Các phương pháp điện vật lý để gia công kim loại

Việc sử dụng rộng rãi các vật liệu khó gia công để sản xuất các bộ phận máy, sự phức tạp trong thiết kế của các bộ phận này, kết hợp với các yêu cầu ngày càng tăng để giảm chi phí và tăng năng suất, đã dẫn đến sự phát triển và áp dụng các phương pháp xử lý điện vật lý.

Các phương pháp xử lý kim loại bằng điện vật lý dựa trên việc sử dụng các hiện tượng cụ thể phát sinh do tác động của dòng điện để loại bỏ vật liệu hoặc thay đổi hình dạng của phôi.

Ưu điểm chính của các phương pháp xử lý kim loại bằng điện là khả năng sử dụng chúng để thay đổi hình dạng của các bộ phận làm bằng vật liệu không thể xử lý bằng cách cắt và các phương pháp này được xử lý trong điều kiện có lực tối thiểu hoặc hoàn toàn không có lực.

Một lợi thế quan trọng của các phương pháp điện vật lý để xử lý kim loại là sự độc lập về năng suất của hầu hết chúng với độ cứng và độ giòn của vật liệu được xử lý.Cường độ lao động và thời gian của các phương pháp gia công vật liệu có độ cứng tăng lên (HB>400) nhỏ hơn cường độ lao động và thời gian cắt.

Các phương pháp xử lý kim loại điện vật lý bao gồm hầu hết tất cả các hoạt động gia công và không thua kém hầu hết chúng về độ nhám và độ chính xác của quá trình xử lý.

Xử lý phóng điện của kim loại

Xử lý phóng điện là một loại xử lý điện vật lý và được đặc trưng bởi thực tế là những thay đổi về hình dạng, kích thước và chất lượng bề mặt của bộ phận xảy ra dưới tác động của phóng điện.

Phóng điện xảy ra khi dòng điện xung đi qua khe rộng 0,01 - 0,05 mm giữa điện cực phôi và điện cực dụng cụ. Dưới ảnh hưởng của sự phóng điện, vật liệu phôi nóng chảy, bốc hơi và được loại bỏ khỏi khoảng cách giữa các điện cực ở trạng thái lỏng hoặc hơi. Các quá trình phá hủy điện cực (chi tiết) tương tự như vậy được gọi là xói mòn điện.

Để tăng cường ăn mòn điện, khoảng trống giữa phôi và điện cực được lấp đầy bằng chất lỏng điện môi (dầu hỏa, dầu khoáng, nước cất). Khi điện áp điện cực bằng với điện áp đánh thủng, một kênh dẫn điện được hình thành ở giữa điện cực và phôi dưới dạng vùng hình trụ chứa đầy plasma có tiết diện nhỏ với mật độ dòng điện 8000-10000 A /mm2. Mật độ dòng điện cao, duy trì trong 10-5 — 10-8 giây, đảm bảo nhiệt độ của bề mặt phôi lên tới 10.000 — 12.000˚C.

Kim loại được loại bỏ khỏi bề mặt phôi được làm mát bằng chất lỏng điện môi và hóa rắn ở dạng hạt hình cầu có đường kính 0,01 — 0,005 mm.Tại mỗi thời điểm tiếp theo, một xung dòng điện xuyên qua khoảng cách giữa các điện cực tại điểm mà khoảng cách giữa các điện cực là nhỏ nhất. Việc cung cấp liên tục các xung dòng điện và sự tiếp cận tự động của điện cực dụng cụ với điện cực phôi đảm bảo sự ăn mòn liên tục cho đến khi đạt được kích thước phôi xác định trước hoặc tất cả kim loại phôi trong khoảng cách giữa các điện cực được loại bỏ.

Chế độ xử lý phóng điện được chia thành tia lửa điện và xung điện.

Các chế độ của electrospar được đặc trưng bởi việc sử dụng tia lửa điện trong thời gian ngắn (10-5 ... 10-7 giây) với cực thẳng của kết nối các điện cực (chi tiết "+", công cụ "-").

Tùy thuộc vào cường độ của tia lửa điện, các chế độ được chia thành cứng và trung bình (đối với xử lý sơ bộ), mềm và cực mềm (đối với xử lý cuối cùng). Việc sử dụng các chế độ mềm cung cấp độ lệch kích thước của bộ phận lên tới 0,002 mm với tham số độ nhám của bề mặt được xử lý Ra = 0,01 μm. Các chế độ của tia lửa điện được sử dụng trong quá trình gia công hợp kim cứng, kim loại và hợp kim khó gia công cơ khí, tantali, molypden, vonfram, v.v. Họ xử lý các lỗ xuyên và sâu của bất kỳ mặt cắt ngang nào, các lỗ có trục cong; sử dụng các điện cực dây và băng, cắt các bộ phận từ các tấm trống; răng và ren bị sứt mẻ; các bộ phận được đánh bóng và có thương hiệu.

