|
Реферат: Шпоры по материаловедению (Металлургия)
ВОПРОС 1. Цели и задачи дисциплины. Схема маш. Процесса.
Цель дисциплины – методы изучения св-в мат-ов, сравнение мат., выбор для
различных конструкций.
Выбор мат – пр-во мат – пр-во загот – пр. дет. – сборка узлов – сборка
машин-конт.
Сущ. 3 критерия выбора мат-ов. Этим занимается конструкторское бюро.
Сущ. 3 метода заготовки.
1) Литьё; 2) Обработка давлением; 3) Сварочное пр-во.
Виды пр-ва деталей:
1) Электроиозионные; 2) Лучевая; 3) Ультразвуковая; 4) Аозерная; 5)
Электрохимические.
Тех. Св-ва показ. Отношение мат-ов к различным технол. Про-ва.
1) Литейные св.; 2) Ковкость; 3) Свариваемость; 4) Обр. резанием; 5) др.
виды обработки.
ВОПРОС 2. Основные км, применяемые в машиностроении. Перспективы развития
их пр.
Км – это мат применяемые в машиностроении, для пр-ва деталей машин. Они
делятся на металлические и не металлические.
1) сталь – основной км. Мех св-ва – прочность, хор обраб, пластичность,
недорогая, около 800 млн в год в России.
2) чугун – 350-400 млн. в России
3) Алюминий – в виде сплавов. Россия 1 место по пр-ву.
4) Медь – коррозийная стойкость.
5) титановые сплавы – жаростойкие.
Речь идёт о: совершенстве технологий, повышение качества металлов, более
полное использование мет.
ВОПРОС 3. Физические и химические св-ва км.
Физические св-ва: Показыв отношение мат-ов к различным природным явлениям.
Плотность, электропроводность, теплопроводность, термоэлектронная эмиссия.
Химические св-ва: Показ отношение мат-ов к различным хим процессам –
коррозии, друг к другу, к сферам.
ВОПРОС 4. Механические и технологич св-ва км.
Механические св-ва: показ отношение мат-ов к различным мех воздействиям. По
ним рассчитыв конструкции:
1) Прочность; 2) предел текучести; 3) предел пропорциональности; 4) ударная
вязкость.
Технологические св-ва: показ отношение мет-ов к различным технологиям
обработки.
1) Литейные св-ва – как мат-л относится к литью
2) Ковкость 0 отнош-е м-ов к диф-ям под давлением
3) Свариваемость
4) Обработка резанием
5) отношение к физико-хим методам обработки
ВОПРОС 5. Критерии выбора км.
1) Эксплуатационный – учит. В каких усл-ях будет работать данная машина.
Оценивают физ св-ва, хим св-ва, мех св-ва.
2) Технологический – технологичность, как они будут обрабатываться;
3) Экономический – медные сплавы в 8 раз дороже стали, Ni – 25 раз, титан –
80 раз, родий – 45000 раз.
ВОПРОС 6. Кр. строение мет и сплав.
Все металлы кр тела, состоящие из кр-ов. В каждом отд кр атомы имеют
строгое положение и обр пространственную решётку
Для мет. хар 3 вида решёток:
1) Объёмно-центрированно кубическая (Fe, W, молибден).
2) Гране-центрированно кубическая (Al, Pb, Ni, Au, Ag, Pl).
3) Гексогонально плотноупакованная (кобальт, кадмий).
Св-ва металлов зависят от типа решёток.
Параметры решёток:
1) Период решётки – расстояние между атомами в узлах.
2) Координационное число – кол-во атомов, нах на наим расст от взятого
тела.
3) Базис – кол-во атомов приходящ на 1я.
Чем больше 2 и 3 тем больше атомов нах в ячейке и это плотноупак реш.
Металлы с ОЦК и ГЦК более Тв.
ВОПРОС 7. Реальное строение металлов. Основные деф стр и их влияние на св-
ва.
Все дефекты делятся на 3 гр.
1) Точечные; 2) Линейные; 3) Плоскостные.
ВОПРОС 8. Способы исслед строения и св-в км.
1) Макроанализ – пр-я на изломах и на макротрещинах; 2) микроанализ –
анализ м-ов с пом-ю микроскопов. Имеется шкала сколько мы видим включений и
какая бальность, чем больше вкл, тем больше баллов;
3) Электронная микроскопия – исследование тонкой стружки с помощью Эл
микроскопа;
4) Рентгеноскопия – лучи попадают на металл, отр-я на пл-ть и улавливаются
приборами..
Исследование св-в:
1) Испытание на растяжение и сжатие;
2) Определение Тв.
3) Определение вязкости.
ВОПРОС 11. Железо-углеродистые сплавы (стали и чугуны). Компоненты,
структурные составляющие.
Fe-Fe3C
Эти сплавы наз-я «чёрными металлами» и представляют собой стали и чугуны.
Сталь – сплав железа с углеродом 0-2,14%. Исходные компоненты Fe-Fe3C.
1) Железо – металл, при комнатной т имеет решётку ОЦК, плотность 7,8гр.
Тпл=1539, имеет полиморфные превращения.
2) Углерод – не металл, плотность 3,5гр, Тпл=3500, в природе в виде:
графит, уголь, алмаз.
Может обр сл виды сплавов:
1) Тв раствор;
2) Хим соединения;
3) Может быть в виде отд фаз;
4) Входит в состав мех смесей.
СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ:
1) Феррит – Тв раствор внедрения углерода в железе альфа. Макс раствор
0,02%- при 727гр. Очень мягкий НВ=80.
2) Аустенит – ТВ. Раствор внедрения углерода в железе гамма, с огр раствор
2,14 при 1147гр., 0,8 при 727гр, НВ=160-180.
3) Цементит – хим. Соединение железа и углерода, НВ=800. может быть
первичный, вторичный, третичный
4) Ледебурит – мех смесь мелкодисперсная 500НВ.
5) Перлит – мех смесь феррита и цементита втор, углерода 08, при 727гр,
перлит эвтектоид, НВ=200.
ВОПРОС 13. Классификация сталей по структуре и назначению.
По структуре:
1) доэвтектоидные (углерод 0-0,8) в этой структуре наход. Феррит и перлит.
Чем < С, тем >перлита, сталь прочнее.
2) эвтектоидные (С=0,8). У них в структуре один перлит, стали прочные.
3) заявтектоидные (С 0,8-2,14). У них в структуре нах П и Ц втор, стали
очень твёрдые, менее вязки и пластичны.
По назначению:
1) строительные (С 0,8-2,14) эти стали достаточно прочные, хорошо
прокатываются, свариваются.
2) Машиностроительные (С 0,3-0,8). У них больше перлита, поэтому они более
ТВ, чем строительные, хотя сокр вязкость и пластичность.
3) Инструментальные (С от 0,7-1,3). Это высокоуглер стали, очень ТВ., не
пластичные.
4) Литейные стали – сплавы идут на стальные отливки. С=0,035.
малоуглеродистые стали.
ВОПРОС 14. Классификация сталей по способу про-ва и качеству.
По способу пр-ва:
1) Кислый способ;
2) Основной способ – нераскислённая сталь кп, спокойная СП, если после
марки нет букв, то это спокойная сталь, если не полностью раскислённая, то
пс.
По качеству:
В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали
подразделяют на:
Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.
Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:
1. сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам
(такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
2. сталь группы Б - по химическому составу;
3. сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и
химическим составом.
1. Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.
2.Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.
3. Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.
ВОПРОС 15. Классификация чугунов по структуре и виду нахождения углерода.
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14%
углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.
В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:
Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде
карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью
находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные
свойства сплава, чугуны подразделяют на:
1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;
2) высокопрочные - шаровидный графит;
3) ковкие - хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя
цифрами,
соответствующими минимальному значению временного сопротивления ?в при
растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85),
высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).
СЧ10 - серый чугун с пределомпрочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 - ковкий чугун с ?в растяжением примерно 350 МПа.
Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного
чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим
образом: АЧ - антифрикционный чугун:
С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый
номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.
ВОПРОС 16. Легированные стали. Легирующие элементы. Маркировка л/с.
Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном
машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном
машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и
других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных
металлоконструкций.
Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не
превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к
легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более
45%).
Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные
стали, а в машиностроении - легированные стали.
Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные
цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в
сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент.
Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к
высококачественным, на что указывает в конце марки буква ІАІ.
Строительные низколегированные стали
Низко легированными называют стали, содержащие не более 0.22% С и
сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов: до
1.8% Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr и другие.
К этим сталям относятся стали 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД,
10ХНДП и многие другие. Стали в виде листов, сортового фасонного проката
применяют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в
основном без дополнительной термической обработки. Низколегированные
низкоуглеродистые стали хорошо свариваются.
Для изготовления труб большого диаметра применяют сталь 17ГС (s0.2=360МПа,
sв=520МПа).
Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют
низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в
сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую
прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.
Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий
простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по
сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами
при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в
цементируемом слое.
ВОПРОС 17. Виды и краткая хар-ка ТО сталей.
Отжиг сталей. Существует несколько разновидностей отжига, из них для
конструкционных сталей наибольшее применение находит
перекристаллизационный отжиг, а для инструментальных сталей -
сфероидизирующий отжиг.
Характерный структурный дефект стальных отливок - крупнозернистость.
При ускоренном охлаждении крупнозернистого аустенита создаются условия для
образования видманштеттовой структуры. При ее образовании выполняется
принцип размерного и структурного соответствия, в результате чего кристаллы
доэвтектоидного феррита ориентированно прорастают относительно
кристаллической решетки аустенита и имеют форму пластин.
Нормализация сталей. Нормализации, так же как и перекристаллизационному
отжигу, чаще всего подвергают конструкционные стали после горячей
обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от отжига в
основном условиями охлаждения; после нагрева до температуры на 50-70 °С
выше температуры Ас3 сталь охлаждают на спокойном воздухе.
Нормализация - более экономичная термическая операция, чем отжиг, так
как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кроме того,
нормализация, обеспечивая полную перекристаллизацию структуры, приводит к
получению более высокой прочности стали, так как при ускорении охлаждения
распад аустенита происходит при более низких температурах.
После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и
после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и
существенные структурные отличия. При ускоренном охлаждении, характерном
для нормализации, доэвтектоидный феррит при прохождении температурного
интервала Аr3 – Аr1 выделяется на границах зерен аустенита; поэтому
кристаллы феррита образуют сплошные или разорванные оболочки вокруг зерен
аустенита — ферритную сетку.
Закалка сталей. В большинстве случаев при закалке желательно получить
структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске
которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При равной
твердости структуры, полученные
В зависимости от температуры нагрева закалку называют полной и неполной.
