчет о работе.
Содержание отчёта:
При составлении отчета необходимо:
I. Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями по следующим вопросам:
1. Анодно-механическая обработка
2. Электроэрозионная обработка
3. Электрохимическая обработка
4. Ультразвуковая обработка
5. Электроннолучевая обработка
6. Обработка световым лучом
II. Представить технологическую документацию необходимую для выполнения технологического процесса электрофизической обработки одним из выбранных способов
III. Ответить на контрольные вопросы:
1. Какие основные виды электрофизических методов обработки Вы знаете?
2. Что происходит с шероховатостью поверхности детали, когда увеличивают скорость перемещения инструмента?
3. Какой из методов электрофизической обработки металлов применяется при резании твердосплавных изделий, пруткового вольфрама, сталей высокой твердости и т. д.?
4. Какой вид обработки применяется при резании деталей сложной формы из стекла, флюорита, кварца?
5. Какой вид электрофизической обработки позволяет производить сварку, а также обработку тонких отверстий и пазов в труднообрабатываемых материалах?
6. Какова энергия светового импульса лазера?
7. Что является основой для большинства применяемых в промышленности лазеров?
8. В каком году советскими учеными Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко был предложен метод электроэрозионной обработки?
9. Кто из ученых в 1928 году предложил метод размерной электрохимической обработки?
10. При каком методе обработки процесс съема металла происходит вследствие теплового и химического воздействия на него электрического тока?
Литература:
Основная
1. Космачёв И. Г. Технология машиностроения. Лениздат, Ленинград – 1970, 400 с., ил.
Дополнительная
2. Антонов Л. П.и др. Практикум в учебных мастерских. Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по специальности «Общетехнические дисциплины и труд». - М.: «Просвещение», 1976.– 400 с. с ил.
3. Муравьёв Е. М. Технология обработки металлов: Учеб. пособие для учащихся 5 – 9 кл. общеобразоват. учреждений. - М.: Просвещение, 1995.-224 с., ил.
4. Рузаков В. А. Электрофизические методы обработки -М.: Машиностроение, 1987 -299 с., ил.
Теоретические сведения
Анодно-механическая обработка
Процесс съема металла при анодно-механической обработке происходит вследствие теплового и химического воздействия на него электрического тока.
При этом виде обработки (рис. 9.1) заготовка 1 и инструмент 2 присоединяются к источнику постоянного тока 4 через регулируемое сопротивление 5. Заготовка соединяется с положительным полюсом, а инструмент с отрицательным. В процессе обработки инструмент смачивается рабочей жидкостью 3 и перемещается по заготовке. На поверхности заготовки, являющейся анодом, электрическое сопротивление которой значительно выше сопротивления слоя рабочей жидкости между плёнкой и инструментом, т. е. катодом.
Инструменту сообщается главное рабочее движение относительно заготовки и движения подачи.
Подача осуществляется таким образом, чтобы зазор между инструментам и заготовкой был заполнен тонким слоем рабочей жидкости, предотвращающей металлический контакт между электродами, несмотря на наличие определённого давления на них. При очень малом зазоре цепь постоянного тока оказывается замкнутой через выступающие микронеровности поверхности, при этом начинается процесс съема металла.
Если напряжение постоянного тока мало, то съем металла происходит вследствие электрохимического растворения его. Производительность процесса при этом весьма низкая.
При более высоких напряжениях и большей силе тока съем металла происходит благодаря тепловому действию тока.
Количество тепла, выделяемого током при прохождении от заготовки к инструменту, оказывается достаточным для плавления микроскопических выступов на поверхности заготовки. Это обуславливается значительной плотностью тока при малых площадях контактирующих участков. Расплавленные частицы металла в виде раскаленных шариков выносятся движущимся инструментом из зоны обработки. Производительность процесса при этом значительно возрастает.
По мере съема металла осуществляется подача инструмента или заготовки в направлении врезания.
