21148

МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ЭВМ

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Для всех методов обработки кроме ультразвуковых производительность не зависит от твердости и вязкости обрабатываемого материала. Электроэрозионные методы обработки Электроэрозионные методы обработки это совокупность электрических химических воздействий на обрабатываемую деталь для придания ей заданной формы и размеров. Основными методами электроэрозионной обработки являются электроискровая и анодномеханическая.

Русский

2013-08-02

124 KB

2 чел.

МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ЭВМ

Эти методы обработки применяются при изготовлении изделий из материалов высокой твердости: ферриты, германий, кремний, алмазы, рубины, кварц, твердые сплавы, керамика, — используемые в производстве ЭВМ. Основное преимущество этих методов является возможность копирования формы инструмента сразу по всей поверхности, вследствие чего процесс легко автоматизируется. Для всех методов обработки (кроме ультразвуковых) производительность не зависит от твердости и вязкости обрабатываемого материала.

1. Электроэрозионные методы обработки

Электроэрозионные методы обработки — это совокупность электрических, химических воздействий на обрабатываемую деталь для придания ей заданной формы и размеров. Эти методы делятся на группы: электроэрозионные, лучевые, ультразвуковые, электрохимические, электрофизические (плазменная обработка, формование в магнитном поле).

Электроэрозионные методы используют для всех токопроводящих материалов, они основаны на явлении электрической эрозии, т. е. разрушении поверхности электродов электрическим разрядом, проходящим между ними. Разрушение материала происходит путем его оплавления с последующим выбросом из рабочей зоны в виде парожидкостной смеси. Основными методами электроэрозионной обработки являются электроискровая и анодно-механическая.

Для этих методов характерно наличие жидкой диэлектрической среды между электродами и подача энергии в форме импульсов. Жидкая среда повышает эффективность разрушения металла и является средством эвакуации продуктов эрозии из зоны обработки. Электроэрозионные методы различают в зависимости от формы и параметров импульсов тока и напряжения, а также метода генерирования импульсов.

Электроискровая обработка

Этот метод основан на использовании импульсных искровых разрядов малой длительности (несколько микросекунд) и большой скважности. Обработка ведется методом копирования формы электрода-инструмента и непрофилированным электродом. Обработка методом копирования производится при поступательном движении одного из электродов и неподвижно закрепленном втором электроде, при этом форма электрода-инструмента копируется (рис. 1).

При напряжении, равном величине пробоя, происходит заряд конденсатора через межэлектродный зазор и энергия, накопленная конденсатором, мгновенно выделяется в процессе разряда. Искровой разряд протекает в миллионные доли секунды и практически не нагревает обрабатываемое изделие. Так как место приложения импульсов строго определено, то обработку можно производить в намеченном месте.

При прохождении искрового разряда в жидкости возникают гидравлические явления и газообразования, создающие взрывной эффект, который способствует удалению из межэлектродного промежутка разрушенного разрядом металла. Источником питания служат обычно генераторы постоянного тока напряжением 30...220 В, создающие силу тока зарядного контура в пределах 1...5 А. Время зарядки лежит в пределах 10-3 с, а время разрядки — от 10-5 с.

Основная часть энергии, получаемой при разрядке конденсаторов, выделяется в виде теплоты (температура доходит до 11000 °С). При этом теплота расходуется на испарение и плавление металла, только лишь небольшая ее часть поглощается электродами. Последовательное действие разрядов, вызывающих электрическую эрозию, приводит к образованию в изделии выемки, представляющей собой как бы отпечаток электрода инструмента. Во время работы разрядного контура вследствие эрозионного разрушения металла зазор между электродами постоянно увеличивается. В какой-то момент времени зазор возрастает настолько, что разряд не возникает и съем металла прекращается.

Для обеспечения непрерывности процесса станки для электроискровой обработки снабжаются регуляторами, автоматически меняющими положение одного из электродов и регулирующими подачу. Производительность процесса электроискровой обработки зависит от частоты, с которой будут следовать разряды, и от количества металла, вырабатываемого при каждом разряде.