При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т.
е. нагревают выше критических температур.
Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом
оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + (30— 50 С).
Такая температура обеспечивает получение при нагреве мелкозернистого
аустенита и, соответственно, после охлаждения - мелкокристаллического
мартенсита. Недогрев до температуры Ас3, приводит к сохранению в структуре
кристаллов доэвтектоидного феррита, что при некотором уменьшении прочности
обеспечивает повышенную пластичность закаленной стали. /Заэвтектоидные
стали подвергают неполной закалке. Оптимальная температура нагрева
углеродистых и низколегированных сталей- температура Ас1 + (30-50°С).
После закалки заэвтсктоидная сталь приобретает структуру, состоящую из
мартенсита и цементита
Отпуск закаленных сталей. Нагрев закаленных сталей до температур, не
превышающих А1, называют отпуском.
В результате закалки чаще всего получают структуру мартенсита с некоторым
количеством остаточного аустенита, иногда-структуру сорбита, тростита или
бейнита. Рассмотрим изменения структуры мартенситно-аустенитной стали при
отпуске.
При отпуске происходит несколько процессов. Основной — распад мартенсита,
состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того, распадается
остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция
карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения [pic]-
твердого раствора и остаточные напряжения.
Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три превращения в
зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и
карбидное превращение вызывают уменьшение объема, а распад аустенита — его
увеличение.
ВОПРОС 18. Химико-термическая обработка сталей.
Это обработка, связанная с нагревом и одновременно насыщением пов-ти др
элементами, т.е. нагрев идёт в специальных средах и элемент этих сред
вкрапываются в металл. Т.е. в основе ХТО лежит диффузионные процессы.
Диффузия идёт тем полнее, чем выше темп на пов-ти сред, чем больше
концентрация диф-го элемента, чем больше длительность пр-са, чем больше
давление. Обычно длительность пр-ва достигает нескольких часов Т=600-1000.
глубина слоя нанос-го э-та 0,1мм. Диф Эл-та могут обр-ть твёрдые р-ры,
корбиды, нитриды, бориды.
1) Цементация – насыщение углеродом. Чем>С, тем твердее и прочнее сталь.
Цем-я позволяет осущить в дальнейшем пов-ую закалку, производиться при 920-
950гр. Газовая цементация в среде, сод-й окиси углерода в прир газе.
Глубина цем-го слоя 1,2мм. Выдерживается 10-12ч.
2) Азотирование – насыщение азотом. Азот, диф-я в сталь, даёт нитриды
железа, а они износостойкие, твёрдые, корозийностойкие. В среде
азотсодержащей слой 0,3-0,5мм.
3) Нитроцементация – насыщение углеродом и азотом, при 840-860гр.
4) Оксидирование – насыщение кислородом. Обр-я мелкодисперсные оксиды 600гр
толщина до 1мм. Повышается коррозийная стойкость, износостойкость.
5) Барирование – насыщение бором. Даёт бариды – это очень ТВ. И
износостойкие в-ва, поэтому барируются металлические коеструкции.
6) Алитирование – насыщение алюминием, 800гр. Идёт нас-е ал, повыш
жаростойкость, ковкость, корозостойкость.
ВОПРОС 19. Способы защиты металлов и сплавов от коррозии.
1) Покрытие поверхности лаком, краской, эмалью. Изолирование металла от
внешней среды.
2) создание сплавов с антикоррозийными св-ми. Введением в состав стали до
12% хрома – нержавейка.
3) Протекторная защита и электрозащита. Сущность такой защиты в том, что
конструкцию соединяют с протектором – более активным металлом, чем
исходный.
4) Изменение состава среды – замедление коррозии вводят в электролит.
ВОПРОС 20. Медные и алюминиевые сплавы, их хар-ка, маркировка, области
применения.
Медь и её сплавы.
Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной
стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой
теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78):
После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к -
катодная, б – бес кислородная, р - раскисленная. Медь огневого
рафинирования не обозначается.
МООк - технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99%
меди и серебра.
МЗ - технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее
99,5%меди и серебра.
Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни. Бронзы- это сплавы меди с
оловом (4 - 33% Sn хотя бывают без оловянные бронзы), свинцом (до 30% Pb),
алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой и фосфором.
Алюминий и его сплавы.
Алюминий - легкий металл, обладающий высокими тепло- и
электропроводностью, стойкий к коррозии. В зависимости от степени частоты
первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999), высокой
(А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, АО и др.). Алюминий маркируют
буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0% Al; буква "Е"
обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния.
А999 - алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% Al;
А5 - алюминий технической чистоты в котором 99,5% алюминия. Алюминиевые
сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не
упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.
Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой,
штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ4784-74. К деформируемым алюминиевым
сплавам не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы Al-Mn и AL-
Mg:Aмц; АмцС; Амг1; АМг4,5; Амг6. Аббревиатура включает в себя начальные
буквы, входящие в состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание
легирующего элемента в процентах. К деформируемым алюминиевым сплавам,
упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с
добавками некоторых элементов (дуралюны, ковочные сплавы), а также
высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим.состава. Дуралюмины
маркируются буквой "Д" и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4,
АК8.
