Технология сварки металлов и сплавов

Размещено на http://allbest.ru

1. Технология и технико-экономическая оценка электрической дуговой сварки

Дуговая сварка в среде защитных газов является одним из широко применяемых технологических процессов в машиностроении.

Сущность процесса сварки в среде защитных газов неплавящимся и плавящимся электродами схематично показана на рисунке 1.1. В первом случае электрическая дуга возбуждается между вольфрамовым или угольным электродом 1 и основным металлом 2 и горит в среде защитного газа 3. Для заполнения разделки в дугу подается присадочная проволока 4.

Рисунок 1.1 Схема процесса сварки в среде защитных газов: а - неплавящимся электродом; б - плавящимся электродом

При сварке плавящимся электродом электрическая дуга горит в среде защитного газа 3 между сварочной проволокой 1 и основным металлом 2. Проволока подается механически с постоянной скоростью или переменной, зависящей от напряжения дуги.

Установка для сварки в среде защитных газов состоит из источника тока, сварочного автомата и полуавтомата, набора газоэлектрических горелок, очистителя и баллонов с газами. Принципиальные схемы сварочных постов показаны на рисунке 1.2.



Рисунок 1.2 Принципиальные схемы постов для сварки в среде защитных газов: а - схема поста с питанием дуги постоянным током; б - схема поста с очисткой и осушкой газов; в- схема поста с питанием дуги переменным током; 1 - источник сварочного тока; 2- дроссель - регулятор тока; 3- осциллятор; 4 - реостат; 5 - горелка; 6 - амперметр; 7 - вольтметр; 8 - редуктор; 9 - расходомер; 10 - газовый баллон; 11 - осушитель газа; 12 - очиститель газа

Газоэлектрические горелки для сварки в среде защитных газов разделяются на малые (ток 120 А), средние (ток до 240 - 400), и тяжелые (ток до 400 - 600 А). Горелки предназначаются для крепления электрода, подведения к нему сварочного тока, регулирования расхода газа и направления струи газа. Горелки имеют воздушное или водяное охлаждение. На рисунке 1.3 показана горелка для ручной газоэлектрической сварки неплавящимся электродом, рассчитанная на токи до 200 А.



Рисунок 1.3 Горелка для сварки неплавящимся электродом: 1 - вольфрамовый электрод; 2 - сопло; 3 - цанга; 4 - вентиль.

Для полуавтоматической сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов применяются специальные шланговые полуавтоматы (ПШВ-1); сварочная головка полуавтомата перемещается вдоль шва, опираясь на подаваемую механически присадочную проволоку диаметром 1 - 2 мм.

Для автоматической сварки неплавящимся и плавящимся электродом в среде защитных газов применяются специальные универсальные автоматы (АРК-1 и др.). Головка автомата укреплена вращающейся консоли, что дает возможность производить сварку на нескольких рабочих местах, расположенных вокруг колонны.

В качестве защитных газов применяются чистые аргон и гелий, смеси их между собой, а также смесь с некоторыми активными газами (водородом, кислородом и углекислым газом).

Аргон- инертный газ несколько тяжелее воздуха, надежно защищает дугу и зону сварки. Дуга в аргоне горит очень устойчиво. При сварке алюминиевых сплавов на переменном или постоянном токе обратной полярности происходит разрушение окисной пленки на поверхности металла.

Гелий - инертный газ в 10 раз легче воздуха. Расход гелия при сварке превышает расход аргона на 30 - 40%.

При одном и том же сварочном токе дуга в гелии имеет большую тепловую мощность, чем в аргоне, и, следовательно, обладает большей проплавляющей способностью.

Аргоно-гелиевая смесь повышает устойчивость горения дуги и ее тепловую мощность.

При сварке в аргоно-кислородной смеси (95 - 97% Аr и 5є - 3%О2) понижается так называемый критический ток, при котором электродный металл начинает переходить в сварочную ванну не в виде отдельных капель, а в виде конической струи. Кроме того, повышается плотность наплавленного металла и увеличивается скорость сварки.

Применение аргоно-водородной смеси (85% Аr + 15% Н2) позволяет увеличить напряжение на дуге, повысить ее тепловую мощность и способствует повышению чистоты и плотности металла шва.

Добавление к аргону углекислого газа (90% Аr + 10% СО2) позволяет устранить пористость швов и повышает устойчивость горения дуги и улучшает формирование наплавленного металла. Аргоно-азотная смесь (80 - 70% Аr + 20 - 30% N2) применяется при сварке плавящимся электродом меди и ее сплавов.

Защитные газы хранятся и транспортируются в стандартных баллонах. Начальное давление газа в баллоне равно 150 кГ/см2. Баллоны для аргона окрашиваются в черный цвет с горизонтальной белой полосой, для гелия - в коричневый цвет, для азота - в черный цвет с коричневой полосой, для водорода - в темно-зеленый цвет.

Углекислый газ хранится в жидком виде в баллонах черного цвета. Погрузка, хранение и транспортировка баллонов осуществляются в соответствии с "Правилами устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением".

Для сварки в инертных газах используются электроды из чистого вольфрама, из вольфрама с добавкой 1,5 - 2% окиси тория и угольные.

Прутки из чистого вольфрама диаметром от 0,5 до 7,0 мм применяются для сварки переменным током.