Большое влияние на производительность оказывает материал электрода. Основным требованиям, предъявляемым к материалу, является высокая эрозионная устойчивость. Этим требованиям лучше 182 всего отвечает латунь ЛС59-1, красная медь и медно-угольная композиция. Форма электрода подобна форме прошиваемого отверстия, но размеры его меньше размеров отверстия.

Метод электроискровой обработки непрофилированным (проволочным) электродом

Электрод-проволока 2 диаметром 0,02...0,5 мм перематывается при определенном натяжении с подающей катушки / на приемную 5, прорезая (в результате электроэрозионного процесса) помещенную на ее пути обрабатываемую деталь 3 (рис. 2).

Направляя движение детали в двух взаимно перпендикулярных направлениях, можно вырезать любой заданный контур. Траектория обрабатывающего электрода-проволоки относительно детали задается копиром, имеющим соответствующие размеры. Для улучшения условий удаления продуктов эрозии проволока натянута в вертикальном направлении. В заготовке имеется технологическое отверстие 4.

В качестве материала проволоки применяют медь, а при диаметре менее 0,05 мм — вольфрам, так как прочность медной проволоки в этом случае недостаточна. Диаметр проволоки определяется требуемой шириной реза, значение которого складывается из диаметра проволоки и удвоенного значения зазора, который берется от 0,075 до 0,015 мм на сторону. В качестве рабочей жидкости применяют керосин. Основное достоинство такого способа — возможность полной автоматизации на станках с ЧПУ.

Анодно-механическая обработка

Этот метод основан на использовании комбинированного процесса анодного растворения и эрозионного воздействия на обрабатываемую деталь. При грубых режимах доминирует электроэрозионный процесс, за счет которого и осуществляется съем металла.

Обрабатываемая деталь 1 (рис. 3) включается в цепь постоянного тока в качестве анода, а рабочий инструмент 3 (диск, лента, проволока) — в качестве катода. Источником питания является генератор постоянного тока 4. Межэлектродное пространство заполняют рабочей жидкостью 2 (обычно водным раствором жидкого стекла). Под действием постоянного напряжения (22...26 В) на поверхности детали образуется силикатная пленка 5, имеющая повышенное электрическое сопротивление и исключающая замыкание электродов. Снятие пленки движущимися инструментами вызывает электротермическую эрозию обрабатываемого материала.

Наиболее целесообразно анодно-механическую обработку применять для разрезания твердых материалов, для наружного и внутреннего шлифования и заточки режущего инструмента из твердых сплавов.

2. Лучевые методы обработки

Особенностью лучевых методов обработки является отсутствие рабочего инструмента, роль которого выполняет непосредственно луч. Лучевые методы обработки особенно целесообразны для получения отверстий небольших размеров, так как изготовление инструмента в этих случаях очень трудоемко. Он быстро выходит из строя вследствие поломки, а при точных размерах изделия — из-за износа. Основными разновидностями лучевой обработки являются электронно-лучевая и светолучевая.

Электронно-лучевая обработка

Она основана на использовании теплоты, выделяющейся при резком торможении потока электронов поверхностью обрабатываемого изделия. При этом кинетическая энергия электронов преобразуется в тепловую и только незначительная часть (0,1—3%) — в рентгеновское излучение. Чем выше кинетическая энергия потока электронов и чем меньше площадь, на которой она сосредоточена, тем быстрее проходит нагрев. В качестве источников свободных электронов (термокатода) используют металлическую проволоку (вольфрам, тантал), нагретую до высокой температуры в глубоком вакууме.

В этих условиях электроны не испытывают столкновений с молекулами воздуха и друг с другом. При этом вся энергия, получаемая отдельными электронами, затрачивается на придание электрону определенной скорости. Количество электронов, испускаемых термокатодом, зависит от температуры нагрева и его материала. Электроны сжимаются и формируются в узкий луча луч с высокой концентрацией энергии с помощью магнитных линз, представляющих собой катушки специальной формы.

Источником электронов является катод, помещенный в формирующий электрод. При нагреве катода с его поверхности излучаются электроны, которые под воздействием электрического поля, создаваемого высокой разностью потенциалов между анодом и катодом, приобретают высокую скорость и направляются в фокусирующую катушку. С помощью отклоняющей катушки, луч можно перемещать по поверхности детали, установленной на столе. Оптическая система наблюдения состоит из зеркала и микроскопа. Если система, отклоняющая луч, не работает, а изделие стоит неподвижно, то луч выполняет роль сверла.

