Деталь «Стакан»

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра Технологии машиностроения

 

 

 

 

Техническая физика

Контрольная работа

 

 

 

 

Выполнил(а): студент           гр. ТОАзс-11-55                                            /Бурмистрова С.В./

                                                                                 ^{(шифр группы)                                                                                      (Ф.И.О.)}

 

Проверил:                    доцент                                                                       /Злотников Е.Г./

                                                      ^{(должность)                                                        (подпись)                                               (Ф.И.О.)}

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012

 

 

Содержание

Задание на работу 3

Описание  детали 4

Методы электрофизической  обработки. 5

Электроэрозионная обработка 10

Список литературы 13

 

 

 

Задание на работу

Прошить фасонное отверстие R15×(10-18) мм. Материал изделия 40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стакан

 

 

 

 

Описание детали

 

Деталь «Стакан» представляет собой деталь типа тела вращения и принадлежит к группе полых цилиндров, изготовленный из материала Сталь 40.

Механические свойства материала Сталь 40 приведена в таблице.

Механические  свойства

Механические свойства при  повышенных температурах

t испытания, °C	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %
Образец диаметром 6 мм и  длиной 30 мм, прокатанный. Скорость деформации 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с.
700	99	140	48	85
800	70	110	53	97
900	54	71	55	100
1000	28	58	69	100
1100	24	37	60	100
1200	16	26	87	100
1300	12	18	56	100

 

 

Методы электрофизической  обработки.

 

1. Электроэрозионная обработка.

К электроэрозионным методам обработки (ЭЭО) относятся разнообразные способы  обработки, в которых отделение  материала заготовки осуществляется под воздействием теплоты, выделяющейся в результате электрического импульсного  разряда.

К основным достоинствам электроэрозионной обработки относятся:

1. возможность обрабатывать токопроводящие материалы любой твердости, вязкости, хрупкости;
2. возможность обрабатывать заготовки сложных форм, даже таких, которые невозможно получить другими способами (например, прошивание отверстий с криволинейной осью);
3. отсутствие необходимости в высокой прочности и твердости инструмента;
4. отсутствие механических воздействий на заготовку и инструмент;
5. значительное снижение трудоемкости обработки сложных поверхностей заготовок из труднообрабатываемых материалов.

К недостаткам электроэрозионной обработки можно отнести:

1. обратную зависимость между производительностью и качеством обработанной поверхности;
2. для большинства способов ЭЭО обработку необходимо вести при погружении заготовки в жидкость;
3. относительно низкую производительность при обработке материалов невысокой твердости (сталь, цветные сплавы).

 

Физическая основа электроэрозионного процесса (ЭЭО)

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) заключается в изменении  формы, размеров, шероховатости и  свойств поверхности заготовки  в результате электрической эрозии, возникающей при повторяющихся импульсных электрических разрядах между заготовкой и инструментом, погруженными в жидкость. Разряд - импульс электротока в зазоре между заготовкой и инструментом, при котором в малых объеме и времени электроэнергия переходит в тепловую. В канале разряда происходит нагрев, расплавление и испарение материала электродов, его выброс, а также ионизация и распад жидкости, находящейся в рабочем зазоре. При этом образуются также волны, выносящие частицы заготовки из-под инструмента. Рабочая жидкость в зазоре концентрирует действие разряда, сжимает его и делает более кратковременным. Гидродинамические силы выбрасывают частицы металла из зоны разряда.

Разряды инициируются вибрацией  инструментов и импульсным питанием от источника тока. Схема ЭЭО приведена  на рис. 2.1.

 

Рис. 2.1. Схема ЭЭО: 1 - генератор импульсов; 2 - заготовка: 3 - инструмент; 4 - капли расплавленного металла; 5 - эрозионная лунка; 6 - плазменный канал разряда; 7 - газовый пузырь; 8 - рабочая жидкость

 

Режим ЭЭО подбирается  так, чтобы разрушение происходило  только на поверхности заготовки, что  зависит от материала, инструмента, полярности и формы импульсов. Произвоводительность ЭЭО и шероховатость обработанных поверхностей зависит:

• от свойств материала инструмента;
• энергии, выделяемой при разрядах (или, иначе, от силы тока в разряде);
• от свойств рабочей жидкости.

С увеличением среднего значения силы тока производительность растет до определенного предела, увеличивается  шероховатость поверхности заготовки  и износ инструмента.

C помощью ЭЭО можно обрабатывать токопроводящие материалы любой механической прочности, твердости, вязкости и хрупкости. При этом нет необходимости в механических усилиях, значительно снижены отходы.

В зависимости от длительности и  периодичности импульсов, вырабатываемых источником тока, и способов их формирования различают следующие способы  обработки:

1. электроискровой,
2. электроимпульсный,
3. электроконтактный.

 

2. Электрохимическая обработка

Удаление материала при  электрохимической обработке (ЭХО) происходит под действием электрического тока в среде электролита без  непосредственного контакта между  инструментом и заготовкой. В основе этого процесса лежит явление  анодного растворения металлов в  движущемся (проточном) электролите.

