Контрольна робота по „Технологія конструкцій метала”

У чому полягає фізична сутність електроіскрового і електроімпульсного методів обробки.

ЕЛЕКТРОІСКРОВА  ОБРОБКА МЕТАЛІВ

Сутність методу. При зближенні двох електродів (рис.2) і підключенні до них напруги, достатнього для пробою міжелектродного  проміжку , що утворився, виникає електричний  розряд у вигляді вузького провідного каналу (стовпа) із температурою, яка вимірюється тисячами і десятками тисяч градусів, На підстави цього каналу спостерігається руйнування (оплавлення, випар, виривання, т.п.) матеріалу електродів.При зануренні електродів у яку-небудь діелектричну рідину інтенсивність розряду і відповідно ступінь ерозії електродів різко зростають. У залежності від тривалості розряду змінюється глибина поширення тепла в об'ємі електродів і характер їх руйнування.

Рис. 2. Схема виникнення розряду в  міжелектродному проміжку.

При більш тривалих розрядах (10-3 сек. і вище), а особливо при беззупинному (“дуговому”) розряді, оброблюваний матеріал встигає розігріватися далеко за межі оброблюваної ділянки.

Якщо поверхня одного з електродів Е1 (рис. 3) менше  іншого Е2, то під дією численних  беззупинно повторюваних іскрових розрядів відбувається руйнування останнього в  межах ділянки, точно меншого  електрода, що відтворює форму.

Рис. 3. Відтворення  форми катодного електрода на анодному

Якщо розряд відноситься до типу дугового, точного  відтворення форми одного електрода на іншому не відбудеться. Нагрівання й оплавлення поверхні буде загальним.

Виникнення, розвиток і протікання імпульсного розряду  між електродами відбувається за дуже короткий проміжок часу. Розряд виникає  в результаті іонізації проміжку напругою, підведеною до електродів. Під впливом електричного поля на ділянках найбільш інтенсивної іонізації порушується електрична міцність середовища і відбувається електричний пробій проміжку між електродами. По виниклому каналу провідності ланцюг замикається.

Канал розряду  звичайно утвориться між двома виступами  на електродах, що лежать на найкоротшій, один від іншого, відстані. У процесі  розряду канал заповнений сильно іонізованими парами металу, і в  ньому виникають значні ударні тиски. Висока температура плавить і випаровує метал у місцях додатку розряду. Краплі розплавленого металу в результаті динамічних процесів, що розвиваються в зоні розряду, викидаються за межі електродів і застигають у вигляді дрібних часток сферичної форми, що утворять “залишки” при обробці. Після розряду протягом деякого часу продовжується викид металу і відбувається “деіонізація” проміжку, тобто його електрична міцність відновлюється.

Наступний розряд відбувається на новому місці поверхні електродів, уже між двома іншими крапками, що є в даний момент часу найближчими. Так відбувається до тих пір, поки розряди не знімуть із поверхні електродів усі крапки, що лежать на пробивній відстані. Коли відстань між електродами через знімання металу збільшиться настільки, що прикладена напруга опиниться недостатньою для пробою міжелектродного проміжку, процес автоматично припиниться. Для поновлення і впродовження процесу знімання металу електроди повинні бути наближені.

Метали обробляють іскровими імпульсами при порівняно  невисоких напругах, звичайно не перевищуючих 250 в. При цих напругах відстань між електродами невелика.

Особливості електроіскрової  обробки.

Широкий діапазон режимів, що охоплює обробку від  чорнової (із продуктивністю порядку 100-500 ммз/мuн при чистоті оброблюваної поверхні 2—3-го класу) до оздоблювальної(із продуктивністю 0,1-0,01 мм/мин при чистоті оброблюваної поверхні 7—9-го класу). Однак сполучення широкого діапазону режимів в одному верстаті здійснюється рідко, і спостерігається досить чітка спеціалізація устаткування по режимах обробки. Порівняно низька продуктивність обробки, особливо на чистових режимах. Велике зношування електродів-інструментів, відносний розмір яких коливається в залежності від режимів і умов обробки в межах 50-1000% від об'єму оброблюваного матеріалу. Застосування переважно релаксаційних схем генерування імпульсів тривалістю 10-200 мкм/сек при частоті 2-5 кгц.