Основные параметра процесса. На процесс анодно-механической обработки оказывают влияние электрический режим (плотность тока, напряжения) и механические параметры (давление на обрабатываемую поверхность, скорость движения инструмента).
Зависимость между плотностью тока и съемом металла показана на рис. 9.2. При низких плотностях тока (участок а) высота неровностей на обработанной поверхности составляет менее 1мкм, а при больших плотностях тока (участок б) она достигает 500-600 мкм. При больших плотностях тока (участок б) имеет место чрезмерный нагрев рабочей зоны, в связи с чем импульсность процесса нарушается. Нагрев распространяется на значительные участки обрабатываемой поверхности, и возникает стационарная электрическая дуга.
Следовательно, регулируя плотность тока, можно изменять в широких пределах интенсивность процесса и качество обработки.
Напряжение генератора обычно составляет 14-18 в. При напряжении 12 в анодная пленка не образуется, и тепловое действие тока прекращается. Съем металла в этом случае может происходить путем анодного растворения обрабатываемой поверхности. При анодном растворении съем металла незначителен, а класс чистоты поверхности высокий.
При напряжении более 30-40в, в зоне обработки оплавляется множество неровностей поверхности заготовки. Это может привести к заполнению межэлектродного промежутка частицами расплавленного металла, т. е. к замыканию инструмента и заготовки. Кроме того, повышение напряжения более 30-40в увеличивает опасность поражения электрическим током.
Большое влияние на процесс съема металла оказывает род тока. При переменном токе съем металла примерно в 2 раза меньше, чем при постоянном токе той же мощности.
Удельное давление инструмента на обрабатываемую поверхность является одним из основных факторов, определяющих нормальное развитие процесса съема металла. Давление инструмента устанавливает величину межэлектродного зазора и связанного с ней электрического сопротивления (рис. 9.3).
Если давление невелико и недостаточно для разрушения анодной пленки, то сила тока равна нулю и съема металла не происходит. При возрастании давления и сближения электродов зазор уменьшается, сила тока увеличивается, и съем металла возрастает. Дальнейшее увеличение удельного давления вызывает местныё срыв пленки и замыкание между электродами на больших площадях; соответственно часть тока будет проходить непосредственно через металлический контакт между анодом и катодом и не будет участвовать в съеме металла.
По мере повышения давления эта часть тока увеличивается, а съем металла соответственно уменьшается. Наконец, при таком удельном давлении, которое полностью освобождает поверхность анода от пленки, происходит постоянное короткое замыкание между электродами по всей поверхности. Процесс съема металла прекращается, а сила тока возрастает до величины, соответствующей короткому замыканию.
Практически при использовании рабочей жидкости на основе силиката натрия величину удельного давления можно менять вдоль широких пределах без заметного нарушения стабильности процесса.
Не влияние на процесс съема металла оказывает скорость перемещения инструмента относительно обрабатываемой поверхности.
Практика показала, что при сохранении постоянными напряжении и плотности тока скорость в пределах 5-25 м/сек на производительность процесса не влияет. Однако при данном электрическом режиме она оказывает влияние на скорость и степень нагрева поверхностного слоя металла детали. Чтобы уменьшить возникающие при этом структурные изменения поверхности металла, необходимо повысить скорость перемещения инструмента.
Опыты показали, что при увеличении скорости перемещения инструмента с 3 до 18 м/сек количество трещин на поверхности деталей из твердых сплавов значительно уменьшается.
С увеличением скорости перемещения скорости инструмента шероховатость поверхности уменьшается и соответствует 9-му классу чистоты.
Область применения. По существу, анодно-механическая обработка может заменить почти все операции обработки металлов резанием. Однако это не всегда целесообразно.
Наиболее широкое распространение получила анодно-механическая резка. Этот способ обработки применяется при резании твердосплавных изделий, из пруткового вольфрама, сталей высокой твердости и т. п. Обработка производится стальной лентой толщиной 0,8-1,2 и шириной 35. мм. При твердости заготовки НВ>300 производительность достигает 10 см3/мин, т. е. выше, чем при механической обработке.
