วิธีการทางไฟฟ้าสำหรับการแปรรูปโลหะ

การใช้วัสดุที่ยากต่อการตัดเฉือนอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักร ความซับซ้อนของการออกแบบชิ้นส่วนเหล่านี้ ประกอบกับความต้องการที่เพิ่มขึ้นเพื่อลดต้นทุนและเพิ่มผลผลิต นำไปสู่การพัฒนาและการนำวิธีการประมวลผลแบบอิเล็กโทรฟิสิคัลมาใช้

วิธีการแปรรูปโลหะด้วยไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับการใช้ปรากฏการณ์เฉพาะที่เกิดขึ้นจากการกระทำของกระแสไฟฟ้าเพื่อขจัดวัสดุหรือเปลี่ยนรูปร่างของชิ้นงาน

ข้อได้เปรียบหลักของวิธีการแปรรูปโลหะด้วยไฟฟ้าคือความสามารถในการเปลี่ยนรูปร่างของชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุที่ไม่สามารถแปรรูปด้วยการตัดได้ และวิธีการเหล่านี้ได้รับการประมวลผลภายใต้เงื่อนไขของแรงขั้นต่ำหรือในกรณีที่ไม่มีอยู่จริง

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของวิธีการทางไฟฟ้าฟิสิกส์สำหรับการแปรรูปโลหะคือความเป็นอิสระของผลผลิตส่วนใหญ่จากความแข็งและความเปราะบางของวัสดุที่ผ่านการประมวลผลความเข้มแรงงานและระยะเวลาของวิธีการเหล่านี้สำหรับการแปรรูปวัสดุที่มีความแข็งเพิ่มขึ้น (HB> 400) น้อยกว่าความเข้มแรงงานและระยะเวลาในการตัด

วิธีการแปรรูปโลหะด้วยไฟฟ้าครอบคลุมกระบวนการตัดเฉือนเกือบทั้งหมดและไม่ด้อยกว่าวิธีส่วนใหญ่ในแง่ของความหยาบและความแม่นยำของการประมวลผล

การบำบัดด้วยไฟฟ้าของโลหะ

การประมวลผลการปล่อยไฟฟ้าเป็นการประมวลผลทางไฟฟ้าฟิสิกส์ประเภทหนึ่ง และมีลักษณะเฉพาะคือความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ขนาด และคุณภาพพื้นผิวของชิ้นส่วนเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของการปล่อยไฟฟ้า

การคายประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าพัลส์ผ่านช่องว่างกว้าง 0.01 - 0.05 มม. ระหว่างอิเล็กโทรดของชิ้นงานและอิเล็กโทรดของเครื่องมือ ภายใต้อิทธิพลของการปล่อยไฟฟ้า วัสดุชิ้นงานจะหลอมเหลว ระเหย และถูกขจัดออกจากช่องว่างระหว่างขั้วไฟฟ้าในสถานะของเหลวหรือไอ กระบวนการที่คล้ายกันในการทำลายอิเล็กโทรด (รายละเอียด) เรียกว่าการสึกกร่อนทางไฟฟ้า

เพื่อเพิ่มการสึกกร่อนทางไฟฟ้า ช่องว่างระหว่างชิ้นงานและอิเล็กโทรดจะเต็มไปด้วยของเหลวไดอิเล็กตริก (น้ำมันก๊าด น้ำมันแร่ น้ำกลั่น) เมื่อแรงดันอิเล็กโทรดเท่ากับแรงดันพังทลาย ช่องนำไฟฟ้าจะก่อตัวขึ้นตรงกลางระหว่างอิเล็กโทรดและชิ้นงานในรูปแบบของบริเวณทรงกระบอกที่เต็มไปด้วยพลาสมาซึ่งมีหน้าตัดขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นกระแส 8,000-10,000 A / ตร.มม. ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูง ซึ่งคงไว้เป็นเวลา 10-5 — 10-8 วินาที ช่วยให้มั่นใจได้ว่าอุณหภูมิของพื้นผิวชิ้นงานสูงถึง 10,000 — 12,000˚C

โลหะที่ถูกดึงออกจากพื้นผิวของชิ้นงานจะถูกทำให้เย็นด้วยของเหลวไดอิเล็กตริกและแข็งตัวในรูปของเม็ดทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.01 — 0.005 มม.ในแต่ละช่วงเวลาต่อมา กระแสพัลส์จะแทงทะลุช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด ณ จุดที่ช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดมีขนาดเล็กที่สุด การจ่ายกระแสพัลส์อย่างต่อเนื่องและการเข้าใกล้อิเล็กโทรดของเครื่องมือโดยอัตโนมัติไปยังอิเล็กโทรดของชิ้นงานช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสึกกร่อนอย่างต่อเนื่องจนกว่าจะถึงขนาดชิ้นงานที่กำหนดไว้ล่วงหน้า หรือโลหะของชิ้นงานทั้งหมดในช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดจะถูกลบออก

