Анодно-механическая обработка

Основана на комбинированном электрохимическом (электролиз) и электротермическом (электроэрозия)

разрушении металлов и других токоироводящих мате­риалов.

Рис. 418. Схемы анодно-механической обработки:

а — разрезка заготовки; б — шлифова­ние токопроводящнм шлифованным кругом; в — шлифование неметалличе­ской леитой; 1 — обрабатываемая де« таль; 2 — режущий диск; 3 — шлифо­вальный диск; 4 — неметаллическая лента; 5 —■ токопроводящий прижим

Рис. 419. Схемы электроконтактной обработки: я — отрезка; б — кольцевое сверле­ние: в —фасонная обработка

Зазор между инструментом-катодом и заготовкой- анодом заполняют электролитом. Иногда' заготовку помещают в ванну с элект­ролитом. При прохождении постоянного тока на обра­батываемой поверхности за­готовки появляется пленка,

не проводящая электрический ток; процесс анодного растворения заготовки прекращается. Для его продол­жения пленку удаляют перемещением инструмента.

Электротермическое (электроэрозионное) разруше­ние происходит при возбуждении искровых разрядов между участками заготовки и инструментом, где пленка

51—481
удалена. Электрические разряды создают высокую тем­пературу, происходит процесс электроэрозии металла и на поверхности заготовки образуется впадина. Разряд на этом участке прекращается и возбуждается на со­седних участках.

При черновой обработке, когда требуется лишь вы­сокая производительность процесса по съему металла, должен преобладать электротермический процесс. При чистовой обработке должен преобладать электрохими­ческий процесс анодного растворения и механического удаления анодной пленки инструментом. Чистота обра­ботанной поверхности достигает 8—10-го класса чисто­ты, однако производительность процесса мала.

На рис. 418 показаны схемы анодно-механической обработки.

ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ ОБРАБОТКА

При этом способе обработки разрушение металла происходит под действием электродуговых разрядов при быстроперемещающемся инструменте без примене­ния электролита. Типовые схемы электроконтактной обработки приведены на рис. 419.

Прохождение электрического тока высокой плотно­сти по замкнутой цепи сопровождается выделением тепла в местах соприкосновения инструмента с заготов­кой за счет высокого контактного сопротивления, что приводит к резкому повышению температуры заготов­ки. Металл заготовки расплавляется и удаляется быст­ро вращающимся инструментом. Инструмент имеет от­носительно низкую температуру благодаря большой скорости вращения (30—80 м/с) и применению охлаж­дения. Для лучшего удаления частиц расплавленного металла используют струю сжатого воздуха.

Электроконтактную обработку применяют для про­шивания отверстий металлической трубкой, прорезания пазов вращающимся диском, для сглаживания шерохо­ватостей поверхности металлических изделий и другой черновой обработки.

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА

Ультразвуковая обработка основана на явлении магнитострикции, т. е. изменении размеров ферромаг­нитного сердечника, помещенного в магнитное поле, из­меняющееся с ультразвуковой частотой (15-—20 кГц),

Схема ультразвуковой обработки отверстия показа- на на рис. 420.

При появлении магнитного поля сердечник 1 умень­шается в размерах поперечного сечения и удлиняется. Для увеличения амплитуды колебаний его торца сер­дечник соединяют с концентратором колебаний 2, что позволяет получить амплитуду колебаний пуансона- инструмента 3 в пределах 0,02—0,06 мм. Заготовку 4 помещают в ванну, куда подает­ся абразивная суспензия (абра­зивный материал и вода). Энер­гия колебательного движения пуансона-инструмента переда­ется абразивным частицам, котр» рые имеют скорость 40—50 м/с. Встречая на своем пути обраба­тываемую поверхность заготовки, абразивные частицы скалывают и срезают элементарные объемы материала заготовки.

Прокачивание суспензии на­сосом способствует удалению продуктов разрушения и поступ­лению в зону обработки свежего абразива.

Сердечник охлаждается про­точной водой.

Производительность процесса ультразвуковой обра­ботки зависит от амплитуды и частоты колебаний, раз­мера абразивных зерен, концентрации суспензии и дру­гих параметров.

