Электрофизические способы обработки металлов
Необходимость применения новых конструкционных материалов, обладающих особыми свойствами. Электроискровая обработка металлов. Схема анодно-механической обработки. Использование энергии ультразвуковых колебаний. Обработка металлов световым лучом (лазером).
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.02.2016 |
| Размер файла | 5,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
"Южно-Уральский государственный университет"
Факультет "Физико-металлургический"
Кафедра "Обработка металлов давлением"
РЕФЕРАТ
Электрофизические способы обработки металлов
по дисциплине "Введение в направление подготовки"
Автор работы студент группы ФМ-179
Д.С. Туйлиев
Проверил профессор, к. т. н. В.И. Крайнов
Челябинск 2011
Аннотация
Туйлиев Д.С. Электрофизические способы обработки металлов.
Челябинск: ЮУрГУ, ФМ - 179,19 с.,
7 ил., библиогр. список - 3 наим.
Цель реферата - отразить процесс эффективности электрофизических способов обработки металлов.
Задачи реферата - изучить, проанализировать электрофизические способы обработки металлов и сделать выводы.
Рассмотрен каждый из электрофизических способов обработки металлов. Сделано заключение с точки зрения трудоёмкости, эффективности и результативности.
Содержание
- Введение
- 1. Электроискровая обработка металлов
- 2. Электроимпульсная обработка металлов
- 3. Электроконтактнодуговая обработка металлов
- 4. Анодно-механическая обработка металлов
- 5. Ультразвуковая обработка металлов
- 6. Электроннолучевая обработка металлов
- 7. Обработка металлов световым лучом (лазером)
- Заключение
- Библиографический список
Введение
Необходимость применения новых конструкционных материалов, обладающих особыми свойствами, возникает ряд технологических проблем при обработке новых материалов или изготовлении изделий, форма поверхности которых и ее состояние не могут быть получены известными механическими методами. Наряду с обработкой особо прочных материалов большие трудности представляет обработка весьма хрупких материалов, например, полупроводников или неметаллических материалов (ситалла, кварца, керамики, поликора, стекла), получение изделий из сверхтонкой ленты (масок, микрофонных элементов и др.), получение изделий с поверхностью высокого класса, удаление деформированного слоя, снятие заусенцев. В настоящее время для решения вышеперечисленных технологических задач нашли широкое применение электрофизические методы обработки, позволяющие обрабатывать материалы с высокими механическими свойствами без применения больших механических усилий и с применением инструментов, твердость которых значительно меньше твердости обрабатываемого материала. Кроме того, электрофизические методы позволяют производить локальную обработку материалов без изменения свойств материала детали, а в некоторых случаях и улучшать физико-механические свойства (уничтожать наклеп, удалять прижоги, повышать антикоррозийные свойства, улучшать электрофизические свойства - электропроводность и магнитную проницаемость и др.).
1. Электроискровая обработка металлов
Электроискровая обработка металлов [2] основана на использовании кратковременных искровых разрядов. Схема такой обработки приведена на рисунок 239, а.
Заготовку (анод) 1 и инструмент (катод) 2 подключают к источнику питания с напряжением, достаточным для возбуждения искровых разрядов. Для их получения используют релаксационные генераторы импульсов. При работе таких генераторов по схеме сопротивление-конденсатор электрическая энергия поступает от источника энергии (например, от сети) через сопротивление 5 и постепенно заряжает конденсатор 6. По окончании зарядки напряжение на обкладках конденсатора повышается.
При сближении заготовки и инструмента происходит ионизация межэлектродного промежутка и его пробой, т.е. возникает электрический разряд в виде узкого проводящего канала (столба) с температурой от 6000 до . Канал разряда обычно образуется между двумя самыми близкими выступами на электродах. У основания этого канала на поверхности выступов электродов происходит разрушение (оплавлением с частичным испарением материала) - электрическая эрозия.
В зависимости от длительности разряда изменяется глубина распространения тепла в электродах и характер их разрушения. При кратковременных (искровых) разрядах длительностью с тепло распространяется на очень малый объем металла, который, расплавляясь и частично испаряясь, удаляется, оставляя углубление - лунку, точно воспроизводящую форму инструмента. При более длительных разрядах ( с и более) воспроизведения формы инструмента на металле не получается.