В промышленности анодно-механическое профилирование фасонных твердосплавных резцов, а также шлифование и полирование. Значительный интерес представляет одно из направлений анодно-механической обработки – чистовое электроабразивное и электроалмазное шлифование. Электроабразивные и алмазные круги позволяют получать поверхности шероховатостью 11-12-го классов чистоты.
Электроэрозионная обработка
Метод обработки материалов импульсами электрического тока, известный под названием электроэрозионной, электроискровой обработки, предложен в 1943 г. советскими учеными Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко. Метод электроэрозионной обработки основан на использовании явления электрической эрозии – направленного разрушения токопроводящих материалов в результате теплового действия импульсных электрических разрядов между инструментом и обрабатываемой поверхностью.
Генераторы импульсов для электроэрозионной обработки отличаются по принципу действия, конструкции и параметрам вырабатываемых импульсов. К первой относятся генераторы, в которых процесс генерирования импульсов тока полностью определяется величиной и состоянием межэлектродного пространства, а ко второй – генераторы вырабатывающие импульсы, параметры которых лишь частично зависят от величины и состояния межэлектродного пространства. В первую группу входят наиболее распространенные релаксационные генераторы, а во вторую – машинные и разобщенные генераторы импульсов.
Принципиальная схема электроэрозионной обработки с применением релаксационной конденсаторной схемы приведена на рис. 9.4, а. Источником искровых разрядов здесь является конденсатор, обеспечивающий высокую частоту следования разрядов – до сотен тысяч в секунду. Инструмент, соединенный с отрицательным полюсом источника тока, перемещается вдоль своей оси. Межэлектродный промежуток в пределах 5-100 мкм поддерживается с помощью следящей системы.
По этой схеме обрабатываются небольшие поверхности и сквозные отверстия, а также производится чистовая и точная обработка.
Перемещение стола с обрабатываемой деталью относительно проволоки в соответствии с заданным профилем вырезки осуществляется при помощи оптической системы, по чертежу, по копиру, или путем программирования координатных перемещений стола. При вырезке контура в твердосплавной плите толщиной 10 мм скорость перемещения стола составляет 1 мм/мин, шероховатость поверхности соответствует 7-8-му классам чистоты, а точность до ±0,005 мм.
Вырезка ведется на мягких режимах: емкость С = 0,01-0,3 мкФ, ток короткого замыкания Iк.з = 0,1-1 а и напряжение U = 0,5-12 в.
Принципиальная схема электроимпульсной обработки приведена на рис. 9.4, б. Инструмент-электрод 3 и обрабатываемая деталь 4, между поддерживается зазор, погружена в ванну 5 с диэлектрической жидкостью. Генератор импульсов 1 создает в рабочей зоне межэлектродного пространства редкие (400 имп/сек.), но мощные импульсы, обеспечивающие высокую производительность процесса – до 1500 мм3/мин.
Электроимпульсным методом изготавливают отверстия и полости в штампах, пресс-формах и других стальных деталях средних и больших размеров.
Электрохимическая обработка
Метод размерной электрохимической обработки предложен в 1928 г. В. Н. Гусевым и Л. А. Рожковым. Он заключается в направленном растворении металла под действием тока. Схема электрохимической обработки приведена на рис. 5.
Рабочий инструмент 1 (Рис. 9.5, а) подключается к отрицательному, а обрабатываемая деталь 2 – к положительному полюсу источника электрического тока. Электролит, в качестве которого обычно используется 15%-ный водный раствор хлористого натрия, подается под давлением 8-16 атм. в зазор ∆ между инструментом 1 и деталью 2. Величина зазора ∆ = 0,1-0,5 мм. Под действием постоянного электрического тока происходит электрохимическое растворение анода – обрабатываемой детали; продукты растворения уносятся потоком электролита. По мере съема металла инструмент 1 (электрод) перемещается с постоянной скоростью подачи s в направлении детали и образует в ней требуемое отверстие или полость.
