加工金属的电物理方法
难加工材料在机器零件生产中的广泛使用、这些零件设计的复杂性,以及对降低成本和提高生产率的日益增长的要求,导致了电物理加工方法的开发和采用。
金属加工的电物理方法是基于利用电流作用产生的特定现象来去除材料或改变工件的形状。
电物理金属加工方法的主要优点是能够使用它们来改变由无法通过切削加工的材料制成的零件的形状,并且这些方法是在最小力或完全没有力的情况下进行加工的。
用于加工金属的电物理方法的一个重要优点是它们中的大多数的生产率不受加工材料的硬度和脆性的影响。这些方法加工高硬度材料(HB>400)的劳动强度和工时均小于切削的劳动强度和工时。
金属加工的电物理方法几乎涵盖了所有的机械加工操作,并且在达到的粗糙度和加工精度方面并不逊色于大多数加工操作。
金属的放电处理
放电加工是电物理加工的一种,其特点是零件的形状、尺寸和表面质量在放电的影响下发生变化。
当脉冲电流通过工件电极和工具电极之间 0.01 - 0.05 毫米宽的间隙时,会发生放电。在放电的影响下,工件材料熔化、蒸发并以液态或气态从极间间隙中移除。类似的电极破坏过程(细节)称为电蚀。
为了加强电腐蚀,工件和电极之间的间隙充满电介质液体(煤油、矿物油、蒸馏水)。当电极电压等于击穿电压时,在电极和工件中间形成一个导电通道,其形式为充满等离子体的小截面圆柱形区域,电流密度为8000-10000 A /平方毫米。维持10-5 — 10-8 s的高电流密度,确保工件表面温度高达10,000 — 12,000˚C。
从工件表面去除的金属用介电液体冷却并凝固为直径为 0.01 — 0.005 毫米的球形颗粒。在随后的每个时刻,电流脉冲在电极间间隙最小的点处穿透电极间间隙。电流脉冲的连续供应和工具电极自动接近工件电极确保了连续腐蚀,直到达到预定的工件尺寸或去除电极间隙中的所有工件金属。
放电加工方式分为电火花和电脉冲。
electrospar 模式的特点是使用短持续时间(10-5 ... 10-7s)的火花放电,连接电极的极性为正(细节“+”,工具“-”)。
根据火花放电的强度,模式分为硬和中(用于初步处理)、软和极软(用于最终处理)。软模式的使用提供了高达 0.002 mm 的零件尺寸偏差,加工表面的粗糙度参数 Ra = 0.01 μm。电火花方式用于硬质合金、难加工金属和合金、钽、钼、钨等的加工。他们加工任何横截面的通孔和深孔,具有弯曲轴的孔;使用金属丝和胶带电极,从板坯上切割零件;碎齿和螺纹;零件经过抛光和烙印。
为了在电火花模式下进行加工,使用了机器(见图),配备了 RC 发电机,由充电和放电电路组成。充电电路包括电容器C,由电压为100-200V的电流源通过电阻R充电,电极1(工具)和电极2(零件)与电容器并联连接到放电电路C。
一旦电极上的电压达到击穿电压,电容器 C 中积累的能量就会通过极间间隙发生火花放电。通过减小电阻 R 可以提高腐蚀过程的效率。极间间隙的恒定性由一个特殊的跟踪系统维护,该系统控制由铜、黄铜或碳材料制成的工具的自动进给运动的机制。
电火花机:
内啮合齿轮的电火花切割:
电脉冲模式的特点是使用长脉冲(0.5 ... 10 s),对应于电极之间的电弧放电和更强烈的阴极破坏。在这方面,在电脉冲模式下,阴极连接到工件,与电火花模式相比,它提供了更高的侵蚀性能(8-10 倍)和更少的工具磨损。
电脉冲模式最方便的应用领域是对由难加工合金和钢制成的复杂形状零件(矩阵、涡轮机、叶片等)的工件进行初步加工。
电脉冲模式通过装置实现(见图),其中来自电机 3 或 电子发电机… E.D.S. 的出现与磁化轴方向成一定角度运动的磁化体中的感应使得获得更大幅度的电流成为可能。
金属辐射处理
金属的电子束加工基于移动电子流对加工材料的热效应,加工材料在加工现场熔化和蒸发。如此强烈的加热是由于运动电子撞击工件表面时的动能几乎完全转化为热能,热能集中在一个小区域(不超过 10 微米),导致它加热到 6000˚C。
众所周知,在尺寸加工过程中,加工材料会产生局部效应,在电子束加工过程中,这种效应由电子流的脉冲模式提供,脉冲持续时间为 10-4 ... 10-6 s,频率为f = 50 … 5000 赫兹。
电子束加工过程中的高能量集中与脉冲作用相结合,提供了加工条件,其中距离电子束边缘 1 微米的工件表面被加热到 300˚C。这使得使用电子束加工来切割零件、制造网状箔、切割凹槽以及在由难加工材料制成的零件上加工直径为 1-10 微米的孔成为可能。
特殊的真空装置,即所谓的电子枪(见图),用作电子束处理设备。它们产生、加速和聚焦电子束。电子枪由真空室4(真空度133×10-4)组成,真空室4内装有钨阴极2,由高压源1供电,保证自由电子被加速后的发射。在阴极 2 和阳极膜 3 之间产生的电场。
然后电子束通过磁透镜系统 9、6、电对准装置 5 并聚焦在安装在坐标台 8 上的工件 7 的表面上。电子枪的脉冲操作模式由由脉冲发生器10和变压器11组成的系统。
一种光束处理方法是基于利用高能量发射光束的热效应 光量子发生器(激光) 在工件的表面上。
借助激光的尺寸加工包括在难加工材料中形成直径为 0.5 ... 10 微米的孔、网络的生产、复杂型材零件的板材切割等。

