Міністерство освіти і науки україни Запорізький національний технічний університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

Методичні вказівки до самостійної роботи

з дисципліни „СПЕЦІАЛЬНІ МЕТОДИ ОБРОБКИ ” для студентів спеціальностей; 8.090203 „Металорізальні верстати та системи ”, денної і заочної форм навчання

2010

Методичні вказівки до самостійної роботи

з дисципліни „СПЕЦІАЛЬНІ МЕТОДИ ОБРОБКИ ” для студентів спеціальностей; 8.090203 „Металорізальні верстати та системи ”денної і заочної форм навчання / Укл.: Б.М. Левченко, - Запоріжжя: ЗНТУ, 2010. – 00 с.

Укладач: Б.М. Левченко, ст.викл.

Рецензент: В.В.Солоха, доц., ктн.

Відповідальний

за випуск: Б.М. Левченко, ст.викл.

Затверджено

на засіданні кафедри

“Металорізальних верстатів та інструментів”

Протокол № ______

від 2010р

ЗМІСТ

1 Вступ

2 Електроерозійні способи обробки

2.1 Електроконтактна обробка

2.2 Електроерозійна обробка

2.2.1 Електроіскрова обробка

2.2.2 Електроімпульсна обробка

2.2.3 Високочастотна електроерозійна обробка

2.2.4 Електроерозійна обробка з використанням абразивного інструменту

3 Електрохімічна обробка

4

5 Променева обробка

5.1 Електронно-променева обробка

5.2 Лазерна обробка

5.3 Іонно-порменева обробка

6 Ультразвукова обробка

Технология электронно-лучевой обработки конструкционных материалов

Испарение материалов

Электронно-лучевая плавка металлов

Электронно-лучевая сварка

Лазерная обробка

Ионное легирование

Ионно-лучевые методы осаждения покрытий и ионная литография

1 Вступ

З давніх часів для виготовлення металевих виробів людина використовує спеціальні метало оброблювальні інструменти і технології. Найбільше поширення набули технології пов’язані з попереднім нагрівом метала для зменшення його міцності. Ці технології використовуються, як провило, при виготовлені заготовок. Наступні технологічні операції (токарні, фрезерні, і т.д.) пов’язані з обробкою поверхневих слоїв деталі. Нагрівати усю деталь для полегшення відділення поверхневого шару недоцільно з позицій як економічних так і технологічних. Тому нагрівають до потрібної температури плазмою, або токами високої частоти тільки шар металу який підлягає відділенню. При цьому збільшуються енергетичні витрати, але збільшуються і швидкість обробки та стійкість інструменту.

Відомі фізико-механічні методи обробки які здійснюють знімання шару металу без і участі лезвійного інструменту. “Інструментом” при таких методах обробки є; електрична іскра, електрична дуга, електрохімічна реакція, електронний луч, променевий луч, ультразвук, імпульс магнітного поля і т. д.

Фізико-механічні методи мають наступні переваги над процесами різання:

1) копіювання форми інструменту складної форми зразу по усій поверхні заготовки;

2) виконання унікальних операцій (обробка отворів з криволінійною або спіральною віссю, виготовлення отворів дуже малих діаметрів, вузьких і глибоких канавок та інше);

3) незначні сили різання в процесі обробки, а при деяких методах – повна відсутність механічного контакту інструмента и заготовки;

4) для виготовлення інструменту використовується матеріал міцність якого менша за той що обробляється;

5) поєднання високої продуктивності обробки при порівняно високої точності одержання розмірів;

6) відсутність заусенців

7) можливість автоматизації і механізації процесів фізико-хімічної обробки, а також багатоверстатного обслуговування, відсутність заусенців;

8) зменшення кількості слюсарних робот, особливо при виготовлені штампів, прес-форм, лопаток турбін і інших деталей.

Основний недолік фізико-хімічних методів, висока енергоємність, більша ніж у традиційних процесів різання. Тому їх доцільно використовувати тільки у тих випадках, коли виконання операції різанням мало ефективно, або і зовсім неможливо.

Фізико-хімічні методи міст ять п’ять основних видів, кожен із яких мітить декілька різновидностей.

