Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки. Электроэрозионные методы обработки.

Под электрофизическими и электрохимическими методами размерной обработки понимают совокупность различных воздействий (электрических, электрохимических и др.) на обрабатываемую деталь для ей заданной формы и размеров. Эти методы можно разделить на 6 групп: электроэрозионные, лучевые, ультразвуковые и электрохимические, плазменная обработка, формование в магнитном поле.
Электрофизические и электрохимические методы обработки позволяют решать важные задачи, связанные с производством современных вычислительных машин. Особенно большое значение они имеют для изготовления изделий из материалов высокой твердости, обработка которых обычными методами невозможна или крайне затруднительна. К таким материалам относятся: ферриты, германий, кремний, алмазы, рубины, кварц, твердые сплавы, керамика и др.
Основным преимуществом электрофизических и электрохимических методов обработки по сравнению с методами механической обработки является возможность копирования формы инструмента сразу по всей поверхности при простом поступательном перемещении инструмента, вследствие чего процесс обработки легко автоматизируется. Это дает возможность применить многостаночное обслуживание. Для всех методов обработки (кроме ультразвуковых) производительность не зависит от твердости и вязкости обрабатываемого материала и обработка осуществляется практически безсилового воздействия на обрабатываемое изделие.
Электроэрозионные методы обработки применяют для всех токопроводящих материалов. Эти методы основаны на явлении электрической эрозии, т.е. разрушение поверхности электродов электрическим разрядом, проходящим между ними. Разрушение материала происходит путем его плавления с последующим выбросом из рабочей зоны в виде парожидкостной смеси. Основными методами электроэрозионной обработки являются электроискровая и анодно-механическая. Для этих методов характерны наличие жидкой диэлектрической среды между электродами и подачи 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 методы генерирования импульсов. Импульсы тока и напряжения могут иметь униполярную, знакопеременную и другие формы. Основными параметрами импульсов являются их длительность tи и скважность q. По длительности импульсы делят:

Скважностью импульса q называют отношение периода импульса T к его длительности tи:

Метод электроискровой обработки. Метод, предложенный Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко, основан на использовании импульсных искровых разрядов малой длительности (до нескольких сотен микросекунд) и большой скважности (q>8). Обработка может осуществляться 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 деталью (рис. 1.24).
Обрабатываемая деталь 1 и инструмент 3 включаются в цепь электрического колебательного контура, работающего в области искрового заряда. Схема имеет два контура: зарядный и разрядный. Зарядный контур состоит из сопротивления R, конденсатор C и проводящих проводов; разрядный

контур – из конденсатора, проводящих проводов и рабочих электродов: изделия 1 (анод) инструмента 3 (катод). Изделие помещается в ванну с рабочей жидкостью 2 (керосин, трансформаторное масло и др.). Сила тока регулируется сопротивление R. Конденсатор C заряжается от источника постоянного тока 4. напряжение на электродах при этом увеличивается, так как они подключены параллельно конденсатору. При напряжении, равном величине пробоя, происходит разряд конденсатора через межэлектродный промежуток 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 проводить в намеченном месте. При прохождении искрового разряда в жидкости возникает гидравлические явления и газообразование, создающие взрывной эффект, который способствует удалению из межэлектродного промежутка разрушенного разрядом металла. Источником питания служат обычно генераторы постоянного тока напряжение 30…220В, создающие силу тока зарядного контура в пределах 1…5А. Сила тока в разрядном контуре достигает 100А и выше. Время зарядки

Основная часть энергии, получаемой при разрядке конденсаторов, выделяется в виде теплоты С). При этом теплота расходуется на испарение и°(температура доходит до 11000 плавление металла, и 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 на столько, 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 выбрасываемого при каждом разряде.
Большое влияние на производительность оказывает материал электрода. Основным требование, предъявляемым к материалам является высокое эрозионная устойчивость. Этим требованиям лучше всего отвечают 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.(рис. 1.25). Электрод проволока 2 диаметром 0,02…0,5мм перематывается при определенном натяжении с подающей катушки 1 на приемную 5, прорезая (в результате электроэрозионного процесса) помещенную на ее пути обрабатываемую деталь 3. 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 удаление продуктов эрозии проволока натянута в вертикальном направлении. В заготовке предусматривается технологическое отверстие 4.
В качестве материала проволоки применяют медь, а при диаметре менее 0,05мм – 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 0,015мм на сторону. В качестве рабочей жидкости применяют чистый керосин.

