Дизайн в обработке конструкционных материалов

жущих станках. Также возможно применение специализированных ульт-

развуковых станков (например, марки МЭ-22).

     Большинство резиновых материалов легко поддается обработке реза-

нием. Однако высокая эластичность резиновых материалов не позволяет

при обычной температуре  придать резиновому изделию соответствую-

щую конфигурацию с требуемой  точностью. Исключение составляют

эбониты и многослойно  армированные резиновые материалы. Благодаря

высокой твердости эбонита  он хорошо обрабатывается резанием на ме-

таллорежущих станках  с применением тех же режущих  инструментов, что

и для обработки конструкционных  сталей. Эбонит хорошо обрабатывает-

ся точением, фрезерованием, легко сверлится, развертывается, поддается

нарезанию резьбы, очень  хорошо полируется и т.д., однако достаточно

хрупок.

 

 Способы обработки  материалов давлением и прессованием:

   Обработка материалов давлением и прессованием предусматривает

ряд технологических методов (прямое прессование рис. 1(приложения), литьевое прессование,литье под давлением рис. 2(приложения), центробежное литье, экструзия рис. 3 (приложения), штамповка, пневмо-

и вакуумформование и др.), от которых зависит устройство и  вид техно-

логического оборудования, причем в большинстве случаев  обработка ма-

териалов осуществляется при определенной температуре.

 

Механическая  обработка материалов

   Пескоструйная обработка – это очистка поверхности деталей струей

песка (или другого материала), направленной с большой скоростью  на об-

рабатываемую поверхность. Зернам песка придают кинетическую энер-

гию сжатым воздухом, пескометным  колесом или жидкостью. Твердые  и

острые зерна врезаются  в поверхность, очищают ее от загрязнений  и ока-

лины, снимая одновременно поверхностные  частицы металла. После очи-

стки обрабатываемая поверхность  получается шероховатой, с множеством

наклепов и вмятин, величина которых зависит от материала  поверхности,давления воздуха, угла обработки  и расстояния сопла от поверхности. Если материал, производящий очистку, состоит из мягких зерен, то снимается  лишь небольшое количество металла, наклеп бывает незначительным, а иногда получается полированная поверхность.

Пескоструйная обработка  применяется для очистки отливок  и поковок,

а также подготовки поверхности  под окраску, например, для очистки  кор-

пусов судов или крупных  резервуаров.

    Водоструйная обработка поверхностей осуществляется тонкой струей

воды, выходящей из сопла  аппарата под высоким давлением (до 200 атм).

Широкое применение эта обработка  получила для очистки поверхностей

корпусов судов и крупных  резервуаров от обрастаний, прочно удержи-

вающихся субстант, старой краски (например, водоструйная установка

германской фирмы «Вома»). При обработке этим способом поверхность

становится гладкой, блестящей. Однако после обработки этим способом

поверхность подвержена быстрой  коррозии, поэтому, если есть возмож-

ность, ее просушивают и  немедленно наносят защитные покрытия.

     Голтовка – это процесс обработки поверхностей небольших деталей,

основанный на истирании  деталей, голтовочных материалов, абразивов  и

жидкости во вращающемся  барабане. При правильно подобранном  мате-

риале и режиме голтовки не только заглаживаются неровности поверхно-

стей предметов, но и последние  полируются так, что их поверхность  при-

обретает зеркальный блеск  [ 2 ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава II Современные методы обработки конструкционных материалов

 

   Постоянно растущие требования к качеству, надежности и долговеч-

ности изделий делают актуальными  создание и применение новых мето-

дов обработки упрочняющей  технологии для повышения износостойко-

сти, коррозионной стойкости, жаропрочности и других эксплуатационных

характеристик. Я рассмотрю физико-химические методы.

    Физико-механические методы имеют следующие достоинства и пре-

имущества перед процессами резания:

1) копирование формы инструмента  сложной формы сразу по всей  по-

верхности заготовки при  его простом поступательном движении;

2) обработка материалов  ведется при практической независимости  ре-

жимов обработки от твердости  и вязкости материала;

3) выполнение уникальных  операций (обработка отверстий с  криволи-

нейной или спиральной осью, изготовление очень малых отверстий, узких

и глубоких канавок и др.);

4) малые значения сил,  действующих в процессе обработки,  а при не-

которых методах – отсутствие механического контакта инструмента  и за-

готовки;

5) используется инструмент  менее твердый и менее прочный,  чем об-

рабатываемый материал;

6) высокая производительность  обработки при сравнительно высокой

точности получения размеров;

7) возможность автоматизации  и механизации процессов физико-

химической обработки, а  также многостаночного обслуживания.