โหมดการประมวลผลการปล่อยไฟฟ้าแบ่งออกเป็นประกายไฟฟ้าและพัลส์ไฟฟ้า

โหมดของอิเล็กโตรสปาร์โดดเด่นด้วยการใช้ประกายไฟในช่วงเวลาสั้น ๆ (10-5 ... 10-7 วินาที) โดยมีขั้วไฟฟ้าตรงเชื่อมต่อ (รายละเอียด "+", เครื่องมือ "-")

ขึ้นอยู่กับความแรงของการปล่อยประกายไฟ โหมดต่างๆ จะแบ่งออกเป็นแบบแข็งและแบบปานกลาง (สำหรับการประมวลผลเบื้องต้น) แบบอ่อน และแบบนิ่มมาก (สำหรับการประมวลผลขั้นสุดท้าย) การใช้โหมดซอฟต์ทำให้ขนาดของชิ้นส่วนเบี่ยงเบนได้มากถึง 0.002 มม. โดยมีพารามิเตอร์ความหยาบของพื้นผิวที่ผ่านการประมวลผล Ra = 0.01 μm โหมดของประกายไฟไฟฟ้าถูกใช้ในการประมวลผลของโลหะผสมแข็ง โลหะและโลหะผสมที่ขึ้นรูปยาก แทนทาลัม โมลิบดีนัม ทังสเตน ฯลฯ พวกเขาดำเนินการผ่านและรูลึกของหน้าตัดใด ๆ รูที่มีแกนโค้ง ใช้อิเล็กโทรดลวดและเทปตัดชิ้นส่วนจากช่องว่างของแผ่น ฟันบิ่นและด้าย ชิ้นส่วนได้รับการขัดเงาและตราสินค้า

ในการประมวลผลในโหมด electrospark จะใช้เครื่องจักร (ดูรูป) ซึ่งติดตั้งเครื่องกำเนิด RC ซึ่งประกอบด้วยวงจรที่มีประจุและคายประจุวงจรการชาร์จประกอบด้วยตัวเก็บประจุ C ซึ่งถูกชาร์จผ่านความต้านทาน R จากแหล่งกระแสที่มีแรงดันไฟฟ้า 100-200 V และขั้วไฟฟ้า 1 (เครื่องมือ) และ 2 (ชิ้นส่วน) เชื่อมต่อกับวงจรคายประจุขนานกับตัวเก็บประจุ ค.

ทันทีที่แรงดันไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดถึงแรงดันพังทลาย ประกายไฟของพลังงานที่สะสมอยู่ในตัวเก็บประจุ C จะเกิดขึ้นผ่านช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด ประสิทธิภาพของกระบวนการกัดเซาะสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการลดความต้านทาน R ความคงตัวของช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด ได้รับการดูแลโดยระบบติดตามพิเศษ ซึ่งควบคุมกลไกสำหรับการเคลื่อนที่ป้อนอัตโนมัติของเครื่องมือที่ทำจากวัสดุทองแดง ทองเหลือง หรือคาร์บอน

เครื่องจุดประกายไฟฟ้า:

การตัดเกียร์แบบ Electrospark ด้วยการประกบภายใน:

โหมดของพัลส์ไฟฟ้าที่โดดเด่นด้วยการใช้พัลส์เป็นระยะเวลานาน (0.5 ... 10 วินาที) ซึ่งสอดคล้องกับการปล่อยอาร์คระหว่างอิเล็กโทรดและการทำลายแคโทดที่รุนแรงยิ่งขึ้น ในเรื่องนี้ ในโหมดพัลส์ไฟฟ้า แคโทดจะเชื่อมต่อกับชิ้นงาน ซึ่งให้ประสิทธิภาพการสึกกร่อนสูงกว่า (8-10 เท่า) และการสึกหรอของเครื่องมือน้อยกว่าในโหมดประกายไฟด้วยไฟฟ้า

การใช้งานโหมดพัลส์ไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุดคือการประมวลผลเบื้องต้นของชิ้นงานของชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน (เมทริกซ์ กังหัน ใบมีด ฯลฯ) ที่ทำจากโลหะผสมและเหล็กกล้าที่ยากต่อการรักษา