Обработка осуществляется лучом малого диаметра (1...10 мкм) при плотности энергии от 107 до 109 Вт/см2. Длительность импульса составляет от 10-2 с. Электронный луч оказывает очень небольшое давление (примерно 1 Па) на поверхность, а температура в месте воздействия луча достигает 8000 °С. При этом металл мгновенно испаряется. Электроннолучевая обработка применима для всех материалов (металлов, ферритов, стекла, алмазов, графитов). Благодаря малому времени воздействия теплоты термическое влияние на периферийные области незначительно. Недостатком метода является сложность установки из-за необходимости иметь вакуумную камеру.

Светолучевая обработка

Светолучевая обработка основана на применении лазера (квантовый генератор (усилитель) когерентного излучения оптического диапазона). Температура в зоне действия луча доходит до 8000 °С. Важное свойство лазерного излучения — когерентность (волновые лучи идут друг за другом, распространяются в одном направлении, имеют одинаковую длину волны и находятся в фазе друг с другом). Луч лазера фокусируется в пятно диаметром 1...10 мкм.

Лазер на основе синтетического рубина показан на рисунке. Он представляет собой оксид алюминия, в котором некоторые из атомов алюминия заменены атомами хрома (до 0,05%), являющимися активными центрами. Рубиновый стержень изготавливают из монокристалла, полученного выращиванием в плазменной индукционной печи. Диаметр стержня 2-20 мм, длиной 80-200 мм.

Торцы рубина 1 отполированы и представляют собой зеркала. Один торец покрыт плотным непрозрачным слоем серебра, а другой (со стороны линзы 4) имеет коэффициент пропускания около 8%. Линза 4 формирует испускаемое излучение и направляет его к обрабатываемому изделию 3. Рубин 1 и импульсная лампа вспышки 5  устанавливают в камере 2. Внутренняя поверхность камеры отполирована и является отражателем света. Зарядный агрегат б состоит из батареи конденсаторов 7. С помощью пускового устройства 8 происходит разряд конденсаторов и появляется вспышка света длительностью 10 мс. Свет фокусируется на рубиновом стержне, в результате чего атомы хрома переходят на более высокий энергетический уровень. Если большинство атомов окажется на верхнем уровне, то будут происходить процессы индуцированного (вынужденного) излучения.

Основной задачей при создании квантовых генераторов является получение инверсионного состояния, т. е. такого, когда число атомов на верхнем уровне превышает их число на нижнем уровне. Луч света, образовавшийся в результате возвращения атомов в исходное состояние, проходя вдоль оси рубина и многократно отражаясь достигает большой интенсивности и проходит через полупрозрачный торец рубина.

Лазерную технологию используют при производстве электронных устройств, для получения отверстий малого размера в твердых материалах (ферритах, стекле), сварки, термообработки, скрайбирования, маркировки и так далее. Светолучевая сварка имеет малую длительность термического цикла, что обеспечивает возможность обработки материалов, чувствительных к воздействию теплоты. Краткость импульсов предотвращает возможность получения крупнозернистой структуры и окисления металлов (сварка монтажных соединений в интегральных микросхемах (ИС)).

Сварка световым лучом выполняется в воздухе, в атмосфере инертных газов, в вакууме. При этом не требуется защиты обслуживающего персонала от рентгеновского облучения, вследствие чего оборудование значительно упрощается. В производстве ИС используют процесс скрайбирования, который заключается в нанесении на поверхность материала канавок, после чего материал легко раскалывается. Лазеры применяют при маркировке хрупких изделий малых размеров и для зачистки монтажных проводов.

3. Обработка ультразвуком

Ударно-абразивный метод обработки твердых и хрупких материалов осуществляется инструментом 1, колеблющимся с ультразвуковой частотой 18—20 кГц. Под торец инструмента подается водная суспензия абразивного порошка. Зерна абразива 2 скалывают материал заготовки 3 мелкими частицами, которые вместе с абразивом уносятся жидкостью (рис. 6).

