Прогрессивные технологические процессы в машиностроении

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учреждение образования «МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ  КОЛЛЕДЖ» Прогрессивные технологические  процессы в машиностроении Контрольная работа №I Вариант №12 Полянцев Виталий Александрович Шифр 103Р Адрес учащегося Бресткая область г. Барановичи, м-н Тексер 3/46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВОПРОСЫ:

 

1. Электрохимическое объёмное копирование: сущность, достигаемая точность и шероховатость
2. Схемы фрезерования при плазменной обработке материалов
3. Накатывание зубчатых колёс в матрице

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Электрохимическое объёмное копирование: сущность, достигаемая точность и шероховатость

 

 

Электрохимическая обработка (ЭХО) — это способ обработки электропроводящих материалов, заключающаяся в изменении формы, размеров и (или) шероховатости поверхности заготовки вследствие анодного растворения ее материала в электролите под действием электрического тока.

 

Виды электрохимической  обработки

Электрохимическое объемное копирование — электрохимическая обработка, при которой форма электрода-инструмента отображается в заготовке

Электрохимическое прошивание — электрохимическая обработка, при которой электрод-инструмент, углубляясь в заготовку, образует отверстие постоянного сечения

Струйное электрохимическое прошивание — электрохимическое прошивание с использованием сформированной струи электролита

Электрохимическое калибрование — электрохимическая обработка поверхности с целью повышения ее точности

Электрохимическое точение  — электрохимическая обработка, при вращении заготовки и поступательном перемещении электрода-инструмента

Электрохимическая отрезка  — электрохимическая обработка, при которой заготовка разделывается на части

Электрохимическое удаление заусенцев (ЭХУЗ, Electrochemical debuting) — электрохимическая обработка, при которой удаляются заусенцы заготовки

Электрохимическое маркирование

Многоэлектродная электрохимическая обработка — электрохимическая обработка осуществляемая электродами, подключенными к общему источнику питания электрическим током и находящимися во время обработки под одним потенциалом

Непрерывная электрохимическая обработка — электрохимическая обработка при непрерывной подаче напряжения на электроды

Импульсная электрохимическая обработка — электрохимическая обработка при периодической подаче напряжения на электроды

Циклическая электрохимическая обработка — электрохимическая обработка, при которой один из электродов перемещается в соответствии с заданной циклограммой, а также другие смешанные виды электрофизикохимической обработки (ЭФХМО) включающие ЭХО:

— анодно-механическая обработка; — электрохимическая абразивная обработка; — электрохимическое  шлифование; — электрохимическая  доводка(ЭХД); — электрохимическое абразивное полирование; — электроэрозионнохимическая обработка(ЭЭХО); — электрохимическая ультразвуковая обработка и др.

 

Физико-химическая сущность метода

Механизм съема (растворения, удаления металла) при электрохимической  обработке основан на процессе электролиза. Съем металла происходит по закону Фарадея, согласно которому количество снятого металла пропорционально  силе тока и времени обработки. Один из электродов (заготовка) присоединен  к положительному полюсу источника  питания и является анодом, а второй(инструмент) — к отрицательному; последний является катодом.

Особенностями электролиза  являются пространственное окисление (растворение) анода и восстановление (осаждение) металла на поверхности  катода.

При ЭХО применяют такие  электролиты, катионы которые не осаждаются при электролизе на поверхности  катода. Этим обеспечивается основное достоинство ЭХО перед электроэрозионной обработкой — неизменность формы электрода-инструмента (ЭИ).

Для стабилизации электродных  процессов при ЭХО и удаления из межэлектродного промежутка (МЭЗ) продуктов растворения (шлама) применяют принудительную подачу в рабочую зону электролита, то есть прокачивают его с определенным давлением.

