Автор: Пользователь скрыл имя, 30 Ноября 2015 в 11:30, реферат
Бурное развитие различных отраслей промышленности – авиационной, ракетно-космической, радиоэлектронной и др., начавшееся в середине 20-го столетия, обусловило необходимость изготовления различных сложнопрофильных деталей, повысило требования к точности формообразования, качеству поверхности, производительности процессов обработки, вызвало необходимость обработки новых труднообрабатываемых материалов. Решение многих из этих задач традиционными способами, применявшимися в металлообработке, стало затруднительно, неэффективно, а во многих случаях невозможно.
Рисунок 5. Условная схема анодно-гидравлической обработки поверхности подвижными электродами.
Основным видом ЭФО является электроэрозионная обработка, которая основана на использовании явления электрической эрозии — разрушения материала электродов при электрическом пробое межэлектродного промежутка.
В конце 18 века английским ученым Дж. Пристли было описано явление эрозии металлов под действием электрического тока. Было замечено, что при разрыве электрической цепи в месте разрыва возникает искра или более продолжительная электрическая дуга. Причем искра или дуга оказывает сильное разрушительное воздействие на контакты разрываемой цепи, называемое эрозией. Электрической эрозии подвержены контакты реле, выключателей, рубильников и других подобных устройств. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению такого разрушения контактов.
Датой рождения электроэрозионной обработки материалов считается 1943 год, от которого отсчитывается приоритет изобретения наших соотечественников Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко. Поместив электроды в жидкий диэлектрик и размыкая электрическую цепь, ученые заметили, что жидкость мутнела уже после первых разрядов между контактами. Они установили, что это происходит из-за того, что в жидкости появляются мельчайшие металлические шарики, которые возникают вследствие электрической эрозии электродов. Ученые решили усилить эффект разрушения и попробовали применить электрические разряды для равномерного удаления металла. С этой целью они поместили электроды (инструмент и заготовку) в жидкий диэлектрик, который охлаждал расплавленные частицы металла и не позволял им оседать на противолежащий электрод. В качестве генератора импульсов использовалась батарея конденсаторов, заряжаемых от источника постоянного тока; время зарядки конденсаторов регулировали реостатом. Так появилась первая в мире электроэрозионная установка. Электрод-инструмент перемещали к заготовке. По мере их сближения возрастала напряженность поля в межэлектродном промежутке (МЭП). При достижении определенной напряженности поля на участке с минимальным расстоянием между поверхностями электродов, измеряемым по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности и называемым минимальным межэлектродным зазором, возникал электрический разряд, под действием которого происходило разрушение участка заготовки. Продукты обработки попадали в диэлектрическую жидкость, где охлаждались, не достигая электрода-инструмента, и затем осаждались на дно ванны. Через некоторое время электрод-инструмент прошил пластину, причем контур отверстия точно соответствовал профилю инструмента. Так, явление, считавшееся вредным, было применено для размерной обработки материалов [3].
Изобретение электроэрозионной обработки (ЭЭО) имело выдающееся значение. К традиционным способам формообразования (резанию, литью, обработки давлением) прибавился совершенно новый метод, в котором непосредственно использовались электрические процессы.
Первоначально для осуществления электроэрозионной обработки применялись исключительно искровые разряды, создаваемые конденсатором в так называемом RC-генераторе. Поэтому новый процесс в то время называли электроискровой обработкой.
В 1948 году М.М. Писаревским на основе использования импульсов дугового разряда была предложена электроимпульсная обработка. Этот метод стал внедряться в промышленность в начале 50-х годов [4].
В последующие годы эволюция динамично продолжалась: 1967 г. – разработка малоизнашиваемых электродов-инструментов, 1975 г. – внедрение систем ЧПУ и адаптивного управления, 1979 г. – использование планетарных головок и получение зеркальных поверхностей, 1987 г. – достижение сверхмалого износа инструмента. Погрешность обработки деталей на электроэрозионных станках снизилась с ± 30 до ± 5 мкм, а ежегодный выпуск станков вырос в 8-10 раз.
Активное участие в конструкторских и технологических работах по внедрению ЭЭО приняли предприятия авиационной промышленности. Так, в середине пятидесятых годов на ММПП "Салют" ЭЭО была впервые внедрена на операции извлечения сломанного инструмента из отверстий корпусных деталей на модернизированном сверлильном станке. В 1961 г. специалистами предприятия разработан и внедрен технологический процесс обработки профиля пера лопаток турбин с применением ЭЭО на специальных станках МЭ-8 и организован производственный участок, где применялась эта технология. Работа была удостоена Ленинской премии в области науки и техники.