Этим методом обрабатываются твердые и хрупкие материалы: керамика, кварц, рубин, алмаз, кремний, твердые сплавы. Скорость съема материала по обработке стекла составляет 9000 мм/мин, а по твердому сплаву 200 мм/мин. У вязких материалов (незакаленная сталь) зерна абразива внедряются в обрабатываемый материал и не происходит сколов материала изделия. Максимальные амплитуды колебаний 45—50 мкм, увеличение амплитуды приводит к разрушению инструмента (сталь 45 с последующей закалкой до твердости НЯС 48—56). Точность обработки 0,06 мм.

4. Электрохимическая обработка

Электрохимическая обработка основана на явлении анодного растворения металла и удаления продуктов электрохимической реакции с обрабатываемой поверхности (для токопроводящих материалов). Точность обработки от 12 мкм до 18 мкм. Разновидности такой обработки: анодно-гидравлическая в проточном электролите, электрохимическое полирование в неподвижном электролите и анодно-механические способы чистовой обработки.

Анодно-гидравлическая обработка в проточном электролите

Анодное растворение происходит без образования механически прочных анодных пленок, вследствие чего удаление продуктов электролиза осуществляется в результате принудительного потока электролита (водный раствор соли: нейтральной, кислотной или щелочной). При анодно-гидравлическом сверлении инструментом служит медная трубка, изолированная снаружи. Под давлением вытекающего электролита между торцовой поверхностью трубки и детали образуется зазор, исключающий замыкание электродов (рис 7).

При прохождении электрического тока через электролит происходит растворение металла детали. Продукты электролиза удаляются электролитом. По мере растворения изделия трубка углубляется в деталь, поддерживая постоянство межэлектродного зазора. При анодно-гидравлической обработке удаляются мельчайшие заусенцы и значительно повышается производительность труда. В практике находят применение анодно-механическое шлифование наружных цилиндрических поверхностей и чистовая обработка плоскостей.

Обычно используют комбинированные методы обработки, у которых анодное растворение металла сочетается с эрозионным или ультразвуковым разрушением, а продукты реакции удаляются с обрабатываемой поверхности механическим путем и выносятся из рабочей зоны потоком электролита.

5. Обработка плазмой

Плазма — ионизированный газ, перешедший в это состояние в результате нагрева до очень высокой температуры или вследствие столкновения частиц газа с быстрыми электронами (в газовом разряде). При этом молекулы распадаются на атомы, от которых отрываются электроны и возникают ионы. Последние ионизируют газ и делают его электропроводным.

Однако не всякий ионизированный газ можно назвать плазмой. Необходимым условием существования плазмы является ее электрическая квазинейтральность, т. е. она должна содержать в единице объема примерно равное количество электронов и положительно заряженных ионов. Наряду с ними в плазме может находиться некоторое количество неионизированных атомов и молекул. На плазму могут воздействовать электрические и магнитные поля. Внешнее магнитное поле позволяет сжимать струю плазмы, а также управлять ею (т. е. отклонять, фокусировать).

Большая степень ионизации обусловливает высокую температуру газоразрядной плазмы, которая может достигать 50000 °С и выше. Свойства плазмы можно изменять путем применения различных газов (азота, аргона, водорода, гелия и др.). Основным методом получения плазмы для технологических целей является пропускание струи сжатого газа через пламя электрической дуги. Современные плазменные горелки делят на горелки прямого действия (с внешней дугой) и косвенного действия (с внутренней дугой).

Горелки прямого действия применяют для обработки электропроводящих материалов (рис. 9). Дуга возбуждается между обрабатываемым изделием 4 (анодом) и вольфрамовым электродом 1 (катодом). Поток газа поступает в охлаждаемую водой 3 медную оболочку 2. Дуга, выходя из сопла, направляется вместе с потоком газа к изделию. В качестве рабочего газа используют аргон, который ионизируется. Напряжение зажигания и рабочее напряжение при этом небольшие а электрическая дуга получается стабильной и инертной.

При использовании в качестве рабочего газа гелия скорость истечения струи при Т=10000—15000 °С приближается к скорости звука. Плазменная горелка потребляет мощность 50 кВт и создает концентрацию мощности плотностью 3 мВт/дм 2.

