Электрохимические и Электрофизические методы обработки

общее название методов обработки конструкционных материалов непосредственно электрическим током, электролизом и их сочетанием с механическим воздействием

включают также методы ультразвуковые, плазменные и ряд других методов. С разработкой и внедрением в производство этих методов сделан принципиально новый шаг в технологии обработки материалов электрическая энергия из вспомогательного средства при механической обработке (осуществление движения заготовки, инструмента) стала рабочим агентом

Электроэрозионная обработка основана на вырывании частиц материала с поверхности импульсом электрического разряда.

Если задано напряжение (расстояние) между электродами, погруженными в жидкий диэлектрик, то при их сближении (увеличении напряжения) происходит пробой диэлектрика возникает электрический разряд, в канале которого образуется плазма с высокой температурой.

Схема электроэрозионного метода обработки: 1 инструмент; 2 заготовка; 3 жидкий диэлектрик; 4 электрические разряды.

Электроэрозионные методы особенно эффективны при обработке твёрдых материалов и сложных фасонных изделий. При обработке твёрдых материалов механическими способами большое значение приобретает износ инструмента. Преимущество электроэрозионных методов состоит в том, что для изготовления инструмента используются более дешёвые, легко обрабатываемые материалы. Часто при этом износ инструментов незначителен. Например, при изготовлении некоторых типов штампов механическими способами более 50% технологической стоимости обработки составляет стоимость используемого инструмента. При обработке этих же штампов электроэрозионными методами стоимость инструмента не превышает 3,5%

Электромеханическая обработка объединяет методы, совмещающие одновременное механическое и электрическое воздействие на обрабатываемый материал в зоне обработки. К ним же относят методы, основанные на использовании некоторых физических явлений (например, гидравлический удар, ультразвук и др.).

Электроконтактная обработка основана на введении в зону механической обработки электрической энергии возбуждении мощной дуги переменного или постоянного тока (до 12 ка при напряжении до 50 в) между, например, диском, служащим для удаления материала из зоны обработки, и изделием

Принципиальная схема электроконтактной обработки: 1 заготовка; 2 диск; 3 источник питания

Применяется для обдирки литья, резки и других видов обработки, аналогичных по кинематике движений почти всем видам механической обработки. Преимущества метода высокая производительность (до 106 мм 3/мин) на грубых режимах, простота инструмента, работа при относительно небольших напряжениях, низкие удельные давления инструмента 3050 кн/м 2 (0,3 0,5 кгс/см 2) и, как следствие, возможность использования для обработки твёрдых материалов инструмента, изготовленного из относительно мягких материалов. Недостатки большая шероховатость обработанной поверхности, тепловые воздействия на металл при жёстких режимах.

Разновидностью электроконтактной обработки является электроабразивная обработка обработка абразивным инструментом (в т. ч. алмазно- абразивным), изготовленным на основе проводящих материалов. Введение в зону обработки электрической энергии значительно сокращает износ инструмента.абразивным инструментом

Магнитоимпульсная обработка применяется для пластического деформирования металлов и сплавов (обжатие и раздача труб, формовка трубчатых и листовых заготовок, калибровка и т. п.) и основана на непосредственном преобразовании энергии меняющегося с большой скоростью магнитного поля, возбуждаемого, например, при разряде батареи мощных конденсаторов на индуктор, в механическую работу при взаимодействии с проводником (заготовкой)

Схема магнито импульсной обработки: 1 - индуктор; 2 - заготовка. Пунктиром показаны магнитные силовые линии; жирными стрелками - механические силы.

Преимущества метода отсутствие движущихся и трущихся частей в установках, высокая надёжность и производительность, лёгкость управления и компактность, наличие лишь одного инструмента матрицы или пуансона (роль другого выполняет поле) и др.: недостатки относительно невысокий кпд, затруднительность обработки заготовок с отверстиями или пазами (мешающими протеканию тока) и большой толщины.

Электрогидравлическая обработка (главным образом штамповка). Основана на использовании энергии гидравлического удара при мощном электрическом (искровом) разряде в жидком диэлектрике гидравлического удара При этом необходимо вакуумирование полости между заготовкой и матрицей, поскольку из-за огромных скоростей движения заготовки к матрице воздух не успевает уйти из полости и препятствует плотному прилеганию заготовки к матрице.

Метод прост, надёжен, но обладает небольшим кпд, требует высоких электрических напряжений и не всегда даёт воспроизводимые результаты. К электромеханической обработке относится также ультразвуковая обработка.ультразвуковая обработка

Схема устройства для электрогидравлической штамповки: 1 - электроды; 2 - заготовка; 3 - вакуумная полость матрицы; 4 - матрица; 5 - рабочая жидкость

Лучевая обработка. К лучевым методам обработки относится обработка материалов электронным пучком и световыми лучами (см. Лазерная технология). Электроннолучевая обработка осуществляется потоком электронов высоких энергий Лазерная технология Таким путём можно обрабатывать все известные материалы (современная электронная оптика позволяет концентрировать электронный пучок на весьма малой площади, создавать в зоне обработки огромные плотности мощности).электронная оптика

Электрохимические методы обработки Основаны на законах электрохимии. По используемым принципам эти методы разделяют на анодные и катодные (см. Электролиз), по технологическим возможностям на поверхностные и размерные.электрохимии Электролиз

Поверхностная электрохимическая обработка Суть метода состоит в том, что под действием электрического тока в электролите происходит растворение материала анода (анодное растворение), причём быстрее всего растворяются выступающие части поверхности, что приводит к её выравниванию. При этом материал снимается со всей поверхности, в отличие от механического полирования, где снимаются только наиболее выступающие части. Электролитическое полирование позволяет получить поверхности весьма малой шероховатости. Важное отличие от механического полирования отсутствие каких- либо изменений в структуре обрабатываемого материала.

Размерная электрохимическая обработка для извлечения из заготовки остатков застрявшего сломанного инструмента. Скорость анодного растворения зависит от расстояния между электродами: чем оно меньше, тем интенсивнее происходит растворение. Поэтому при сближении электродов поверхность анода (заготовка) будет в точности повторять поверхность катода (инструмента). Однако процессу растворения мешают продукты электролиза, скапливающиеся в зоне обработки, и истощение электролита. Удаление продуктов растворения и обновление электролита осуществляются либо механическим способом (анодно-механическая обработка), либо прокачиванием электролита через зону обработки

Этим методом, подбирая электролит, можно обрабатывать практически любые токопроводящие материалы, обеспечивая высокую производительность в сочетании с высоким качеством поверхности. Используемые для анодно- гидравлической обработки электрохимические станки просты в обращении, используют низковольтное (до 24 в) электрооборудование. Однако значительные плотности тока (до 200 а/см 2) требуют мощных источников тока, больших расходов электролита (иногда до 1/3 площади цехов занимают баки для электролита).

Схема анодно-гидравлической обработки поверхности турбинной лопатки подвижными электродами: 1 лопатка; 2 электроды; 3 электролит. Стрелками показано направление движения электродов и электролита.

Комбинированные методы обработки сочетают в себе преимущества электрофизических и электрохимических методов. Используемые сочетания разнообразны. Например, сочетание анодно- механической обработки с ультразвуковой в некоторых случаях повышает производительность в 20 раз. Существующие электроэрозионно-ультразвуковые станки позволяют использовать оба метода как раздельно, так и вместе.