Електророзрядні:

• електроконтактні

• електроерозіонні

• абразивноерозіонні

Електрохімічні:

• електрохіміко-гідравлічні

• електрохіміко-механічні

Ультразвукові:

- розмірна ультразвукова обробка

- накладення ультразвукових коливань на ріжучий інструмент

Проміневі:

- світлолучеві

- електроннолучеві

Комбіновані:

- анодно-механічний

- електроерозіонно-хімічний

- електрохімічний з накладенням ультразвукових коливань

- електролізерний

Техніко-экономічний ефект від використання фізико-механічніих методів збільшується при обробці деталей сложної конфігурації. Час виготовлення деталей звичайної фасонної поверхні зменшується у 2 – 3 рази, а сложної у 5 – 10 раз.

2 ЕЛЕКТРО ЕРОЗІОННІ СПОСОБИ ОБРОБКИ

Внаслідок багатогранності корисних властивостей і виняткової простоти умов експлуатації електричний розряд зайняв ключові позиції в галузі металообробки.

Формування електричного розряду здійснюється двома способами.

1. Внаслідок пробою між електродами.

Для цього потрібні умови:

- різниця потенціалів на електродах достатня для пробою зазору між електродами.

- зазор між електродами 20мкм. і більше

2. Внаслідок короткого замикання по мікро виступам на поверхнях електродів.

При короткому замиканні в електричному ланцюгу напруга знижується, а струм зростає до тисяч ампер. В результаті мікро виступи електродів миттєво нагріваються і випарюються. Електричний ланцюг розмикається, струм миттєво припиняється, а електричний потенціал на електродах збільшується, завдяки індуктивності електричних приладів.

Виникає декілька важливих для електричного пробою факторів:

- основа мікро виступів, які випарились, розігріваються до температури кипіння, що приводить до термоелектронної емісії.

- після розмикання металевого контакту електроди можна розглядати як обкладинки конденсатора, що віддаляються одна від одної.

- підвищений електричний потенціал на електродах збільшує вірогідність пробою.

У будь якому випадку час потрібний для пробою між електродного зазору і становлення каналу розряду становить10^-8с. і практично не залежить від відстані між електродами. У подальшому формується компактна одиночна ячейка каналу електричного розряду. Начальна величина току у каналі одиночного розряду “I₀” залежить від матеріала катода. При наявності потенціалу енергії у джерелі току, величина току у каналі одиночного розряду зростає. Швидкість зростання току значно більше швидкості збільшення діаметру каналу одиночного розряду (у будь якому межелектродному середовищі). За час від 10^-7 до 10^-6с. величина току зростає у двічі (2 “I₀”) і стає критичною для існування одиночної ячейки каналу електричного розряду. Одиночна ячейка каналу електричного розряду розпадається, ділиться на дві ячейки з током “I₀”, які у свій час повторюють цей цикл. При наявності багатої кількості одиночних ячеєк, у каналі електричного розряду утворюється іонізований простір, у якому складаються умови для збільшення швидкості розширення діаметру каналу одиночного розряду і час розпаду одиночної ячейки зростає до 10^-4– 10^-3с. За період свого існування одиночна ячейка хаотично пересувається по поверхні катода у межах катодної плями, а при сумарному значені току дуги 450А і більше, спостерігається направлене переміщення ячеєк. Розпад кожної ячейки,або групи ячеєк супроводжується незначним збільшенням напруги, що у свою чергу викликає збільшеня електричного струму у ячейках, що залишились. Безперервний процес поділення одиночних ячеєк на поверхні катоду викликають ассиметрічні коливання у вигляді позитивних імпульсів струму і напруги у каналі електричного розряду. Канал електричного розряду (плазмений стовбур) має температуру 7700⁰К – 8300⁰К і, звичайно, не може безпосереднє межувати з металом електродів, так як температура кипіння останніх значно нижче. Тому слід припускати наявність проміжних шарів які з’єднують плазмений стовбур з електродами. Температура у проміжних шарах поступово знижується, а разом із нею і ступень термічної іонізації газу. Процеси утворення і переносу заряджених електронів та іонів у цих шарах повинні суттєво відрізнятися від відповідних процесів у плазменому стовбурі дуги. Довжина проміжних шарів, по ряду ознак, рахується порівняльною із вільними пробігами іонів у катода і електронів у анода (від 0,1 до 10мкм). Не дивлячись на малу довжину приелектродних шарів, сумарні падіння напруги там значні і при плотності току у катодній плямі до 1^. 10⁸ А/см² спостерігається термічний характер його руйнування під впливом джоулевого тепла. У наслідок термічного характеру руйнування катоду, з його поверхні відділяються дуже швидкі факели парів металу, які ударяються о поверхню анода і оплавляють її. Таким чином здійснюється ерозія аноду.