Ультразвуковую обработку применяют, например, для прошивания отверстий в заготовках из твердых и хрупких материалов, требующих высокой чистоты по­верхности, точности формы и размеров.

Наиболее эффективно обрабатываются хрупкие ма­териалы: стекло, керамику, алмаз, германий, фарфор и др.

Рис. 420. Схема ультразву­ковой обработки

Несколько хуже обрабатываются металлокерамиче- ские твердые сплавы, стали высокой твердости, при обработке которых происходят микропластические де­формации.

Ультразвуковой метод обработки позволяет полу­чить изделия с чистотой обработанной поверхности по

51*
6—8-му классу чистоты и с точностью по 2—3-му клас­су точности.

Ультразвуковую обработку применяют также для интенсификации процессов травления, удаления окали­ны, жировых и масляных пленок и т. д.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Метод обработки основан на анодном растворении металла при пропускании через раствор электролита постоянного электрического тока.

Электрохимическое травление (рис. 421). Использу­ют для очистки поверхности металлов от окислов,

Рис. 421, Схемы электрохимической обработки

ржавчины, жировых пленок и других загрязнений (рис. 421,а).

В ванну 1, заполненную электролитом, помещают обрабатываемую заготовку — анод 2 и катоды 3. В ка­честве электролита используют растворы кислот или щелочей, нагретые до 60—80° С.

Электрохимическое полирование. Струя электролита 1 протекает с большой скоростью в зазоре между ка­тодом 2 и обрабатываемой деталью — анодом 3 и при пропускании тока большой плотности интенсивно, рас­творяет выступы (гребешки) на обрабатываемой по­верхности (см. рис. 421,6),

Преимущественное разрушение гребешков происхо­дит благодаря более высокой плотности тока на их вер­шинах. Кроме того, во впадинах образуется пленка из продуктов растворения, которая защищает их от дей­ствия тока. Интенсивность съема металла составляет 3—10 мкм/мин. Продолжительность обработки 4— 10 мин.

Процесс полирования состоит из следующих этапов: 1) предварительного шлифования; 2) химического трав­ления; '3) собственно полирования; 4) промывания в холодной воде; 5) промывания в щелочи для оконча­тельного удаления кислоты; 6) промывания в проточ­ной воде; 7) протирки и сушки. Состав электролита: фосфорная или серная кислота, хромовый ангидрид и др.

Электрополирование применяют для заготовок из черных и цветных металлов, а также для окончатель­ной отделки поверхностей режущих и измерительных инструментов.

Этот способ обработки улучшает чистоту поверхно­сти, повышает коррозионную стойкость, усталостную прочность. Полированная поверхность имеет большую отражательную способность, поэтому этот процесс часто называют глянцеванием.

Точность размеров соответствует 2—3-му классу точности, а чистота поверхности 10—12-му классу чис­тоты.

На рис. 421, в показана схема процесса непрерывно­го электрополирования проволоки и ленты.

Электрохимическая размерная обработка

Заключается в направленном анодном растворении металла при высоких плотностях тока. В качестве при­мера на рис. 421, г приведена схема электрохимическо­го прошивания отверстия в заготовке 1. Проточный электролит поступает через трубчатый катод 2, запол­няет полость 3 под прижимом 4 и откачивается для по­вторного использования. Высокая плотность тока и большая скорость потока электролита интенсифицируют процесс растворения; скорость съема металла достига­ет 500—200 мкм/мин.

Электрохимическую размерную обработку применя­ют для высокопрочных, труднообрабатываемых матери­алов, нежестких тонкостенных изделий, обеспечивая высокое качество обработанной поверхности.

ЛУЧЕВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

Лучевые методы обработки основаны на снятии об­рабатываемого материала под воздействием лучей, имеющих чрезвычайно высокую плотность энергии. Уда­ление материала осуществляется преобразованием лу­чевой энергии в теплоту непосредственно в зоне реза­ния. Физический смысл процессов и установки для их осуществления изложены в разделе V (см. гл. 2).

К лучевым методам обработки относится резание электронным, ионным, световым и плазменным лу­чами.

Электроннолучевая обработка выполняется фокуси­рованным пучком электронов, испаряющих металл.