Основное достоинство такого способа – возможность полной автоматизации процесса на станках с ЧПУ.

Анодно-механическая обработка(рис. 1.25). этот метод предложен В.Н. Гусевым в 1943г. Он 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 включается в цепь постоянного тока в качестве анода, 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…26В) 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.

Электрофизические и электрохимические методы обработки применяют для обработки труднообрабатываемых, прочных, хрупких и многих других материалов, обработка которых обычными механическими методами затруднена или невозможна. К таким материала относятся полупроводниковые материалы, кварц, рубин, ферриты, твердые сплавы и др. в зависимости от используемого физического процесса эти методы обработки материалов условно могут быть разделены на ультразвуковые, электроэрозионные, лучевые, электрогидравлические, магнитоимпульсные, электрохимические.
Ультразвуковой метод обработки заключается в механическом воздействии на материал. Он назван ультразвуковым благодаря тому, что частота ударов соответствует диапазону неслышимых звуков, т.е. выше 16 кГц. Ультразвуковым методом можно обрабатывать твердые и хрупкие материалы, частицы которых могут, как бы выкалываться при ударе.
Широко используют ультразвуковую очистку деталей. Ультразвуковые колебания, накладываемые на жидкость для очистки деталей, особенно малогабаритных и имеющих сложную конфигурацию, резко повышают скорость и качество очистки.
Для пайки алюминия и его сплавов применяют способ удаления окисленной пленки, основанный на ее механическом разрушении интенсивными ультразвуковыми колебаниями. При этом осуществляется процесс ультразвукового лужения. Сущность явлений, происходящих при ультразвуковом лужении, заключается в следующем. Излучаемые рабочей частью паяльника знакопеременные упругие колебания частотой 16…22 кГц вызывают периодические растяжения и сжатия частиц жидкого припоя. В результате чего образуются кавитационные процессы в расплавленном припое. При этом возникают большие ударные импульсы, воздействующие на жидкий припой и поверхность облуживаемых деталей и вызывающие разрушение окисной пленки. Раздробленные частицы окисной пленки, обладают меньшей плотностью, всплывают на поверхность припоя, и он беспрепятственно облуживает очищенную поверхность металла.
Процесс ультразвукового лужения позволяет облудить всю обрабатываемую поверхность, с которой сняты окисные пленки, в то время как при механическом удалении окисной пленки облуживаются только отдельные зачищенные места поверхности.
На частоте 18…23 кГц окисная пленка наиболее эффективно удаляется при интенсивности ультразвуковых колебаний 25…100 Вт/см2. зона такой интенсивности из-за относительно высокой вязкости распространяется от излучающей поверхности преобразователя не далее 3 мм. В этой зоне можно получить эффективное лужение в течение 0,1с, при условии, что поверхность детали была предварительно нагрета до температуры расславленного припоя.
При уменьшении интенсивности ультразвуковых колебаний продолжительность удаления пленки увеличивается до 1с. Более длительное воздействие кавитации разрушает поверхность обрабатываемого изделия, а в некоторых случаях приводит к растворению изделия в припое.
Электроэрозионный метод обработки токопроводящих металлов и сплавов основан на использовании преобразуемой в теплоту энергии импульсных электрических разрядов, возбуждаемых между инструментом и изделием. В зависимости от вида электрического разряда (искра, дуга), параметров импульсов тока, напряжения и других условий электроэрозионная обработка подразделяется на электроискровую, электроимпульсную, электроконтактную и анодо-механическую. Каждой разновидности электроэрозионной обработки свойственны определенные технологические характеристики, оборудование и область промышленного применения.
При электроискровом метоле обработки применяют импульсы длительностью 20…200 мкс. Электрическая эрозия проявляется наиболее интенсивно, если межэлектродное пространство заполнено диэлектрической жидкостью. В качестве такой жидкости используют керосин, минеральное масло, водные растворы электролитов и дистиллированную воду.
Лучевой метод обработки, к которому относится обработка световым, электронным и ионным лучами, используют для обработки токопроводящих

