Elektrophysikalische Methoden zur Bearbeitung von Metallen

Der weitverbreitete Einsatz schwer zerspanbarer Materialien für die Herstellung von Maschinenteilen, die Komplexität der Konstruktion dieser Teile sowie die wachsenden Anforderungen an Kostensenkung und Produktivitätssteigerung führten zur Entwicklung und Einführung elektrophysikalischer Bearbeitungsverfahren.

Elektrophysikalische Methoden der Metallbearbeitung basieren auf der Nutzung spezifischer Phänomene, die durch die Einwirkung von elektrischem Strom entstehen, um Material abzutragen oder die Form des Werkstücks zu verändern.

Der Hauptvorteil elektrophysikalischer Methoden der Metallbearbeitung besteht in der Möglichkeit, mit ihnen die Form von Teilen aus Materialien zu ändern, die nicht durch Schneiden bearbeitet werden können, und diese Methoden werden unter Bedingungen minimaler Kräfte oder in ihrer völligen Abwesenheit bearbeitet.

Ein wichtiger Vorteil elektrophysikalischer Verfahren zur Bearbeitung von Metallen ist die Unabhängigkeit der Produktivität der meisten von ihnen von der Härte und Sprödigkeit des bearbeiteten Materials.Der Arbeitsaufwand und die Dauer dieser Verfahren zur Bearbeitung von Werkstoffen mit erhöhter Härte (HB > 400) sind geringer als der Arbeitsaufwand und die Dauer des Schneidens.

Elektrophysikalische Methoden der Metallbearbeitung decken nahezu alle Bearbeitungsvorgänge ab und stehen den meisten von ihnen hinsichtlich der erreichten Rauheit und Genauigkeit der Bearbeitung in nichts nach.

Elektrische Entladungsbehandlung von Metallen

Die elektrische Entladungsbearbeitung ist eine Form der elektrophysikalischen Bearbeitung und zeichnet sich dadurch aus, dass unter dem Einfluss elektrischer Entladungen Veränderungen in Form, Größe und Oberflächenbeschaffenheit des Teils auftreten.

Elektrische Entladungen entstehen, wenn ein gepulster elektrischer Strom durch einen Spalt von 0,01 – 0,05 mm Breite zwischen der Werkstückelektrode und der Werkzeugelektrode fließt. Unter dem Einfluss elektrischer Entladungen schmilzt das Werkstückmaterial, verdampft und wird in flüssigem oder dampfförmigem Zustand aus dem Elektrodenzwischenraum entfernt. Ähnliche Prozesse der Zerstörung von Elektroden (Teilen) werden elektrische Erosion genannt.

Um die elektrische Erosion zu verstärken, wird der Spalt zwischen Werkstück und Elektrode mit einer dielektrischen Flüssigkeit (Kerosin, Mineralöl, destilliertes Wasser) gefüllt. Wenn die Elektrodenspannung gleich der Durchbruchspannung ist, bildet sich in der Mitte zwischen Elektrode und Werkstück ein leitender Kanal in Form eines plasmagefüllten zylindrischen Bereichs mit kleinem Querschnitt und einer Stromdichte von 8000-10000 A / mm2. Die hohe Stromdichte, die 10-5 bis 10-8 s lang aufrechterhalten wird, sorgt für eine Temperatur der Werkstückoberfläche von bis zu 10.000 bis 12.000 °C.

Das von der Werkstückoberfläche abgetragene Metall wird mit einer dielektrischen Flüssigkeit abgekühlt und verfestigt sich in Form kugelförmiger Körnchen mit einem Durchmesser von 0,01 – 0,005 mm.Zu jedem weiteren Zeitpunkt durchdringt ein Stromimpuls die Lücke zwischen den Elektroden an der Stelle, an der die Lücke zwischen den Elektroden am kleinsten ist. Die kontinuierliche Zufuhr von Stromimpulsen und die automatische Annäherung der Werkzeugelektrode an die Werkstückelektrode gewährleisten eine kontinuierliche Erosion, bis eine vorgegebene Werkstückgröße erreicht ist oder das gesamte Werkstückmetall im Elektrodenspalt entfernt ist.

Die Verarbeitungsmodi für elektrische Entladungen werden in elektrische Funken und elektrische Impulse unterteilt.

Elektrospar-Modi gekennzeichnet durch die Verwendung kurzzeitiger Funkenentladungen (10-5 ... 10-7s) mit gerader Polarität beim Anschließen der Elektroden (Detail „+“, Werkzeug „-“).

Abhängig von der Stärke der Funkenentladungen werden die Modi in hart und mittel (für die Vorverarbeitung), weich und extrem weich (für die Endverarbeitung) unterteilt. Die Verwendung von Soft-Modi ermöglicht eine Abweichung der Abmessungen des Teils von bis zu 0,002 mm bei einem Rauheitsparameter der bearbeiteten Oberfläche Ra = 0,01 μm. Die Modi elektrischer Funken werden bei der Bearbeitung von Hartlegierungen, schwer zerspanbaren Metallen und Legierungen, Tantal, Molybdän, Wolfram usw. verwendet. Sie bearbeiten Durchgangs- und Tieflöcher mit beliebigem Querschnitt, Löcher mit gekrümmten Achsen; Schneiden Sie mit Draht- und Bandelektroden Teile aus Blechzuschnitten. abgebrochene Zähne und Gewinde; Teile sind poliert und gebrandet.