Недостаток физико-химических методов: эти методы обычно более

энергоемки, чем процесс  резания, их целесообразно применять  лишь в тех

случаях, когда процессы резания малоэффективны.

    Все физико-химические методы содержат пять основных видов, каж-

дый из которых состоит  из нескольких разновидностей рис. 4 (приложения): электроразрядные; электрохимические; ультразвуковые; лучевые; комбинированные.

   В этих методах удаление припуска происходит не за счет больших

пластических деформаций (как это имеет место при  резании), а путем

электрической или химической эрозии.

    Применение физико-химических методов обеспечивает частичную или

полную автоматизацию  процессов, упрощение ручных операций, связанных с обслуживанием станка. Особенно эффективны они при изготовле-

нии таких изделий, как  штампы, пресс-формы, турбинные лопатки, каме-

ры сгорания, фасонный твердосплавный инструмент, электронная аппара-

тура и др.

 

 

 

Электроэрозионные

(электроразрядные) методы обработки

 

     Электроэрозионные методы основаны на использовании явления элек-

трической эрозии – направленного  локального разрушения электропрово-

дящих материалов в результате теплового действия импульсных электри-

ческих разрядов между  электродом-инструментом и электродом-

заготовкой. Электрод-инструмент 1 рис. 5 (приложения) и обрабатываемая заготовка 2 погружены в рабочую жидкость и соединены с генератором электрических импульсов 3. Все процессы, вызывающие обработку, протекают в межэлектродном промежутке (МЭП). При подводе к электродам электрического импульса наибольшая электрическая напряженность будет

между наиболее близкими микровыступами: происходит пробой проме-

жутка, возникают проводимость и импульсный разряд, сопровождающий-

ся очень высокой температурой (до 104 °С), вызывающей плавление и  ис-

парение металлов. Количество теплоты, выделяющейся на электродах, не-

одинаково и зависит от их полярности и энергии импульсов. Заготовку 2

соединяют с тем полюсом, на котором выделяется большая доля теплоты.

В процессе обработки электрод-инструмент 1 перемещается и с помощью

специального регулятора 4 поддерживается постоянная величина МЭП

(5…10 мкм). Рабочий процесс протекает в жидкой диэлектрической

среде (керосин, масло, дистиллированная вода).

     Рабочая жидкость при электроэрозионной обработке:

1) способствует диспергированию  продуктов эрозии, образованию

гранул шаровидной формы, препятствует осаждению продуктов  эрозии

одного электрода на другой;

2) обеспечивает стабильное  протекание процесса, удаляя продукты

эрозии и очищая межэлектродный промежуток;

3) охлаждает электроды.

   Рабочая жидкость должна иметь невысокую вязкость и безопасность в

эксплуатации, химическую нейтральность  к материалу инструмента и  де-

тали, нетоксичность и  невысокую стоимость. Общий съем металла проис-

ходит под действием большого числа электроимпульсов, следующих  с

определенной частотой.

    Величина электрической эрозии определяется химическим составом

материалов электрода-инструмента  и заготовки, составом рабочей жидко-

сти, а также энергетическими  характеристиками импульсов.

    Процесс эрозии электродов содержит три основные фазы:

1) выделение энергии в  канале разряда и передача  ее поверхностям

электродов;

2) разрушение решетки  металла (плавление, испарение);

3) эвакуация продуктов  эрозии из зоны разряда.

  Обрабатываемость материалов электроэрозионным методом зависит

от их теплофизических  свойств и условий протекания процесса. Если об-

рабатываемость нормализованной  стали принять за единицу, то для  жаро-

прочных сплавов она равна 1,3…1,4, а для тугоплавких металлов и твер-

дых сплавов лишь 0,4…0,5. Обрабатываемость закаленных сталей на

25…30% выше, чем незакаленных, из-за их меньшей теплопроводности.