Величина межэлектродного зазора ∆ сохраняется постоянной. Одним из постоянных факторов, обеспечивающих точность электрохимической обработки, является способ подачи электролита в межэлектродный зазор. При обработке отверстий электролит, как правило, подаётся в зазор через отверстие в инструменте 1, а отвод его осуществляется через специальное устройство 3 (рис. 9.5, а) или калиброванные шайбы 4 (рис. 9.5, б), накладываемые на деталь 2.
Питание током производится от источника постоянного тока напряжением 12 – 24 В; ток выбирается из расчета его плотности 20 – 200 а/см2.
Инструмент, изготовленный из меди или бронзы, в процессе работы практически не изнашивается.
При выполнении отверстий подача s достигает 5 – 8 мм/мин.
Электрохимическая обработка обеспечивает получение поверхностей шероховатостью 7 – 8-го классов чистоты и точность в пределах допуска 0,05 – 0,1 мм.
Разновидностью электрохимического метода обработки являются электроабразивная и электроалмазная обработка.
В промышленности широко используется электроалмазное шлифование (рис. 9.6). Обрабатываемая деталь 3 и вращающийся шлифовальный круг 2 присоединяются к источнику постоянного тока через регулируемое сопротивление. Алмазные зерна 1 создают зазор между электропроводной связкой круга 2 и деталью 3. Зазор заполняется электролитом – водным раствором солей, который подается струей в зону обработки.
При прохождении тока поверхностный слой детали растворяется, а продукты растворения (анодная пленка) 4 удаляются с поверхности детали алмазными зернами круга.
Производительность процесса и качество обрабатываемой поверхности зависят от электрических режимов. Шлифование, обеспечивающее получение поверхностей шероховатостью 10-12-го классов чистоты и зеркального блеска, осуществляется при напряжении 10-15 в. Производительность при этом достигается 20-25 мм3/мин.
При электроалмазной обработке производительность процесса и стойкость круга зависит также от концентрации алмазов. Круги со 100%-ной концентрацией обеспечивают наибольшую производительность. Электрохимическая обработка применяется в основном для изготовления деталей сложной формы из жаропрочных сплавов (лопаток и роторов газовых турбин, компрессоров, фасонных отверстий в роторах), а также зубчатых реек сложного профиля, образования канавок, удаления заусенцев в штампах и пресс-формах и т. п.
Ультразвуковая обработка
Принцип ультразвуковой обработки твердых и хрупких материалов состоит в создании высокой скорости направленного износа или скалывания частиц обрабатываемого материала под влиянием вибрирующего с ультразвуковой частотой инструмента и непрерывно подаваемого в зону обработки абразивного материала.
Принципиальная схема ультразвуковой размерной обработки приведена на рис. 9.7. В рабочую зону, т. е. в пространство между торцом инструмента 1 и обрабатываемой деталью 2, подается водная суспензия 3 абразивного порошка карбида кремния или карбида бора.
Инструмент совершает продольные колебания с ультразвуковой частотой f = 16-30 кГц и небольшой амплитудой А = 0,02-0,06 мм. В процессе колебаний торцовая поверхность инструмента ударяет по абразивным зернам 10, которые и скалывают с обрабатываемой поверхности микрочастицы 11. Большое количество одновременно ударяющихся о поверхность абразивных зерен обуславливает интенсивный съем с нее материала.
Колебания инструменту 1 передаются от магнитострикционного вибратора 6, в котором электрические колебания электронного генератора 8 преобразуются в механические. Электрические колебания генератора подаются на обмотку 7 вибратора 6. Магнитострикционная деформация вибратора составляет 5-10 мкм. Для увеличения колебаний инструмента в 2-5 раз применяют трансформаторы скорости или акустические концентраторы 4, которые припаиваются к концу вибратора 6. Вибратор охлаждается проточной водой 5. Система с противовесом 9 создает давление инструмента 1 на деталь 2 и осуществляет подачу инструмента.