Отличительными особенностями размерного элект­роннолучевого резания по сравнению со сваркой элект­ронным лучом является острая фокусировка луча с повышенной плотностью энергии и импульсная его по­дача.

Режимы резания электронным лучом определяются плотностью тока в луче, величиной ускоряющего напря­жения, плотностью тока в фокальном пятне на заготов­ке, скоростью перемещения луча по заготовке, частотой повторения и длительностью импульса.

За основной параметр, характеризующий электрон­нолучевую обрабатываемость металлов, можно принять произведение теплопроводности металла на температу­ру его плавления, которая определяет размеры участка, расплавляемого электронным лучом.

Достоинства электроннолучевой обработки: возмож­ность обработки сверхпрочных материалов, получение глухих и сквозных отверстий очень малых размеров, из­готовление прецизионных деталей для электронной про­мышленности. Этот способ обработки применяют, на­пример, для сверления отверстий диаметром 5—10 мкм.

Недостаток — сложность и высокая стоимость обору­дования, ограничение габаритов обрабатываемых де­талей.

Ионнолучевая обработка основана на использовании явления катодного распыления, возникающего при тле­ющем газовом разряде.

Электроны, эмиттируемые катодом, ионизируют мо­лекулы газа. Ионы ускоряются сильным электрическим полем и фокусируются в узком конусе, вершина кото­рого совпадает с поверхностью обрабатываемой детали. Этот способ применяют для прошивки отверстий от 5 мкм и больше в тонком листовом материале, а также для сверления отверстий в алмазах. Время на ионную обработку относительно больше, чем при других луче­вых методах обработки, но энергии затрачивается меньше.

Светолучевая (лазерная) обработка. Для резания применяют узкий направленный пучок видимого света с высокой плотностью тепловой энергии, получаемый в лазерах — оптических квантовых генераторах. Поэтому этот способ иногда называют лазерной обработкой.

Обрабатываемость материалов световым лучом оп­ределяется теплофизическими свойствами материалов (температурой плавления и кипения, теплоемкостью, теплопроводностью), а также их отражательной спо­собностью. Для уменьшения отражения луча от поверх­ности ее делают матовой.

Этот способ обработки применяется для получения отверстий малого диаметра, резки материалов высокой прочности по заданному контуру, прорезки пазов и щелей шириной в несколько микрометров.

В сравнении с другими лучевыми методами светолу­чевая обработка обладает высокой производительно­стью— до 100 мм³/мкм и особенно эффективна при из­готовлении алмазных фильер, тончайших сеток, сит и т. п. На специальных станках с программным управле­нием можно сверлить десятки отверстий в минуту.

Достоинства этого метода в сравнении с электронно­лучевой: удобство обслуживания, отсутствие вакуумных систем, большая удельная мощность. Недостаток — крайне малый КПД (не более 1%) и наличие сложной системы охлаждения.

Плазменно-лучевая обработка используется чаще всего для разрезания относительно толстых листов из алюминиевых сплавов (до 125 мм), нержавеющих ста­лей (до 100 мм). Скорость резки составляет 15—75м/ч. Плазменная струя используется при предварительном черновом точении прочных материалов, в особенности литых заготовок с труднообрабатываемой коркой зна­чительной толщины. Плазменная горелка устанавлива­ется под углом 40—60° к поверхности вращающейся детали, струя плазмы расплавляет и выдувает расплав­ленный металл. Если совместить процесс плазменного

точения с обычной обработкой резцом можно наряду с высоким удельным съемом металла получить сравни­тельно чисто обработанную поверхность.

Глава 12 СТАНКИ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Автоматизация — одно из основных направлений со­вершенствования металлообработки — повышения ско­рости процессов и производительности труда, улучше­ния качества продукции, снижения брака и т. п. Сущность автоматизации состоит в использовании тех­нических средств для оперативного управления работой металлорежущих станков без участия человека.

В металлорежущих станках давно применяют авто­матизацию работы отдельных механизмов, например Включение и выключение подачи, подвод и отвод частей станка и т. п. Созданы автоматические станки, где авто­матизированы все рабочие и вспомогательные движе­ния, все большее распространение получают автомати­ческие линии для обработки конкретных деталей.

