Обработка ультразвуком.

Ультразвуковая обработка представляет собой ударо-абразивный метод обработки твердых и хрупких материалов. Она осуществляется (рис. 1.29) инструментом 1, колеблющемся с ультразвуковой частотой 18…20кГц. Под торец инструмента подается водная суспензия абразивного порошка. Зерна абразива 2, «вбиваемые» инструментом в заготовку 3, скалывают материал мелкими частицами, которые вместе с размельченным абразивом уносятся жидкостью. Если же инструмент ударяет по свободно висящему в жидкости зерну абразива, то выкалывание частиц материала изделия не происходит.

Кавитационные явления сообщают зернам абразива скорости, в десятки раз меньшие, чем инструмент в момент удара по зернам, но кавитация усиливает циркуляцию суспензии, что способствует попаданию свежего абразива в зону обработки, а так же удалению сколотых частиц и разрушенных зерен абразива.
Этим методом хорошо обрабатываются твердые и хрупкие материалы: керамика, кварц, рубин, алмаз, кремний, твердые сплавы и др. Для обработки твердых сплавов инструмент целесообразно изготовить из стали 45 с последующей закалкой до твердости HRC 48…56. При точной обработке применяют инструмент из незакаленной стали, так как при закалке может произойти его деформация. Шаржирование поверхности инструмента абразивными зернами не влияет на обработку.
Максимальная скорость съема материала по обработке стекла составляет 9000мм3/мин, а по твердому сплаву – 200м3/мин.
Вязкие материалы (например, сталь незакаленная) плохо обрабатываются ультразвуковым способом, так как под ударами зерен абразива не происходит сколов материалов изделия, а зерна просто внедряются в обрабатываемый материал.
Производительность ультразвуковой обработки зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, зернистости абразива, состава абразивной суспензии, амплитуды колебания инструмента и др.
Оптимальная величина зерен абразива составляет 110мкм, причем максимальная производительность достигается при концентрации абразива 30…40% от общей массы суспензии.
Скорость обработки растет пропорционально квадрату амплитуды. В настоящее время максимальные амплитуды колебаний в 45…50мкм. Дальнейшее увеличение амплитуды приводит к быстрому усталостному разрушению инструменту.
Точность и частота обрабатываемой поверхности при ультразвуковой обработке в основном зависит от величин зерен абразива в суспензии.
При использовании суспензии с зернами карбида бора №10 (100мкм) можно получить шероховатость поверхности Ra 1,25 мкм, а точность – 0,06мм. Применение абразива №3 дает возможность повысить точность до 0,02мм при шероховатости поверхности Ra 0,32мкм. Однако производительность при этом уменьшается примерно в 10 раз. Наиболее целесообразно ультразвуковую обработку применять для обработки изделий твердых сплавов (глухие отверстия штампов, пресс-форм и др.), резки германия и кремния, обработки алмазных и твердосплавных фильер, ферритовых плат и др.

Электромеханическая обработка.

Электрохимическая размерная обработка основана на явлении анодного растворения металла и удаления продуктов электрохимической реакции с обрабатываемой поверхности. Ее применяют для обработки токопроводящих материалов. При этом отсутствуют высокие давления и температуры, а следовательно, и структурные изменения поверхностного слоя.
Производительность обработки не зависит от размеров детали. Достижимая точность обработки составляет 12…18мкм, а шероховатость поверхности Ra 0,08мкм.

Основные разновидности электрохимической обработки: анодно-гидравлическая в проточном электролите, электрохимическое полирование в неподвижном электролите и анодно-механические способы чистовой обработки.
Анодно-гидравлическая обработка в проточном электролите был предложен В. Н. Гусевым 1952г. Анодное растворение происходит без образования прочных механических анодных пленок, вследствие чего удаление продуктов электролиза осуществляется в результате интенсивного принудительного протока электролита (водный раствор соли: нейтральной, кислой или щелочной). Интенсивность съема металла может доходить до 400мм3/мин.
При анодно-гидравлическом сверлении (рис. 1.30, а) инструментом служит медная трубка, изолированная снаружи. Под давлением вытекающего электролита между торцевой поверхностью трубки и детали образуется зазор, исключающий замыкание электродов. При прохождении электрического тока через электролит происходит растворение металла детали. Продукты электролиза удаляются электролитом. По мере растворения изделия трубка углубляется в деталь, поддерживая постоянство межэлектродного зазора.
Примером формообразования более сложных поверхностей может служить операция изготовления кольцевых канавок (рис. 1.30, б). Деталь 1 подключена к положительному источнику тока, а инструмент 2 – к отрицательному.
Анодно-гидравлическую обработку целесообразно применять для снятия заусенцев к деталей сложной формы (мелкомодульные шестерни, краповые колеса и др.). Механическое удаление заусенцев является весьма трудоемкой операцией и не обеспечивает высокого качества деталей. При анодно-гидравлической обработке удаляются мельчайшие заусенцы, и значительно повышается производительность труда. В практике находят применение анодно-механическое шлифование наружных цилиндрических поверхностей и чистовая обработка плоскостей.