материалов и диэлектриков. Они основаны на съеме материала при воздействии на него сфокусированными лучами с высокой плотностью энергии. Съем материала осуществляется преобразованием этой энергии непосредственно в зоне обработке в теплоту.
Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча так же, как и светового луча лазера, позволяет проводить размерную обработку за счет нагрева и испарения материала с узколокального участка. Для этих методов характерна практическая независимость обрабатываемости материала от механических характеристик, поэтому как металлы, так и неметаллические материалы (магнитные материалы, керамика, полупроводниковые материалы, легированные стали и ферриты, твердые сплавы, корунд и т.д.) обрабатываются одинаково успешно.
Возможность точного дозирования энергии луча позволяет осуществлять широкий круг технологических процессов от местной термообработки, ионной очистки и сварки до механической обработки. В ряде случаев, когда для обработки особо миниатюрных деталей изготовление инструмента практически неосуществимо (например, для отверстий диаметром 5…10ики), лучевая обработка является единственно возможной.
При обработке электронным лучом расплавление и испарение происходит за счет повышения температуры материала при резком торможении потока электронов в месте встречи его с обрабатываемой поверхностью. Для получения мощного потока электронов электронный пучок, эмитируемый вольфрамовым катодом в электронной пушке, ускоряется напряжением, приложенным между катодом и анодом, юстируется и фокусируется при помощи системы магнитных линз. Сигматор придает лучу круглую форму, а перемещение луча по поверхности изделия осуществляется отклоняющей системой. Кроме того, изделие, закрепленное на координатном столике, само может перемещаться относительно луча. Все устройство находится в вакуумной камере. Энергия луча (в электрон-вольтах) пропорциональна заряду электронов, их количеству и величине ускоряющего напряжения.
Обработка световым лучом имеет ряд преимуществ: для обработки не требуется создания вакуума, при котором значительно труднее управлять технологическим процессом; нет рентгеновского излучения, сопутствующего обработке электронным лучом; лазерные установки конструктивно проще электронных пушек; в некоторых случаях механическая обработка может осуществляться за прозрачной перегородкой (например, в запаянной колбе).
Главным недостатком обработки световым лучом является отсутствие надежных методов управление движением луча по обрабатываемой поверхности, поэтому при обработке перемещается сама деталь.
Электрогидравлическая обработка материалов представляет собой одну из форм механического воздействия на материал. Интенсивный электрический разряд в жидкости приводит к сильному гидравлическому удару, под воздействием которого обрабатываемый материал может деформироваться и при известных условиях разрушаться или изменять первоначальную геометрическую форму. Электрогидравлический эффект используется в промышленности преимущественно для дробления крупных материалов, очистки литья от формовочной земли и штамповки.
Магнитоимпульсная обработка материалов основана на использовании энергии сильного импульсного магнитного импульса. Особо широкое применение магнитоимпульсная обработка находит для формообразования малопластичных, труднодеформируемых материалов, вырубки и штамповки и многих сборочных операций.
Электрохимические методы обработки материалов основаны на преобразовании электрической энергии в энергию химических связей, на превращении материала заготовки в легко удаляемые из зоны обработки химические соединения (анодное растворение). Электрохимическая обработка имеет две разновидности: обработка в среде проточного электрона и электроабразивная. В последнем случае происходит комбинированный электрохимический и механический съем металла.