Реферат на тему: Электроискровая и электроимпульсная обработка металла
ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ УПРАВЛЕНИЯ имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ
Кафедра «МЕНЕДЖМЕНТ НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ»
Задание на курсовое проектирование по курсу:
«Естествено-Научные Основы Современных Технологий»
Тема проекта:
«Электроискровая и электроимпульсная обработка металла»
студента I курса ИУ на
транспорте
группы
ПМ авто-2
сдал: ВАЛЯЕВ Ю.Н.
принял: КОЛЕСНИКОВ
П.А.
задание выдано: 22.02.96
срок защиты проекта: 20.05.96
МОСКВА 1996
ВВЕДЕНИЕ
К электротехнологии относятся электрические способы обработки
металлов, получившие большое развитие за последнее десятилетие.
Электрическими способами обработки называются такие виды обработки,
при осуществлении которых съем металла или изменение структуры и качества
поверхностного слоя детали являются следствием термического, химического
или комбинированного действия электрического тока, подводимого
непосредственно (гальваническая связь) к детали и инструменту. При этом
преобразование электрической энергии в другие виды энергии происходит в
зоне обработки, образованной взаимодействующими поверхностями инструмента и
обрабатываемой детали.
Электрическая обработка включает в себя электроэрозионные,
электрохимические, комбинированные электроэрозионно-химические и
электромеханические способы обработки (схема 1).
При электроэрозионных способах обработки съем металла и изменение
свойств поверхности детали являются результатом термического действия
электрического тока.
В свою очередь, электроэрозионные способы обработки металлов по
назначению различаются на способы, при помощи которых осуществляется:
а) электроэрозионная размерная обработка металлов (съем металла и
придание заготовке заданной формы и размера);
б) электроэрозионное упрочнение или покрытие (изменение свойств
поверхностного слоя).
В настоящее время известны и применяются следующие основные способы
электроэрозионной обработки: электроискровой, электроимпульсный и
электроконтактный. Практически к этой же группе следует отнести и анодно-
механический способ, так как электрохимический съем металла (анодное
растворение) применяется лишь на доводочных режимах и притом не во всех
случаях использования этого метода. [pic]
Схема 1. Общая классификация электроэрозионных способов обработки металлов.
Как видно из схемы 1, электроискровой и электроимпульсный способы
позволяют произвести как съем металла, так и упрочнение; анодно-
механический и электроконтактный - только съем металла.
В зависимости от того, каким способом производится обработка или
упрочнение, можно говорить об электроискровой, электроимпульсной,
электроконтактной или анодно-механической размерной обработке или
упрочнении.
Приведенные определения и классификация позволяют рассматривать
электрическую обработку металлов как самостоятельную отрасль
электротехнологии.
С появлением электрических способов обработки оказалось в принципе
возможным осуществление методами электротехнологии всего комплекса
операций, необходимых для превращения заготовки в готовую деталь, включая и
ее термическую обработку.
Электроэрозионные способы не исключают механическую обработку, а
дополняют ее, занимая свое определенное место, соответствующее их
особенностям, а именно: возможности обработки токопроводящих материалов с
любыми физико-механическими свойствами и отображения формы инструмента в
изделии. Следовательно, использование электроэрозионных способов обработки
будет развиваться с повышением твердости и вязкости обрабатываемых
материалов, с усложнением формы детали и обрабатываемых поверхностей
(полости сложной конфигурации, отверстия с криволинейной осью, отверстия
весьма малого диаметра, тонкие и глубокие щели простой и сложной формы и т.
п.), наконец, с улучшением технико-экономических показателей
электроэрозионных способов обработки - повышением производительности,
чистоты поверхности, точности, стойкости инструмента и снижением
энергоемкости процесса.
Особо перспективным является использование электрических способов для
обработки деталей из твердых сплавов, жаропрочных сталей и специальных
трудно обрабатываемых сплавов, получающих все большее применение в связи с
повышением давлений, температур и скоростей в машинах и аппаратах.
Отдельные элементы разновидностей и частные применения
электроэрозионной обработки металлов были известны давно. Например, резка
металлов с наложением электрического тока (так называемая,
электрофрикционная резка, близкая по схеме и параметрам к электроконтактной
обработке) применялась около 70 лет тому назад; поверхностное упрочнение
угольным электродом с помощью электрического тока по методу Д. Н.
Дульчевского предложено в 1928 г. и др.
Однако быстрое развитие способов электроэрозионной обработки металлов
и превращение их в самостоятельную отрасль электротехнологии началось
вскоре после изобретения в 1943 г. Б. Р. и Н. И. Лазаренко
электроискрового способа и В. Н. Гусевым - анодно-механического способа.
Эти способы были дополнены в 1948 г. новым применением
электроконтактной обработки (заточка по методу инж. М. Е. Перлина),
получившим дальнейшее развитие в работах Харьковского электротехнического
института, Харьковского подшипникового завода (обработка шаров по методу
инж. Б. П. Гофмана), ХТЗ имени Орджоникидзе (обработка траков), научно-
исследовательского института Минсудпрома (обработка гребных винтов) и др.
Развитие электроискрового и анодно-механического способов шло по
линии создания многочисленных опытных конструкций приспособленных и
специальных электроэрозионных станков, автоматических регуляторов и
освоения новых технологических операций. Технические характеристики этих
способов - производительность, стойкость инструмента, энергоемкость,
удобство в эксплуатации - за этот период не получили сколько-нибудь
существенного изменения в лучшую сторону.
