Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

Последний состоит из абразивных зерен 1 и электропроводного наполнителя 2 и соединен с отрицательным полюсом. Обрабатыва­ емая деталь 3 соединена с положительным полюсом источника то­ ка. В зазор между инструментом и деталью непрерывной струей от насоса подается электролит. При пропускании тока через электро­ лит происходит растворение металла на поверхности детали с об­ разованием анодной пленки.

Электроабразивный круг получает вращательное и осциллирую­ щее движение относительно обрабатываемой поверхности, соскабли­ вая анодную пленку, благодаря чему обеспечивается непрерывный процесс анодного растворения и съема металла.

Применение электроабразивных кругов в качестве электродовинструментов позволяет значительно повысить производительность процесса чистовой анодно-механической обработки.

Втабл. 17 приведена эффективность различных способов об­ работки металлокерамических твердых сплавов.

Внашей стране разработаны следующие модели анодно-меха­ нических станков: дисковые разрезные АМОВ-3, 4820 и 4821, лен­ точные разрезные 4822 и 4823, заточные 4352, 4362, 4ФМ362 для за­ точки фрез и др.

§ 6. Химико-механическая обработка

Химико-механическим способом шлифуются пластинки твер­ дого сплава под напайку и производится затачивание твердосплав­ ного инструмента^

Сущность метода заключается в том, что при погружении ме­ таллических изделий в растворы некоторых солей возникают разно­ го рода химические и электрохимические реакции, которые приво­ дят к растворению поверхностного слоя детали. Напримёр, при по­ гружении пластинок твердого сплава в смеСь 20%-ного раствора сернокислой меди с абразивным порошком происходит обменная химическая реакция, в результате чего выделяется медь, а кобаль­ товая связка твердого сплава переходит в раствор в виде соли, осво-

447

бождая зерна карбидов. Последние вместе с медью сошлифовываются абразивным порошком путем механического воздействия на

пластинку притиром (в виде-металлического диска) или шлифо­ вальным кругом.

§7. Обработка ультразвуком

Вотличие от электрических методов, позволяющих обрабаты­ вать только токопроводящие материалы, ультразвуковая обработка применима также и к не проводящим ток хрупким и твердым мате­ риалам. На ультразвуковых станках можно обрабатывать стекло,

керамику, фарфор, кварц, германий, кремний, рубины, алмазы, твер­ дые сплавы и другие материалы.

,Сущность метода заключается в том, что вибрирующий с боль­ шой частотой (16—30 кгц) инструмент ударяет своим торцом по аб­

разивным зернам, которые поступают в виде взвешенного в воде или в масле микропорошка в зазор между торцом инструмента и деталью. Количество одновременно действующих на материал зерен дости­ гает 30 100 тыс. на 1 см2. В результате этого выбиваются малень­ кие частицы материала заготовки. Поступающая под давлением аб­ разивная масса (суспензия) обеспечивает удаление частиц мате­ риала. Несмотря на очень малые размеры выбиваемых частиц, про­ цесс j идет довольно интенсивно.

Материалом для инструмента служит конструкционная сталь марок 40 и 50. Для обеспечения контакта инструмента и заготовки производится незначительное их прижатие.

Производительность процесса, класс чистоты поверхности, точ­ ность обработки и износ инструмента в значительной степени зави­ сят от физико-механических свойств обрабатываемых материалов,

амплитуды колебаний, зернистости абразива и статической на­ грузки.

Главным движением при ультразвуковой обработке являются продольные колебания инструмента с ультразвуковой частотой.

Ультразвуковой станок модели 4770 (рис. 281) получает энер­ гию от ультразвукового генератора, который питается от сети пере­ менного тока обычной частоты и вырабатывает переменный ток ча­ стотой 16—25 кгц. Ток подается на обмотку электромеханическою преобразователя 4, изготовленного из пластин, материал которых обладает магнитострикционным эффектом, т. е. способностью изме­ нять свои размеры при изменении магнитного поля. В преобразова­ теле электромагнитные колебания превращаются в механические. Для увеличения амплитуды колебаний применяется концентратор 3. Амплитуда колебаний инструмента 2 составляет 10— 100 мк. Кон­ центратор с одной стороны связан с преобразователем, а с другой —

синструментом 2.

Взону обработки, т. е. в зазор между торцом инструмента 2 и деталью 7, с помощью насоса 7 из бака 8 подается абразивная сус­ пензия. В качестве абразива применяются порошки из карбида

кремния, окиси алюминия и карбида бора зернистостью № 90—120

448

в зависимости от требований к чистоте поверхности. Ползун 5, урав­ новешенный контргрузом, перемещается по направляющим станины 6 и прижимает инструмент к обрабатываемой детали с определен­ ной силой.

.Достоинствами этого метода являются неизменяемость струк­ туры обрабатываемого материала, так как он не подвергается силь­ ным механическим и температурным воздействиям, высокая чис­ тота поверхности (7—8-й класс) и высокая точность размеров (2—3-й класс). Скорость обработки твердых сплавов составляет

0,3—0,5 мм/мин, закаленной стали (HRC —45—5 5 )— 0,05— 0,1 мм/мин, стекла и кварца.— 2—15 мм/мин.