В настоящее время, работая в новых экономических условиях, ММПП "Салют" успешно расширяет области применения ЭЭО как в основном, так и в инструментальном производстве. Достигнутый технический уровень ЭЭО позволяет эффективно решать широкий круг технологических задач, таких как обработка отверстий малого диаметра, струйная обработка глубоких отверстий, обработка сложных фасонных поверхностей и отверстий, обработка непрофилированным электродом-проволокой, ЭЭ шлифование не только плоскостей, но и поверхностей вращения.
Реализация перечисленных технологий на предприятии осуществляется на ЭЭ оборудовании ведущих мировых фирм: AGIE CHARMILLES Group, Sodick, а также MAX SEE. Так, для получения в охлаждаемых лопатках турбины отверстий с точностью 0,05 мм при минимальном диаметре 0,2...0,3 мм, отношением глубины к диаметру 50...100 и углом входа менее 20° успешно применяется струйная ЭЭО, обеспечивающая весьма высокую производительность прошивки отверстий с подачей до 20 мм/мин. На предприятии освоена и внедрена обработка мелких глубоких отверстий в изделиях, выполненных из высокопрочных материалов типа ЖС6-У, ВТ-20, 26ХН3Н2ФАА и других. Обработка отверстий в переходниках, упругих кольцах, лопатках турбины ГТЭ-60 производится методом струйной ЭЭО на станках фирмы Sodick KICN и MAX SEE 8-26. За разработку технологии струйной ЭЭ перфорации охлаждаемых лопаток ГТД и наземных энергетических установок группа специалистов ММПП "Салют" и ОАО НИИД удостоена премии им. Люльки.
Расширение областей применения метода ЭЭО обусловлено требованием дальнейшего роста автоматизации производства с внедрением CALS-технологий. Это необходимо для удовлетворения таких требований рынка, как быстрая обновляемость продукции и сокращение продолжительности жизненного цикла изделий с одновременным расширением номенклатурного ряда, а также для повышения качества и конкурентоспособности изделий с учетом усиления давления как социального фактора (дефицит и дороговизна квалифицированного труда), так и фактора охраны окружающей среды (утилизация отходов и др.).
Не менее важным направлением является применение ЭЭО в инструментальном производстве. Обеспечение основного производства формообразующей оснасткой было и остается важнейшей проблемой для многих отраслей машиностроения, в том числе для авиадвигателестроения. Выбор ЭЭО в качестве ведущего метода формообразования рабочих поверхностей штампов и пресс-форм определяется не только накопленным позитивным опытом технологического применения ЭЭО, но и рядом других важных факторов. К их числу относятся возможность достижения специфических показателей качества поверхностного слоя, способствующих существенному повышению стойкости штамповой оснастки, а также высокая точность изготовления сопрягаемых деталей разделительных штампов, стойкость которых благодаря применению технологий ЭЭО удается повысить примерно вдвое. Одним из первых примеров успешного внедрения ЭЭО в инструментальное производство может служить формообразование полостей ковочных штампов. В настоящее время ЭЭО применяется при изготовлении подавляющего большинства таких штампов и позволяет снизить трудоемкость в два-три раза и повысить их стойкость в 1,3...2 раза по сравнению с соответствующими показателями, достигаемыми механической обработкой.
На предприятиях авиадвигателестроения значительный объем ЭЭО приходится на изготовление штампов для горячей объемной штамповки. Технологический процесс изготовления ковочных штампов обычно состоит из фрезерования гравюры для удаления основного припуска, термической обработки штампа, ЭЭО полости, слесарной полировки поверхности полости штампа до Rz = 2...10 мкм (в зависимости от его назначения) и слесарной обработки отдельных участков полости для получения требуемого сопряжения верхней и нижней половин штампа. Стойкость штампов, полости которых обработаны с применением ЭЭО, повышается благодаря возрастанию микротвердости поверхностного слоя и специфической микрогеометрии поверхности, хорошо удерживающей смазку. Описанным выше способом на ЭЭ участке инструментального производства ММПП "Салют" обрабатываются гравюры штампов, шаблоны, цанги, фильтры, фасонный режущий инструмент, сложно-фасонные профили электродов и другие детали оснастки различного назначения сложной конфигурации.