Канал, образовавшийся в процессе разряда, заполняется сильно ионизированными парами металла с появлением значительных ударных давлений, выбрасывающих капли расплавленного металла за пределы электродов, где они (капли) застывают в виде мелких частиц. Следующий разряд возникает между двумя другими выступами, оказавшимися в данный момент наиболее близко друг к другу. Так продолжается до тех пор, пока разряды не снимут с поверхности электродов все точки, лежащие на пробивном расстоянии. При увеличении расстояния между электродами (за счет съема металла) настолько, что приложенное напряжение окажется недостаточным для пробоя межэлектродного промежутка, процесс эрозии автоматически прекратится. Дли возобновления и продолжения этого процесса электроды нужно сблизить. Постоянное расстояние между инструментом и заготовкой при заданном приложенном напряжении поддерживается специальным реле 4 (рис, 239, а), которое при съеме слоя металла с заготовки автоматически опускает шпиндель 3, в нижней части которого закреплен инструмент.
В ванне 7 с диэлектрической жидкостью частицы выплавляемого металла быстро отвердевают и в виде шариков оседают на дно ванны; жидкость препятствует расширению зоны действия разряда и способствует концентрации его тепловой энергии на малом участке поверхности. В качестве рабочей жидкости используют керосин и минеральные масла.
Электрод-инструмент изготовляют из латуни, меди, алюминия; реже из чугуна, медно - или углеграфитовой массы.
На рис. 239, 6 показан общий вид универсального электроискрового станка модели 18М2 для прошивки отверстий и обработки плоскостей. На основании 8 закреплена станина 6, по горизонтальным направляющим 5 которой может перемешаться каретка 4. Шпиндель 3 с инструментом имеет ручное перемещение и автоматическую регулировку межэлектродного расстояния. Обрабатываемая деталь закреплена на столе 2. После опускания шпинделя бак 1 с минеральным маслом поднимают так, чтобы обрабатываемая деталь и инструмент полностью погрузились в масло. На пульте управления 7 включают кнопку "Пуск" и начинается процесс обработки.
Точность и чистота обрабатываемой поверхности зависят от энергии импульсов и длительности (частоты) разрядов. Чем меньше энергия импульсов и больше частота разрядов, тем более гладкой получается поверхность детали. При чистовой обработке (1000-10 000 имп/с) получается поверхность 6-8-го классов чистоты, а при черновой обработке (50-3000 имп/с) - 1-4-го классов чистоты.
2. Электроимпульсная обработка металлов
Электроимпульсная обработка металлов [2] основана на использовании явления электрической эрозии металлов в жидкой диэлектрической среде (обычно минеральное масло). Наиболее часто ее применяют для прошивки, объемного копирования и при обработке резцов, фрез и штампов из жаропрочных и твердых сплавов.
При электроимпульсной обработке заготовка является катодом, а инструмент - анодом. Это означает, что основное воздействие на обрабатываемую поверхность оказывают не электроны, а ионы. Процесс обработки состоит в последовательном возбуждении прерывистых разрядов между инструментом и заготовкой, расположенных друг от друга на расстоянии не более 0,1-0,12 мм.
Процесс обработки основан на плавлении малых частиц металла в зоне электрических разрядов, возникающих между электродами. Каждый разряд сопровождается выделением большого количества тепла, вызывающего плавление металла в зоне разряда и выброс расплавленных частиц металла из межэлектродного пространства. Расплавленный металл распыляется в жидком диэлектрике и затвердевает в виде мельчайших шариков. Плавление происходит преимущественно на заготовке. При обработке снимается до 6000 мм3/мин металла. Чтобы зазор между электродами не увеличивался, инструмент непрерывно и автоматически подается в направлении обработки. При электроимпульсной обработке применяют низкое напряжение (от 10-12 до 24-26 В) и относительно большой ток (50-200 А).
Обрабатываемость материала определяется температурой его плавления и теплопроводностью и не зависит от механических свойств. Качество поверхности зависит от частоты импульсов и вида обрабатываемого материала. Так, при обработке стали и жаропрочных сплавов на установках с частотой тока 400 с-1 получают 2-4-й классы чистоты; при обработке тех же материалов на установках с частотой тока до 25 000 с-1 и более получают 5-6-й классы чистоты.