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 является 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 происходит нагрев.
В качестве источника свободных электронов (термокатода) используют металлическую проволоку (вольфрам, тантал и др.), 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 луч с высокой концентрацией энергии при помощи магнитных линз, представляющих собой катушки специальной формы.
Частоту и длительность импульсов подбирают таким образом , чтобы материал находился под воздействием электронного луча в течение очень малого промежутка времени. В этом случае луч будет расплавлять материал в ограниченной зоне, не вызывая резкого повышения температуры обрабатываемого материала в близко расположенной области.
Толщина слоя вещества, в котором электрон полностью теряет свою скорость, называется пробегом электрона. Глубина проникновения электрона зависит от значения ускоряющего напряжения.
Проникающий в материал электрон теряет энергию не сразу, а в процессе многочисленных соударений с решеткой, в результате этих столкновений меняются скорости и направление движения электронов. Потеря энергии электронами максимально на некотором расстоянии от поверхности материала. Наиболее интенсивное выделение теплоты наблюдается на глубине пробега электрона.
На рис. 1.26 показана схема установки для обработки и сварки с помощью электронного луча. Источником электронов является катод 1, помещенный в формирующий электрод 2. При нагреве катода с его поверхности излучаются электроны, которые под воздействием электрического поля, создаваемого высокой разностью потенциалов между анодом 3 и катодом, приобретают высокую скорость и направляются в фокусирующую катушку 4. С помощью отклоняющей катушки 5 луч можно перемещать по поверхности детали 6, установленной на столе 7. Оптическая система наблюдения состоит из зеркала 8 и микроскопа 9.
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 в

на поверхность, а температура в месте воздействия луча достигает 8000 градусов Цельсия. При этом металл мгновенно испаряется.
Электронно-лучевая обработка применима для всех материалов (металлов, ферритов, стекла, алмазов, графитов и др.). благодаря малому времени воздействия теплоты термическое влияние на периферийные области незначительны. Недостатком метода является сложность установки из-за необходимости иметь вакуумную камеру.

Светолучевая обработка. Она основана на применении лазера, представляющего собой квантовый генератор (усилитель) когерентного излучения оптического диапазона. Слово “лазер” составлено из начальных букв английского словосочетания ”усиление света вынужденным излучением”. Он способен давать весьма узкие направленные пучки монохроматического и когерентного излучений, характеризующиеся очень высокой плотностью тепловой энергии. Температура в зоне действия луча доходит до С.°8000
Наиболее важным свойством лазерного излечения, используемого для технологических целей, является когерентность. При когерентном излучении волновые лучи, которыми называют несколько волн, идущих друг за другом, распространяются в одном направлении, имеют одинаковую длину волны и находятся в фазе друг с другом. Высокая степень когерентности проявляется также в малой расходимости лазерного луча. Когерентной лазерный луч может быть сфокусирован в пятно диаметром порядка длины световой волны (1…10мкм). Используя фокусировку, можно повысить интенсивность лазерного излучения.
В зависимости от рода активного материала различают лазеры на основе твердого тела (твердотельные), газовые и жидкостные.
В твердотельных лазерах в качестве активного элемента используют диэлектрики (рубин, стекло с добавками неодима, алюминоиттриевый гранит и др.) или полупроводники (например, арсенид галлия). Лазеры, построенные на диэлектриках, имеют малый энергетический КПД (0,1…0,01%), а лазеры на полупроводниках – 1…4%.
В газовых лазерах в качестве активного вещества используют смесь газов или один газ. Газовые лазеры (на азоте, оксиде углерода) могут использоваться для размерного испарения материалов (например, в технологии подгонки тонкопленочных резисторов интегральных схем). Их основное преимущество – непрерывное излучение, что улучшает качество обработки по сравнению с твердотельными импульсными лазерами. Недостатком газовых лазеров является малая выходная мощность.
В жидкостных лазерахв качестве активного вещества используют неорганические жидкости. Преимуществом жидкостного лазера является возможность циркуляции в нем жидкости для охлаждения. Это позволяет получать большие энергии и мощности излучения в импульсном и непрерывном режимах. При большом разнообразии конструкций у всех лазеров имеются общие функциональные элементы.
Лазер на основе синтетического рубина показан на (рис. 1.27). Он представляет собой оксид алюминия, в котором некоторые из атомов алюминия заменены атомами хрома (до 0,05%), являющимися активными центрами.