В электроискровом способе, основанном на применении зависимых
(конденсаторных) релаксационных генераторов импульсов, практически
исчерпаны возможности дальнейшего повышения производительности, снижения
износа инструмента и энергоемкости. Оказались необходимыми принципиально
новые технические решения и отказ от конденсаторных схем. Первые шаги в
этом направлении были сделаны в 1950 г. в Конструкторском Бюро Министерства
Станкостроительной и Инструментальной Промышленности (КБ МСиИП) в области
создания новых источников питания импульсным током (независимых генераторов
импульсов) для прошивочно-копировальных работ и Одесским политехническим
институтом в области разработки источников импульсного тока для обработки
вращающимся инструментом на мягких режимах (для изготовления надфилей).
Новый способ обработки, основанный на применении независимых
генераторов импульсов напряжения и тока, получил название
электроимпульсного.
С 1951 г. электроимпульсный способ разрабатывался в тесном
содружестве тремя организациями: Конструкторским бюро МСиИП, Лабораторией
электрических методов обработки Экспериментального научно-
исследовательского института металлорежущих станков и кафедрой
электрических машин Харьковского политехнического института имени В. И.
Ленина.
Электроимпульсный способ обработки при осуществлении прошивочно-
копировальных работ позволил по сравнению с электроискровым способом
повысить скорость съема металла на жестких режимах в 5-10 раз при наличии
возможности ее дальнейшего увеличения, снизить износ инструмента в 5-20 раз
и энергоемкость в 2-3 раза.
Приводимые в данной работе сведения характеризуют в целом современное
состояние техники, технологии и производственного использования
электроэрозионной обработки металлов. Наибольшее внимание уделяется при
этом электроимпульсному способу обработки, обладающему лучшими технико-
экономическими показателями и более широкой областью применения, чем
электроискровой. Из различных применений электроимпульсной обработки
излагаются, в основном, более исследованные прошивочно-копировальные
работы, представляющие наибольшую трудность для осуществления и более
универсальные по технологическим возможностям.
Электрическая обработка металлов и ее разновидность -
электроэрозионная обработка - представляют самостоятельную отрасль
электротехнологии, находящуюся на начальной ступени развития.
ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ РАЗМЕРНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Для обеспечения качественной размерной обработки металлов за счет
использования теплового действия электрического тока необходимо соблюдение
следующих трех основных условий:
1. Энергия электрического тока должна подводиться к обрабатываемому
участку в виде импульса достаточно малой продолжительности (локализация
элементарного съема металла во времени).
При непрерывном подводе энергии теряется точность обработки,
появляется дефектный оплавленный подслой, ухудшается чистота поверхности и
теряется одно из основных технологических качеств электрических способов
обработки - свойство отображения (копирования) формы инструмента в детали.
Примером обработки при непрерывном подводе энергии может служить
разрезка или выжигание отверстий электрической дугой; в этом случае
точность и чистота поверхности в месте реза неприемлема для размерной
обработки.
2. Участок детали, к которому подводится импульс энергии, должен быть
достаточно мал (локализация элементарного съема металла в пространстве).
Для того, чтобы произвести при подводе импульса энергии к большому
участку съем металла, необходимо соответственно увеличить энергию импульса,
что приведет к увеличению элементарного съема. Чем больше элементарный съем
металла, тем хуже, естественно, чистота поверхности и ниже точность
обработки.
Если сохранить при увеличенном элементарном участке импульс энергии
неизменным, то съем металла может вообще не произойти, так как подведенной
энергии будет недостаточно для расплавления элементарного съема.
3. Импульсы энергии должны подводиться к элементарным участкам объема
металла, подлежащего удалению, непрерывно и с достаточной частотой
(локализация процесса обработки во времени). Это условие обеспечивает
непрерывность процесса и получение требуемой производительности.
Указанным трем условиям удовлетворяют в разной степени электрические
способы обработки, основанные на тепловом действии электрического тока.
РАЗНОВИДНОСТИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Электрическую обработку металлов можно разделить на три группы.
К первой группе, основанной на чисто контактном подводе энергии,
относится электромеханическая обработка.
Так как чисто контактный подвод энергии не удовлетворяет трем
условиям размерной обработки, вследствие чего съем металла не достигается,
при электромеханическом способе съем металла осуществляется резцом, режущая
кромка которого является в то же время контактирующей поверхностью.
К резцу и обрабатываемой детали подводится переменный ток,
производящий в месте контакта нагрев детали. Электрический контактный
нагрев служит лишь целям уменьшения усилий резания и может быть заменен
другими источниками тепла - дугой, пламенем ацетиленовой горелки,
высокочастотным нагревом и т. п.
Как показывает расчет и опыт, с энергетической точки зрения введение
электрического тока через резец в общем случае является нецелесообразным и
не дает повышения производительности и увеличения стойкости инструмента.
Последнее объясняется тем, что ввиду малых падений напряжения в месте
контакта, для создания сколько-нибудь существенного нагрева необходимо
вводить весьма большие токи; при этом резец оказывается, с точки зрения
отвода тепла, в значительно более тяжелых условиях, чем обрабатываемая
деталь. Поэтому происходит разогрев режущей кромки и снижение стойкости
резца.
При малых же токах нагрев изделия настолько ничтожен, что практически
не оказывает влияния на величину усилия механического резания.