3. Электроконтактнодуговая обработка металлов
Электроконтактнодуговая обработка [2] основана на электромеханическом разрушении обрабатываемого металла преимущественно на воздухе без применения электролита. Металл разрушается под воздействием электродуговых разрядов при быстром перемещении инструмента относительно обрабатываемой заготовки. Эту обработку применяют для резки заготовок (рис. 240, а), обдирки отливок или слитков (рис. 240, б), заточки инструмента (рис. 240, в), плоского шлифования (рис. 240, г) или очистки от окалины, обработки круглых заготовок (рис. 240, д), а также для сглаживания шероховатостей поверхности металлических изделий, прошивки отверстий и другой черновой обработки плоских и криволинейных поверхностей (например, шаров - рис. 240, е).
Обрабатываемую заготовку 1 и инструмент 2 (обычно диск) подключают к источнику постоянного или переменного тока. Соприкосновение под небольшим давлением двух металлических электродов (заготовки и инструмента) приводит к образованию в месте контакта повышенного электросопротивления, разогреву, размягчению и плавлению материала заготовки. Для предотвращения плавления диска ему придают большую скорость перемещения относительно заготовки (30-80 м/с), что сокращает продолжительность контакта диска с заготовкой, или при меняют охлаждение 3. При повышении напряжения до 30-40 В получается искродуговой разряд без заметного механического контакта между инструментом и заготовкой.
При обработке плоских и криволинейных заготовок металл снимают, последовательно проходя диском вдоль обрабатываемой поверхности. Заготовку перемещают по направлению к вращающемуся диску. Он должен вращаться так, чтобы расплавляемый металл заготовки выбрасывался в сторону ее необработанной поверхности. Для лучшего удаления частиц расплавляемого металла пространство между диском и заготовкой продувают сжатым воздухом через сопло.
Обработку круглых заготовок осуществляют при одновременном вращении заготовки и диска; последний перемещается вдоль обрабатываемой заготовки.
При обработке шаров между двумя дисками-электродами шары оплавляются в непрерывно изменяющихся точках контакта и получают точную сферическую форму.
Электроконтактную обработку применяют для черновой отделки плоских и криволинейных поверхностей (1-2-й классы чистоты).
4. Анодно-механическая обработка металлов
Анодно-механическая обработка металлов [2] основана на электрохимическом и электротермическом разрушении обрабатываемого металла. Инструмент 2 (рис. 241, а) является катодом, заготовка 1 - анодом.
электрофизический способ обработка металл
В процессе работы установки обрабатываемую зону заготовки поливают электролитом через шланг 3 так, чтобы зазор между диском и за готовкой всегда был за полнен рабочей жидкостью. Иногда заготовку погружают в ванну с электролитом (рис. 241, б), в качестве которого обычно применяют водный раствор жидкого стекла (силиката натрия).
При прохождении постоянного тока через электроды и электролит поверхность заготовки подвергается анодному растворению и на ней образуется токонепроводящая пленка, которая снимается перемещающимся или вращающимся инструментом, обеспечивая непрерывное растворение металла. Кроме того, инструмент и заготовка способны при определенных условиях возбуждать искродуговые разряды. При приближении (подаче) вращающегося диска к заготовке они контактируют по отдельным выступам, на небольших участках которых удалена пленка. При достаточно высоком напряжении, регулируемом реостатом, на малых участках поверхности возникают кратковременные дуговые разряды. Эти разряды, развивая высокую температуру, выплавляют металл заготовки и на месте выступов возникают впадины. В результате соседние участки оказываются выступами, которые при дальнейшем сближении инструмента с заготовкой также выплавляются. Следовательно, при анодно-механической обработке направленное разрушение металла происходит при совместном электрохимическом и электротермическом действии тока на обрабатываемую заготовку. Переход от электрохимических к электротермическим (электроэрозионным) процессам обусловливается энергетическими параметрами: с увеличением удельной мощности, подводимой в зону обработки, процесс приближается к эрозионному; с понижением этой мощности - к электрохимическому.
При чистовой анодно-механической обработке (шлифование, обработка полостей штампов и т.д. - рис. 241, б, г) используют электрохимический процесс анодного растворения и механическое удаление образующейся пленки. Процесс протекает в среде жидкого стекла при напряжении на электродах 10-12 В. При чистовом шлифовании достигается 8-10-й классы чистоты и 2-3-й классы точности. Однако производительность этого процесса низка (снимается не более 2-10 мм3/мин).