 

Электрохимический станок

Технологические установки  для реализации процесса ЭХО как  правило являются узкоспециализированными  под определенный технологический  процесс, в связи с низкой производительностью(в сравнении с другими методами формообразования: механическая обработка, электроэрозионная обработка) и сложностью процесса. Однако ЭХО обладает рядом уникальных технологических свойств (постоянство формы обрабатывающего электрода, обработка твердых и хрупких токопроводящих сплавов, обработка которых механическими методами резания и шлифования невозможна, или низко производительна, минимальные нагрузки на обрабатываемую заготовку позволяют обрабатывать тонкостенные, ажурные детали, отсутствие измененного слоя в детали после обработки (оплавление, наклеп, термоупрочнение) поверхностного слоя, возможность подвода исполнительного органа(электрода) в труднодоступные полости и отверстия деталей)) которые позволяют осуществлять обработку деталей, неосуществимую другими известными методами обработки.

Широкое распространение  электрохимические станки получили в авиационной промышленности. Распространены установки для получения рабочей  поверхности пера лопатки турбореактивных  двигателей (лопаточные станки), данные станки позволяют получать готовые  изделия с минимальным применением  доводочных, слесарных операций, требующих  больших затрат времени и высококвалифицированного персонала. Именно по этим причинам большинство  специализированных электрохимических  установок уникально и изготавливается  в единичном числе.

Однако, распространены и  универсальные электрохимические  станки, выпускаемые серийно, как  правило, это копировально-прошивочные  станки, позволяющие обрабатывать широкую  номенклатуру деталей прямым копированием. Данные станки обладают одной координатой Z (которая осуществляет формообразование) иногда снабжаются дополнительными координатами (X и Y) для настройки и базирования взаимного расположения электрода и обрабатываемой поверхности в заготовке. Данные станки широко применяются в инструментальной промышленности для обработки штампов, пуансонов и других твердосплавных формообразующих технологических элементов.

 

Рис. 1 - Схемы фрезерования деталей с помощью копировальных приспособлений:

а и б – при разностороннем расположении осей фрезы и ролика (пальца); в и г – при разностороннем расположении

На рис. 1 изображена схема фрезерования криволинейной поверхности по методу объемного копирования. В качестве режущего инструмента здесь применяется специальная концевая фреза с закругленными на торце режущими зубьями.

 Станок может работать  в режимах обычного фрезерования, контурного копирования и объемного  копирования. При обычном фрезеровании  со станка снимается копировальный  столик, а иногда и копировальный  датчик. Управление станком осуществляют  с помощью кнопок включения  электродвигателей и рукояток, включающих  необходимое перемещение стола.  При контурном и объемном копировании  фрезерование поверхностей детали  проводят по автоматическому  циклу с использованием шаблонов  и копировального устройства.

 Наиболее производительно  обрабатывать фасонные выемки сложной конфигурации на копировально-фрезерных станках для объемного копирования типа Гидротелл. Кроме того, для работы на таких станках не требуется высокой квалификации рабочего.

 Электрохимическая обработка,  при которой форма электрода-инструмента  отображается в заготовке, называется  электрохимическим объемным копированием. Если электрод-инструмент углубляется в заготовку, образуя отверстие постоянного сечения, то данный вид ЭХО есть электрохимическое прошивание.

 Очевидно, что при механическом резании (точении, фрезеровании, сверлении) чисто объемное копирование невозможно, так как для физического процесса резания требуется не только поступательное (движение подачи), но и вращательное движение. Наоборот, объемная штамповка по принципу формообразования сходна с разновидностями эрозионной обработки, основанными на электрическом генерировании импульсов.

 

Рис. 2 - Схема копировально-фрезерного станка с электроконтактным датчиком

 

На рисунке показан общий вид копировально-фрезерного полуавтомата модели 6441 Б, предназначенного для объемного копирования.

Станок  предназначен для выполнения разнообразных копировальных работ по плоским копирам, а также для объемного копирования.