В ближайшей перспективе дальнейшее развитие технологии ЭЭО будет связано с созданием интегрированных технологических систем на основе процессов ЭЭО. Такие системы могут создаваться на основе металлообрабатывающих станков фрезерной, сверлильной и токарной групп путем оснащения их рабочими органами и источниками питания для проведения ЭЭО. Создание гибких технологических модулей для осуществления операций физико-химической обработки и обработки резанием позволит существенно повысить эффективность обработки многих деталей авиационной техники.
В настоящее время есть перспективы и настоятельная необходимость широкого внедрения методов упрочнения деталей за счет нанесения плазменно-ионных покрытий, ионного легирования, лазерной закалки и модификации, а также комбинированных технологий упрочнения. Все это обусловлено тем, что запасы легирующих элементов вольфрама, хрома, никеля и других металлов практически иссякли во всех странах (исключение составляет Китай, где вольфрам добывается в огромных количествах), поэтому легирование всего объема конструкции материала тем или иным элементом становится все более проблематичным, что требует использования методов упрочнения поверхностных слоев за счет концентрации легирующих элементов в нем или изменения фазового или кристаллического состояния поверхностного слоя за счет химико-термической обработки.
Все перечисленные электрофизические методы обработки используются для обеспечения требуемых характеристик и нуждаются в роботизации и автоматизации. В то же время для применения ряда металлических покрытий и химических элементов в обработке необходимо вывести ручной труд из зоны обработки (по требованиям охраны труда). Это позволяет утверждать, что роботизация электрофизических технологий является важной и своевременной задачей.
При нанесении покрытий, ионно-лучевой, светолучевой, электротермической и других методах обработки деталь или напыляющая головка (имплантер, лазер) для получения высококачественных деталей подвергаются сложным манипуляционным движениям. Дальнейшее повышение качества обрабатываемых деталей не возможно без использования комплексно роботизированных установок: для нанесения покрытий (на плоские детали и стекла, диэлектрические детали, детали машиностроения); объемной термической обработки: установок термомеханической и термоциклической обработки; установок цементации и азотирования, установок диффузионного насыщения, установок нанесения покрытий из парогазовой смеси, газового хромирования, светолучевой, электроннолучевой обработок.
Для реализации практически всех технологий показана возможность создания гибких производственных робототехнических комплексов (РТК). Даны примеры типовой компоновки гибких технологических робототехнических комплексов для электрофизической обработки, включающих подготовительные технологические операции [6, 7].
Роботизированные установки для напыления тонкослойных покрытий на поверхность листового материала представляют собой герметичную камеру из нержавеющей стали, внутри которой с помощью вакуумной системы и системы напуска газа создается разреженная газовая среда определенного состава при давлении 10-2-10-1 Па. В камеру помещены магнетронные распылительные системы, представляющие собой диод с аномальным тлеющим разрядом в скрещенных электрическом и магнитном полях. Плазма благодаря магнитному полю генерируется преимущественно вблизи катода и распыляет его. Образующиеся частицы осаждаются на обрабатываемой поверхности, создавая модифицирующее покрытие. Плазма может быть химически активной, и тогда в ней можно получать оксиды, нитриды и другие соединения металлов с газами. Это позволяет существенно расширить состав наносимых покрытий [8]. Установки адаптированы применительно к определенным технологическим процессам и изготовлены в разных вариантах, например: проекты "Аметист", "Аметист-3", "Яшма", "Изумруд", "Опал".
Преимущества магнетронных систем следующие:
– хорошая адгезия осаждаемых слоев по отношению к поверхности твердого тела;
– широкий спектр осаждаемых материалов;
– возможность осаждения многослойных покрытий;
– высокая пространственная однородность покрытий;
– большие размеры обрабатываемых образцов;
– широкий круг материалов, на которые могут быть осаждены модифицирующие покрытия;
– отсутствие высоких температур на обрабатываемой поверхности.
К недостаткам относятся:
– ограничения по осаждению магнитных материалов;
– весьма сложная система управления.
Принципы обработки металла с отрицательным потенциалом (анодный металл) открыл великий физик и исследователь Майкл Фарадей (1791-1867 гг.), которого с тех пор считают отцом распространившейся в ту эпоху науки об электромагнетизме. Его ранние исследования в области металлургии (в 1818–1824 гг.) предвосхитили дальнейшее развитие этой отрасли, которое впоследствии вылилось в широкое распространение использования легированной стали в современной промышленности. Во многом благодаря Майклу Фарадею появилось много знакомых всем слов, которые в наши дни употребляются в области электрохимии, в том числе «электрод», «катод» и «ион».