Условием частичной или полной автоматизации яв­ляется управление станка по заданной программе, ко­торая содержится в различных механических устройст­вах—программоносителях. Например, в токарно-револь- верном автомате модели ТА136 (с. 743) программа .задается формой, положением кулачков и скоростью вращения распределительного вала. Программное уп­равление осуществляется также копировальными и другими устройствами.

Одной из наиболее прогрессивных является система числового программного управления.

Программа задается с помощью чисел (координат) < и записывается условным кодом на перфорированной карте или ленте, магнитной или киноленте. Такая про­грамма вводится в считывающее устройство станка и далее преобразуется в командные импульсы, воздейст­вующие через управляющие механизмы на исполни­тельные органы станка, например суппорт токарного станка, стол фрезерного станка, заставляя их переме­
щаться с заданным направлением, величиной и скоро­стью.

Появление и широкое распространение таких стан­ков связано прежде всего с необходимостью повышения производительности труда в мелкосерийном и единич­ном производстве, когда использование обычных авто­матических станков нецелесообразно в связи с высокой трудоемкостью перена­ладки станка. У станков с программным управле­нием программоноситель не связан с конструкцией станка и поэтому они легко и быстро перенала­живаются.

В условиях массового и крупносерийного производства использование-таких станков связано с тем, что специальные станки быстро морально устаревают, а для проектирования и изготов­ления новых станков требуется продолжительное время.

При изготовлении деталей сложной формы (лопат­ки турбин, крылья самолетов и др.) станки с про­граммным управлением вытесняют копировальные стан­ки, для которых изготовление копиров при переналадке является технически сложным.

Опыт, накопленный в СССР и за рубежом, показал, что один станок с программным управлением заменяет 3—8 обычных станков, сроки подготовки производства сокращаются в 1,5—2 раза.

В самом общем виде система программного управ­ления у таких станков составляется из элементов- блоков, как показана на рис. 422.

Блок для ввода и чтения программы (ВП) состоит из устройств для перемещения программоносителя, счи­тывания закодированных управляющих (электрических, световых, магнитных и др.) сигналов и передачи их в блок управления.

Устройство для перемещения программоносителя представляет собой лентопротяжные механизмы для магнитных, перфорированных и кинолент, или магазин для перфорированных карт.

РО

ИВ

ДП

Рис. 422. Структура системы програм­много управления станками с ЧПУ

Считывающее устройство, как правило, аналогично устройству, на котором записывается программа.

При протягивании намагниченной ленты относи­тельно считывающей головки силовые магнитные линии ферромагнитного слоя будут замыкаться через сердеч­ники магнитной головки и создавать в ее обмотке пере­менный ток, поступающий в управляющее устройство станка.

Программы с перфорированных карт и лент, а так­же с кинолент считываются чаще всего с помощью фо­тоэлектрических устройств. Луч света от лампы через отверстие в перфорированной карте (ленте) или через светлые участки на киноленте попадает на фотосопро­тивление и возбуждает в нем ток, который направля­ется в блок управления.

Блок управления (БУ), или преобразующее устрой­ство, предназначен для усиления и преобразования сиг­налов, полученных из блока ввода программы в элект­рические командные импульсы или потенциалы, кото­рые передаются в блок управления приводами или ис­полнительный орган.

Исполнительный орган (ИО) подключает рабочий орган станка к источнику движения — реализует ко­мандные импульсы, а также может выполнять другие функции автоматического управления.

Рабочий орган станка (РО)—управляемый узел станка: суппорт токарного станка, стол фрезерного станка и т. п., реализующий командные воздейст­вия.

В систему программного управления включается также датчик перемещения (ДП), который фиксирует фактическое перемещение рабочего органа станка и пе­редает информации в блок управления по принципу обратной связи.

Суммирующее или сравнивающее устройство в бло­ке управления при несогласованности сигналов про­граммы и датчика перемещений подают сигнал, коррек­тирующий движение рабочего органа.

Системы числового программного управления по технологическому назначению или по виду управления движениями могут быть позиционными, прямоугольны­ми и функциональными.

Позиционные (координатные) системы позволяют устанавливать инструмент в отдельных точках на поверхности заготовки, обеспечивая в соответствии с заданной программой определенное положение рабочего органа. Эти системы применяют для управления вспо­могательными и холостыми движениями координатно- расточных и сверлильных станков, а также установоч­ных движений любых станков.