Використання  прямої полярності (електрод-інструмент підключається до негативного полюса джерела струму).

Утворення на оброблюваній поверхні тонкого дефектного шару (0,2-0,5 мм на чорнових і 0,02-0,05 мм на чистових режимах). Можливість механізації й автоматизації процесу. Завдяки можливості обробляти деталі з відносно високою чистотою і точністю, хоча і при порівняно малій продуктивності, електроіскровий метод застосовують у машинобудуванні й інструментальному виробництві при обробці деталей невеликих розмірів. При цьому якість поверхні така, що звичайно потрібно абразивне доведення.

Приклади використання електроіскрової обробки:  

виготовлення  і відновлення матриць твердосплавних, вирубних,  

карбувальних  і гнучких штампів із загартованої сталі і твердих сплавів;  

виготовлення  сит шляхом одночасного прошивання заготовки набором 

тонких електродів;  

добування зламаного  інструмента або кріплення (болтів, шпильок) із заготовок або деталей;  

плоске, кругле шліфування і розточування профільними  електродами-різцями;

 

обробка отворів  малого діаметра. 

ЕЛЕКТРОІМПУЛЬСНА  ОБРОБКА 

Електроімпульсна  обробка характеризується наступними особливостями:

застосуванням уніполярних імпульсів струму тривалістю 500- 10 000 мксек (звичайно біля 1000 мксек), шпаруватістю 1-10;

високою продуктивністю, що досягає 5000- 15 000 мм3/хв на грубих режимах;

низькою чистотою оброблюваної поверхні, що знаходиться на грубих режимах, яка досягає 8-9-го квалітету на більш м'яких режимах;

 

малим відносним  зносом електродів-інструментів, що складає  для графіту 0,1-0,5%;

 

застосуванням зворотної полярності (електрод-інструмент приєднується до позитивного полюса джерела струму);  

застосуванням у якості джерела струму переважно  машинних генераторів імпульсів  з низкою і середньою частотою (400-3000 гц);  

роботою переважно  на низьких напругах (25-30 в) і великих  силах струму (50-500 а).

Основна область  застосування електроімпульсного методу - обробка отворів (або деталей) великих об'ємів, складної форми, із низькою чистотою і невисокою точністю в сталевих і жароміцних заготовках.

Приклади використання електроімпульсної обробки:

виготовлення  сталевих ковальських штампів, прес-форм, форм для литва (трудомісткість виготовлення таких видів технологічного оснащення скорочується в середньому в 1,5-2 рази і більше, у порівнянні з механічною обробкою);  

попередня обробка  пера лопаток турбін із жароміцних сплавів точно в розмір перед остаточною електрохімічною обробкою ( при припуску на електроімпульсну обробку 3 мм обробка пера лопаток площею 1500 мм2 складає 2,5 хв. замість 8 хв. при механічному фрезеруванні);  

відновлення молотових  штампів для виготовлення турбінних лопаток загальної площі обробки 30 000 мм2 при глибині 34 мм (час обробки скоротився з 6 до 2,5 г; наступне абразивне доведення штампа також зменшилося з 6 до 2,5 г)',  

виготовлення  суцільних роторів турбін (час  обробки скорочується в порівнянні з механічним фрезеруванням із 350 до 35г ) .

виготовлення  щілин, сит і гратів; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Елементи  режиму при нарізанні зубів коліс. Нарізання зубчастих коліс на зубофрезерних верстатах моделі 5Д32 та зубодовбальними станками. 

    Для виготовлення черв’ячного колеса використовуються бронзи марок Бр 010Н1Ф1, Бр 010Ф1, Бр 05Ц5С5, Бр А10Ж4Н4, Бр А9ЖЗД, латунь ЛЦ23А6ЖЗМц2, сірі чавуни (при швидкості ковзання робочих поверхонь черв'ячної передачі, що не перевищує 2 м/с ) марок СЧ15, СЧ18. У деяких випадках для виготовлення черв'ячних коліс використовується пластмаса, текстоліт тощо.