Рубиновый стержень изготовляют из монокристалла, полученного выращиванием в плазменной индукционной печи. Диаметр стержня 2…20мм, длина 80…200мм.
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.
Непрозрачные и полупрозрачные покрытия могут изготовляться и из других теплостойких материалов с хорошей отражательной способностью.
Шероховатость на плоских полированных торцах должна быть не более 0,1 длины волны желтой линии натрия, параллельность торцевых поверхностей 2", а отклонение от угла 90˚ между торцевыми плоскостями и продольной осью стержня не более . Рубин 1 и импульсная лампа вспышки 5 устанавливаются в камере 2. внутренняя поверхность камеры отполирована и является отражателем света. Зарядный агрегат 6 состоит из батарей конденсаторов 7. при помощи пускового устройства 8 происходит разряд конденсаторов и появляется вспышка света длительностью

Свет фокусируется на рубиновом стержне в результате чего атомы хрома переходят на более высокий энергетический уровень (рис. 1.28).
Под воздействием фотона атом, находящийся на верхнем уровне (возбужденный атом), может перейти на прежний (нижний) уровень. При этом появится новый фотон (вторичный). Переход атома на прежний уровень может происходить и за счет релаксационных процессов, стремящихся возвратить систему в равновесное состояние. Такой переход называется самопроизвольным или спонтанным, который имеет случайный характер. Если большинство атомов окажется на верхнем уровне, то будут происходить процессы индуцированного (вынужденного) излучения.
Основной задачей при создании квантовых генератор является получение инверсного состояния, то есть такого, когда число на верхнем уровне превышает их число на нижнем уровне. Лу 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 широко используют при производстве электронных устройств, для получения отверстия малого размера в твердых материалах (ферритах, стекле и др.), сварке, термообработке, скрабирования, маркировки и ряда других процессов.
Важной особенностью светолучевой сварки является малая длительность термического цикла, что обеспечивает возможность обработки материалов, особенно чувствительных к воздействию теплоты. Краткость импульсов предотвращает возможность, получения крупнозернистой структуры и окисления метала
Возможность точной дозировки энергии делает этот метод особенно перспективным для сварки монтажных соединений в интегральных микросхемах. При этом возможна сварка через прозрачные оболочки, которые не являются препятствием для светового луча.
Сварка световым лучом имеет достаточно высокую производительность. Ее можно выполнять на воздухе, в атмосфере инертных газов и вакууме. При этом не требуется защиты обслуживающего персонала от рентгеновского облучения, вследствие чего оборудование значительно упрощается.
В производстве интегральных микросхем широко используют процесс скрабирования, который заключается в нанесении на поверхность материала канавок, после чего материал легко раскалывается. Замена механического алмазного скрабирования полупроводниковых пластин на лазерное скрабирование или резку обеспечивает высокую производительность процессов и высокое качество выполнения операций.
Лазеры широко применяют при маркировке хрупких изделий малых размеров и для зачистки монтажных проводов. В последнем случае обеспечивается высокая частота поверхности и не оказывается вредное влияние на металл токовыводящей жилы (не образуются «задиры» материала и др.)
Отечественная промышленность выпускает ряд лазерных установок для обработки материалов:
«Кристалл-6» - для сверления и фрезерования феррита, керамики, ситалла, рубина и др. диаметр отверстий 0,1…0,6мм, глубина 3мм. Ширина обрабатываемого паза 0,05…0,2мм, точность обработки по 7-8 квалитетам;
«Квант-50» - для пайки интегральных микросхем на печатные платы, резки, сварки и термоупрочнения металлических деталей предусмотрена возможность использования устройств с программным управлением.

