Электроимпульсная обработка.

электрод-инструмент 2 включен на анод, а обрабатываемая деталь 3 на катод, генератор 1.

 

При электроимпульсной обработке заготовка является катодом, а инструмент – анодом. Это значит, что основное воздействие на обрабатываемую поверхность оказывают не электроны, а ионы. Процесс обработки состоит в последовательном возбуждении прерывистых разрядов между инструментом и заготовкой, расположенных друг от друга на расстоянии не более 0,1 – 0,12 мм. Анод (стальная проволока) с помощью вибратора периодически входит в контакт с восстанавливаемой поверхностью. При сближении к детали происходит перенос металла и приваривание ее конца, а при удалении – отрыв привариваемого конца. На детали остается наплавленная частица. Процесс обработки ведется под струей охлаждающей жидкости, вследствие чего наплавка и закалка осуществляются одновременно.

   Электроимпульсную обработку наиболее целесообразно применять при предварительной обработке штампов, турбинных лопаток, фасонных отверстий в деталях из корозионно - стойких сталей и жаропрочных сплавов.  

 

Электроискровая обработка.

Электроискровая обработка профилированным электродом показана на рисунке: 1 — жидкость, 2 — изделие, 3 — электрод-инструмент. Материал инструмента выбирают в зависимости от вида обрабатываемого материала и вида операции. При обработке латуни применяют медные инструменты —

 инструменты из меди или латуни; твердых сплавов — инструменты из вольфрама, молибдена, латуни и меди. Для обработки отверстий малого диаметра преимущественно используют инструменты из латуни. Инструмент из стали и чугуна применяют при шлифовании и заточке. Недостатками электроискровой обработки профилированным инструментом являются неизбежность появления цилиндрического отверстия и невозможность получения профиля с острыми углами.

Электроискровая обработка непрофилированным электродом (движущейся проволокой) лишена некоторых недостатков. Отсутствует дорогостоящий контурный инструмент, имеется возможность получения отверстий без конусности, достигается высокая точность обработки. При такой обработке поверхностный слой детали претерпевает значительные изменения. Он слабо зависит от толщины деталей, диаметра проволоки-электрода и скорости перемотки. Величина измененного слоя определяется параметрами единичного импульса.

Высокочастотная электроискровая обработка применяется в качестве чистовой обработки деталей без последующей доводки. Источником питания являются электронные генераторы повышенной частоты. Небольшая энергия импульса позволяет получать высокий класс шероховатости обрабатываемой поверхности. Высокочастотная электроискровая обработка допускает применение обычных электроискровых станков с питанием от генераторов. Для нормального протекания процесса обработки необходимо осуществлять принудительную прокачку рабочей жидкости (керосин, дистиллированная вода) через межэлектродный промежуток, так как в противном случае при малом запасе энергии импульсов продукты эрозии остаются в месте их образования, а обработка протекает недостаточно интенсивно.

 Для обработки деталей выпускают различные станки, которые могут выполнять следующие виды обработки:

- вырезку изделий сложного контура из листовых материалов

- прошивку отверстий различной формы

- гравирование знаков и рельефа на поверхности деталей

 

 

Электроконтактная обработка.

Электроконтактная обработка металлов является одним из видов электроэрозионной обработки. Этот вид обработки сочетает в себе механическое разрушение обрабатываемой поверхности с действием электрического тока, вызывающего нагревание или расплавление металла в месте контакта. Электроконтактную обработку оплавлением рекомендуют для обработки крупных деталей из углеродистых сталей, чугуна, цветных сплавов, тугоплавких сплавов. Такое сочетание наиболее часто применяют при фрезеровании, заточке режущего инструмента, точении шлифовании и других операциях.

Оборудование и инструмент для электроконтактной обработки несложные. Часто используют обычные универсальные металлорежущие станки с доделкой его электрической части. Большинство операций выполняется диском (шлифование, заточка), являющимся одновременно и электродом, через который в зону обработки подается напряжение, и инструментом, при помощи которого удаляются отходы обработки. Охлаждающей средой является воздух или жидкая среда, обычно вода.

Метод обработки не обеспечивает высокой точности и качества поверхности, но дает высокую производительность съема металла вследствие использования больших электрических мощностей.