При черновых операциях (резка, обдирка и т.д. - рис. 241, а, в) используют, главным образом, электротермический (эрозионный) процесс направленного разрушения обрабатываемого металла. В результате с увеличением производительности снижается чистота обработанной поверхности (до 2-4-го классов чистоты). Получающиеся частицы металла выбрасываются из зоны обработки вращающимся инструментом (чаще всего диск). Скорость вращения диска обычно равна 10-30 м/с, а скорость его радиальной подачи - 40 мм/мин. Для разрезки заготовок диск обычно изготовляют толщиной 1-2 мм из меди, мягкой стали, чугуна или других материалов.
На рис. 242 показана схема станка модели АМО-14 для резки разных профилей на мерные длины.
В станине 3 расположено зажимное приспособление 4 для закрепления разрезаемой штанги. Режущий диск 5 укреплен на коромысле 11 и получает вращение от электродвигателя 10. Подача диска производится демпфером-регулятором 7 и уравновешивается противовесом 9. При работе диск закрыт кожухом 6. Управление станком кнопочное (приборная панель 8). Электролит из бака 1 подается через сопло 2. Подача автоматическая.
5. Ультразвуковая обработка металлов
[1] Основана на использовании энергии ультразвуковых колебаний частотой 22-44кГц.
Для возбуждения интенсивных ультразвуковых колебаний применяют магнитострикционные и пьезокерамические преобразователи. При прохождении ультразвука в жидкости содержащей мелкие частицы абразива (суспензия) возникают также колебания этих частиц с максимальной скоростью
V = 4* A* f,
где А - амплитуда колебаний, f - частота колебаний.
Частицы производят микроудары по поверхности заготовки, выкалывая
микрочастицы с ее поверхности. Так как таких ударов много, то образующиеся микрократеры сливаются и образуется единая обработанная поверхность.
Для практического использования ультразвуковой размерной обработки применяют разнообразные установки. Основные ее узлы - колебательная система для приведения в движение инструмента с ультразвуковой частотой и система подачи абразивной суспензии в зону обработки и для удаления отходов.
На рис. 243, а приведена схема ультразвуковой обработки.
Колебательная система, основанная на явлении магнитосгрикции, включает ультразвуковой генератор 4, магнитострикционный преобразователь или вибратор 3 и акустический концентратор 5. Обрабатываемую заготовку 1 помещают в ванну 7, наполненную водой или маслом. Инструмент 6 прикреплен к нижней части акустического концентратора, получающего ультразвуковые колебания от магнитострикционного преобразователя или вибратора. Последний обеспечивает преобразование электрических колебаний мощного ультразвукового лампового генератора в механические колебания. При его помощи вырабатывается переменный ток частотой 15-30 кГц, который поступает на обмотку вибратора, создающую переменное магнитное поле ультразвуковой частоты. В этом поле длина сердечника уменьшается и увеличивается со скоростью ультразвуковых колебаний. Для увеличения их амплитуды применяют акустические концентраторы, в результате чего механические колебания инструмента имеют амплитуду 0,02-0,06 мм с частотой 15-30 кГц.
Систему подачи абразивной суспензии составляют центробежный насос, трубопроводы, сопло 2 и ванна 7. В зону обработки через сопло 2 от центробежного насоса подают жидкость (вода, масло) со взвешенными частицами абразива.
Процесс ультразвуковой размерной обработки и ее производительность зависят от ряда факторов: амплитуды и частоты колебаний, давления инструмента на деталь, размера абразивных зерен, концентрации суспензии и др. Амплитуда колебаний инструмента определяет интенсивность ударов зерен абразива. При амплитудах 20-60 мкм скорость съема материала пропорциональна квадрату амплитуды. При увеличении амплитуды свыше 60 мкм рост производительности замедляется, а при амплитудах ниже 20 мкм скорость обработки резко снижается. В качестве абразива обычно применяют карбид бора зернистостью № 90-120. С увеличением номера зернистости и величины амплитуды интенсивность обработки повышается, а чистота обработки снижается.
На рис. 243, б показан общий вид ультразвукового станка для обработки полостей и отверстий в деталях из хрупких и твердых материалов (стекла, керамики, фарфора, твердых сплавов и т.д.). На нем можно изготовлять и восстанавливать вырубные, высадочные, чеканочные матрицы и волоки из твердого сплава; обрабатывать отверстия в ферритах; вырезать линзы из оптического стекла, пластины из германия и кремния; клеймить детали из хрупких и твердых материалов и т.д.