При сварке постоянным током прямой полярности применяются тарированные электроды марки ВТ-15. Эти электроды в процессе сварки не оплавляются, благодаря чему сокращается расход вольфрама. Кроме того, введение тория повышает устойчивость дуги.

Выбор рода тока зависит от свариваемого материала и от того, каким электродом производится сварка. Для сварки плавящимся электродом обычно применяют постоянный ток обратной полярности.

При сварке неплавящимся электродом применяется переменный и постоянный ток.

Для надежного возбуждения дуги переменного тока источник питания должен иметь повышенное напряжение холостого хода (200 ч 300 в). При сварке неплавящимся электродом постоянным током прямой полярности дуга отличается высокой устойчивостью.

Малоуглеродистые стали (кипящие и спокойные) и низколегированные свариваются неплавящимся электродом переменным током или постоянным прямой полярности, а плавящимся - постоянным током обратной полярности. Для сварки малоуглеродистых сталей применяется присадочная проволока, содержащая в качестве раскислителей марганец, кремний и титан (Св-08ГС, Св-10СМТ).

Для сварки низколегированных сталей используется присадочная проволока, близкая по составу к основному металлу (Св-18ХМА или Св-18ХГСА для сталей 25XГСА и 30ХГСА).

Нержавеющие и жаропрочные сплавы благодаря наличию в них большого количества легирующих элементов являются хорошо раскисленными. Механические свойства сварных соединений этих сплавов весьма высокие.

Сварка вольфрамовым электродом производится переменным и постоянным током прямой полярности.

Присадочная проволока выбирается по металлургическим и технологическим свойствам, например сталь 1Х18Н9Т сваривается на теплоотводящих медных подкладках с применением присадочной проволоки Св-06Х 19Н9Т.

Алюминиевые сплавы свариваются неплавящимся электродом без присадочного металла и с присадочным металлом переменным током и плавящимся электродом постоянным током обратной полярности. Применяемые в сварных конструкциях деформируемые алюминиевые сплавы делятся на неупрочняемые термической обработкой (алюминий марки АД1, сплав АМц и АМгЗ) и упрочняемые термической обработкой (сплав марки АД31, АВ и др.).

При сварке сплавов в упрочненном состоянии металл около шва разупрочняется и для восстановления его механических свойств после сварки необходима термическая обработка. При сварке этих сплавов присадочная проволока должна соответствовать по составу основному металлу. Перед сваркой требуется очистка поверхности деталей от загрязнений и окисной пленки.

Магниевые сплавы хорошо свариваются неплавящимся электродом переменным током. Свариваемые детали подвергаются очистке и удалению окисной пленки. Швы выполняются на подкладках короткой дугой (1 - 2 мм) с наибольшей возможной скоростью.

B качестве присадочного материала применяются полоски из основного металла или специальные прутки.

Сварка меди и ее сплавов выполняется постоянным током прямой полярности. Присадочным материалом служит основной металл. Перед сваркой детали подогреваются до температуры 550°С.

Сварка циркония, тантала, ниобия и титана выполняется переменным и постоянным током неплавящимся и плавящимся электродом. Перед сваркой этих сплавов требуется тщательно очистить поверхность деталей от загрязнений и удалить окисную пленку.

Швы сваривают на подкладках, служащих для ограничения доступа воздуха под швом, или применяют поддув снизу инертного газа.

Присадочным материалом является основной материал. Полуавтоматическая сварка листов малой толщины плавящимся электродом обычно выполняется "углом назад" или "углом вперед" (рисунок 1.4, а и б). Углы наклона горелки по отношению к детали при сварке соединений втавр и внахлестку показаны на рисунке 4, в и г. На качество сварки влияет величина вылета электрода.

Рисунок 1.4 Схемы сварки в среде защитных газов. Режимы сварки плавящимся электродом в среде инертных газов определяются типом

К разновидностям дуговой сварки в среде инертных газов относятся точечная сварка вольфрамовым электродом и полуавтоматическая сварка электрозаклепками плавящимся электродом.

В первом случае соединение получается в результате сквозного проплавления верхнего листа.

Этим способом свариваются малоуглеродистые и нержавеющие стали, а также титановые сплавы.

Сварка точками производится на постоянном токе прямой полярности нитрованным вольфрамовым электродом в любых пространственных положениях, что особенно важно в монтажных условиях.

При сварке электрозаклепками полуавтоматическая установка-дополнительно оснащается системой, обеспечивающей возможность регулирования дуги и периодическую подачу электродной проволоки на заданную длину.

Электрозаклепками свариваются на постоянном токе прямой полярности стальные листы внахлестку, втавр и встык.

В качестве сварочного оборудования используются так называемые сварочные пистолеты, служащие для закрепления электрода, подачи газа, возбуждения и поддержания горения дуги.

Дуговая сварка в углекислом газе выполняется на полуавтоматических и автоматических установках плавящимся и неплавящимся (угольным или вольфрамовым) электродом. Этим методом удовлетворительно свариваются большинство сталей.

Сварка в углекислом газе экономична и характеризуется высокой производительностью.

Сущность процесса сварки (автоматической и полуавтоматической) состоит в том, что дуга, возбужденная между электродом и изделием, горит в струе подаваемого через горелку углекислого газа. Под воздействием тепла дуги углекислый газ диссоциирует с образованием активного атомарного кислорода и окиси углерода.