 

Анодно – механическая обработка.

Анодно-механическая обработка металлов сочетает электрохимическую и механическую обработки. Этим способом обрабатывают металлы и сплавы, обладающие электропроводностью. Обработка ведется постоянным током. Чистовая обработка происходит за счет анодного растворения. Ее производят при малых напряжениях с механическим удалением пленки. Черновую обработку осуществляют при повышенных напряжениях и большой плотности тока за счет электротермического действия тока.

Непременным условием анодно-механического процесса является заполнение зазора между электродами (деталью и инструментом) электролитом. Наилучшим электролитом, применяемым для этой цели, является водный раствор жидкого стекла. Процесс обработки протекает следующим образом: электрод-деталь и электрод-инструмент сближают. В зазор между ними вводят электролит, а на электроды подают постоянный ток: на детали образуется пленка, обладающая значительным электрическим сопротивлением и препятствующая анодному растворению металла детали. Для обеспечения непрерывности процесса пленку разрушают механически. Для этого одному из электродов сообщают движение. Движущийся электрод – катод удаляет продукты растворения и разрушает часть образовавшейся пленки, обнажая чистый металл.

Инструмент для обработки изготавливают из стали, иногда из меди, чугуна.

 

Электрополирование .

Электрополирование — операция получения блестящей, гладкой поверхности анодным растворением. Она производится в электролитах различных составов и применяется для удаления заусенцев с деталей после механической обработки или штамповки за счет растворения мельчайших выступов на кромках поверхности. Электрополирование применяют при изготовлении неразрезных витых сердечников из железоникелевых сплавов толщиной ленты до 0,05 мм.                                                                  

Установка для электрополирования состоит из четырех ванн: первая ванна наполнена обезжиривающим растворителем (четыреххлористый углерод или дихлорэтан); вторая ванна — глицерином; третья ванна рабочая, заполняемая электролитом; четвертая ванна заполнена 2—5%-ным раствором двууглекислого натрия. При погружении рулона в ванну с глицерином последний заполняет зазоры между витками сердечника, что препятствует проникновению в них электролита. После электрополирования напряжение выключают, а приспособление помещают в четвертую ванну, где оно выдерживается 8—10 мин, после чего рулон тщательно промывают.

Электрополирование проволоки или ленты производят также непрерывным способом в ваннах, расположенных последовательно. При электрополировании лент они подаются и перематываются с рулона на рулон.

 

 

Электрофоретическое осаждение изоляционных материалов.

Электрофорезом называется движение взвешенных частиц в жидкой среде под действием приложенного электрического поля. Это явление используется для нанесения твердых изоляционных материалов на металлические основания. Основа процесса используется также при окраске в электростатическом поле и покрытиях деталей полимерами.

В производстве радиоаппаратуры электрофорез используют при изготовлении витых неразрезных сердечников из магнитомягких материалов для межвитковой изоляции, для нанесения  на заготовки деталей лакокрасочных покрытий, для нанесения на детали покрытий из полимеров.

Причиной движения взвешенных частиц в электрическом поле являются электрические заряды, которые приобретают эти частицы в результате трения при их хаотическом движении в жидкой среде. Это движение вызывается гравитационными силами, под действием которых частицы стремятся осесть на дно ванны, и турбулентными, возникающими от перемешивания мешалками.

Электризация частиц трением вызывается разделением двойного электрического слоя при разрыве контакта между двух фаз, в данном случае между взвешенной частицей и частицей среды. Взвешенные частицы получают положительные или отрицательные заряды. Под действием электрического поля частицы, заряженные положительно, перемещаются к катоду, а заряженные отрицательно— к аноду. В первом случае процесс называется катафорезом, во втором анафорезом. На рисунке показан анафорез.

Межвитковая изоляция сердечников, изготовленных из тонкой ленты железоникелевого сплава, наносится анафорезом. Лента 1 (анод) после очистки, электрополирования и других операций технологического процесса поступает в ванну установки, наполненную суспензией 2 (система, состоящая из двух фаз – жидкой и твердой). При выходе ленты из ванны она проходит через сушильное устройство 4. 