Станок состоит из станины 1, на которой расположен стол 2 с продольной, поперечной и вертикальной подачами. На столе укреплена ванна 3 с жидкостью, в которую помещают обрабатываемую деталь. Стол перемещается с точностью до ±5 мкм при помощи оптической системы, расположенной в станине. К станине прикреплена стойка 5 с головкой 4, в которой расположены магнитострикционный вибратор и акустический концентратор. Станок обеспечивает постоянную скорость обработки независимо от глубины отверстия обрабатываемой детали. Система автоматики позволяет обрабатывать детали по заданному циклу. Точность обработки на станке обеспечивается до ±10 мкм. Можно обрабатывать отверстия при сплошном инструменте диаметром 80 мм при наибольшей глубине обработки 50 мм. Максимальная производительность при обработке твердых сплавов 50 мм3/мин, выходная мощность 1,6 кВт.
Ультразвуковая очистка металлов или точнее интенсификация ультразвуком процессов химического и электрохимического травления и очистка металла от окалины, различных поверхностных пленок и загрязнений получила в промышленности широкое применение.
При химическом травлении (очистке) металла окалина растворяется в соответствующем растворе сравнительно долго. При прохождении ультразвука через травильный раствор образуются газовые или кавитационные пузырьки. Они собираются на очищаемой поверхности детали, проникают в поры окалины или загрязнения и в период сжатия захлопываются; каждый захлопнувшийся пузырек становится центром новой сферической волны, которая оказывает силовое воздействие на близлежащий слой жидкости и на очищаемую деталь. Это обеспечивает разрушение или отслаивание окалины и загрязнений, в результате чего процесс очистки металла значительно ускоряется.
При заданной интенсивности ультразвуковой энергии кавитационное разрушение зависит от температуры и вязкости раствора, частоты колебаний и других факторов. При ультразвуковой очистке не только значительно сокращается ее продолжительность, но и облегчается удаление окалины и загрязнений, прочно сцепленных с поверхностью металла или находящихся в труднодоступных местах изделия. Так, например, если продолжительность химического травления металла при 60° С без ультразвука составляет 30 мин, то с применением ультразвука - 20 с.
Важным преимуществом ультразвуковой очистки является возможность замены в ряде случаев огнеопасных или дорогостоящих органических растворителей безопасными и дешевыми водными растворами щелочных солей.
6. Электроннолучевая обработка металлов
[3] Электроннолучевая обработка - размерная обработка труднообрабатываемых металлов и сплавов, при которой используют свойство электронного луча передавать кинетическую энергию и превращать ее в тепловую. Источником электронного луча является термоэлектронная эмиссия, т.е. выход электронов из металла при его нагревании. При повышении температуры металла электроны на внешней электронной орбите возбуждаются и некоторые из них могут получать скорости, достаточные для преодоления потенциального барьера. При фокусировании этих электронов на малой площади получится электронный луч.
Для создания значительной энергии электронного луча необходимо протекание термоэлектронной эмиссии в среде с достаточно высоким вакуумом и с использованием высоких ускоряющих напряжений. Эффективность действия электронного луча еще более повышается, если его сфокусировать на весьма малой площади (до 1 •10-7 см2).
Таким образом, огромное количество электронов, сфокусированных в луч диаметром 0,1-10 мкм и движущихся с большой скоростью, падает на обрабатываемый материал и проникает на определенную глубину; там движение электронов тормозится. В таких условиях кинетическая энергия этого движения превращается с большим к. п. д. (97-99,9%) в тепловую энергию.
Металл мгновенно нагревается до весьма высокой температуры (свыше 6000°С), благодаря чему он вместе воздействия луча плавится и испаряется, образуя отверстия, канавки, пазы, а также обеспечивая разрезку и другие виды размерной обработки. Этот вид обработки позволяет получать отверстия и пазы диаметром до 10 мкм.
Размерная электронно-лучевая обработка производится на установке с электронной пушкой, обеспечивающей получение, ускорение, фокусировку и отклонение мощного электронного луча (рис. 244).
От импульсного генератора напряжение накала и возбуждения поступает на катод 1, который нагревается и является источником электронов. В установках малой мощности катод изготовляют из вольфрамовой нити; в установках больших мощностей из вольфрама изготовляют только нагреватель, а эмитирующий элемент выполняют из гесксаборида лантана LаВ2, отличающегося высокой эмиссионной способностью.