Двуокись углерода и окись углерода не растворяются в сварочной ванне.

Окислительное действие углекислого газа нейтрализуется путем применения малоуглеродистой сварочной проволоки с повышенным содержанием марганца и кремния (Св-08ГС, Св-10Г2С).

Сварка аустенитных сталей производится электродной проволокой близкой по составу к основному металлу.

Схема поста полуавтоматической сварки в среде защитит газов показана на рисунке 1.5.



Рисунок 1.5 Схемы поста для сварки в углекислом газе: 1 - баллон с жидкой углекислотой; 2 - вентиль; 3 - предредукторный осушитель газа; 4 - подогреватель газа; 5 - редуктор; 6 - регулятор давления (расхода) углекислого газа; 7 - электромагнитный клапан; 8 - реле давления; 9- резиновый рукав для, подачи газа; 10 - газоэлектрическая горелка; 11 - подающий механизм; 12 - шкаф распределительного устройства

Параметрами режима сварки в углекислом газе являются род, полярность и величина сварочного тока, диаметр электродной проволоки, напряжение дуги, скорость сварки и подачи проволоки и расход газа. Сварка производится постоянным током прямой и обратной полярности, а также переменным током с осциллятором. В качестве источников тока применяются стандартные и специально переоборудованные агрегаты с жесткой или возрастающей характеристикой. Сварка на повышенных режимах (большой ток и напряжение) способствует стабилизации дуги, уменьшению разбрызгивания металла, увеличению глубины проплавления кромок и производительности процесса.

Газоэлектрические горелки имеют водяное охлаждение (токи до 300 А) и воздушное (токи до 200 А). На рисунке 1.6, а показана схема горелки для сварки в углекислом газе с водяным охлаждением.



Рисунок 1.6 Схемы: а - горелки для сварки в углекислом газе; 1 - токопроводящая трубка; 2 - изоляционная шайба; 3 - сменный наконечник; 4 - каналы охлаждающей воды; 5 - сменное газовое сопло; б - положение горелки при автоматической сварке угловых швов: в - положения и перемещения горелки при полуавтоматической сварке угловых швов; г - сечения трубчатых электродов: 1 - металлическая оболочка; 2 - порошковая набивка

Сварка в углекислом газе выполняется во всех пространственных положениях. Сварка стыковых швов автоматами выполняется в нижнем положении при вертикальном положении электрода, а сварка угловых швов производится, как показано на рисунке 6, б. Полуавтоматическая сварка стыковых швов выполняется с наклоном электрода "углом назад" или "углом вперед", а сварка угловых швов - по схеме, показанной на рисунке 6, в.

К разновидностям сварки в углекислом газе относятся сварка электрозаклепками и сварка трубчатым электродом. При сварке электрозаклепками в отличие от сварки под флюсом отпадает необходимость в засыпке и уборке флюса, создается возможность сварки металла большой толщины. Кроме того, сварные швы при сварке в углекислом газе менее чувствительны к ржавчине.

Трубчатые электроды заполняются порошкообразными компонентами (раскисляющими, легирующими, шлакообразующими и ионизирующими). Этими электродами с защитой углекислым газом можно сваривать некоторые легированные стали на более высоких режимах (большой ток и напряжение), чем стандартной проволокой. Трубчатые электроды по сечению делятся на: простые цилиндрические и желобчатые.

Для соединения материала небольшой толщины применяется сварка неплавящимся электродом в смеси газов (25% Аr + 75% СО2). Подача газов производится к месту сварки раздельно. Аргон в данном случае предохраняет вольфрамовый электрод от окисления углекислым газом.

Технико-экономические показатели дуговой сварки

Технико-экономическое нормирование предусматривает установление технически обоснованных норм времени на производство сварочных работ. В норму времени входят: основное (машинное) время, подготовительно-заключительное время, вспомогательное время и время на обслуживание рабочего места.

Основное время - время, затраченное на получение сварного шва длинной 1 м. Оно определяется с учётом технологи сварки, производительности сварочного оборудования и режимов сварки. Подготовительно-заключительное время складывается из времени; на под-готовку сварщика к работе (получение задания, производственный инструктаж); на настройку и наладку сварочной аппаратуры; на сдачу работ. Обычно оно составляет 4…8% от основного времени.

Вспомогательное время складывается из времени: на установку и базирование заготовок на рабочем месте; на перемещения заготовок в процессе сварки; на установление режимов сварки; на зачистку швов и на другие аналогичные работы. Время на обслуживание рабочего места затрачивается на собственно обслуживание рабочего места, на отдых и личные надобности сварщика.

Основное время сварки равно:

tо=Qн/(Iсвбн),

где: Qн - масса наплавленного металла; Iсв - сварочный ток; бн - коэффициент наплавки.

Масса наплавленного металла определяется по заданным черте-жами размерам сварного шва. Масса наплавленного металла определяется по формуле:

Qн =FнLг,

где: Fн - площадь поперечного сечения шва; L - длина шва; г - плот-ность металла. Коэффициент наплавки - масса металла, наплавленного в течение 1 часа горения дуги (г/А час).