Обработка при помощи плазмы.

Плазмой называют ионизированный газ, перешедший в это состояние результате нагрева до очень высокой температуры или в следствии столкновении частиц газа с быстрыми электронами (в газовом разряде). При этом молекулы распадаются на атомы, от которых отрываются электроны и возникают ионы. Последние ионизируют газ и делают его электропроводным. Однако не всякий ионизированный газ можно назвать плазмой. Необходимым условие существования плазмы является ее электрическая квазинейтральность, т.е. она должна содержать в единице объема примерно равное количество электронов и положительно заряженных ионов. Наряду с ними в плазме может находиться некоторое количество неионизированных атомов или молекул.
На плазму могут воздействовать магнитные и электрические поля.
Внешнее магнитное поле позволяет сжимать струю плазмы, а также управлять ею (отклонять, фокусировать).
Большая степень ионизации обуславливает высокую температуру газоразрядной плазмы которая может достигать 5000˚С и выше. Свойство плазмы можно изменять путем применения различных газов (азота, карбона, водорода, гелия и др.).
Основным методом получения плазмы для технологических целей является пропускание струи сжатого газа через пламя электрической дуги. Современные плазменные горелки делят на горелки прямого действия (с внешней дугою) и косвенного действия (с внутренней дугой).

Горелки прямого действия (рис. 1.31, а) применяют для обработки электропроводящих материалов. Дуга возбуждается между обрабатываемым изделием 4, являющимся анодом, и вольфрамовым электродом 1 (катодом). Поток газа поступает в охлаждаемую водой 2 медную оболочку 3. Дуга, выходя из сопла направляется вместе с потоком газа к изделию.
В качестве рабочего газа наиболее часто используют аргон, который ионизируется. Напряжение зажигания и рабочее напряжение при этом не большие и электрическая дуга получается стабильной и инертной. При использовании в качестве рабочего газа гелия скорость истечения при t=10000…15000˚С приблизительно равна звуковой. Плазменная грелка рассматриваемого типа потребляет мощность 50кВт и создает концентрацию мощности плотностью 3мВт/дм2.
Горелки косвенного действияможно применять для обработки токопроводящих материалов и диэлектриков.
В горелках косвенного действия (рис. 1.31, б) дуга образуется между вольфрамовым катодом 1 и стенками медного сопла 3. Поток газа, охлаждаемого водой 2, поступает в медную оболочку и, проходя через дугу, ионизируется. Дуга под воздействием струи газа выходит за пределы сопла, а плазма в виде факела направляется на обрабатываемое изделие 4, которое изолировано от дуги.
Практическое осуществление плазменных горелок оказалось возможным благодаря способностям плазмы сжиматься в узкий пучок. Защитой сопла от разрушения служит оболочка газа, которая образует прослойку между факелом и стенками сопла.
Наиболее целесообразно плазменный нагрев использовать для напыления тугоплавких не металлических материалов, которые вводятся в плазму в виде парашка. Этим методом можно получать многослойные покрытия из одного или нескольких порошков.
Качество покрытий зависит от подготовки поверхности, вида применяемого парашка и материала основания. Подготовка поверхности заключается в очистке и обезжиривании.
При помощи плазменной горелки можно обрабатывать материалы любой сложности и любого химического состава. Весьма эффективно применение плазмы при резке нержавеющих сталей и других металлов. Поверхность реза при этом получается гладкой, а глубина зоны влияния - незначительной.