Metodi elettrofisici per la lavorazione dei metalli

L'uso diffuso di materiali difficili da lavorare per la produzione di parti di macchine, la complessità della progettazione di queste parti, unita alle crescenti esigenze di riduzione dei costi e aumento della produttività, ha portato allo sviluppo e all'adozione di metodi di lavorazione elettrofisici.

I metodi elettrofisici di lavorazione dei metalli si basano sull'uso di fenomeni specifici derivanti dall'azione della corrente elettrica per rimuovere materiale o modificare la forma del pezzo.

Il vantaggio principale dei metodi elettrofisici di lavorazione dei metalli è la possibilità di utilizzarli per modificare la forma di parti realizzate con materiali che non possono essere lavorati mediante taglio, e questi metodi vengono lavorati in condizioni di forze minime o in loro completa assenza.

Un importante vantaggio dei metodi elettrofisici per la lavorazione dei metalli è l'indipendenza della produttività della maggior parte di essi dalla durezza e fragilità del materiale lavorato.L'intensità del lavoro e la durata di questi metodi per la lavorazione di materiali con maggiore durezza (HB> 400) sono inferiori all'intensità del lavoro e alla durata del taglio.

I metodi elettrofisici di lavorazione dei metalli coprono quasi tutte le operazioni di lavorazione e non sono inferiori alla maggior parte di esse in termini di rugosità raggiunta e precisione di lavorazione.

Trattamento di elettroerosione dei metalli

La lavorazione a scarica elettrica è un tipo di lavorazione elettrofisica ed è caratterizzata dal fatto che i cambiamenti nella forma, nelle dimensioni e nella qualità della superficie della parte si verificano sotto l'influenza delle scariche elettriche.

Le scariche elettriche si verificano quando una corrente elettrica pulsata attraversa uno spazio di 0,01 - 0,05 mm di larghezza tra l'elettrodo del pezzo e l'elettrodo dell'utensile. Sotto l'influenza di scariche elettriche, il materiale del pezzo fonde, vaporizza e viene rimosso dallo spazio tra gli elettrodi allo stato liquido o di vapore. Processi simili di distruzione degli elettrodi (dettagli) sono chiamati erosione elettrica.

Per migliorare l'erosione elettrica, lo spazio tra il pezzo e l'elettrodo viene riempito con un liquido dielettrico (cherosene, olio minerale, acqua distillata). Quando la tensione dell'elettrodo è uguale alla tensione di rottura, si forma un canale conduttivo nel mezzo tra l'elettrodo e il pezzo sotto forma di una regione cilindrica riempita di plasma con una piccola sezione trasversale con una densità di corrente di 8000-10000 A /mm2. L'elevata densità di corrente, mantenuta per 10-5 — 10-8 s, garantisce una temperatura della superficie del pezzo fino a 10.000 — 12.000˚C.

Il metallo rimosso dalla superficie del pezzo viene raffreddato con un liquido dielettrico e si solidifica sotto forma di granuli sferici con un diametro di 0,01 - 0,005 mm.Ad ogni momento successivo, un impulso di corrente perfora lo spazio tra gli elettrodi nel punto in cui lo spazio tra gli elettrodi è minimo. L'alimentazione continua di impulsi di corrente e l'avvicinamento automatico dell'elettrodo dell'utensile all'elettrodo del pezzo in lavorazione assicurano un'erosione continua fino al raggiungimento di una dimensione del pezzo predeterminata o fino alla rimozione di tutto il metallo del pezzo nello spazio tra gli elettrodi.

Le modalità di elaborazione della scarica elettrica sono suddivise in scintilla elettrica e impulso elettrico.

Modalità di electrospar caratterizzate dall'utilizzo di scariche a scintilla di breve durata (10-5...10-7s) con polarità diritta di collegamento degli elettrodi (particolare "+", strumento "-").

A seconda dell'intensità delle scariche di scintilla, le modalità sono suddivise in dure e medie (per la lavorazione preliminare), morbide ed estremamente morbide (per la lavorazione finale). L'uso delle modalità morbide fornisce una deviazione delle dimensioni del pezzo fino a 0,002 mm con un parametro di rugosità della superficie lavorata Ra = 0,01 μm. Le modalità delle scintille elettriche sono utilizzate nella lavorazione di leghe dure, metalli e leghe difficili da lavorare, tantalio, molibdeno, tungsteno, ecc. Lavorano fori passanti e profondi di qualsiasi sezione trasversale, fori con assi curvi; utilizzando elettrodi a filo e nastro, tagliare parti da fogli grezzi; denti e fili scheggiati; le parti sono lucidate e marchiate.