Для учета расхода электродов (электродной проволоки) необходимо рассчитать норму расхода электродов на изделие:

Нэ=GэL,

где: Gэ - расход электродов на 1 м шва; Gэ= Kр(1-ш)Qн/L; Kр - коэффициент расхода на неизбежные потери электродов; ш - экспериментальный коэффициент потерь на разбрызгивание металла электродов.

2. Метод электроэрозийной обработки металлов

2.1 Сущность и назначение электроэрозионной обработки

Электроэрозия - это разрушение поверхности изделия под действием электрического разряда. Основателями технологии являются советские ученые-технологи Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) широко применяется для изменения размеров металлических изделий - для получения отверстий различной формы, фасонных полостей, профильных канавок и пазов в деталях из твердых сплавов, для упрочнения инструмента, для электропечатания, шлифования, резки и др.

Рис.2.1 Схема электроэрозионной обработки материалов: 1 - электрод-инструмент, 2 - обрабатываемая деталь, 3 - среда, в которой производится разряд, 4 - конденсатор, 5 - реостат, 6 - источник питания, 1р - режим электроискровой обработки, 2р - режим электроимпульсной обработки

Схема электроэрозионной обработки материалов приведена на рис. 1. Схема запитывается импульсным напряжением разной полярности, что соответствует электроискровому режиму (1р) и электроимпульсному режиму (2р). Напряжение питания заряжает конденсатор (4), параллельно которому включен разрядный промежуток между электродом-инструментом (1) и обрабатываемой деталью (2), которые помещены в жидкость с низкой диэлектрической проницаемостью. Когда напряжение на конденсаторе превысит потенциал зажигания разряда, происходит пробой жидкости. Жидкость нагревается до температуры кипения и образуется газовый пузырь из паров жидкости. Далее электрический разряд развивается в газовой среде, что приводит к интенсивному локальному разогреванию детали, приповерхностные слои материала плавятся и продукты расплава в виде шариков застывают в проточной жидкости и выносятся из зоны обработки.

2.2 Стадии электроэрозионной обработки Режим электроискровой обработки

Обрабатываемая деталь является анодом (+), то есть в данном случае деталь обрабатывается электронным потоком, то есть работает электронный стример, расплавляя объем анода-детали в виде лунки. Для того чтобы ионный поток не разрушал электрод-инструмент, используются импульсы напряжения длительностью не более 10-3 с. Электроискровой режим используется для чистовой, точной обработки, поскольку съем металла в данном случае небольшой.

2.2.1 Режим электроимпульсной обработки

Обрабатываемая деталь является катодом, то есть на нее подается отрицательный импульс длительностью больше 10-3 с. При электроимпульсной обработке между электродами зажигается дуговой разряд и обработка деталей ведется ионным потоком. Данный режим характеризуется большой скоростью съема металла, превышающей производительность электроискрового режима в 8-10 раз, но при этом чистота обработки существенно хуже. При обоих режимах в качестве рабочей жидкости, как правило, используется керосин или изоляционные масла.

2.3 Физика электроэрозионной обработки

Явления, происходящие в межэлектродном промежутке, весьма сложны и являются предметом специальных исследований. Здесь же будет рассмотрена простейшая схема удаления металла из области обработки посредством электрической эрозии.

К электродам подведено напряжение, которое создает электрическое поле в межэлектродном промежутке. При сближении электродов на критическое расстояние, возникает электрический разряд в виде проводящего канала. Для повышения интенсивности разряда электроды погружают в диэлектрическую жидкость 2 (керосин, минеральное масло и др.) На поверхности электродов имеются микронеровности различной величины. Напряженность электрического поля будет наибольшей между двумя наиболее близкими друг к другу выступами на поверхности электродов, поэтому именно здесь возникают проводящие мостики из примесных частиц жидкости. Ток по мостикам нагревает жидкость до испарения и образуется газовый пузырь (4), внутри которого и развивается мощный искровой или дуговой разряд, сопровождающийся ударной волной. Возникают потоки электронов и ионов (положительные и отрицательные стримеры), которые бомбардируют электроды. Образуется плазменный канал разряда. Благодаря высокой концентрации энергии в зоне разряда температура достигает тысячи и десятков тысяч градусов. Металл на поверхности электродов плавится и испаряется. Капли расплавленного металла в результате движения потока жидкости в рабочей зоне выбрасываются за пределы электродов и застывают в окружающей электроды жидкости в виде мелких частиц сферической формы (5).

От взаимодействия жидкости с участками электродов, нагретых до температуры 100-400 0С, на границах плазменного канала разряда происходит пиролиз диэлектрической жидкости.

В результате в жидкости образуются газы, а также асфальтосмолистые вещества. Из газовой среды выделяется углерод, отлагающийся на нагретых поверхностях электродов в виде тонкой пленки кристаллического графита. В месте действия импульса тока на поверхностях электродов остаются небольшие углубления - лунки, образовавшиеся вследствие удаления разрядом некоторого количества металла.

В таблице приведена зависимость величины эрозии стального электрода от энергии и длительности одиночного импульса.