Вторая группа включает способы обработки, применяющие подвод энергии
через канал разряда. К этой группе относится электроискровой и
электроимпульсный способы и промежуточные разновидности, например, такие,
как обработка апериодическими импульсами на релаксационном генераторе,
включающая в себя элементы обоих способов.
Третья группа, объединяющая диодно-механический и электроконтактный
способы со всеми разновидностями, основана на применении комбинированного
контактно-дугового подвода энергии.
[pic]
Схема 2. Классификация электроэрозионных способов обработки металлов по
методам подвода энергии.
На схеме 2 показана классификация способов электроэрозионной
обработки металлов по методам подвода энергии и указаны известные в
промышленности разновидности, отнесенные к тому или иному способу но
принципу сходства наибольшего числа признаков. Наибольшее число
разновидностей получается при совмещении источников импульсного тока,
необходимых при подводе энергии через канал разряда, с относительным
движением электродов, применяемым при комбинированном подводе энергии. К
этим разновидностям относятся так называемая низковольтная электроискровая
и электроимпульсная обработка тел вращения или обработка вращающимся
электродом, анодно-механическая обработка с импульсным питанием и т. п. В
зависимости от того, признаки какого из способов превалируют в данной
комбинации, можно говорить, например, об электроконтактной обработке с
импульсным питанием или об электроимпульсной обработке с вращающимся
электродом. То же относится и к другим комбинациям четырех основных
способов электроэрозионной обработки.
Рассмотрим принципиальные отличия разновидностей размерной
электроэрозионной обработки внутри второй и третьей групп.
Электроискровой и электроимпульсный способы отличаются, как ниже
будет показано подробнее, устройством для генерирования импульсов,
параметрами и формой импульса, а также полярностью электродов.
Диодно-механический и электроконтактный способы отличаются по роду
применяемого тока (в первом случае - постоянный, во втором - переменный, и,
реже - постоянный) и по виду рабочей среды (в первом случае - жидкое
стекло, во втором - воздух, вода, масло и др.)
Следствием этих отличий является, в общем, ухудшение технических
характеристик электроконтактного способа по сравнению с анодно-механическим
(меньшая производительность при одинаковой чистоте поверхности, больший
износ инструмента, ограниченная номенклатура обрабатываемых материалов),
при более благоприятных условиях эксплуатации и большей простоте установки
в целом. Это обусловливает и различные области их применения.
Как следует из изложенного, независимо от способа подвода энергии,
известные электроэрозионные способы размерной обработки металлов имеют в
основе единую физическую природу - металл удаляется в результате
термического действия электрического тока.
Отличия заключаются в механизме удаления снятого металла и в
технических средствах, обеспечивающих выполнение трех условий размерной
электрообработки.
Сравнение удельных расходов энергии на съем металла различными
способами показывает, что наибольший расход энергии имеет место при
электрохимическом растворении (3,85 квт-ч/кг), затем при плавлении (0,35
квт-ч/кг).
При механической обработке удельный расход энергии в значительной
степени зависит от вида обработки. Так, при шлифовании он составляет, в
среднем, 2 квт-ч/кг, строгании, сверлении и фрезеровании 0,20-0,25 квт-
ч/кг, точении 0,045 квт-ч/кг.
При сопоставлении этих данных следует иметь в виду, что удельный
расход энергии для электрохимического растворения и плавления практически
не зависит от механических свойств обрабатываемых материалов, в то время,
как при механической обработке увеличение, например, твердости
обрабатываемого материала резко повышает удельный расход энергии.
Необходимо, однако, отметить, что фактические удельные расходы в
электроэрозионных и электрохимических установках значительно выше
приведенных данных вследствие неизбежных потерь энергии при ее
преобразовании и передаче.
Эти данные определяют с энергетической точки зрения целесообразность
применения электрических методов для обработки токопроводящих материалов,
трудно поддающихся механической обработке.
С учетом свойства отображения (копирования), осуществляемого на
электроэрозионных станках по предельно простой кинематической схеме и без
силового привода, и возможности выполнения ряда специальных операций,
недоступных механической обработке, следует расширить целесообразную
область применения электроэрозионных способов и на детали из обычных
материалов, но обладающих сложной формой, затрудняющей их механическую
обработку.
Рассмотрение методов подвода энергии электрического тока к
инструменту и детали показывает, что для осуществления требуемого
физического процесса съема металла необходимо специальное оборудование -
станок или установка, включающие в себя следующие специфические элементы:
1) генератор импульсов;
2) автоматический регулятор;
3) систему снабжения рабочей жидкостью (ванна, устройство для работы
с поливом, насосная станция и т. п., в зависимости от типа и назначения
станка).
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Электоротехнологические характеристики электроэрозион-ных способов
обработки позволяют определить по заданным площади, конфигурации и
материалу обрабатываемой детали, какие электрические режимы и в какой
последовательности их необходимо применить для того, чтобы получить деталь
с заданными размерами и чистотой поверхности и каково будет при этом
машинное время обработки. Электротехнологические характеристики в
электрической обработке аналогичны режимам резания в механической обработке
металлов.
Мы остановимся здесь только на основных принципиальных
электротехнологических характеристиках и методах их определения. Во
избежание повторения известных из литературы сведении, изложим только новые
направления в этом вопросе применительно к электроимпульсной обработке,
хотя методика и качественная сторона являются справедливыми для других
разновидностей электроэрозионной обработки. Методика подхода к решению
технологической задачи обработки детали электрическим способом весьма
важна, так как в промышленности еще не накоплен достаточный опыт в создании
электротехнологии. Для того же, чтобы этот опыт мог быть широко
использован, необходим единый методический подxод.
