V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Введение:

Тенденция развития современного машиностроительного производства направлена на снижение затрат при изготовлении продукции и повышение ее качества. Одним из направлений для достижения этих целей является автоматизация производственных процессов с использованием станков с числовым программным управлением, а так же развитие не инструментальных способов обработки деталей, как в заготовительном производстве, так и для получения окончательно изготовленных деталей с низкой шероховатостью и высокой точностью обработки.

1. Лучевые методы размерной обработки

Высокая плотность энергии сфокусированного светового луча ОКГ (оптического квантового генератора — лазера*)) позволяет проводить размерную обработку за счет нагрева и испарения материала с узколокального участка. При этом обрабатываемость материалов не зависит от их механических характеристик. Поэтому магнитные материалы и керамика, легированные стали и ферриты, твердые сплавы и корунд обрабатываются одинаково успешно. Наиболее существенно влияют на обрабатываемость теплофизические характеристики.

Возможность точно дозировать энергию луча позволяет осуществлять широкий круг технологических процессов — от местной термообработки, зонной очистки и сварки до механической обработки.

Метод позволяет проводить такие операции, как разрезку материалов, получение фасонных поверхностей, обработку отверстий, затачивание инструментов, балансировку вращающихся деталей. Поскольку инструментом является сфокусированный луч, постольку вопрос об износе инструмента так же, как и об ошибках, связанных с этим износом, полностью снимается.

Размерная обработка световым лучом (POCJ1). Световой луч для технологических целей создается лазером — установкой, обеспечивающей усиление светового потока путем возбуждения эмиссии излучения.

Усилители излучения подразделяют на лазеры и мазеры. Первые работают в видимой части электромагнитного спектра, а вторые — в области инфракрасного излучения или радиочастот.

1.  
   1. Принцип действия

 

1 - Блок охлаждения;

2 - наблюдательная система;

3 - глаз;

4 - оптическая система;

5 - заготовка;

6 - рабочий стол;

7 - блок управления;

8-источник питания лампы накачки;

9 - лазерная головка;

П - активный элемент;

Е,Ж – глухое и полупрозрачное зеркала резонатора;

В – лампа вспышка;

Г- рефлектор;

Д- лазерный луч;

τ_им – длительность импульса излучения лазера;

τ_ВС – длительность импульса лампы-вспышки

Рис. 1 Схема ОКГ на твердом теле (а) и структура импульса излучения (б)

Принцип действия лазера заключается в следующем: Атомы вещества могут обладать определенной энергией и удерживаться на определенных (стационарных) энергетических уровнях. Наиболее устойчивое состояние соответствует минимальной энергии. Если атому сообщить энергию извне, он перейдет на более высокую энергетическую ступень, т.е. будет возбужден. Такое состояние атома неустойчиво, и если подвод энергии извне прекращается, атом возвращается в исходное состояние, усиление излучения в лазерах достигают за счет так называемой индуктированной (вынужденной) эмиссии.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

Для обработки не нужен вакуум, высокая точность (до 1 мкм) и скорость выполнения операций.

Этим методом можно обрабатывать заготовки из любых материалов включая самые твердые, можно выполнить обработку по сложному периметру.

Недостатки: Отсутствие надежных методов управления лучом, по этому при обработке перемещается сама заготовка, в литературе это относят к недостаткам, но в современном производстве перемещениями заготовки управляет система ЧПУ, что позволяет свести к нулю минусы данного метода.

1. Плазменная обработка материалов

Плазменная струя, применяемая для технологических целей, представляет собой направленный поток частично или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10 000...20 000.

Плазменная струя выделяется из токоведущего столба дуги в дуговых плазменных головках. Дуговой разряд возбуждается в канале 2 между электродом 1 из вольфрама и соплом 5.Канал 2 электрически изолирован от сопла и электрода. Вдоль дуги по каналу пропускают газ (аргон, гелий, азот, водород, метан).

Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги, и плазменную дугу, в которой дуга прямого действия совмещена с плазменной струей.

Эффективная тепловая мощность плазменной струи может регулироваться изменением тока и напряжения между соплом и нагреваемым изделием.

Плазменной струей можно проводить размерную обработку различных материалов: металлов, полупроводников и диэлектриков. Плазменной струей проводят также резку материалов, особенно тех, резка которых другими способами затруднена, например меди, алюминия и др.

1.  
   1. Принцип действия

 

Рис. 2 Схема дуговых плазменных головок

а) с разделенным соплом и каналом со струей, выделенной из столба дуги

б) с совмещенным соплом и каналом со струей выделенной из столба дуги

1. - электрод

2. - канал

3. - охлаждающая жидкость (вода)

4. - столб дуги

5. - сопло

6. - плазменная струя

Е - Источник тока

Процесс резки осуществляют путем расплавления и расплавленного материала потоком газа, имеющего скорость 300...1000м/с, и частичного испарения. Плазменной струей можно разрезать цветные металлы и сплавы, высоколегированные стали, тугоплавкие металлы, керамику и прочее (практически все материалы).

Плазменным методом обрабатывают заготовки из любых материалов, выполняя прошивание отверстий, вырезку заготовок из листового материала, строгание, точение. При прошивании отверстий, разрезке и вырезке заготовок головку устанавливают перпендикулярно к поверхности заготовки, при строгании и точении - под углом 40...60.

1.  
   1. Преимущества плазменной резки

1.  

   1. значительно выше скорость резки металла малой и средней толщины (чем у газовых);

   2. универсальность применения - плазменная резка используется для обработки сталей, алюминия и его сплавов, меди и сплавов, чугуна и других материалов;

   3. точные и высококачественные резы, в большинстве случаев исключается или заметно сокращается последующая механическая обработка;

   4. экономичность воздушно-плазменной резки - нет потребности в дорогостоящих газах (ацетилене, кислороде, пропан-бутане);

   5. возможность вырезать детали сложной формы;

   6. очень короткое время прожига (при кислородной резке требуется продолжительный предварительный прогрев);

   7. более безопасная, поскольку отсутствуют взрывоопасные баллоны с газом;

   8. низкий уровень загрязнения окружающей среды.

Недостатки плазменной резки по сравнению с газовыми способами резки:

1.  
   1.  

      1. максимальная толщина реза составляет 80-100 мм. (кислородной резкой можно обрабатывать чугун и некоторые стали толщиной до 500 мм.);

      2. более дорогое и сложное оборудование;

      3. повышенные требования к техническому обслуживанию;

      4. угол отклонения от перпендикулярности реза не должен превышать 10-50° в зависимости от толщины детали (в противном случае существенно расширяется рез, что приводит к быстрому износу расходных материалов для плазменной резки);

      5. повышенный шум вследствие истечения газа из плазматрона с околозвуковыми скоростями;

Если обычно эти способы применялись для разделения металлов в заготовительном производстве и полученные заготовки имели дальнейшую механическую обработку то в современном машиностроительном производстве используется тех. оборудование которое позволяет производить обработку с точностью до микронов и с соответствующей шероховатостью что позволяет повысить производительность сэкономить материалы и повысить качество.

Информационное единство процессов конструкторского и технологического проектирования позволяет избежать многочисленных ошибок при подготовке производства и его сопровождении и создавать промышленные изделия с высокими потребительскими свойствами, соответствующих условиям эксплуатации и отвечающих техническим, экономическим и технологическим требованиям, в кратчайшие сроки.

Список используемой литературы

1.  
   1.  
      1.  

         1. Процессы формообразования и инструменты: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/ Р.М. Гоцеридзе. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 384 с.

         2. Технология обработки материалов: учебник для студ. Учреждений сред. проф. образования / А.А. Черепахин. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 272 с.

7

Код для цитирования: Скопировать