Производительность и качество ультразвуковой обработки зависят от свойств обрабатываемого материала, амплитуды и частоты колебаний инструмента, характеристик абразивного материала и величины давления инструмента на деталь.
Производительность составляет при обработке стекла и кварца – 5-20 мм/мин, твердых сплавов – 0,05-0,3 мм/мин, сталей твердостью HRC 55-60 – 0,05-0,1 мм/мин. Достигаемая шероховатость поверхности - 5-8-й классы чистоты, точность обработки – 0,05-0,1 мм.
Ультразвуковая обработка применяется при изготовлении деталей сложной формы из стекла, флюорита, кварца, фильер из технических алмазов, твердосплавных матриц сложной формы, при обработке полупроводниковых материалов – германия и кремния.
Электроннолучевая обработка
Электроннолучевая обработка материалов основана на способности электронного пучка с большим КПД превращать свою кинетическую энергию в тепловую. Этим методом производят сварку, а также обработку тонких поверхностей и пазов в труднообрабаты-ваемых материалах.
Обработка осуществляется в вакууме, что обеспечивает высокую химическую чистоту.
В безвоздушной камере образуется импульсный электронный луч с частотой от 1 до 3000 Гц и временем импульсов от 0,01 до 0,00005 сек., при скорости электронов порядка 115000-165000 мм/сек и температурой в зоне обработке около 6000º С.
Принципиальная схема установки для электроннолучевой обработки показана на рис. 9.8. Основными узлами установки являются электронная пушка П, в которой формируется мощный электронный луч, вакуумная или рабочая камера К, вакуумная насосная система, создающая вакуум порядка 10-5 см рт. ст., контрольная система для управления лучом, высоковольтный источник питания и приборы для контроля и наблюдения за ходом процесса.
В целях ограничения зоны нагрева импульсный генератор обеспечивает прерывность электронного луча, а электромагнитные катушки-линзы 5 фокусируют его на обрабатываемой детали 7 до диаметра от 1 мм до нескольких микронов. С помощью электромагнитных катушек сфокусированный электронный луч может перемещаться по поверхности обрабатываемой детали (рис. 9.9), осуществляя, таким образом, обработку по заданному профилю. Форма обрабатываемых поверхностей может быть запрограммирована в управляющем устройстве.
Производительность обработки электронным лучом значительно выше производительности многих других методов обработки.
9.6. Обработка световым лучом
В последнее время в промышленности используются оптические квантовые генераторы, называемые лазерами. Лазер представляет собой физический прибор, обладающий способностью в определенных условиях генерировать непрерывные или импульсные световые лучи, которые характеризуются высокой плотностью энергии и практически не расширяются даже при значительной длине.
Энергия светового импульса лазера невелика – от 10 до 50 Дж, но она сосредоточена в луче диаметром около 0,01 мм и выделяется в миллионные доли секунды. Такая высокая концентрация энергии и мгновенное выделение ее позволяют осуществлять размерную обработку материалов – резку, сверление, сварку и др.
Принцип действия оптического квантового генератора заключается в следующем. Свет определенной длины волны, направленный на вещество, содержащее атомы, способные находиться на различных энергетических уровнях, возбуждает эти атомы, т. е. передает им дополнительную энергию в форме электромагнитного излучения определенной длины волны, обычно в пределах диапазона волн видимого света. При этом кроме генерации излучения имеет место его усиление, что делает оптический квантовый генератор источником излучения высокой удельной мощности.
Эффектом возбуждения (стимулирования) излучения, его усиления и генерации обладают различные материалы.
Для изготовления лазеров на твердом теле в качестве активных материалов применяют кристаллы с различных минералов или стекла с примесями редких элементов.