Лантаноборидный катод окружен фокусирующим электродом 2, который вместе с катодом имеет форму вогнутой линзы, чтобы создать менее расплывчатое электронное облако. В непосредственной близости от катода (на расстоянии 3-10 мм) устанавливают анод 3. Между катодом и анодом действует ускоряющее напряжение U0 (обычно для установок малых и средних мощностей 10-30 кВ). Под влиянием этого напряжения поток электронов в виде пучка проходит через отверстие в аноде и дальше пронизывает катушку с током - так называемую электромагнитную линзу 4, которая своим магнитным полем фокусирует луч диаметром 2,5-10 мкм. Сфокусированный луч затем проходит через магнитную юстировочную систему 7, которая позиционирует (отклоняет) луч по двум координатам, перемещая его относительно обрабатываемой детали 8, чтобы обеспечить резание или формообразование. Деталь укрепляют на координатном столе Р. Все системы электронной пушки, координатный стол и обрабатываемую деталь помещают в вакуумную камеру. За ходом обработки наблюдают при помощи микроскопа 5. Рабочая зона освещается верхним источником света 6 для отражательного освещения и нижним 10 - для сквозного просвечивания. Стол перемещают при помощи рукоятки 11 только для установки деталей в начальное положение; при обработке перемещается луч, стол неподвижен.
Импульсный режим работы электронной пушки при механической размерной обработке необходим для локализации нагрева участков обработки. Длительность импульсов выбирают так, чтобы за время одного импульса участок металла под лучом успел нагреться и испариться, а тепло не успело распространиться на всю деталь. В интервале между импульсами материал должен охладиться. В существующих установках длительность импульса изменяется от 10-2 до 10-6 с при частоте 50-5000 Гц.
При таком режиме обработки ширина зоны оплавления не превышает диаметра луча. Глубина проникновения луча в 100 раз больше его диаметра, что позволяет прорезать паз (канавку) шириной 10 мкм и глубиной 1 мм. Механическими методами обработки это неосуществимо.
Кроме размерной обработки электроннолучевой способ применяют для оплавления поверхностного слоя металла с целью устранения трещин, образующихся при закалке и других видах обработки деталей; для упрочнения закаленной поверхности после заточки и шлифования; для сварки и т.д., а также для напыления защитных пленок металлических и неметаллических материалов.
7. Обработка металлов световым лучом (лазером)
[2] Обработка металлов световым лучом (лазером) - размерная обработка труднообрабатываемых материалов производится также световым лучом, получаемым в квантовых генераторах света (лазерах). В основу этого способа обработки металлов положено использование внутренней энергии возбужденных атомов и молекул некоторых веществ.
Возбужденный атом в большинстве случаев удерживается на высоких уровнях возбуждения миллиардные доли секунды и переходит на более низкий основной или промежуточный уровень. Атомы некоторых материалов (например, розового рубина), возвращаются на основные уровни с большой задержкой (несколько тысячных долей секунды) на промежуточных уровнях. Это позволяет организовать их накопление на определенном уровне. Как только на нем накопится возбужденных атомов более половины всех атомов вообще, процесс разрядки завершается лавинным их переходом на основной уровень и излучением энергии, соответствующей разности верхнего и нижнего энергетических уровней.
Переход возбужденных атомов с верхнего или промежуточного энергетического уровня на основной можно индуцировать (стимулировать) внешней силой. Например, электромагнитной волной той же частоты, фазы и направления, что и возбужденные атомы, можно создать условия одновременного излучения атомами света и получать при этом интенсивное когерентное излучение. Придавая такому световому потоку импульсный режим и фокусируя его луч в очень тонкий пучок, можно обеспечить в нем большую концентрацию энергии. Луч выделяет тепло на поверхности; вглубь тепло распространяется благодаря теплопроводности. Очень малый участок обрабатываемого материала, на который направлен световой луч, мгновенно нагревается, плавится и испаряется. Это обеспечивает разрезку обрабатываемого материала при помощи светового луча, получение очень малых отверстий и выполнение других видов размерной обработки.
Лазеры работают в импульсном режиме с частотой до 1 Гц и сосредоточением луча в пучок диаметром до 0,01 мм при длительности импульса в тысячные доли секунды.
Оптический квантовый генератор состоит из трех основных элементов: активного вещества, являющегося источником индуцированного излучения; источника возбуждения (подкачки), который снабжает внешней энергией активное вещество; резонансной системы, обеспечивающей фокусирование излучения.
Сущность работы лазера состоит в следующем (рис. 245).