Явление электрофореза используют при окрашивании металлических деталей или нанесении на них влагостойких покрытий. На детали, подвешенные на конвейерную цепь, подается положительный потенциал, а на краскораспылитель-отрицательный. Частицы краски приобретают отрицательный заряд и притягиваются к окрашиваемым деталям, заряженным положительно. Этим обеспечивается равномерное покрытие, высокая производительность и экономия материала.

Покрытие металлических деталей тонкими полимерными пленками производят путем создания взвеси из мельчайших частиц полимера, обычно термопласта, которые за счет адсорбирующихся на их поверхностях ионов приобретают заряд от электродов , в результате чего устремляются к изделию-аноду и осаждаются на нем. Изделие перед погружением во взвесь полимера нагревают до температуры, необходимой для расплавления частиц полимера.

 

Ультразвуковая обработка.

Механические колебания от 20 кГц до 10¹⁰ кГц относят к ультразвуковым колебаниям. Колебания используют в операциях, в которых основным видом энергии является химическая, электрическая или механическая. Особенностью их является присутствие механических упругих колебаний свыше 16 кГц. Ультразвуковые колебания нашли применение в интенсификации процессов очистки материалов и размерной обработке твердых материалов, а также в сварке металлических и неметаллических материалов и других процессах. Применение ультразвуковых колебаний в технологических процессах связанно с тем, что в результате большой амплитуды звукового давления, создаваемого ультразвуковыми излучателями, возникают периодические сжатия и растяжения жидкости, следуемые с ультразвуковой частотой. Возникает явление кавитации (cavitas —углубление, полость), т. е. образование и исчезновение пузырьков, наполненных газом, как результат разрывов сплошности жидкости. Исчезновение пузырьков сопровождается кратковременным возрастанием давления до сотен и тысяч атмосфер. Это явление используется для разрушающего действия жировых, окисных пленок, а также дробления твердых тел. Получение упругих колебаний ультразвуковой частоты достигается за счет магнитострикционного или пьезоэлектpического (изменение размеров при приложении электрического поля)  эффектов. Различают магнитострикцию линейную и объемную. В магнитострикционных преобразователях, используемых в ультразвуковом оборудовании, применяется линейная магнитострикция, при которой происходит изменение геометрических размеров тела (сердечника катушки преобразователя) в направлении приложенного поля, в то время как при объемной магнитострикции тела изменяются во всех направлениях. Линейная магнитострикция осуществляется в сравнительно слабых полях за счет изменения магнитных сил кристаллической решетки, объемная магнитострикция осуществляется в более сильных полях и определяется областью насыщения кривой намагничивания.

Для усиления ультразвуковых колебаний применяют концентраторы. В качестве материала для изготовления концентраторов (рисунок) используют стали 45 и 40Х. Концентраторы разделяют по форме их образующей на конусные, экспоненциальные, катеноидальные и ступенчатые. Соединение концентратора с преобразователем выполняют пайкой, реже применяют сварку.

Размерной обработке ультразвуком подвергают твердые и сверхтвердые металлы и обладающие твердостью и хрупкостью неметаллы. Это является основным отличием ультразвуковой обработки от электрофизических методов, применяемых только для обработки металлов. Кроме того, ультразвуковая обработка не связана с нагревом детали.

Принцип обработки материалов идет за счет зерен абразивного материала, вводимого между деталью и инструментом. В процессе обработки инструмент изнашивается.

Для изготовления инструмента применяют твердые сплавы: низкоуглеродистую сталь, медь, латунь, сталь У9 (закаленную).

 

 

Электронно-лучевая обработка.

Сущность процесса электронно-лучевого воздействия состоит в том, что кинетическая энергия сформированная в вакууме тем или иным способом электронного пучка (импульсного или непрерывного) превращается в тепловую в зоне обработки. Эта обработка основана на использование энергии потока направленных электронов для формирования поверхностей деталей путем нагрева, плавления и испарения материала в зоне обработки. Для обработки материалов электронным лучом используются специальные установки, в которых формируются мощные направленные пучки электронов. Так как диапазон мощности и концентрации энергии в луче велики, то практически возможно получение всех видов термического воздействия на материалы: нагрев до заданных температур, плавление и испарения с очень высокими скоростями.