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗМЕРНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Рассмотрим основные технологические характеристики и области
преимущественного применения разновидностей электроэрозионной обработки
металлов.
Приводимые данные по производительности, чистоте поверхности и
энергоемкости относятся к обработке различных по величине площадей на
режимах, обусловливающих отсутствие участков оплавления и покрытия, т. е.
при оптимальных плотностях токов.
Электроискровой способ. Скорость съема металла на максимальных
режимах при обработке стали составляет в среднем 600 мм3/мин и близка к
предельно возможной для этого способа обработки металлов. Удельный расход
энергии на жестких режимах составляет 20-50 квт-ч/кг диспергированного
металла. Износ инструмента по отношению к объему снятого металла достигает
25-120 и более процентов. Чистота поверхности на мягких режимах достигает 4-
го класса (Нср = 25-30 мк) при скорости съема 10-15 мм3/мин. Дальнейшее
повышение чистоты поверхности сопровождается резким уменьшением скорости
съема. Так, при получении 5-го класса чистоты поверхности (Нср = 16-19 мк),
производительность электроискрового способа обработки меньше 5 мм3/мин.
Удельный расход энергии на мягких режимах в десятки и сотни раз выше, чем
на жестких.
При обработке твердого сплава производительность процесса на мягких
режимах, примерно, в два-три раза меньше, чем при обработке стали, однако
при этом получается несколько лучшая чистота поверхности. Применение более
жестких режимов при обработке твердых сплавов лимитируется образованием на
них трещин.
Электроискровой способ преимущественно применяется в настоящее время
для прошивочных работ, изготовления полостей сложной конфигурации и т. п.
операций, а также для шлифования тел вращения.
Электроимпульсный способ. Ряд характеристик этого способа изложен
выше. Электроимпульсная обработка имеет значительные преимущества по
сравнению с электроискровой. Улучшение технологических характеристик нового
способа обработки обусловлено применением специальных независимых
генераторов импульсов. Сообщаемые ниже технологические характеристики
способа отражают итоги первых работ и далеко не полностью характеризуют
возможности электроимпульсного способа.
Производительность на жестких режимах электроимпульсного прошивочно-
копировального станка КБ МСиИП с ламповым генератором импульсов превышает
5000 мм3/ мин при получении чистоты поверхности вне класса. Указанная
производительность может быть повышена на соответствующей площади до
нескольких десятков кубических сантиметров в минуту при увеличении
импульсной мощности. Энергоемкость на жестких режимах составляет 8-12 квт-
ч/кг диспергированного металла, относительный износ инструмента достигает
0,2 - 20%. Чистота поверхности, получаемая на указанном станке на мягких
режимах, соответствует 4-му классу (Нср = 25-30 мк) при производительности:
по стали 6-8 мм3/мин, по твердому сплаву, примерно, в 2-3 раза меньше.
Дальнейшее снижение режима обработки для получения большей чистоты
поверхности приводит к еще большему падению производительности и
увеличивает энергоемкость. Приведенные технологические характеристики
мягких режимов в настоящее время значительно улучшены путем применения
новых моделей машинных генераторов импульсов, разработанных Харьковским
политехническим институтом имени Ленина, ЭНИМС и КБ МСиИП, но все же
проблему резкого повышения производительности процесса обработки на мягких
режимах нельзя считать еще решенной, хотя принципиальные пути решения этой
задачи намечены.
Область преимущественного применения электроимпульсного способа та
же, что и электроискрового, но, учитывая более высокие технико-
экономические показатели, возможно более широкое его применение.
ПРИМЕРЫ НЕКОТОРЫХ ОПЕРАЦИЙ
Накопившийся за последние годы опыт позволяет установить области, где
применение электрических способов оказалось рентабельным, и области, где
имеются перспективы их внедрения при улучшении технико-экономических
характеристик способа, усовершенствовании оборудования и разработке новых
технологических приемов.
К числу операций, которые целесообразно в настоящее время выполнять
на универсальных прошивочно-копировальных станках (электроискровых и
электроимпульсных) относятся: изготовление (прошивание) отверстий, выборка
внутренних полостей и получение наружных поверхностей деталей. Чем сложнее
конфигурация детали и чем труднее осуществляется механическая обработка,
тем выгодней применение этих операций на электроэрозионных прошивочно-
копировальных станках.
На универсальных отрезных, преимущественно анодно-механических,
станках целесообразно выполнение отрезных работ на заготовках большого и
малого сечения, особенно из трудно обрабатываемого материала, фасонная
вырезка из листового материала (ленточные станки и др.).
Имеются отдельные операции, выполнение которых оказалось
целесообразным на специализированных электроэрозионных станках. К числу
таких операций, в частности, относятся:
1. изготовление мелких отверстий в топливной аппаратуре
(электроискровой способ);
2. профилирование твердосплавных пластин и заточка фасонных
твердосплавных резцов (анодно-механический способ);
3. получение стружколомающих порожков на твердосплавных пластинах
резцов (электроискровой способ);
4. извлечение сломанного инструмента и крепежных деталей
(электроискровой или электроимпульсный способы);
5. изготовление сеток и большого количества щелей различной
конфигурации в листовом материале (электроискровой или
электроимпульсный способы);
6. обработка шаров для шарикоподшипников, притирка валиков, обработка
сложных поверхностей, в том числе гребных винтов, обдирка чугунного
литья (электроконтактный способ).