Обработка ультразвуком.

Ультразвуковая обработка представляет собой ударо-абразивный метод обработки твердых и хрупких материалов. Она осуществляется (рис. 1.29) инструментом 1, колеблющемся с ультразвуковой частотой 18…20кГц. Под торец инструмента подается водная суспензия абразивного порошка. Зерна абразива 2, «вбиваемые» инструментом в заготовку 3, скалывают материал мелкими частицами, которые вместе с размельченным абразивом уносятся жидкостью. Если же инструмент ударяет по свободно висящему в жидкости зерну абразива, то выкалывание частиц материала изделия не происходит.

Кавитационные явления сообщают зернам абразива скорости, в десятки раз меньшие, чем инструмент в момент удара по зернам, но кавитация усиливает циркуляцию суспензии, что способствует попаданию свежего абразива в зону обработки, а так же удалению сколотых частиц и разрушенных зерен абразива.
Этим методом хорошо обрабатываются твердые и хрупкие материалы: керамика, кварц, рубин, алмаз, кремний, твердые сплавы и др. Для обработки твердых сплавов инструмент целесообразно изготовить из стали 45 с последующей закалкой до твердости HRC 48…56. При точной обработке применяют инструмент из незакаленной стали, так как при закалке может произойти его деформация. Шаржирование поверхности инструмента абразивными зернами не влияет на обработку.
Максимальная скорость съема материала по обработке стекла составляет 9000мм3/мин, а по твердому сплаву – 200м3/мин.
Вязкие материалы (например, сталь незакаленная) плохо обрабатываются ультразвуковым способом, так как под ударами зерен абразива не происходит сколов материалов изделия, а зерна просто внедряются в обрабатываемый материал.
Производительность ультразвуковой обработки зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, зернистости абразива, состава абразивной суспензии, амплитуды колебания инструмента и др.
Оптимальная величина зерен абразива составляет 110мкм, причем максимальная производительность достигается при концентрации абразива 30…40% от общей массы суспензии.
Скорость обработки растет пропорционально квадрату амплитуды. В настоящее время максимальные амплитуды колебаний в 45…50мкм. Дальнейшее увеличение амплитуды приводит к быстрому усталостному разрушению инструменту.
Точность и частота обрабатываемой поверхности при ультразвуковой обработке в основном зависит от величин зерен абразива в суспензии.
При использовании суспензии с зернами карбида бора №10 (100мкм) можно получить шероховатость поверхности Ra 1,25 мкм, а точность – 0,06мм. Применение абразива №3 дает возможность повысить точность до 0,02мм при шероховатости поверхности Ra 0,32мкм. Однако производительность при этом уменьшается примерно в 10 раз. Наиболее целесообразно ультразвуковую обработку применять для обработки изделий твердых сплавов (глухие отверстия штампов, пресс-форм и др.), резки германия и кремния, обработки алмазных и твердосплавных фильер, ферритовых плат и др.

Электромеханическая обработка.

Электрохимическая размерная обработка основана на явлении анодного растворения металла и удаления продуктов электрохимической реакции с обрабатываемой поверхности. Ее применяют для обработки токопроводящих материалов. При этом отсутствуют высокие давления и температуры, а следовательно, и структурные изменения поверхностного слоя.
Производительность обработки не зависит от размеров детали. Достижимая точность обработки составляет 12…18мкм, а шероховатость поверхности Ra 0,08мкм.