Таблица

Зависимость величины эрозии стального электрода (анода) от энергии и длительности одиночного импульса

Характеристика импульса	Размеры лунки
Энергия, Дж	Длительность, мкс	Глубина, мм	Диаметр, мм	Объем, м3
0,001 0,1 1,0 2,0	9 40 60 1500	0,015 0,025 0,042 0,050	0,1 0,75 1,65 2,00	0,000078 0,0074 0,06 0,10

Рис.2.2 Режим электроэрозионной обработки: 1 - электроды, 2 - жидкость, 3 - лунки, 4 - газовый пузырь, 5 - продукты эрозии

После разряда в течение некоторого времени происходит остывание столба канала и деионизация вещества плазмы в межэлектродном промежутке. Электрическая прочность межэлектродного промежутка восстанавливается. Время деионизации жидкого диэлектрика составляет 106-10-2 с. Следующий разряд обычно возникает уже в новом месте, между двумя другими ближайшими точками электродов.

Длительность интервалов между импульсами должна быть достаточной для удаления из зоны разряда продуктов эрозии, а также газового пузыря, являющегося главным препятствием для возникновения следующего разряда. В связи с этим частота разрядов с возрастанием их энергии снижается.

Так происходит до тех пор, пока разряды не удалят с поверхности электродов все участки металла, которые находятся на расстоянии пробоя при величине приложенного напряжения. Когда расстояние между электродами превысит пробивное, для возобновления разрядов электроды должны быть сближены. Обычно электроды сближают в течение всего времени обработки так, чтобы электрические разряды не прекращались.

Параметры рабочих импульсов. Основными параметрами электрических импульсов, подаваемых на межэлектродный промежуток, являются их частота повторения, длительность, амплитуда и скважность, а также форма, определяющие максимальную мощность и энергию. Форма и параметры импульсов оказывают существенное влияние на износ электрода-инструмента, производительность и шероховатость обработанной поверхности.

Обозначим частоту повторения импульсов, т. е. их число в секунду, через f. Тогда Т = 1/f будет являться периодом. Он определяет промежуток времени, через который следует очередной импульс.

Импульс характеризуется амплитудным значением (или амплитудой) напряжения и тока Um и Im. Это максимальные значения, которые приобретают напряжение и ток за время импульса. При электроэрозионной обработке амплитуда напряжения изменяется от нескольких вольт до нескольких сотен вольт, а амплитуда тока от доли ампера до десятков тысяч ампер. Диапазон скважностей импульса при электроэрозионной обработке заключен в пределах от 1 до 30.

Полярный эффект и полярность импульса. Высокая температура в канале разряда и происходящие динамические процессы вызывают эрозию обоих электродов. Повышение эрозии одного электрода по сравнению с другим электродом называется полярным эффектом. Полярный эффект определяется материалом электродов, энергией и длительностью импульсов, знаком подведенного к электроду потенциала.

Процессы изменения напряжения и тока имеют колебательный характер относительно их нулевого значения. При электроэрозионной обработке принято считать рабочей или прямой полярностью импульса ту его часть, которая вызывает наибольший эффект эрозии обрабатываемой заготовки, а обратной - часть импульса, вызывающую усиленную эрозию электрода-инструмента.

Обрабатываемую заготовку присоединяют к тому полюсу, эффект эрозии которого в данных условиях больше. К противоположному полюсу присоединяют электрод- инструмент.

Например, при коротких импульсах электроискровой обработки энергия преимущественно поступает на анод, в качестве которого здесь следует использовать заготовку (прямая полярность).

При увеличении длительности импульсов наступает перераспределение теплового потока на электродах. Это приводит к тому, что при определенных режимах электроимпульсной обработки эрозия анода становится меньше, чем эрозия катода. В этом случае следует применять обратную полярность, используя заготовку в качестве катода.

Электроэрозионная обрабатываемость. Эффект эрозии различных металлов и сплавов, производимый одинаковыми по своим параметрам электрическими импульсами, различен.

Зависимость интенсивности эрозии от свойств металлов называют электроэрозионной обрабатываемостью.

Различное влияние импульсных разрядов на металлы и сплавы зависит от их теплофизических констант: - температур плавления и кипения, теплопроводности, теплоемкости.

Если принять электроэрозионную обрабатываемость стали за единицу, то электроэрозионная обрабатываемость других металлов (при тех же условиях) может быть представлена в следующих относительных единицах: вольфрам - 0,3; твердый сплав - 0,5; титан - 0,6; никель - 0,8; медь - 1,1; латунь - 1,6; алюминий - 4; магний - 6 (указанные данные справедливы только при конкретных условиях: энергия импульса 0,125 Дж, длительность 1.4-10-5 с, частота 1200 1/с, амплитуда тока 250 А).

Рабочая среда. Большинство операций при электроэрозионной обработке производят в жидкости. Она обеспечивает условия, необходимые для удаления продуктов эрозии из межэлектродного промежутка, стабилизирует процесс, влияет на электрическую прочность межэлектродного промежутка.

Жидкости, пригодные для электроискровой обработки, должны обладать соответствующей вязкостью, электроизоляционными свойствами, химической устойчивостью к действию разрядов.

С повышением частоты импульсов и снижением рабочего тока стабильность рабочего процесса ухудшается. Это вызывает необходимость увеличить скважность импульсов. Применение прямоугольных импульсов существенно повышает производительность.