 

Рис. 3 - Схема фрезерования вогнутой поверхности торцовой фрезой

 

Вогнутые поверхности, как  и другие фасонные поверхности, могут  быть обработаны с помощью фасонных фрез на копировальных станках методом  объемного копирования, а также  на станках с программным управлением.

 Применение пантографных  устройств в копировально - и гравировально-фрезерных станках (например, в моделях 6463 для плоского и 6461 для объемного копирования), в профильно-шлифовальных для обработки инструментов, калибров и лекал с фасонным контуром, во многих шлифовальных станках - для алмазной правки профиля фасонных кругов (изредка также в фасонно-токарных и расточных станках) основано на использовании некоторых свойств пантографа - шарнирного параллелограмма с удлиненными сторонами или дополнительной связью между параллельными сторонами. Схемы нескольких вариантов пантографа, применяемых в названных станках. Если О - неподвижная ось пантографа, а в точках А и В, лежащих на одной прямой с О, поместить в одной - щуп (штифт, трейсер), а в другой - ось инструмента, то при движении пантографа оси щупа и инструмента будут описывать геометрически подобные фигуры. Поэтому, чтобы получить на заготовке желаемый плоский контур, нужно перемещать щуп вдоль контура шаблона или чертежа, геометрически подобного требуемому. В указанном свойстве пантографа легко убедиться следующим образом.

 Станки моделей 6М42К  и 6М42 Львовского завода фрезерных  станков с гидравлической системой  копирования и размерами стола  320x1250 мм предназначены для контурного и объемного копирования.

 

 

 

 

 

2. Схемы фрезерования при плазменной обработке материалов 

 

 

Рис. 4 - Схема процесса плазменно-механического фрезерования с частичным сплавление припуска: 1 – плазмотрон, 2 – фреза, 3 - заготовка

 

 

Рис. 5 - Схема фрезерования фаски с плазменной отрезкой части припуска и последующим отгибанием этой части клином.

 

При фрезеровании с плазменным нагревом возможны две схемы взаимного  расположения пятна нагрева и  зуба режущего инструмента. Первая схема  предусматривает, как и при точении, перемещение пятна нагрева по отношению к заготовке одновременно с зубом фрезы со скоростью, равной скорости резания. Во второй схеме пятно  нагрева перемещается перед фрезой в направлении и со скоростью  подачи. Для реализации первого способа  нагрева металла необходимо подвести электрический ток, газ и воду к плазмотрону, вращающемуся вместе с фрезой, а также обеспечить зажигание  и гашение дуги с частотой, равной частоте вращения шпинделя станка. Решение этих задач из-за технических  трудностей пока не найдено, что не позволяет осуществлять первую схему  нагрева в реальных производственных условиях. Поэтому в настоящее  время практическое воплощение имеет  лишь вторая схема, при которой пятно  нагрева медленно перемещается по обрабатываемой поверхности заготовки впереди фрезы в направлении подачи.

 

Рис. 6 - Схема торцового фрезерования при нагреве заготовки плазменной дугой, совершающей возвратно-качательное движение.

 

При фрезеровании с плазменным нагревом необходимо обеспечить надлежащий уровень нагрева обрабатываемого  материала по всей ширине контакта фрезы с заготовкой. В связи  с этим возникает задача увеличения ширины пятна нагрева по сравнению  с обычными размерами последнего, обеспечиваемыми стандартными плазмотронами.

 При резании с плазменным  нагревом обрабатываемого материала  контактные давления на задней  поверхности режущего лезвия  существенно уменьшаются по сравнению  с давлением при резании без  нагрева. Снижаются также и  нагрузки, действующие на переднюю  поверхность. Это содействует  снижению эквивалентных напряжений  для задней поверхности режущего  лезвия. В этом же направлении  действует снижение тк, связанное с повышением температуры контактных слоев обрабатываемого материала в условиях ПМО, о чем свидетельствуют данные расчетов и экспериментов.

 

Рис. 7 - Области теплового воздействия плазменной дуги и системы координат в зоне нагрева.