1.4 Нові види обробки матеріалів (електрофізичні, електрохімічні)

До фізико-хімічних методів обробки матеріалів (ФХО) відносять методи, які забезпечують знімання матеріалу, що обробляється в результаті фізико-хімічних процесів. За механізмом руйнування і знімання матеріалу всі фізико-хімічні процеси обробки розділять на три групи:

1. Електрофізичні методи обробки (ЕФО) засновані на принципі впливу теплового потоку на матеріали. Тобто при обробці використовуються теплові ефекти, які супроводжують протікання електричного струму, із створенням у зоні обробки високих щільностей теплової потужності. Основними видами ЕФО є:

   1. Лазерна обробка – заснована на впливі на матеріал заготівки сфокусованого поліхроматичного (монохроматичного) випромінювання, яке викликає нагрівання, плавлення та (або) випарування матеріалу, який обробляється. Для цього виду ЕФО використовуються спеціальні установки, в якості робочого інструменту, такі як: газові або гелійнеонові лазери.

Лазерну обробку використовують для таких операцій:

• вирізання заготівок;

• нанесення маркування;

• локальне легування;

• пайка тощо.

Плазмова обробка – при її використанні відбуваються фізичні процеси, завдяки яким в результаті впливу низькотемпературної плазми виникають зміни складу, структури або фізичного стану матеріалу, який обробляється, що в свою чергу призводить до зміни форми чи геометричних розмірів заготівки. Для плазмової ЕФО в якості робочого інструменту також використовують спеціальні установки – плазмотрони (генератори низькотемпературної плазми).

Плазмову обробку застосовують для наступних операцій:

• закалювання;

• карбідізація;

• випал та модифікація поверхні матеріалу;

• плазмове напилення та наплавлення;

• глазурування тощо.

Електрохімічні методи обробки (ЕХО) – це один із сучасних методів виготовлення деталей із металів та сплавів з заданими формою, розмірами і якістю поверхні. Розрізняють такі види ЕХО:

1. Анодна ЕХО – відбувається в результаті анодного розчинення металу. Її доцільно застосовувати для важко оброблювальних механічними методами матеріалів. Цей процес відбувається за відсутністю контакту між заготовкою та інструментом, що робить його придатним і для обробки тонкостінних деталей, які легко деформуються при механічній обробці; а також деталей з крихкого матеріалу, що схильні до утворення тріщин і, внаслідок цього, погіршення експлуатаційних якостей деталей.

Перевагами анодної ЕХО можна вважати:

• практичну відсутність зносу інструменту;

• поліпшення якості поверхні деталі;

• підвищену точність обробки.

Суттєвим недоліком методу є те, що висока електропровідність розчинів електролітів призводить до низької локалізації процесу знімання металу і розчинення металу не тільки в призначеній зоні, а й у прилеглих до неї дільницях поверхні деталі.

2. Катодна ЕХО – характеризується процесом протікання електричного струму у електрохімічній системі, при цьому іони металу із розчину виділяються на катоді (катодом є форма). Після утворення на формі шару металу необхідної товщини копію відділяють від форми і отримують деталь.

Переваги катодної ЕХО:

• вона має високу точність відтворення геометричної форми моделі і точним копіюванням рельєфу поверхні;

• цей вид ЕХО дозволяє знизити трудомісткість виготовлення деталей в порівнянні з традиційними механічними методами обробки, скоротити чисельність робітників.

Суттєвим недоліком можна вважати те, що при проведенні процесу у стаціонарних гальванічних ваннах цей процес є вельми тривалим, до того ж за таких умов великою є можливість виникнення шорсткостей.

3. Комбіновані методи обробки.

Кожен з методів ФХО володіє унікальними технологічними можливостями, але всі вони більш енергомісткі і менш продуктивні в порівнянні з механічними методами обробки, до того ж установки для ФХО більш дорогі і складні, вони потребують наявності великих виробничих площин. Тому використання ФХО доцільно тільки в наступних випадках:

• для обробки конструкційних матеріалів, що мають низьку оброблюваність лезовими та абразивними інструментами (високолегованих сталей, твердих сплавів, напівпровідників і ін.);

• для обробки деталей складної геометричної форми із важко-оброблюваних матеріалів (прес-форми, деталі лопаті турбін тощо);

• для обробки мініатюрних тонкостінних нежорстких деталей і деталей складної форми з пазами та отворами.

Ефективність застосування методів ФХО проявляється тим більше, чим складнішою є форма деталі, яка обробляється і вищими є фізико-механічні властивості матеріалу, чим більші труднощі виникають при її виготовленні методами механообробки.

Методи ФХО застосовують при наступних операціях:

1. заготівельні операції: методи ФХО використовують для різання заготовок із важкооброблюваних жаростійких і високотривких сталей, сплавів на основі титану (перевагою тут є практична відсутність на деталях заусенець);

2. формоутворюючі операції: методи ФХО застосовують при виготовленні деталей методами копіювання, прошивання і електрохімічного точіння;

3. калібрування (електрохімічне і електрофізичне): виконують після механічної обробки шнеків, при цьому точність деталей збільшується, а шорсткість – зменшується;

4. оздоблювальні операції: видалення заусенець (ФХО дозволяє видаляти їх у важкодоступних місцях) і полірування поверхонь;

5. полірування (електрохімічне і електрофізичне): поліпшує мікро геометрію деталей, знижує її шорсткість (в середньому на 2-3 класи), надає їй дзеркального блиску.