Производительность обработки можно повысить, если применять принудительное удаление продуктов эрозии из межэлектродного промежутка. Для этого в межэлектродный промежуток под давлением нагнетают жидкость (рис. 2.3).



Рис.2.3 Схема подвода жидкости в межэлектродный промежуток через полый электрод при прошивании отверстия

Хорошие результаты дает наложение вибраций на электрод-инструмент, а также вращение одного или обоих электродов. Давление жидкости зависит от глубины отверстия и величины межэлектродного промежутка.

Вибрации особенно необходимы при электроискровой обработке глубоких отверстий малого диаметра и узких щелей. Большинство электроэрозионных станков снабжено специальной вибрационной головкой.?

2.4 Качество поверхности и точность обработки

Металл электродов подвергается хотя и локальному, кратковременному, но весьма интенсивному электротермическому воздействию. Наивысшая температура существует на обрабатываемой поверхности и быстро уменьшается на некотором расстоянии от поверхности.

Большая часть расплавленного металла и его паров удаляется из зоны разряда, но некоторая часть остается в лунке (рис. 2.4). При застывании металла на поверхности лунки образуется пленка, по своим свойствам отличающаяся от основного металла.



Рис.2.4 Лунка, полученная в результате воздействия единичного импульса: 1 - пространство, оставшееся после выплавления металла; 2 - белый слой; 3 - валик вокруг лунки; 4 - обрабатываемая заготовка; БЛ, НЛ - диаметр и глубина лунки

Поверхностный слой в расплавленном состоянии активно вступает в химическое взаимодействие с парами и продуктами разложения рабочей жидкости, образующимися в зоне высоких температур. Результатом этого взаимодействия является интенсивное насыщение металла компонентами, содержащимися в жидкой среде, а также веществами, входящими в состав электрода-инструмента.

Таким образом, в поверхностный слой могут быть внесены титан, хром, вольфрам и т. д. При электроэрозионной обработке стальных заготовок в среде, состоящей из жидких углеводородов (керосин, масло), поверхностный слой насыщается углеродом, т. е. образуются карбиды железа. Следовательно, при электроэрозионной обработке происходит упрочнение поверхности детали.

Интенсивный теплоотвод из зоны разряда через прилегающие к ней массы холодного металла и рабочую жидкость создает условия для сверхскоростной закалки, что одновременно с науглероживанием приводит к образованию очень твердого слоя. Закаленный поверхностный слой стали обладает повышенной стойкостью на истирание и меньшим, чем у нетермообработанной стали коэффициентом трения. Структура поверхностного слоя существенно отличается от структуры основного металла и схожа со структурой отбеленного слоя, возникающего на поверхности некоторых чугунов. Поэтому этот слой получил название «белый слой». Глубина белого слоя зависит от энергии импульсов, их длительности и теплофизических свойств обрабатываемого материала. При длительных импульсах тока большой энергии глубина белого слоя равна десятым долям миллиметра, а при коротких импульсах - сотым долям миллиметра и микронам.

Упрочнение поверхностного слоя металлов (электроэрозионное легирование). Одним из преимуществ электроискрового метода обработки материалов является то, что при определенных условиях резко повышаются прочностные свойства поверхности заготовки: твердость, износостойкость, жаростойкость и эрозионная стойкость. Эту особенность используют для повышения износостойкости режущего инструмента, штампов, пресс-форм и деталей машин, упрочняя металлические поверхности электроискровым способом.

При электроискровом легировании применяют обратную полярность (заготовка является катодом, инструмент - анодом) обработку производят обычно в воздушной среде и, как правило, с вибрацией электрода. Аппаратура, с помощью которой осуществляется процесс упрочнения, малогабаритна и очень проста в эксплуатации.

Основные преимущества электроискрового способа нанесения покрытий заключаются в следующем: покрытия имеют большую прочность сцепления с материалом основы; покрываемые поверхности не требуют предварительной подготовки; возможно нанесение не только металлов и их сплавов, но и их композиций.

Процессы, происходящие при электроискровом упрочнении, сложны и являются предметом тщательных исследований. Сущность упрочнения состоит в том, что при электроискровом разряде в воздушной среде происходит полярный перенос материала электрода на заготовку. Перенесенный материал электрода легирует металл заготовки и, химически соединяясь с диссоциированным атомарным азотом воздуха, углеродом и материалом заготовки, образует диффузионный износоустойчивый упрочненный слой. При этом в слое возникают сложные химические соединения, высокостойкие нитриды и карбонитриды, а также закалочные структуры. По мнению специалистов, при электроискровом упрочнении в поверхностном слое, например, стали происходят процессы, приведенные в таблице.

Таблица

Упрочняемый материал	Процесс
	Вид	Особенности
Углеродистая сталь, содержащая углерод в количестве свыше 0,6 %, а также легирующие элементы в большом количестве	Сверхскоростная закалка	Кратковременный нагрев до высокой температуры и мгновенное охлаждение нагретых и расплавленных участков массой холодного металла
Инструментальная сталь	Азотирование	Диссоциация атмосферного азота в разряде с образованием атомарного азота. Соединение азота с элементами поверхностного слоя и образование нитридов металлов (титана, хрома, железа и др.)

При электроискровом упрочнении микротвердость белого слоя в углеродистых сталях может быть доведена до 230 МПа, высота микронеровностей обработанной поверхности до 2,5 мкм. Толщина слоя покрытия, получаемого на некоторых установках, составляет 0,003-0,2 мм.