Основные разновидности электрохимической обработки: анодно-гидравлическая в проточном электролите, электрохимическое полирование в неподвижном электролите и анодно-механические способы чистовой обработки.
Анодно-гидравлическая обработка в проточном электролите был предложен В. Н. Гусевым 1952г. Анодное растворение происходит без образования прочных механических анодных пленок, вследствие чего удаление продуктов электролиза осуществляется в результате интенсивного принудительного протока электролита (водный раствор соли: нейтральной, кислой или щелочной). Интенсивность съема металла может доходить до 400мм3/мин.
При анодно-гидравлическом сверлении (рис. 1.30, а) инструментом служит медная трубка, изолированная снаружи. Под давлением вытекающего электролита между торцевой поверхностью трубки и детали образуется зазор, исключающий замыкание электродов. 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.
Примером формообразования более сложных поверхностей может служить операция изготовления кольцевых канавок (рис. 1.30, б). Деталь 1 подключена к положительному источнику тока, а инструмент 2 – к отрицательному.
Анодно-гидравлическую обработку целесообразно применять для снятия заусенцев к деталей сложной формы (мелкомодульные шестерни, краповые колеса и др.). Механическое удаление заусенцев является весьма трудоемкой операцией и не обеспечивает высокого качества деталей. 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.

Обработка при помощи плазмы.

Плазмой называют ионизированный газ, перешедший в это состояние результате нагрева до очень высокой температуры или в следствии столкновении 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 условие 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 или молекул.
На плазму могут воздействовать магнитные и электрические поля.
Внешнее магнитное поле позволяет сжимать струю плазмы, а также управлять ею (отклонять, фокусировать).
Большая степень ионизации обуславливает высокую температуру газоразрядной плазмы которая может достигать 5000˚С и выше. Свойство плазмы можно изменять путем применения различных газов (азота, карбона, 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 дугою) и косвенного действия (с внутренней дугой).

Горелки прямого действия (рис. 1.31, а) применяют для обработки электропроводящих материалов. Дуга возбуждается между обрабатываемым изделием 4, являющимся анодом, и вольфрамовым электродом 1 (катодом). Поток газа поступает в охлаждаемую водой 2 медную оболочку 3. Дуга, выходя из сопла направляется вместе с потоком газа к изделию.
В качестве рабочего газа наиболее часто используют аргон, который ионизируется. Напряжение зажигания и рабочее напряжение при этом не большие и электрическая дуга получается стабильной и инертной. При использовании в качестве рабочего газа гелия скорость истечения при t=10000…15000˚С приблизительно равна звуковой. Плазменная грелка рассматриваемого типа потребляет мощность 50кВт и создает концентрацию мощности плотностью 3мВт/дм2.
Горелки косвенного действияможно применять для обработки токопроводящих материалов и диэлектриков.
В горелках косвенного действия (рис. 1.31, б) дуга образуется между вольфрамовым катодом 1 и стенками медного сопла 3. Поток газа, охлаждаемого водой 2, поступает в медную оболочку и, проходя через дугу, ионизируется. Дуга под воздействием струи газа выходит за пределы сопла, а плазма в виде факела направляется на обрабатываемое изделие 4, которое изолировано от дуги.
Практическое осуществление плазменных горелок оказалось возможным благодаря способностям плазмы сжиматься в узкий пучок. Защитой сопла от разрушения служит оболочка газа, которая образует прослойку между факелом и стенками сопла.
Наиболее целесообразно плазменный нагрев использовать для напыления тугоплавких не металлических материалов, которые вводятся в плазму в виде парашка. Этим методом можно получать многослойные покрытия из одного или нескольких порошков.
Качество покрытий зависит от подготовки поверхности, вида применяемого парашка и материала основания. Подготовка поверхности заключается в очистке и обезжиривании.
При помощи плазменной горелки можно обрабатывать материалы любой сложности и любого химического состава. Весьма эффективно применение плазмы при резке нержавеющих сталей и других металлов. Поверхность реза при этом получается гладкой, а глубина зоны влияния - незначительной.