Per eseguire l'elaborazione in modalità elettrospark, vengono utilizzate macchine (vedi fig.), Dotate di generatori RC, costituite da un circuito caricato e scaricato.Il circuito di carica include un condensatore C, che viene caricato attraverso una resistenza R da una sorgente di corrente con una tensione di 100-200 V, e gli elettrodi 1 (utensile) e 2 (parte) sono collegati al circuito di scarica in parallelo con il condensatore C.

Non appena la tensione sugli elettrodi raggiunge la tensione di rottura, attraverso lo spazio interelettrodico si verifica una scarica di scintilla di energia accumulata nel condensatore C. L'efficienza del processo di erosione può essere aumentata riducendo la resistenza R. La costanza dello spazio interelettrodico è mantenuto da uno speciale sistema di tracciamento, che controlla il meccanismo per il movimento di avanzamento automatico di un utensile in rame, ottone o materiali di carbonio.

Macchina a scintilla elettrica:

Taglio ad elettroscintilla di ingranaggi con ingranamento interno:

Modalità di impulsi elettrici caratterizzati dall'uso di impulsi di lunga durata (0,5 ... 10 s), corrispondenti a una scarica ad arco tra gli elettrodi e distruzione più intensa del catodo. A questo proposito, nelle modalità a impulsi elettrici, il catodo è collegato al pezzo, che fornisce prestazioni di erosione più elevate (8-10 volte) e una minore usura dell'utensile rispetto alle modalità a scintilla elettrica.

Il campo di applicazione più opportuno delle modalità a impulsi elettrici è l'elaborazione preliminare di pezzi di parti di forma complessa (matrici, turbine, pale, ecc.) Realizzate con leghe e acciai difficili da trattare.

Le modalità di impulso elettrico sono implementate da installazioni (vedi fig.), in cui gli impulsi unipolari da una macchina elettrica 3 o generatore elettronico… L'emergere di E.D.S.l'induzione in un corpo magnetizzato che si muove di un certo angolo rispetto alla direzione dell'asse di magnetizzazione consente di ottenere una corrente di grandezza maggiore.

Trattamento radiante dei metalli

I tipi di lavorazione a radiazione nell'ingegneria meccanica sono la lavorazione a fascio di elettroni oa fascio di luce.

La lavorazione a fascio di elettroni dei metalli si basa sull'effetto termico di un flusso di elettroni in movimento sul materiale lavorato, che si scioglie ed evapora nel sito di lavorazione. Un riscaldamento così intenso è causato dal fatto che l'energia cinetica degli elettroni in movimento, quando colpiscono la superficie del pezzo, si trasforma quasi completamente in energia termica che, concentrata su una piccola area (non più di 10 micron), provoca riscaldare fino a 6000˚C.

Durante l'elaborazione dimensionale, come è noto, vi è un effetto locale sul materiale lavorato, che durante l'elaborazione del raggio di elettroni è fornito da una modalità a impulsi del flusso di elettroni con una durata dell'impulso di 10-4 ... 10-6 s e una frequenza di f = 50 … 5000 Hz.

L'elevata concentrazione di energia durante la lavorazione del fascio di elettroni in combinazione con l'azione dell'impulso fornisce condizioni di lavorazione in cui la superficie del pezzo situata a una distanza di 1 micron dal bordo del fascio di elettroni viene riscaldata a 300˚C. Ciò consente l'uso della lavorazione a fascio di elettroni per tagliare parti, fabbricare fogli di rete, tagliare scanalature e fori di diametro da 1 a 10 micron in parti realizzate con materiali difficili da lavorare.

Speciali dispositivi a vuoto, i cosiddetti cannoni elettronici (vedi fig.), sono utilizzati come apparecchiature per il trattamento con fascio di elettroni.Generano, accelerano e focalizzano un fascio di elettroni. Il cannone elettronico è costituito da una camera a vuoto 4 (con un vuoto di 133 × 10-4), in cui è installato un catodo di tungsteno 2, alimentato da una sorgente ad alta tensione 1, che garantisce l'emissione di elettroni liberi che vengono accelerati da un campo elettrico creato tra il catodo 2 e la membrana anodica 3.

Il fascio di elettroni passa quindi attraverso un sistema di lenti magnetiche 9, 6, un dispositivo di allineamento elettrico 5 ed è focalizzato sulla superficie del pezzo 7 montato sulla tavola di coordinate 8. La modalità di funzionamento a impulsi del cannone elettronico è fornita da un sistema costituito da generatore di impulsi 10 e trasformatore 11.

Un metodo di elaborazione del raggio di luce si basa sull'utilizzo degli effetti termici del raggio di luce emesso ad alta energia generatore di quantistica ottica (laser) sulla superficie del pezzo.

L'elaborazione dimensionale con l'ausilio di laser consiste nella formazione di fori con un diametro di 0,5 ... 10 micron in materiali difficili da lavorare, produzione di reti, taglio di fogli da parti di profilo complesse, ecc.