3. Основные технологии электроэрозионной обработки металлов

3.1 Технологии размерной обработки металлических деталей

Формообразование деталей электроэрозионным методом можно осуществить по следующим схемам.

1. Копирование формы электрода или его сечения. При этом обрабатываемый элемент заготовки по форме является обратным отображением рабочей поверхности инструмента. Данную операцию называют прошиванием. Существуют методы прямого и обратного копирования. При прямом копировании инструмент находится над заготовкой, а при обратном - под ней. Метод прошивания прост в исполнении, и он широко применяется в промышленности. На рис. 3.1 представлена схема электроэрозионной обработки методом копирования формы электрода- инструмента. По мере электроэрозионной обработки электрод (1) внедряется в деталь, обеспечивая копирование электрода.

2. Взаимное перемещение обрабатываемой заготовки и электрода- инструмента. При этой схеме возможны операции вырезания сложно- профильных деталей и разрезание заготовок электродами, электроэрозионного шлифования и растачивания деталей.

Рис. 3.1 Схема копирования формы электрода: 1 - электрод-инструмент, 2 - обрабатываемая деталь, 3 - жидкость, 4 - сосуд

Прошивание окон, щелей и отверстий. Эта операция осуществляется на универсальных станках. Электроэрозионным способом прошивают щели шириной (2,5-10) мм, глубиной до 100 мм.

Для обеспечения удаления продуктов эрозии из межэлектродного промежутка, электрод-инструмент делают Т-образной формы или уменьшают толщину хвостовой части по сравнению с рабочей частью на несколько десятых долей миллиметра. Скорость прошивания щелей составляет (0,5-0,8) мм/мин, шероховатость обработанной поверхности - до 2,5 мкм.

Обработка деталей типа сеток и сит. Созданы электроэрозионные станки, позволяющие обрабатывать сеточные детали с числом отверстий до нескольких тысяч. Станки могут обрабатывать одновременно более 800 отверстий диаметром (0,2-2) мм в листах из коррозионно- стойких сталей, латуни и других материалов толщиной до 2 мм. Производительность обработки до 10000 отверстий в час.

Электроэрозионное шлифование. Это одна из разновидностей электроэрозионной обработки, которая используется для обработки высокопрочных заготовок из сталей и твердых сплавов.

Удаление металла при этом происходит под воздействием импульсных разрядов между вращающимся электродом-инструментом и обрабатываемой заготовкой, а не в результате механического воздействия, как при абразивном шлифовании.

Сложноконтурная проволочная вырезка. Методы прямого и обратного копирования имеют существенный недостаток, заключающийся в необходимости использования сложных фасонных электродов- инструментов. Износ электродов отражается на точности изготовления деталей, поэтому одним электродом-инструментом удается изготовить не более 5-10 деталей.?

Электроискровой метод сложноконтурной проволочной вырезки выгодно отличается от методов копирования тем, что здесь инструментом является тонкая проволока из меди, латуни или вольфрама диаметром от нескольких микрон до 0,5 мм, включаемая в электрическую схему как катод (см. рис. 3.2).

Рис. 3.2 Сложноконтурная проволочная вырезка: 1 - проволока, 2 - обрабатываемая деталь, 3 - направляющие ролики, 4 - устройство для регулирования скорости протяжки проволоки

Для устранения влияния износа проволоки на точность обработки, проволока перематывается с одной катушки на другую, что позволяет все новым элементам участвовать в работе.

При перемотке осуществляется небольшой натяг. Возле обрабатываемой заготовки установлены ролики, ориентирующие проволоку относительно обрабатываемой детали. Сложноконтурная проволочная вырезка применяется при прецизионном резании заготовок, прорезании точных щелей, резании полупроводниковых материалов, обработке цилиндрических, конических наружных и внутренних поверхностей.

К основным достоинствам электроэрозионной обработки проволочным электродом-инструментом относится высокая точность и возможность широкой автоматизации процесса.

3.2 Электроконтактный способ обработки

Электроконтактная обработка материалов является разновидностью электроэрозионной обработки. Отличие ее состоит в том, что импульсы электрической энергии генерируются в результате взаимного перемещения электродов или прерывания электрического разряда при прокачке жидкости под давлением.

Электроконтактную обработку можно проводить при постоянном и переменном токе, в воздухе или жидкости (вода с антикоррозионными добавками). При обработке электрод-инструмент и заготовку полностью погружают в жидкость либо подают жидкость в межэлектродный промежуток распылением.

Обработку производят при значительных токах (до 5000 А) и напряжениях холостого хода источника питания 18-40 В.

Электроконтактным методом производят получистовое точение тел вращения, чистовую резку, прошивание цилиндрических, фасонных отверстий и объемных полостей, фрезерование, шлифование. Электроконтактный метод особенно эффективен при обработке заготовок из труднообрабатываемых сталей и сплавов, а также чугунов высокой твердости, монокристаллов, материалов с высокими теплофизическими свойствами.

Принципиальная схема установки для электроконтактной обработки выглядит следующим образом.

Заготовка и электрод-инструмент, имеющие ось вращательной симметрии и включенные в цепь с источником питания, после соприкосновения совершают вращательное движение друг относительно друга.