Основой большинства применяемых для промышленности лазеров является кристалл синтетического рубина в форме стержня или стержни из неодимового стекла, являющиеся резонаторами, в которых возникает и формируется луч, излучаемый оптическим квантовым генератором.
Принципиальная схема оптического квантового генератора на рубине приведена на рис. 9.10. Рубиновый стержень 2 помещён внутрь спиральной лампы-вспышки 1, которая питается током батареи конденсаторов 7. С целью создания условий, необходимых для генерирования излучений, на торцы рубинового стержня наносят серебряное или многослойное диэлектрическое покрытие. Торец А делается непрозрачным (с полным внутренним отражением), а торец Б – полупрозрачным. Излучение выводится из полупрозрачного торца рубинового стержня.
Световой импульс лампы-вспышки с помощью внутренней отражающей поверхности цилиндра 3 возбуждает атомы хрома в рубиновом стержне. После прекращения импульса возбуждённые атомы возвращаются к исходному уровню, освобождая энергию в виде излучения в видимой или инфракрасной части спектра.
Концентрация излучений на обрабатываемой поверхности 5 производится с помощью линз 4. Импульс излучения можно фокусировать в точку, линию, группу параллельных линий, окружностей с помощью сферических, цилиндрических и других специальных оптических устройств.
Энергия импульса длительностью в миллионную долю секунды светового излучения мощностью 20 – 50 Дж, сконцентрированная на площади обрабатываемой детали диаметром до 0,01 мм, создаёт очень высокую температуру, которая может вызвать плавление и даже испарение материала детали в зоне падения луча.
Производительность этого способа обработки – 10 мм3/сек. За несколько долей секунды в алмазе обрабатывается отверстие 0,5 мм. Область применения его в основном та же, что и электроннолучевого метода.
Преимущества обработки световым лучом по сравнению с электроннолучевой в том, что здесь не требуется вакуумных камер и не нужна защита обслуживающего персонала от рентгеновского излучения. К недостаткам относятся: низкий КПД квантовых генераторов, перегрев стержня и трудность его охлаждения, а также низкая точность обработки.
Лабораторная работа № 10
Тема: Формулирование наименования и содержания операции
Порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться с инструкцией о выполнении работы.
2. Ознакомиться с методическими рекомендациями и примером по формулированию наименования и содержания операции и выполнить задание представленное ниже
3. Составить отчет о работе.
Задание:
Для токарной операции разработан операционный эскиз и заданы исполнительные размеры с допусками и требования по шероховатости обрабатываемых поверхностей (рис. 10.2), необходимо сформулировать наименование и содержание операции. Обработка каждой поверхности — однократная. Номера вариантов указаны на рисунке римскими цифрами.
Содержание отчёта:
При составлении отчёта необходимо:
1. Задать тип станка;
2. Определить конфигурацию и размеры заготовки;
3. Установить схему базирования;
4. Пронумеровать на эскизе все обрабатываемые поверхности;
5. Сформулировать для записи в технологических документах наименование и содержание операции;
6. Записать содержание всех переходов в технологической последовательности в полной и сокращенной формах.
Литература:
Основная
1. Космачёв И. Г. Технология машиностроения. Лениздат, Ленинград – 1970, 400 с., ил.
2. Гельфгат Ю. И.Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения: Учеб. пособие для машиностр. спец. техникумов. — 2-е изд., перераб. — М.: Высш. шк., 1986. — 271 с: ил.
Дополнительная
3. Антонов Л. П.и др. Практикум в учебных мастерских. Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по специальности «Общетехнические дисциплины и труд». - М.: «Просвещение», 1976.– 400 с. с ил.
4. Муравьёв Е. М. Технология обработки металлов: Учеб. пособие для учащихся 5 – 9 кл. общеобразоват. учреждений. - М.: Просвещение, 1995.-224 с., ил.
Методические рекомендации
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 263; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!