Активное вещество 4 помещают внутри импульсной спиральной лампы вспышки 5 (обычно ксеноновая), которая является источником возбуждения (подкачки). Эта лампа питается током от высоковольтного конденсатора 8. В качестве активного вещества используют рубиновый стержень; наибольшее применение получил розовый синтетический рубин - кристалл корунда с примесью окиси хрома Аl2О3 •Сг203. В одной из эффективных конструкций лазера рубиновый стержень имеет диаметр 6,35 мм и длину 63,5 мм.
Резонансной системой является рубиновый стержень, плоские торцы которого полируют до оптически ровных строго параллельных поверхностей; при этом один торец покрыт плотным непрозрачным слоем серебра, а другой, также посеребренный, имеет коэффициент пропускания света порядка 8%. Рубиновый стержень заключен внутри стеклянной трубки 3, через которую непрерывно подается охлаждающая среда от входа 1 к выходу 7. Стержень фиксируется пружиной 2.
От конденсатора 8 импульсная лампа 5 получает возбуждение - вспышки света длительностью около 0,001 с - и посылает эти излучения (внешнюю энергию) активному веществу - рубину. Свет импульсной лампы посылает на рубиновый стержень поток фотонов с колеблющейся длиной волны 4100 и 5600 А.
Потоки фотонов выходят наружу через полупрозрачный торец рубинового стержня и при помощи дополнительной фокусирующей системы направляются на обрабатываемый материал, выполняя работу резания путем нагрева металла до температуры испарения. При обработке световым лучом обеспечивается съем металла до 50 мм3/мин.
В настоящее время для размерной обработки применяют главным образом лазеры на синтетическом рубиле, а также на кристаллах фтористого кальция с примесями урана и фтористого кадмия. Используют также газовые лазеры из смеси гелия и неона.
Обработка материалов с помощью лазеров не требует вакуумных камер; работу можно осуществлять в любой атмосфере или в стеклянных ампулах; в последнем случае обработка производится через стекло, которое, так же как и воздух, для красного луча не является препятствием. Недостатком лазеров является низкий к. п. д. (около 1%).
Заключение
Электрофизические методы обработки предназначены в основном для обработки заготовок из очень прочных, весьма вязких, хрупких и неметаллических материалов.
Эти методы имеют следующие преимущества:
отсутствует силовое воздействие инструмента на заготовку (или очень мало и не влияет на суммарную погрешность обработки);
позволяют менять форму поверхности заготовки и влияют на состояние поверхностного слоя: наклеп обработанной поверхности не образуется, дефектный слой незначителен; повышаются коррозионные, прочностные и другие эксплуатационные характеристики поверхности;
можно обрабатывать очень сложные наружные и внутренние поверхности заготовок.
Электрофизические обработки являются универсальными и обеспечивают непрерывность процессов при одновременном формообразовании всей обрабатываемой поверхности.
Библиографический список
1. Коротких М.Т. Технология конструкционных материалов и материаловедение: учебное пособие / СПБГПУ, 2004. - 103с.
2. Технология металлов и сварка. Учебник для вузов. / Под ред.П.И. Полухина. / Высшая школа, 1977. - 464с.
3. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин М.: Высшая школа, 2000 г, 638 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Классификация физико-химических способов обработки материалов. Электроэрозионная обработка металлов. Размерная электрохимическая обработка. Ультразвуковая, светолучевая и электроннолучевая обработка материалов. Комбинированные методы обработки металлов.
реферат [7,3 M], добавлен 29.01.2012Схема механической обработки поверхности заготовки на круглошлифовальных станках. Схема нарезания резьбы резьбовым резцом. Обработка поверхностей заготовок деталей с периодически повторяющимся профилем. Физическая сущность обработки металлов давлением.
курсовая работа [415,9 K], добавлен 05.04.2015Сущность и особенности механизма электроискровой обработки материалов, оценка его преимуществ и недостатков. Технология ультразвуковой и анодно-механической и электроимпульсной обработки, лазером и электронным лучом, пластическим деформированием.
контрольная работа [40,6 K], добавлен 25.03.2010Сущность и назначение термической обработки металлов, порядок и правила ее проведения, разновидности и отличительные признаки. Термомеханическая обработка как новый метод упрочнения металлов и сплавов. Цели химико-термической обработки металлов.