Để thực hiện xử lý ở chế độ tia lửa điện, người ta sử dụng các máy (xem hình.), được trang bị máy phát RC, bao gồm một mạch tích điện và phóng điện.Mạch sạc bao gồm một tụ điện C, được sạc qua điện trở R từ nguồn dòng điện có hiệu điện thế 100-200 V, và các điện cực 1 (dụng cụ) và 2 (bộ phận) được nối song song với mạch phóng điện với tụ điện C.

Ngay khi điện áp trên các điện cực đạt đến điện áp đánh thủng, năng lượng tích tụ trong tụ điện C được phóng điện qua khe hở giữa các điện cực. được duy trì bởi một hệ thống theo dõi đặc biệt , điều khiển cơ chế chuyển động cấp liệu tự động của dụng cụ làm bằng đồng, đồng thau hoặc vật liệu carbon.

Máy tia lửa điện:

Cắt bánh răng bằng tia lửa điện có chia lưới bên trong:

Các chế độ xung điện được đặc trưng bởi việc sử dụng các xung có thời lượng dài (0,5 ... 10 giây), tương ứng với sự phóng điện hồ quang giữa các điện cực và sự phá hủy cực âm mạnh hơn. Về vấn đề này, ở các chế độ xung điện, cực âm được nối với phôi, mang lại hiệu suất ăn mòn cao hơn (8-10 lần) và ít hao mòn dụng cụ hơn so với ở các chế độ tia lửa điện.

Lĩnh vực ứng dụng các chế độ xung điện thích hợp nhất là xử lý sơ bộ phôi của các bộ phận có hình dạng phức tạp (ma trận, tuabin, cánh quạt, v.v.) làm bằng hợp kim và thép khó xử lý.

Các chế độ xung điện được thực hiện bằng cách cài đặt (xem hình.), trong đó các xung đơn cực từ máy điện 3 hoặc máy phát điện tử… Sự xuất hiện của E.D.S.cảm ứng trong cơ thể bị từ hóa di chuyển theo một góc nhất định so với hướng của trục từ hóa giúp thu được dòng điện có cường độ lớn hơn.

Xử lý bức xạ kim loại

Các loại gia công bức xạ trong kỹ thuật cơ khí là gia công chùm tia điện tử hoặc chùm tia sáng.

Quá trình xử lý kim loại bằng tia điện tử dựa trên hiệu ứng nhiệt của dòng điện tử chuyển động trên vật liệu được xử lý, làm nóng chảy và bay hơi tại vị trí xử lý. Sự nóng lên dữ dội như vậy là do động năng của các electron chuyển động, khi chúng chạm vào bề mặt phôi, được chuyển hóa gần như hoàn toàn thành nhiệt năng, tập trung trên một diện tích nhỏ (không quá 10 micron), gây ra nó nóng lên đến 6000˚C.

Trong quá trình xử lý chiều, như đã biết, có một hiệu ứng cục bộ đối với vật liệu được xử lý, trong quá trình xử lý chùm tia điện tử được cung cấp bởi chế độ xung của dòng điện tử với thời lượng xung là 10-4 ... 10-6 giây và tần số của f = 50 … 5000 Hz.

Sự tập trung năng lượng cao trong quá trình gia công bằng chùm tia điện tử kết hợp với tác động xung cung cấp các điều kiện gia công trong đó bề mặt của phôi nằm ở khoảng cách 1 micron tính từ mép của chùm tia điện tử được nung nóng đến 300˚C. Điều này cho phép sử dụng gia công chùm tia điện tử để cắt các bộ phận, chế tạo lá lưới, cắt rãnh và gia công các lỗ có đường kính 1-10 micron trong các bộ phận được làm từ vật liệu khó gia công.

Các thiết bị chân không đặc biệt, được gọi là súng điện tử (xem hình.), được sử dụng làm thiết bị xử lý chùm tia điện tử.Chúng tạo ra, tăng tốc và tập trung một chùm tia điện tử. Súng điện tử bao gồm buồng chân không 4 (có kích thước chân không 133 × 10-4), trong đó lắp đặt cực âm vonfram 2, được cung cấp bởi nguồn điện áp cao 1, đảm bảo phát xạ các electron tự do được tăng tốc bởi một điện trường được tạo ra giữa cực âm 2 và màng cực dương 3.

Sau đó, chùm tia điện tử đi qua hệ thống thấu kính từ tính 9, 6, thiết bị căn chỉnh điện 5 và được hội tụ trên bề mặt của phôi 7 được gắn trên bảng tọa độ 8. Chế độ hoạt động xung của súng điện tử được cung cấp bởi một hệ thống bao gồm một máy phát xung 10 và máy biến áp 11.

Phương pháp xử lý chùm sáng dựa trên việc sử dụng hiệu ứng nhiệt của chùm sáng phát ra có năng lượng cao máy phát lượng tử quang học (laser) trên bề mặt phôi.

Xử lý kích thước với sự trợ giúp của laser bao gồm việc hình thành các lỗ có đường kính 0,5 ... 10 micron trong các vật liệu khó xử lý, sản xuất mạng, cắt các tấm từ các bộ phận cấu hình phức tạp, v.v.