К основным достоинствам электрохимической размерной обработки относятся:

1. высокая производительность, достигающая десятков тысяч кубических миллиметров в минуту и принципиально не имеющая ограничений;
2. полное отсутствие износа электрода-инструмента; возможность повышения качества и производительности, что не характерно для других механических или электрических способов обработки; высокое качество обработанной поверхности;
3. наличие некоторого саморегулирования процесса при обработке заготовок из сплавов неоднородного кристаллического строения, приводящего к равномерному растворению материала с их поверхности.

К недостаткам процесса относятся:

1. высокая энергоемкость; необходимость принятия специальных мер для удаления отходов (шлама и газов);
2. затруднения в управлении процессом при обработке сложнопрофильных деталей с высокой точностью;
3. необходимость обеспечения интенсивной циркуляции электролита в процессе обработки;
4. некоторое снижение выхода по току при возрастании плотности тока.

 

Процессы электрохимической  обработки

Электрохимическая обработка  использует анодное растворение  металла заготовки [2], [3]. Растворение (съем) металла происходит в результате электролиза материала электродов, соединенных с источником постоянного  тока и погруженных в токопроводящий раствор – электролит. Электрод, соединенный с положительным  выводом источника тока, является анодом (заготовка). Второй электрод (катод) соединен с отрицательным выводом  источника тока и является инструментом (рис. 1.1).

Электролит выполняет  одновременно несколько функций: обеспечивает за счет своего состава и электропроводности протекание электрохимического процесса, вынос продуктов электродных  реакций, отвод выделившейся при  прохождении электрического тока теплоты  и т. д.

 

Рис. 1.1. Схема электролиза  в воде NaCl:

1- электрод-анод; 2- электролит; 3- источник питания; 4- электрод-катод.

Точность электрохимической  обработки зависит как от обычных  причин (погрешности технологической  системы), так и от стабильности параметров процесса обработки – напряжения, электропроводности, нагрева и газонасыщения электролита. Кроме того, неравномерность припуска заготовки является причиной погрешности, остающейся в конце обработки. Достижимая точность ЭХО – 0,1…0,5 мм, но при высокой стабильности параметров установки ЭХО и зазорах d < 0,02 мм – до 5 мкм. При ЭХО шлифовании точность соизмерима с обычными методами.

Шероховатость поверхностей при ЭХО зависит от состава электролита, температуры, скорости его протекания и анодной плотности тока. Электролизом получают шероховатость с R_a = 2,5…0,63 мкм, при комбинированных методах – до 0,02 мкм. Снижение температуры электролита, повышение плотности тока и скорости подачи электролита снижают шероховатость.

Качество поверхности  можно улучшить также введением  в электролит сжатого воздуха  под давлением на 50...100 кПа выше давления электролита.

Некоторые операции ЭХО осуществляют при неподвижных заготовке и  инструменте (например, калибрование и  маркировку), но большинство разновидностей ЭХО осуществляется при перемещении  инструмента относительно заготовки, реже – заготовки относительно инструмента. При точении и абразивной обработке перемещают и заготовку, и инструмент. ЭХО возможна (с неподвижным инструментом) при стабилизации напряжения или тока. При неподвижных заготовке и инструменте по мере увеличения зазора d скорость съема металла снижается, при движении инструмента – остается неизменной.

При перемещении инструмента  относительно заготовки используют непрерывный, циклический или импульсно-циклический  режимы.

При непрерывном режиме обработки  рабочая подача инструмента выполняется  с постоянными скоростью и напряжением. Съем припуска осуществляется в период обработки t_э и требует стабилизации напряжения в пределах 1…3%. В этом режиме обрабатываются отверстия и полости с точностью до 0,05…0,015 мм.

 

 

Электроэрозионная обработка

Инструменты ЭЭО

Инструменты ЭЭО должны быть достаточно жесткими и противостоять  различным условиям деформаций (усилиям  прокачки РЖ, высокой температуре).

Конструкция инструментов зависит  от вида операций, причем в ряде случаев  в них предусматриваются каналы для подачи рабочей жидкости. В  других случаях подача и отсос  выполняются через специальную  подставку или обработка ведется в ванне с прокачкой или без нее. Профиль и геометрия рабочей части инструмента выполняют как зеркальное отображение полости детали, причем размеры уменьшаются на величину межэлектродного зазора и припуска на последующую обработку. Расчеты межэлектродного зазора носят приближенный характер. Чаще их определяют экспериментально, после чего корректируют размеры инструмента. Величина торцового зазора - 0,02...0,15 мм, бокового - 0,04...0,45 мм в зависимости от величины и частоты импульсов.

Уменьшение износа инструментов достигается правильным выбором материала, параметров импульса тока, свойств рабочей жидкости, снижением вибрации инструмента и площади обрабатываемой поверхности.

 

Режимы ЭЭО

В зависимости от режимов  питания получают черновой, чистовой или доводочный режимы ЭЭО.

Режимы ЭЭО делятся  на 3 группы:

1. Для предварительной (черновой) обработки, при низких требованиях к точности и шероховатости, с максимальной производительностью независимо от износа инструмента.

2. Для чистовой обработки заготовок с заданными требованиями пo точности и шероховатости поверхностей, с высокой производительностью при малом износе инструмента.