Горелка косвенного действия применяется для обработки токопроводящих материалов и диэлектриков (рис. 10). Дуга образуется между вольфрамовым катодом 1 и стенками медного сопла 2. Поток газа, охлаждаемого водой 3, поступает в медную оболочку и, проходя через дугу, ионизируется. Дуга под действием струи газа выходит за пределы сопла, и плазма в виде факела направляется на обрабатываемое изделие 4, которое изолировано от дуги.

Применение плазменных горелок оказалось возможным из-за способности плазмы сжиматься в узкий пучок. Защитой сопла от разрушения служит оболочка газа, которая образует прослойку между факелом и стенками сопла.

Плазменный нагрев используют для напыления тугоплавких неметаллических материалов, которые вводятся в плазму в виде порошка. Этим методом можно получать многослойные покрытия из одного или нескольких порошков. Качество покрытия зависит от подготовки поверхности, вида применяемого порошка и материала основания. Подготовка поверхности заключается в очистке и обезжиривании.

Плазменной горелкой обрабатывают материалы любой твердости и любого химического состава. Эффективно применение плазмы при резке нержавеющих сталей и других материалов. Поверхность среза при этом получается гладкой, глубина зоны влияния — незначительной.


Рис. 1. Схема электроискровой обработки:
1 — деталь, 2 — рабочая жидкость (керосин, трансформаторное масло). 3 — инструмент, 4 — источник постоянного тока; 

Рис. 2. Схема электроискровой обработки

Рис. 3. Схема анодно-механической резки

Рис. 6. Схема ультразвуковой обработки

Рис. 7. Схема анодно-гидрав-лической обработки в электролите

Рис. 9. Схема горелки прямого действия

///////////////

Рис. 10. Схема горелки косвенного действия


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8465. Государственное регулирование экономики 14.69 KB
  Государственное регулирование экономики Государственное регулирование экономики - одна из основных форм участия государства в экономике, состоящая в его воздействии на распределение ресурсов и доходов, на уровень и темпы экономического развития и бл...
8466. Регулирование функций государства в период перехода к новым экономическим отношениям 16.01 KB
  Регулирование функций государства в период перехода к новым экономическим отношениям Система государственного регулирования в переходной экономике характеризуется двумя определяющими тенденциями. Во-первых, происходит либерализация экономики, котора...
8467. Использование макроэкономических показателей для оценки уровня развития национальной экономики 442 KB
  Использование макроэкономических показателей для оценки уровня развития национальной экономики. Национальная экономика (НЭ) представляет собой единство хозяйствующих субъектов и их отношений, структурированных в правовом и институциональном по...
8468. Совокупный экономический потенциал: понятие и сущность 35.5 KB
  Совокупный экономический потенциал: понятие и сущность Формирование совокупного экономического потенциала является сложным и многоэтапным процессом. Потенциал - это определенная совокупность ресурсов, средств, которые имеются в национальной эко...
8469. Конституционно-правовые институты Китайской Народной Республики 92.77 KB
  Конституционно-правовые институты Китайской Народной Республики Особенности китайской правовой традиции, специфика восприятия власти и управления. Конфуцианство и практика государственного строительства в Китае...
8470. Древняя цивилизация Китая 22.21 KB
  Древняя цивилизация Китая - одна из редких культур в истории человечества, имеющая свои истоки зарождения. Это единственная непрерывно развивающаяся этнокультура. Зародившись тысячелетия назад, китайская культура процветает и в нас...
8471. Мифология Древнего Китая 62.5 KB
  Мифология Древнего Китая Китай - одно из древнейших цивилизованных государств мира. Философские идеи в Китае, берущие начало в глубине веков, чрезвычайно богатые по содержанию и являются огромной кладовой идей в истории познания всего человечес...
8472. Типова навчальна програма нормативної дисципліни Китайська мова 112 KB
  Типова навчальна програма нормативної дисципліни Китайська мова. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ Типова навчальна програма Китайська мова (далі - Програма) розроблена відповідно до освітньо-професійних програм за напрямом підготовки 6.020303 Філологія (Перекла...
8473. Китайская поэзия 60.5 KB
  Китайская поэзия В поэзии сосуществуют (но далеко не мирно) разные направления, представленные многими крупными авторами, часто не схожими ни характером поэтических установок, ни идеологическим кредо. Большую и влиятельную группу представляли так на...