курсовая работа [24,8 K], добавлен 23.02.2010В работе рассмотрена магнитоимпульсная обработка металлов – способ пластической деформации металлов и их сплавов, осуществляемый при прямом преобразовании электрической энергии в механическую непосредственно в самом обрабатываемом изделии. Виды обработки.
реферат [1,9 M], добавлен 18.01.2009Сущность токарной обработки. Токарная обработка является разновидностью обработки металлов резанием. Основные виды токарных работ. Обработка конструкционных материалов на малогабаритном широкоуниверсальном станке. Правила эксплуатации токарных станков.
реферат [1,5 M], добавлен 29.04.2009Обработка резанием является универсальным методом размерной обработки. Все виды механической обработки металлов и материалов резанием подразделяются на лезвийную и абразивную обработку согласно ГОСТ 25761-83. Основные виды обработки по назначению.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 27.02.2009Методика производства стали в конвейерах, разновидности конвейеров и особенности их применения. Кристаллическое строение металлов и её влияние на свойства металлов. Порядок химико-термической обработки металлов. Материалы, применяющиеся в тепловых сетях.
контрольная работа [333,8 K], добавлен 18.01.2010Теория лазерной обработки. Обработка материалов лазерным лучом. Лазерная сварка и резка. Физико-химические процессы, проходящие в металле. Потенциальная опасность лазеров. Классификация основных средств защиты. Интегральная оценка тяжести труда.
курсовая работа [232,3 K], добавлен 15.01.2015Технология электронно-лучевой обработки конструкционных материалов. Электронно-лучевая плавка и сварка металлов. Лазерная обработка материалов и отверстий. Ионно-лучевая обработка материалов. Ионно-лучевые методы осаждения покрытий и ионная литография.
реферат [1,3 M], добавлен 23.06.2009Обработка металлов режущими инструментами на станках. Разработка конструкции одного приспособления, входящего в технологическую оснастку проектируемого процесса механической обработки. Нормирование времени, себестоимости механической обработки детали.
курсовая работа [567,7 K], добавлен 13.06.2012Что такое сталь. Классификация конструкционных сталей по химическому составу и качеству. Примеры маркировки стали. Схемы и способы разливки стали, их достоинства и недостатки. Основные способы обработки металлов давлением, особенности их применения.
контрольная работа [441,6 K], добавлен 05.01.2010Методы и необходимость совершенствования конструкции изделия РЭС. Сущность и порядок реализации электроэрозионной обработки материалов. Электрохимическая обработка, основанная на явлении анодного растворения. Ультразвуковые и лучевые методы обработки.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 15.09.2009Производственный и технологический процессы на металлообрабатывающем предприятии. Способы формообразования деталей из металла методами литья, ковки, штамповки, металлургии. Электрофизические, электрохимические, ультразвуковые методы обработки металлов.
контрольная работа [11,8 K], добавлен 05.04.2010Назначение и виды термической обработки металлов и сплавов. Технология и назначение отжига и нормализации стали. Получение сварных соединений способами холодной и диффузионной сварки. Обработка металлов и сплавов давлением, ее значение в машиностроении.
контрольная работа [2,6 M], добавлен 24.08.2011Процесс получения титана из руды. Свойства титана и область его применения. Несовершенства кристаллического строения реальных металлов, как это отражается на их свойствах. Термическая обработка металлов и сплавов - основной упрочняющий вид обработки.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 19.01.2011Физико-химические закономерности формирования; строение и свойства материалов. Типы кристаллических решёток металлов. Испытания на ударный изгиб. Термическая и химико-термическая обработка, контроль качества металлов и сплавов. Конструкционные материалы.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 03.02.2012Импульсные методы обработки металлов давлением. Сведения о взрывчатых веществах: оборудование для штамповки взрывом. Процесс гидровзрывной штамповки. Электрогидравлические установки для штамповки деталей. Сущность магнитно-импульсной обработки металлов.
реферат [811,8 K], добавлен 10.05.2009Классификация и применение процессов объемного деформирования материалов. Металлургические и машиностроительные процессы обработки металлов давлением. Методы нагрева металла при выполнении операций ОМД. Технология холодной штамповки металлов и сплавов.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 20.08.2015Механическая обработка заготовок резанием осуществляется металлорежущим инструментом и ведётся на металлорежущих станках. Способ и виды обработки металлов. Расчёты оптимального режима резания спиральным сверлом и произведены расчёты затраченного времени.
контрольная работа [4,3 M], добавлен 09.06.2008