В настоящее время во всем мире ни одна отрасль промышленности, связанная с получением соединений и обработкой материалов, не обходится без электронно-лучевого нагрева. Это можно объяснить характерными преимуществами метода, главными из которых являются возможность концентрации энергии от 10³ до 5 10⁸ Вт/см², т.е. во всем диапазоне термического воздействия, ведение процесса в вакууме, что обеспечивает чистоту обрабатываемого материала, а также возможность полной автоматизации процесса. Электронно-лучевая технология развивается в основном в трех направлениях: плавки и испарении в вакууме, сварки и прецизионной обработки.

 

Процессы сварки и пайки.

Процессы сварки и пайки относятся к сборочным процессам и применяются для соединения двух или нескольких деталей в изделие, они нашли широкое применение при изготовлении радиодеталей.

Сварка – это процесс получения не разъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или пластической деформации. Сварке подвергают металлы и их сплавы.

Классификация сварки может быть произведена по различным признакам:

 

- по технологическому признаку:

  сварка плавлением                                        сварка давлением

- электродуговая;                                                 - холодная сварка

- с плавящимся и неплавящимся электродом;  - ультразвуковая

- с независимой дугой;                                        - контактная

- газоэлектрическая.

      

- по виду энергии:

- механическая – холодная сварка

- химическая – газовая сварка

- электрическая – электрическая дуговая

- электромеханическая – точечная сварка

 

Имеется также электронно-лучевая и лазерная сварка.

 

Газовая сварка.

  Сущность сварки заключается в том, что кромки свариваемых деталей и присадочный материал подвергают местному нагреву. Сосредоточенным пламенем идет расплавление металла и образуется ванна расплавленного металла, которая контактирует с кромками обеих деталей. При перемещении горелки вдоль кромок металл, остающийся позади пламени застывает и образует шов. Температура в месте сварки должна быть выше температуры плавления металла, а температура пламени должна быть выше температуры плавления металла, так как в условиях сварки тепловая энергия, получаемая из химической выделяется вне нагреваемых деталей, вследствие чего имеют место тепловые потери.

Сварку применяют для низкоуглеродистых и низколегированных сталей, толщиной от 0,5 до 1,5 мм, а для медных до 3-х мм.

Газовая сварка выполняется в любом положении (вертикальном или горизонтальном), а температура пламени 3200ºС. Наилучшим условием газовой сварки является сварка встык, при этом детали перед сваркой должны быть обезжирены.

 

Электрическая дуговая сварка.

Сущность сварки заключается в воздействии на кромки деталей тепла, выделяемого дугой, которая образуется между электродами при пропускании через них устойчивого тока, в результате кромки расплавляются, образуется сварочная ванна, а при перемещении дуги позади нее образуется шов, соединяющий  свариваемые детали.

  Различают следующие виды электрической дуговой сварки: сварка независимой дугой, с неплавящимся электродом, с плавящимся электродом.

  Сварка независимой дугой образуется между двумя неплавящимися электродами, аналогично схеме газовой сварки.

Сварка неплавящимся электродом идет между неплавящимся графитовым электродом и изделием. При такой сварке изделие включается в электрическую цепь и является вторым электродом. Эту сварку применяют для сталей и жаропрочных сплавов, толщиной больше 1,2 мм.

  Сварка плавящимся электродом подобие предыдущему виду сварки, но здесь применяется металлический электрод (обычно из низкоуглеродистой стали), который под действием дуги расплавляется, наполняя сварочную ванну дополнительным наплавленным металлом.

  Дуговая сварка имеет разновидности: сварка открытой дугой, сварка закрытой дугой, сварка дугой, защищенной от действия воздуха газовой средой (агроном, гелием)

  При сварке открытой дугой, место сварки не защищено от воздуха, а при закрытой дуге, место ее действия скрыто флюсом (порошкообразный материал), предохраняющим металл от окисления.

  При сварке в защитной атмосфере применяют газы, в основном аргон и гелий. Аргон может подаваться через сопло горелки или детали свариваются в специальной камере, наполненной защитным газом.

Аргоно-дуговая сварка. 1-изделие, 2-вольфрамовый или угольный электрод,

3-струя газа, 4-присадочный материал, 5-дуга.

 

 

Дуговая сварка может производится на постоянном или переменном токе. В электрической дуге различают анодную и катодную зоны, которые обладают ярким свечением, а также, центральную часть, называемую столбом дуги.