Износ инструмента происходит как в продольном, так и в по­ перечном направлении и зависит от обрабатываемого материала, материала инструмента и других факторов.

§ 8. Лучевая обработка металлов

Электронно-лучевая обработка. Электронно-лучевой метод об­ работки основан на способности электронного пучка с большим к. п. д. (97—99,9%) превращать свою кинетическую,энергию в теп­ ловую. Этот метод применяется в металлургии для плавки металлов, в машиностроении и приборостроении для обработки очень м'алых отверстий, сварки, напыления тонких пленок (от нескольких мик­ рон до десятых долей миллиметра), для упрочнения закаленной цоверхности после заточки и шлифования и др.

Известно, что при нагревании металла электроны на внешней орбите возбуждаются и некоторые из них могут получить скорости, достаточные для преодоления потенциального барьера (термоэлек­ тронная эмиссия). Для получения большой энергии необходимо про­ текание термоэлектронной эмиссии в среде, имеющей достаточный вакуум с использованием высоких ускоряющих напряжений и фоку­ сировки электронного луча.

В настоящее время представляется возможным регулировать величину кинетической энергии электронов и фокусировать энергию на весьма малых площадях (до 1 • І О -7 см2). Плотность энергии электронного луча достигает весьма высоких значений (ІО7 — ІО9 вт/см2), поэтому материал под его действием плавится и испа­ ряется. Температура в рабочей зоне превышает 6000°. Этот терми­ ческий эффект действия электронов при их торможении лежит в основе электронно-лучевой обработки.

Основные элементы установки для электронно-лучевой обра­ ботки: электронная пушка, в которо’й формируется мощный элект­ ронный луч; вакуумная или рабочая камера с устройствами для точ­ ной установки и перемещения детали; вакуумная насосная система, создающая вакуум порядка ІО-5 см рт. ст.\ контрольная система, управляющая размером и траекторией электронного луча; высоко­ вольтный источник энергии; приборы для контроля и наблюдения за процессом.

Различают непрерывный и импульсный режимы работы. Не­ прерывный режим применяется в металлургических и сварочных процессах. Для размерной обработки применяется импульсный ре­ жим,, обеспечивающий локализацию нагрева участков обработки. Например, если в рабочей зоне температура около 6000°, то на рас­ стоянии 1 мк от кромки луча — лишь около 300°. Длительность импульса и интервалы между ними выбирают так, чтобы за время одного импульса участок металла под лучом успел нагреться и испариться, а тепло не успело распространиться па всю деталь. Длительность импульсов изменяется от 10“4 до ІО-6 сек при частоте

50—5000 гц.

Обработка световым лучом. В последние годы началось ис­ пользование квантовых генераторов света (лазеров) для размер­ ной обработки труднообрабатываемых материалов.

В основу работы лазера положено использование внутренней энергии атомов и молекул некоторых веществ. Во всех лазерах ис­ пользован принцип молекулярного генерирования излучения.

Если мощному потоку света придать импульсный режим и сфо­ кусировать луч в тонкий пучок, то получается большая концентра­ ция энергии в луче. Световой луч, направленный на обрабатывае­ мый материал; мгновенно нагревает малый участок до температуры 4000°, металл плавится и испаряется. Таким образом обеспечива­ ется разрезка материала, получение малых отверстий и выполнение sдругих видов работ.

Оптический квантовый генератор состоит из трех основных эле­ ментов: активного вещества, являющегося источником индуциро­

450

ванного излучения; источника возбуждения (подкачки), который снабжает внешней энергией активное вещество, и резонансной си­ стемы. Активным веществом является синтетический рубин — кри­ сталл корунда с примесью хрома (А120 3, Сг20 3). Источником под­ качки служит ксеоновая импульсная лампа с температурой излу­ чения 4000°. Резонансной системой является рубиновый стержень, торцы которого отполированы, причем один торец покрыт плотным непрозрачным слоем серебра, а другой, также посеребренный, име­ ет коэффициент,пропускания света около 8 %.

сталле энергия освобождается, и кристалл испускает яркий красный свет. Луч света обычно расходится под углом не более 0,1°, т. е. об­ ладает большой направленностью.

Этот способ обеспечивает съем металла до 100 мм3/сек.

При обработке световым лучом не требуется вакуумных камер, работа может производиться в воздушной среде, не нужна защита обслуживающего персонала от рентгеновского излучения, необхо­ димы лишь защитные очки. Недостатком обработки световым лучом является низкий к. п. д. лазеров (около 1%).

Помимо кристаллических, используются также газовые лазеры из смеси гелия и неона.

§9. Техника безопасности при электрофизической

иэлектрохимической обработке металлов21

1.Станки необходимо оснастить устройствами для улавлива­ ния аэрозолей и газов, которые выделяются в зоне обработки, а так­ же патрубками для присоединения станков к специальной вытяж­ ной вентиляции.

2.Вытяжная вентиляция должна обеспечивать очистку возду­ ха в зоне работы оператора в соответствии с требованиями санитар­ ных норм. Предельно допустимые концентрации аэрозоли масла и сажи — 10 мг/м3, хлористого водорода — 5 мг/м3, окиси углерода —

20 мг/м3.