С внедрением электроимпульсного способа обработки, обладающего
значительно более высокой производительностью при меньшем износе
инструмента, эффективность изготовления и ремонта штампов резко повышается.
Изготовление фигуры ковочного штампа электроимпульсным способом
осуществляется в 1,5-3 раза скорее, чем на копировально-фрезерных станках
при, примерно, одинаковой чистоте поверхности. Окончательную обработку
фигуры штампа целесообразней производить слесарно-механическим способом.
Для этого необходимо снять припуск 0,2-0,3 мм без существенного изменения
полученной электроэрозионным способом фигуры.
Следует учесть, что при изготовлении штампов электроэрозионным
способом большое значение имеет их серийность, так как при этих способах
обработки велики первоначальные затраты на изготовление инструментов.
Изготовление стружколомающих порожков. Операция электроискрового
изготовления стружколомающих порожков на резцах с твердосплавными
пластинками получила широкое распространение в промышленности.
Эта операция достаточно производительна. Например, на серийно
выпускаемом настольном электроискровом станке мод. 4382 в смену
изготовляется от 206 до 400 порожков на резцах с твердосплавными
пластинками размером от 30 X 40 до 10 X 10 мм.
Изготовление сеток и щелей. Эта операция является также
перспективной. Имеются установки (КБ МСиИП и других организаций), на
которых изготавливают тысячи мелких отверстий в час в листовой нержавеющей
стали. В этом же материале изготавливаются в больших количествах щелевые
прорези. Указанные операции, осуществляемые на многоконтурных,
многоэлектродных электроискровых и электроимпульсных станках, в некоторых
случаях вообще не могут быть заменены механической обработкой. Трудоемкость
по сравнению с механическим сверлением или фрезерованием сокращается в 1,5-
10 раз.
Частным случаем является получившее широкое применение в
промышленности изготовление мелких отверстии и 0,15 мм и выше в топливной
аппаратуре.
Рассмотрим некоторые модели современных электроэрозионных станков и
примеры отдельных технологических операций, которые могут быть на них
осуществлены.
ЭЛЕКТРОИСКРОВЫЕ СТАНКИ
Электроискровые станки изготавливаются универсальными и
специализированными.
Универсальный прошивочно-копировальный электро-искровой станок.
Станок предназначен для изготовления электроискровым способом сквозных и
глухих отверстий произвольной формы в любых токопроводящих материалах,
преимущественно трудно обрабатываемых. На станке могут изготовляться
ковочные и вырубные штампы, а также прессформы, прошиваться отверстия в
закаленных сталях и деталях из твердых сплавов. Осуществлению указанных
операций должен обязательно предшествовать технико-экономический расчет,
так как не во всех случаях эффективно производить указанные операции на
этом станке. Эффективность увеличивается при обработке деталей из трудно
обрабатываемых сплавов, при сложной конфигурации детали или выполнении
операций, не поддающихся механической обработке.
На электроискровых станках можно прошивать отверстия, начиная с
диаметра 0,1 мм, а в некоторых случаях и ниже, что механическим сверлением
осуществить трудно.
Для прошивания мелких отверстий в распылителях имеется ряд
конструкций станков, разработанных на Ленинградском карбюраторном заводе.
В настоящее время имеются опытные конструкции полуавтоматов,
позволяющие обрабатывать несколько распылителей одновременно.
Полуавтомат для шлифования рабочего конуса распылителя. Станок
предназначен для электроискрового шлифования и вывода эксцентричности
рабочего конуса распылителя по отношению к посадочному цилиндрическому
отверстию.
Технология, схема и конструкция полуавтомата является примером
рационального применения электроискрового способа, удачно заменяющего
существующую технологию абразивного шлифования, требующую применения
быстроизнашивающихся малых шлифовальных кругов, вращаемых от воздушной
турбинки со скоростью 60000 об/мин. Механическая и электрическая части
станка более надежны и просты в эксплуатации, чем у существующих станков
аналогичного назначения.
ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫЕ СТАНКИ
Универсальный прошивочно-копировальный станок. Станок предназначен
для изготовления и восстановления электроимпульсным способом ручьев
штампов, прессформ, прошивания отверстий любой формы, обработки деталей из
специальных трудно обрабатываемых токопроводящих материалов, изготовления
небольших партий сеток в листовой нержавеющей стали и других подобных
операций.
Электроимпульсный переносной станок для извлечения сломанного
инструмента. Станок предназначен для извлечения сломанных инструментов и
крепежа из крупных корпусных деталей, таких как станины, картеры
двигателей, рамы и т. п., а также из небольших деталей, которые могут быть
установлены на столе станка. В ряде случаев возможно использование
переносного станка для исправления брака в термически обработанных деталях
и выполнения несложных копировальных работ.
Станок рассчитан на широкий диапазон применения. Диаметр прошиваемых
отверстий лежит в пределах 2-30 мм, т. е. охватывает практически почти весь
диапазон резьб и отверстий, встречающихся в среднем и крупном
машиностроении.
Специальный прошивочно-копировальный станок. Станок предназначен для
изготовления большого количества ступенчатых щелей в ситах угольных
центрифуг.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Таким образом, в этой курсовой работе показано, чем электроимпульсная
и электроискровая обработка металлов выгодно отличаются от других обработок
металлов.
| |