Электронно-лучевая сварка.

Процесс сварки основывается на использовании тепла, получаемого от превращения кинетической энергии электронов в тепловую при соударении их с поверхностью свариваемых деталей. Сварка проводится в вакууме при давлении 10^-4 – 10^{-5 мм рт. ст.}

Для формирования электрического потока используется электронная пушка. Проходя через электронную пушку, поток электронов собирается в узкий пучок и разгоняется до энергии 20-150 эВ. При ударе электронов о поверхность свариваемой детали металл получает тепловую энергию. Достигнув поверхности металла, электрон теряет энергию не мгновенно, а в период проникновения его на некоторую величину.

  Недостаток сварки: процесс в вакууме идет длительное время и нельзя сварить кромки детали, которые находятся в углублении, так как  электронный луч не может проникнуть в углубления между деталей, а в этом случае попадает на ближайшую металлическую поверхность.

 

                                       Лазерная сварка.

Сварка основана на разогреве свариваемых деталей лучом оптического квантового генератора. В качестве источника энергии используется энергия светового луча лазера. Лазерная сварка бывает импульсная и непрерывная. Плотность энергии при лазерной сварки существенно выше, чем при других видах сварки и может регулироваться фокусирующимися системами. Луч лазера может быть использован при размерной обработки тонкостенных деталей. Для деталей с большой толщиной сварки больше 1 мм нельзя использовать, так как обрабатываемая деталь приобретает конусность. Достоинством лазерной сварки является то, что можно с помощью ПК очень рационально раскрыть материал с минимальными отходами при изготовлении деталей припоев из драгоценных материалов. По сравнению с электрическим лучом имеется преимущество, проникновения луча к местам сварки никак не зависит от параметров электрических полей, может проводится в углублении. 

Холодная сварка давлением.

Этот вид сварки основан на сближении очищенных поверхностей соединяемых деталей на расстояние действия молекулярных сил. Происходит совместная деформация деталей, вследствие чего поверхностные слои растягиваются, окисные пленки растрескиваются, обнажая ювенальные слои металла, между которыми возникают под давлением металлические связи и детали прочно соединяются.

Холодная сварка обеспечивает герметичность сварного шва, не требует защитной среды или вакуума и сложных установок для своего осуществления. К недостаткам холодной сварки относится невозможность применения ее для соединения крупногабаритных деталей и деталей, материал которых не обладает высокой пластичностью. Качество холодной сварки зависит от способа подготовки поверхностей деталей, предназначенных для соединения. Выбор способа зависит от конкретных условий: материала деталей, габаритных размеров деталей и серийного выпуска.

Холодной сваркой можно соединять детали внахлест и встык. Холодную стыковую сварку успешно применяют при соединениях алюминиевых и медных проводов.

 

Ультразвуковая сварка.

Основу сварки ультразвуком составляет энергия механических колебаний, посредством которых на поверхности свариваемых деталей разрушается окисная пленка и ювенальные поверхности вступают в контакт, обеспечивая прочное соединение деталей на основе металлических связей.

Основными параметрами ультразвуковой сварки являются: электрическая мощность, подводимая к преобразователю, акустическая мощность в зоне сварки, статическое давление и время сварки.

Ультразвуковая сварка. 1-зажим деталей, 4-прижим, 2-наконечник,

 5-конденсатор, 3-преобразователь.

 

Сварочную машину выбирают исходя из принятого типа шва (точечный, сплошной) и требуемой мощности. Между мощностью машины, видом свариваемого материала и его толщиной существует линейная зависимость. С повышением твердости материала и его толщины твердость увеличивается.

Ультразвуковая сварка не требует тщательной очистки поверхностей деталей и удаления окисной пленки, но обезжиривание деталей перед сваркой улучшает качество соединения.

 

Электрическая контактная сварка.

Этот вид сварки осуществляют путем местного сжатия свариваемых деталей в точке и нагрева места контакта, за счет прохождения электрического тока. Местный нагрев достигается за счет повышенного сопротивления электрическому току на участках контакта между свариваемыми деталями. Значения контактного сопротивления материалов в зависимости от состояния поверхности металла приводятся в специальных таблицах.