При соблюдении условий, необходимых для реализации электроэрозионных процессов, происходит съем металла с заготовки.

Упрочнение поверхностного слоя металла (электроэрозионное легирование)

Одним из преимуществ электроэрозионной обработки металлов является то, что при определенных условиях резко повышаются прочностные свойства поверхности заготовки. Эту особенность используют для улучшения износостойкости режущего инструмента, штампов, пресс-форм и т.д. При электроэрозионном легировании применяют обратную полярность (заготовка является катодом, инструмент - анодом) обработку производят обычно атомами инструмента-электрода в электроимпульсном режиме (см. рис. 3.3) в воздушной среде и, как правило, с вибрацией электрода.

Рис. 3.3 Схема электроэрозионного легирования: 1 - легирующий электрод-инструмент, 2 - легируемая деталь

Основные преимущества электроэрозионного легирования заключаются в следующем: покрытия имеют большую степень сцепления с материалом основы; покрываемые поверхности не требуют предварительной подготовки; возможно нанесение не только металлов и сплавов, но и их композиций.

Процессы, происходящие при электроэрозионном упрочнении, сложны и являются предметом тщательных исследований.

Однако, сущность упрочнения состоит в том, что при электроискровом разряде в воздушной среде происходит перенос материала электрода на заготовку.

Перенесенный материал электрода легирует металл заготовки и, химически соединяясь с ионами азота воздуха, углеродом и материалом заготовки, образует износоустойчивый упрочненный слой, состоящий из нитридов, карбонитридов и других закалочных структур.?

При электроискровом легировании микротвердость белого слоя в углеродистых сталях может быть доведена до 230 МПа. Толщина слоя покрытия, получаемого на некоторых установках, составляет 0,003-0,2 мм. При упрочнении поверхности деталей машин (например, на установке ИЕ-2М) можно получить глубину слоя до 0,5-1,6 мм с микротвердостью 50-60 МПа (при упрочнении феррохромом).

Различают чистую обработку, которая соответствует высоким напряжениям и небольшим значениям токов короткого замыкания (до 20 А), и грубую (грубое легирование) при низких напряжениях 50-60 В и токах короткого замыкания свыше 20 А.

3.3 Работа на электроэрозионных станках

Подготовка электроэрозионных станков к работе заключается в установке заготовки и электрода-инструмента и выверке их взаимного расположения, подготовке ванны к работе и системы прокачки рабочей жидкости, выбору и настройке режимов генератора. Заготовку устанавливают и закрепляют непосредственно на столе станка или в приспособлении.

Электрод-инструмент устанавливают хвостиком в шпиндель головки. При выверке используют индикаторы, оптические приборы, приспособления, позволяющие изменять положение инструмента по отношению к заготовке и угол наклона.

Осуществив выверку положения электрод-инструмента, заполняют ванну рабочей жидкостью, проверяют работу системы прокачки, устанавливают необходимое давление прокачки.

Задают режим генератора импульсов (полярность, форма импульсов, скважность, частоту следования импульсов, средний ток), пользуясь соответствующими таблицами и номограммами. Изменение полярности напряжения генератора импульсов производится путем переключения на штепсельном разъеме токоподводов к станку.

При работе с прямой полярностью (электроискровой режим) на электрод подается отрицательный потенциал, а на заготовку - положительный. Для работы с обратной полярностью (электроимпульсный режим) производят обратное переключение. Установку электрических параметров и режимов работы осуществляют с помощью переключателей, расположенных на панели пульта управления. Настраивают регулятор подачи, устанавливая рекомендуемое напряжение регулятора.

Заключение

Основной целью учебной практики является закрепление и углубление полученных теоретических знаний, а также приобретение практических навыков самостоятельной работы по избранной специальности.

В процессе прохождения учебной практики я ознакомилась с деятельностью предприятия по следующим направления:

- производственная и организационная структура управления предприятием;

- организация производственно-хозяйственной деятельности предприятия;

- структура производства на предприятии, номенклатура выпускаемой продукции и технологических процессов;

- организация планирования на предприятии;

- функции экономических и коммерческих служб предприятия и обязанности должностных лиц.

В качестве исходной экономической и организационно-технической информации в отчете использованы действующие на предприятии технологические регламенты и нормативы, плановые и отчетные документы; нормативно-справочные материалы, должностные инструкции, а также статистическая и бухгалтерская отчетность.

Список использованных источников

1. Технология важнейших отраслей промышленности: Учеб. Для эк. Спец. Вузов / А.М. Гинберг, Б.А. Хохлов. - М.: Высшая школа, 1985.

2. www.motovelo.com

3. Савицкая Т.Г. Анализ хозяйственной деятельности предприятия: - Минск: ООО «Новое знание», 2006.

4. Ермак Д. Конкурентоспособность превыше всего.// НЭГ, № 28, 15 апреля 2006 г.

5. www.asa.minsk.by

6. Новицкий Н.И., Олексюк В.Н. Управление качеством продукции: Учеб. пособие. - Мн.: Новое знание, 2006. - 238 с.

7. Романовский В. М. и др. Финансы предприятий - СПб.: Издательский дом «Бизнес-пресса», 2000. - 528 с.

Размещено на Allbest.ru

...