Um die Verarbeitung im Elektrofunkenmodus durchzuführen, werden Maschinen verwendet (siehe Abb.), die mit RC-Generatoren ausgestattet sind und aus einem geladenen und entladenen Stromkreis bestehen.Der Ladekreis umfasst einen Kondensator C, der über einen Widerstand R von einer Stromquelle mit einer Spannung von 100–200 V aufgeladen wird, und die Elektroden 1 (Werkzeug) und 2 (Teil) sind parallel zum Kondensator an den Entladekreis angeschlossen C.

Sobald die Spannung an den Elektroden die Durchbruchspannung erreicht, kommt es durch den Elektrodenspalt zu einer Funkenentladung der im Kondensator C angesammelten Energie. Die Effizienz des Erosionsprozesses kann durch Verringerung des Widerstands R erhöht werden. Die Konstanz des Elektrodenspalts wird durch ein spezielles Trackingsystem aufrechterhalten, das den Mechanismus für die automatische Vorschubbewegung eines Werkzeugs aus Kupfer-, Messing- oder Kohlenstoffmaterialien steuert.

Elektrische Funkenmaschine:

Elektrofunkenschneiden von Zahnrädern mit Inneneingriff:

Modi elektrischer Impulse, die durch die Verwendung von Impulsen langer Dauer (0,5 ... 10 s) gekennzeichnet sind, was einer Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden und einer stärkeren Zerstörung der Kathode entspricht. In diesem Zusammenhang ist im elektrischen Impulsmodus die Kathode mit dem Werkstück verbunden, was eine höhere Erosionsleistung (8-10-mal) und einen geringeren Werkzeugverschleiß als im elektrischen Funkenmodus bietet.

Das sinnvollste Einsatzgebiet elektrischer Impulsmodi ist die Vorbearbeitung von Werkstücken aus komplex geformten Teilen (Matrizen, Turbinen, Schaufeln etc.) aus schwer zu bearbeitenden Legierungen und Stählen.

Elektrische Impulsmodi werden durch Anlagen realisiert (siehe Abb.), bei denen unipolare Impulse von einer elektrischen Maschine 3 oder elektronischer Generator… Die Entstehung von E.D.S.Die Induktion in einem magnetisierten Körper, der sich in einem bestimmten Winkel zur Richtung der Magnetisierungsachse bewegt, ermöglicht es, einen Strom größerer Stärke zu erhalten.

Strahlenbehandlung von Metallen

Die Arten der Strahlungsbearbeitung im Maschinenbau sind Elektronenstrahl- oder Lichtstrahlbearbeitung.

Die Elektronenstrahlbearbeitung von Metallen basiert auf der thermischen Wirkung eines Stroms bewegter Elektronen auf das bearbeitete Material, das an der Bearbeitungsstelle schmilzt und verdampft. Diese starke Erwärmung wird dadurch verursacht, dass die kinetische Energie der bewegten Elektronen beim Auftreffen auf die Oberfläche des Werkstücks fast vollständig in Wärmeenergie umgewandelt wird, die, konzentriert auf eine kleine Fläche (nicht mehr als 10 Mikrometer), verursacht es auf bis zu 6000˚C erhitzen.

Bei der Dimensionsbearbeitung kommt es bekanntlich zu einer lokalen Wirkung auf das bearbeitete Material, die bei der Elektronenstrahlbearbeitung durch einen Pulsmodus des Elektronenflusses mit einer Pulsdauer von 10-4 ... 10-6 s und einer Frequenz bereitgestellt wird von f = 50 … 5000 Hz.

Die hohe Energiekonzentration bei der Elektronenstrahlbearbeitung in Kombination mit der Impulswirkung sorgt für Bearbeitungsbedingungen, bei denen die Oberfläche des Werkstücks, die sich in einem Abstand von 1 Mikrometer von der Kante des Elektronenstrahls befindet, auf 300 °C erhitzt wird. Dies ermöglicht den Einsatz der Elektronenstrahlbearbeitung zum Schneiden von Teilen, zur Herstellung von Netzfolien, zum Schneiden von Rillen und zur Bearbeitung von Löchern mit einem Durchmesser von 1–10 Mikrometern in Teilen aus schwer zu bearbeitenden Materialien.

Als Geräte für die Elektronenstrahlbehandlung werden spezielle Vakuumgeräte, sogenannte Elektronenkanonen (siehe Abb.), eingesetzt.Sie erzeugen, beschleunigen und fokussieren einen Elektronenstrahl. Die Elektronenkanone besteht aus einer Vakuumkammer 4 (mit einem Vakuum von 133 × 10-4), in der eine Wolframkathode 2 installiert ist, die von einer Hochspannungsquelle 1 gespeist wird und für die Emission freier Elektronen sorgt, die durch beschleunigt werden ein elektrisches Feld, das zwischen der Kathode 2 und der Anodenmembran 3 erzeugt wird.

Der Elektronenstrahl durchläuft dann ein System magnetischer Linsen 9, 6, eine elektrische Ausrichtungsvorrichtung 5 und wird auf die Oberfläche des auf dem Koordinatentisch 8 montierten Werkstücks 7 fokussiert. Die Impulsbetriebsart der Elektronenkanone wird durch a bereitgestellt System bestehend aus einem Impulsgenerator 10 und einem Transformator 11.

Ein Lichtstrahlverarbeitungsverfahren basiert auf der Nutzung der thermischen Wirkung des emittierten Lichtstrahls mit hoher Energie optischer Quantengenerator (Laser) auf der Oberfläche des Werkstücks.

Die Dimensionsbearbeitung mit Hilfe von Lasern besteht in der Bildung von Löchern mit einem Durchmesser von 0,5 ... 10 Mikrometern in schwer zu bearbeitenden Materialien, der Herstellung von Netzwerken, dem Schneiden von Blechen aus komplexen Profilteilen usw.