Обработка криволинейных отверстий в труднообрабатываемом материале (стр. 1 из 5)
Міністерство освіти і науки України
Чернігівський державний технологічний університет
Кафедра ТМ
Розрахунково-графічна робота
з дисципліни: "Технологія та обладнання нетрадиційної обробки"
на тему: "Обробка криволінійних отворів у важкооброблюваному матеріалі"
Виконав:
ст. гр. ТМ–001
Івашньов О.В.
Перевірив:
Доцент
Микитенко М.Ф.
Чернігів 2003
Содержание
Задание. 3
1. Электроэрозионная обработка. 4
1.1 Описание процесса. 4
1.2 Производительность. 16
1.3 Точность. 18
1.4 Качество поверхности. 19
2. Электрохимическая обработка. 21
2.1 Описание процесса. 21
2.2 Точность. 28
2.3 Шероховатость. 30
3. Электроэрозионно-химическая обработка. 33
Заключение. 35
Список использованной литературы.. 36
Согласно индивидуального задания провести анализ 3 – 4 методов нетрадиционной обработки.
Задание:
Получить криволинейное отверстие в труднообрабатываемом материале.
1. Электроэрозионная обработка
При электроэрозионной обработке для разрушения металла, снимаемого на данной операции слоя, используется электрический разряд, возникающий при прохождении электрического тока через диэлектрическую среду. Сопутствующее электрическому разряду физическое явление, заключающееся в переносе материала электродов и приводящее к разрушению поверхности одного из них – токопроводящего обрабатываемого, называется электрической эрозией. Поэтому этот способ электрической обработки называется электроэрозионным.
Рис. 1. Схема электроискровой обработки
Электроэрозионная обработка осуществляется включением инструмента и обрабатываемой заготовки в цепь электрического колебательного контура, преобразующего непрерывный постоянный ток в импульсы требуемой мощности и частоты. Для этого вначале использовалась только релаксационная схема (рис. 1); в этом случае конденсатор накапливает электрическую энергию и затем быстро отдает ее, развивая большую мгновенную мощность. Учитывая это, электрическую схему делят на два контура; I – зарядный и II – разрядный. Зарядка конденсатора С производится постоянным током, поступающим от генератора или выпрямителя через реостат R; обмотки конденсатора соединены с заготовкой 3 и инструментом 1. Между ними возникает искровой разряд, при этом процесс эрозии имеет ярко выраженный полярный эффект, вследствие которого один электрод (заготовка) разрушается значительно больше другого (инструмента). Форма и размеры разрушения электрода-заготовки достаточно точно воспроизводят форму и размеры электрода-инструмента (рис. 1, б).
Электрический разряд происходит в жидкой среде 2 (маловязких маслах, керосина, этиловом спирте и его водных растворах); жидкость является одним из элементов, создающих механизм эрозионного разрушения, вместе с тем она задерживает материал, переносимый при разряде, обеспечивает быстрое его удаление, а затем быстрое восстановление электрических параметров зазора и понижает температуру катода. Помимо этого в жидкости при прохождении через нее разряда возникают газообразование и гидродинамические явления, создающие дополнительный взрывной эффект, облегчающий разрушение материала срезаемого слоя. При электроэрозионной обработке периодически образуются на обрабатываемой поверхности лунки, накладываемые друг на друга. Выброс металла всегда сопровождается образованием по краям кратера валика. Объем валика составляет около 40% объема лунки (рис. 1, в); его высота соизмерима с глубиной лунки (соответственно 0,2 и 0,22 мм), ширина (около 0,5 мм) равна верхнему радиусу лунки. Если энергию импульса значительно увеличить (до 170 Дж), то на внутренних и наружных склонах валика образуются складки. Они являются результатом растекания металла, выдавливаемого из лунки. Температура, возникающая в разрядном канале, чрезвычайно высока и намного превышает температуру плавления и кипения любого обрабатываемого материала.
Причины образования кратеров при эрозионном разрушении полностью не выяснены. Вначале была предложена гипотеза тепловой природы электрической эрозии, согласно которой искра плавит поверхностный слой и осуществляет его разрушение. Н. И. Лазаренко и Б. Р. Лазаренко разработали электродинамическую теорию искровой электрической эрозии металлов. Они считают, что еще во время разряда под действием электродинамических сил в пораженном импульсом участке анода происходит выброс металла не только расплавленного, но и в твердой фазе, только размягченного. Б. Н. Золотых дает другое объяснение: выброс материала при эрозии является результатом выделения растворенного в металле газа и кипения его во всем объеме прогретой лунки.
Процесс электроэрозионной обработки разделяется на два этапа – съем материала и вынос продуктов обработки из рабочей зоны. Оба этапа представляют собой сложный комплекс физических явлений, в основе которых лежат электротермические процессы.