    З  метою економії дороговартісних  матеріалів, черв'ячні колеса виготовляють з двох частин (ступиця виготовляється зі сталі або чавуну, а вінець - з бронзи) (рис.5.2).

 
 
 

    Актуальність проблеми. Зубчаті колеса i зубчасті передачі, як обов'язкові складові більшості сучасних механізмів i машин належать до найпоширеніших деталей машинобудування. Їх точність регламентують три норми точності та норма бокового зазору в передачі, при чому в кожній iз норм діє велика кількість окремих показників, що зумовлює високу складність цих деталей та висуває високі вимоги до технології їx виготовлення. При великій різноманітності відомих зубчатих передач за широтою використання і розповсюдженням сьогодні домінують передачі евольвентного зачеплення. Це універсальні рухомі з’єднання, які використовують переважно в швидкісних i ділильних передачах. Поряд із відомими перевагами зубчастих евольвентних передач (нечутливість до коливання міжцентрової віддалі, постійність передавального відношення, можливість кутової та висотної корекції зубців) цим передачам властиві істотні недоліки, а саме: обмежена вантажна здатність, яка залежить від товщини зубця і радіусу біля його основи, лінійність контакту спряжених зубців; присутність тертя ковзання в передачі; значний рівень шуму на високих швидкостях, складність технології та великі затрати на виготовлення.

    Зубчастим зачепленням Новикова, які поки що є незамінними у важконавантажених передачах також властиві недоліки: вони можуть бути тільки косозубчастими з шириною вінця не менше 6 модулів; мають підвищену чутливість до монтажних перекосів та зміни міжцентрової відстані; технологічно складні, мають більший рівень шуму, ніж евольвентні косозубчасті передачі.

Результати  досліджень.

    Дослідження згинної міцності та вантажної здатності.

    На  першому етапі досліджень теоретично проаналізовано відмінності у розподіленні напружень у синусоїдальному  та евольвентному зубцях. Для цього з допомогою системи твердотільного моделювання змодельовано і відтворено робочі поверхні синусоїдального та евольвентного зубців. Встановлено, що за однакового навантаження в обидвох передачах контактні напруження на поверхнях спряжених зубців, а також біля ніжок зубців суттєво відрізняються (рис.1).  

 

    У зубця з евольвентним профілем виникають інтенсивні напруження згину. Ці напруження концентруються біля ніжки зубця і скеровані клиноподібно по нормалі до евольвентної поверхні. Висока концентрація напружень і скерований характер їх дії зумовлює виникнення тріщин у цій ділянці, що звичайно завершується ламанням зубця. Щоб запобігти цьому, необхідно збільшити радіус галтелі в 2-3 рази, що дозволило б значно збільшити поперечне січення ніжки зуба. Проте досягти цього на практиці неможливо, оскільки радіус галтелі евольвентних зубців не може перевищувати 0,3-0,4 значення їх модуля.

    У синусоїдального зубця його ніжка  окреслена нижніми половинами синусоїди, що відіграють роль перехідних поверхонь, а товщина синусоїдальних зубців до діаметра западин монотонно збільшується. При такій будові майже вдвічі зменшується концентрація напруження в основі зубця. Найбільше напруження виникає біля ніжки зубця, а напруження скероване у тіло зубчастого колеса. Зменшення величини напруження та напрямку його дії забезпечує вищу згинну і циклічну міцність синусоїдальних зубців порівняно з евольвентними.  

    Вивчення  контактних напружень.

    Для аналізу величини та характеру розподілення контактних напружень, які виникають на поверхнях спряжених зубців виконано моделювання синусоїдальної та евольвентної передач (рис.2). Для однакових початкових умов (модуля 1,25 мм, числа зубців 30, обертового моменту 1,7 Нм в передачі) зубці синусоїдального профілю мають у 1,3 рази більший запас контактної міцності. Це пояснюємо тим, що в синусоїдальній передачі на всій довжині лінії контакту опукла поверхня одного зубця неперервно взаємодіє з увігнутою поверхнею спряженого профілю, а контактування робочих поверхонь профілів відбувається не по лінії, як це є в евольвенетному зачепленні, а по поверхні.