    Применяются несколько кинематических схем ЭЭО.

1. Прошивание отверстий  и полостей с прямой и криволинейной  осью

– в двух вариантах:

 а) прямое копирование,  когда электрод-инструмент

находится над заготовкой; обработка бывает одно- и многоэлектродная;

б) обратное копирование с расположением заготовки над электродом-

инструментом (ЭИ). Движение подачи здесь может осуществляться заго-

товкой, при этом улучшаются условия эвакуации продуктов  эрозии и по-

вышается точность обработки.

2. Электроэрозионное шлифование, наиболее эффективное при обра-

ботке внутренних фасонных поверхностей.

3. Обработка непрофилированным  электродом 3 – движущейся тонкой

проволокой (d= 0,05…0,3 мм) –  обычно по двум координатам рис. 6 (приложения).

Эта схема позволяет вырезать сложноконтурные детали высокой  точности

при использовании коротких импульсов с малой энергией. Проволока  по-

лучает непрерывное движение посредством роликового механизма 1, 2, 6.

Обрабатываемая деталь 4 получает поперечную и продольную подачи

(или по криволинейной  траектории).

4. Формообразование путем  сочетания взаимного перемещения  обра-

батываемой детали 1 рис. 7 (приложения) и профилированного ЭИ 2 (огибание или обкатка). Такая схема используется при электроэрозионной правке фасонных алмазных кругов, обработке узких канавок (менее 0,5 мм) на стальных и твердосплавных роликах.

   Электроэрозионный метод позволяет обрабатывать отверстия с криво-

линейными осями, тонкостенные детали, узкие каналы, соединительные

отверстия в корпусах гидро- и пневмоаппаратуры. Преимущество этих

методов – отсутствие заусенцев.

   Все станки для физико-химической обработки так же, как и обычные

металлорежущие станки, делятся  на универсальные, специализированные

и специальные. Виды электроэрозионных  станков, получивших наиболь-

шее применение:

1) универсальные прошивочные  станки, работающие по схемам  пря-

мого и обратного копирования (мод. 4Г721М, 4Д721АФ3, 4Д722АФ3,

4П724Ф3М;

2) универсальные вырезные  станки (мод. 4531Ф3, 4532Ф3, 4535Ф3);

3) универсальные станки  для удаления сломанного инструмента  и

шпилек (мод. 4Б611);

4) специализированные многопозиционные  станки для перфорации

лопаток ГТД, обработки роторов  ТНА, форсунок и др.;

5) специализированные обкатные  станки для обработки кольцевых  и

винтовых ручьев переменного  сечения (МА4730А, МА4727);

6) станки для электроконтактной  обработки (МЭ301).

Наиболее широкое применение получили универсальные прошивоч-

ные и вырезные станки.

 

Электрохимические методы обработки (ЭХО)

 

    Все разновидности ЭХО основаны на использовании

процесса электролитического полирования, разработанного в 1911 г. рус-

ским химиком Е.И. Шпитальским. Электрохимическая обработка исполь-

зует процессы электролиза, т.е. химические превращения на поверхности

электродов в среде  электролита. Заготовка является анодом, а инструмент

– катодом.

В основе ЭХО лежит процесс  анодного растворения металла заготов-

ки. В рабочей среде  – электролите – молекулы вещества распадаются на

электрически заряженные частицы – ионы, каждый из которых  переносит

один или несколько  электрических зарядов, и без  внешнего электрическо-

го поля ионы в электролите  движутся хаотически. Если заготовку  и инст-

румент соединить с  источником постоянного тока (напряжением 6…12

В), то в электролите возникает  направленное движение ионов: положи-

тельные ионы (катионы) двигаются  к катоду, а отрицательные (анионы) –

к аноду. Вблизи электродов постепенно повышается концентрация ионов

противоположного знака, и на катоде начнется восстановление катионов,

а на аноде – окисление  металла, т.е. анодное растворение.

    Характер электрохимических реакций зависит от состава, концентра-

ции и температуры электролита. Наиболее распространенным электроли-

том при обработке сталей и жаропрочных сплавов является 10…20%-ный

водный раствор NaCl. Применяются  и 5…15%-ные водные растворы

азотнокислого натрия (Na2NO3) при обработке жаропрочных сплавов,