Электроэрозионное разрушение состоит из двух основных явлений: 1) электрических, приводящих к возбуждению в жидкой диэлектрической среде разряда, и 2) тепловых, вызывающих действие электрического разряда на заготовку.
Электрические явления в рабочем зазоре протекают в две стадии.
1. Подготовка и образование канала сквозной проводимости. При этом происходит вытягивание вдоль силовых линий электрического поля мостиков из токопроводящих частиц, находящихся в жидкости во взвешенном состоянии; нарушение диэлектрической прочности масляной пленки, наступающее при определенном критическом напряжении; постепенное формирование токопроводящего мостика, сопровождающееся ростом силы тока до тех пор, пока мостик не взрывается с образованием ионизированного, хорошо проводящего канала, позволяющего пропустить ток большой силы. Это сопровождается интенсивным нагревом канала и увеличением его диаметра со скоростью распространения ударной волны. Следовательно, причиной образования канала проводимости является неоднородность жидкости.
Таким образом, первая стадия разряда включает в себя две фазы – фазу пробоя (10-8 – 10-7 с) и фазу неустойчивого искрового разряда, проходящего в фазу искродугового разряда (10-4 с). Осциллограммы процесса искрового разряда показывают, что он представляет собой нестационарный дуговой процесс. Для электроискровой обработки эта стадия является завершающей; для электроимпульсной – начальной.
2. Стадия дугового разряда. Электрические процессы характеризуются тем, что ток принимает установившееся значение, его величина определяется только кривой питающего напряжения. Это приводит к большим плотностям тока. Электрическая дуга в этом случае является высококонцентрированным преобразователем электрической энергии в тепловую. Объемная концентрация мощности в этом преобразователе составляет 300 кВт/мм2, а энергия – до 30000 Дж/мм3. Температура канала разряда в этом случае примерно 5000 °С и более.
Относительная величина съема материала с анода и катода определяется электрическими режимами и теплофизическими константами их материалов. Для второй стадии дуговой наибольший съем металла имеет место в том случае, когда заготовка является катодом. Следовательно, для электроискровой обработки определяющее влияние имеет первая стадия, поэтому оптимальной является прямая полярность, когда заготовка служит анодом. Напротив, для электроимпульсной обработки решающее значение имеет вторая стадия; поэтому оптимальной является обратная полярность (заготовка – катод).
Теплоту, подводимую к электродам, можно представить в виде объемных и поверхностных источников энергии. Объемные источники, т. е. источники, действующие в каждой единице объема электрода, обусловлены эффектом Джоуля-Ленца. Наибольшие температуры в этом случае будут у поверхности, поскольку объемная плотность тока у поверхности резко увеличивается. Поверхостные источники возникают вследствие передачи теплоты из канала разряда на поверхность; распространение его в глубь электрода происходит благодаря теплопроводности. В зависимости от характера протекания тепловых процессов при электроэрозионной обработке съем материала осуществляется следующим образом:
1) путем нагрева поверхности электрода до температуры плавления и непрерывного удаления металла по мере плавления в капельном состоянии (рис. 2, кривая 1);
2) в результате нагрева поверхности электрода до температуры плавления, но с последующим скоплением металла и удалением его в капельном состоянии в конце разряда (кривая 2).
3) удалением материала, когда до окончания разряда происходит его вынос только путем «спокойного испарения» (кривая 4);
4)удалением материала, когда наряду с капельным выбросом в конце разряда имеет место в процессе разряда «спокойное испарение» (кривая 3);
Рис. 2. Зависимость толщины снимаемого слоя h от длительности импульса t и С
5)путем взрывного испарения. Силы, достаточные для взрывного выброса металла при электрической эрозии, получаются при больших токах и мощностях импульса или при средних токах и мощностях, но длительном разряде. Электродинамические силы имеют наибольшую величину у поверхности и тем самым препятствуют выбросу металла. Вследствие этого жидкий металл находится под повышенным давлением и температура его кипения повышается. В результате этого образуются центры испарения, что приводит к взрывному испарению микрообъемов, лежащих ниже наружной поверхности, и к выбросу жидкого металла в виде капель. При малых токах и мощностях электродинамические силы малы; в этом случае эрозионное разрушение происходит путем спокойного испарения. Напротив, при кратковременных разрядах и относительно больших мощностях удаление металла из лунки происходит в виде струй паров, образующихся путем взрывного испарения материала поверхностного слоя. Процесс съема зависит не только от длительности импульса, но и от его мощности. Так, скоростная киносъемка показывает, что при мощностях 300 Вт видна светящаяся зона, свидетельствующая о «спокойном испарении», дальнейшее повышение мощности дает выброс в виде капель металла, а при 1000 Вт и более имеет место съем металла в виде струй паров. Изменение способа съема металла увеличением мощности импульса в 6 раз (с 300 до 1870 Вт) дает повышение удельного объема снимаемого металла в 32 раза.