โหมดพัลส์ไฟฟ้าถูกนำมาใช้โดยการติดตั้ง (ดูรูปที่) ซึ่งพัลส์ unipolar จากเครื่องไฟฟ้า 3 หรือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์… การเกิดขึ้นของ E.D.S.การเหนี่ยวนำในตัวแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ในมุมหนึ่งไปยังทิศทางของแกนของการสะกดจิตทำให้สามารถรับกระแสที่มีขนาดใหญ่กว่าได้

การบำบัดด้วยรังสีของโลหะ

ประเภทของการตัดเฉือนด้วยรังสีในวิศวกรรมเครื่องกล ได้แก่ การตัดเฉือนด้วยลำแสงอิเล็กตรอนหรือลำแสง

การประมวลผลลำแสงอิเล็กตรอนของโลหะขึ้นอยู่กับผลกระทบทางความร้อนของกระแสของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่บนวัสดุที่ผ่านการประมวลผล ซึ่งจะละลายและระเหยที่ไซต์การประมวลผล ความร้อนที่รุนแรงดังกล่าวเกิดจากความจริงที่ว่าพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เมื่อกระทบกับพื้นผิวของชิ้นงานจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนเกือบทั้งหมดซึ่งกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็ก (ไม่เกิน 10 ไมครอน) ทำให้เกิด ให้ความร้อนสูงถึง 6000˚C

ในระหว่างการประมวลผลเชิงมิติ อย่างที่ทราบกันดีว่ามีผลเฉพาะที่ต่อวัสดุที่ผ่านการประมวลผล ซึ่งในระหว่างการประมวลผลลำแสงอิเล็กตรอนจะมีโหมดพัลส์ของการไหลของอิเล็กตรอนโดยมีระยะเวลาพัลส์ 10-4 ... 10-6 วินาทีและความถี่ ของ f = 50 … 5,000 Hz.

ความเข้มข้นของพลังงานสูงในระหว่างการตัดเฉือนลำแสงอิเล็กตรอนร่วมกับการทำงานของพัลส์ทำให้เกิดเงื่อนไขการตัดเฉือนที่พื้นผิวของชิ้นงานที่ระยะ 1 ไมครอนจากขอบของลำแสงอิเล็กตรอนจะได้รับความร้อนถึง 300˚C ซึ่งช่วยให้สามารถใช้การตัดเฉือนด้วยลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อตัดชิ้นส่วน ประดิษฐ์ตาข่ายฟอยล์ ร่องตัด และเจาะรูขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1-10 ไมครอนในชิ้นส่วนที่ผลิตจากวัสดุที่ตัดเฉือนได้ยาก

อุปกรณ์สุญญากาศพิเศษที่เรียกว่าปืนอิเล็กตรอน (ดูรูป) ใช้เป็นอุปกรณ์สำหรับการบำบัดด้วยลำแสงอิเล็กตรอนพวกมันสร้าง เร่ง และโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอน ปืนอิเล็กตรอนประกอบด้วยห้องสุญญากาศ 4 (ที่มีสุญญากาศ 133 × 10-4) ซึ่งมีการติดตั้งแคโทดทังสเตน 2 ซึ่งขับเคลื่อนโดยแหล่งกำเนิดไฟฟ้าแรงสูง 1 ซึ่งช่วยให้ปล่อยอิเล็กตรอนอิสระที่เร่งโดย สนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นระหว่างแคโทด 2 และเมมเบรนแอโนด 3

จากนั้นลำแสงอิเล็กตรอนจะผ่านระบบของเลนส์แม่เหล็ก 9, 6 ซึ่งเป็นอุปกรณ์จัดแนวไฟฟ้า 5 และโฟกัสไปที่พื้นผิวของชิ้นงาน 7 ที่ติดตั้งอยู่บนโต๊ะพิกัด 8 โหมดการทำงานของปืนอิเล็กตรอนแบบพัลส์นั้นจัดทำโดย a ระบบประกอบด้วยเครื่องกำเนิดพัลส์ 10 และหม้อแปลง 11

วิธีการประมวลผลลำแสงขึ้นอยู่กับการใช้ผลกระทบทางความร้อนของลำแสงที่ปล่อยออกมาซึ่งมีพลังงานสูง เครื่องกำเนิดแสงควอนตัม (เลเซอร์) บนพื้นผิวของชิ้นงาน

การประมวลผลมิติด้วยความช่วยเหลือของเลเซอร์ประกอบด้วยการก่อตัวของรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 ... 10 ไมครอนในวัสดุที่ยากต่อการประมวลผล, การผลิตเครือข่าย, การตัดแผ่นจากชิ้นส่วนที่ซับซ้อน ฯลฯ