Прямоугольные системы применяются для обработ­ки ступенчатых валиков на токарных станках, прямо­угольных контуров на фрезерных станках и т. п. Одним из примеров являются системы с линейным перемеще­нием инструмента в направлении подачи по прямой с постоянной или переменной скоростью в строгальных, токарно-револьверных станках.

Функциональные (непрерывные) системы обеспечи­вают движение инструмента относительно заготовки по любой заданной траектории для обработки фасонных по­верхностей на фрезерных, токарных и других станках.

В открытых системах поток информации имеет толь­ко одно направление от блока ввода программы к ра­бочему органу. В замкнутых системах добавляется по­ток информации по линии обратной связи о фактичес­ком перемещении инструмента для выработки корректирующих командных сигналов.

В самонастраивающихся (адаптивных) системах до­бавляется еще информация о факторах случайного ха­рактера: изменении свойств обрабатываемого материа­ла, колебаниях температуры резания и т. п. для коррек­тирования процесса обработки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Технология конструкционных материалов. М., «Машинострое­ние», 1977. 664 с. с ил. Авт.: А. М. Дальский, И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др.

Подураев В. И.Резание труднообрабатываемых материалов. М., «Высшая школа», 1974. 587 с. с ил.

Технология металлов и других конструкционных материалов. Л., «Машиностроение», 1972. 520 с. с ил. Авт.: К. М. Скобников, Н. А. Глазков, Л. В. Петраш. Справочная книга по отделочным опе­рациям в машиностроении. Л., «Машиностроение», 1966. 504 с. с ил.

Кувшшский В. В.Чистовая абразивная обработка. Свердловск, УПИ. 1970. 66 с. с ил.

Бобров В. Ф.Основы теории резания металлов. М._; «Машино­строение», 1975. 344 с. с ил.

Раздел VII ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

Глава 1

ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ

Производство полимеров с высокими физико-химиче- скими, механическими и технологическими свойствами способствует широкому внедрению этих перспективных материалов во многие отрасли техники, способствует совершенствованию конструкций, снижению себестои­мости продукции, повышению производительности труда.

Бурное развитие производства полимеров определя­ется неограниченными запасами сырья, легкостью пере­работки в изделия комплексом ценных свойств.

СТРУКТУРА ВЫСОКОПОЛИМЕРОВ

Пластические массы или просто пластмассы (ПМ) — это материалы на основе природных или синтетических высокомолекулярных соединений. Высокомолекулярные соединения являются смесью полимеров с различным молекулярным весом, относящихся к одному гомоголо- гическому ряду.

Химическое строение, молекулярный вес, структура цепи и взаимное расположение молекул определяют свойства высокомолекулярных соединений.

Макромолекулы высокомолекулярных соединений могут иметь линейную, разветвленную или пространст­венную структуру (рис. 423).

Макромолекулы линейных полимеров представляют собой цепи, имеющие длину, в сотни и тысячи раз превышающую размеры поперечного сечения.

При разветвленной структуре полимера макромоле­кулы имеют боковые ответвления, длина и число кото­рых могут быть различными.

Линейные и разветвленные полимеры построены из отдельных макромолекул, связанных между собой меж­молекулярными силами, величина которых в значитель­ной степени определяет технические свойства вещества. Такие полимеры эластичны, плавятся или размягчаются при нагреве и при охлаждении снова переходят в твер­дое состояние. Линейные и разветвленные полимеры являются основой тер­мопластичных пластмасс (термопластов). _а

Пространственные (сшитые, сетчатые) —? °

структуры получаются ___________ Т f t Т

либо сшивкой отдельных линейных цепей полиме­ров, либо В результате Рис. 423. Структура полимеров: поликонденсации И ПОЛИ- а —линейная; б — разветвление»; е — меризации. При частом пространственная

расположении попереч­ных связей полимер становится полностью неплавким и нерастворимым. При редких связях возможно некоторое набухание под воздействием растворителя и незначи­тельное размягчение при нагреве. Полимеры, способные образовывать пространственные структуры, являются основой термореактивных пластмасс (реактопластов),