Химические и электрические способы обработки материалов

При обработке металлов резанием получение деталей необходимых размеров достигается снятием стружки с поверхности обрабатываемой заготовки. Стружка, таким образом, является одним из наиболее распространенных отходов в металлообработке, объем которого составляет примерно 8 млн т в год. При этом по меньшей мере 2 млн т – это отходы переработки высоколегированных и других особо ценных сталей. При обработке на современных металлорежущих станках в стружку зачастую идет до 30 – 40 % металла от общей массы заготовки.

К новым методам обработки металлов относятся химические, электрические, плазменные, лазерные, ультразвуковые, а также гидропластическая обработка металлов.

При химической обработке используется химическая энергия. Снятие определенного слоя металла осуществляется в химически активной среде (химическое фрезерование). Оно заключается в регулируемом по времени и месту растворении металла в ваннах. Поверхности, не подлежащие обработке, защищают химически стойкими покрытиями (лаки, краски, светочувствительные эмульсии и др.). Постоянство скорости травления поддерживается за счет неизменной концентрации раствора. Химическими методами обработки получают местные утончения и щели; «вафельные» поверхности; обрабатывают труднодоступные поверхности.

При электрическом методе электрическая энергия преобразуется в тепловую, химическую и другие виды энергии, участвующие непосредственно в процессе удаления заданного слоя. В соответствии с этим электрические методы обработки разделяют на электрохимические, электроэрозионные, электротермические и электромеханические.

Электрохимическая обработка основана на законах анодного растворения металла при электролизе. При прохождении постоянного электрического тока через электролит на поверхности заготовки, включенной в электрическую цепь и являющейся анодом, происходят химические реакции и образуются соединения, которые переходят в раствор или легко удаляются механическим способом. Электрохимическую обработку применяют при полировании, размерной обработке, хонинговании, шлифовании, очистке металлов от оксидов, ржавчины и т. д.

Анодно-механическая обработка сочетает электротермические и электромеханические процессы и занимает промежуточное место между электрохимическим и электроэрозионным методами. Обрабатываемую заготовку подключают к аноду, а инструмент – к катоду. В качестве инструмента используют металлические диски, цилиндры, ленты, проволоку. Обработку ведут в среде электролита. Заготовке и инструменту задают такие же движения, как при обычных методах механической обработки. Электролит подают в зону обработки через сопло.

При пропускании через раствор электролита постоянного электрического тока происходит процесс анодного растворения металла, как при электрохимической обработке. При соприкосновении инструмента-катода с микронеровностями обрабатываемой поверхности заготовки-анода происходит процесс электроэрозии, присущий электроискровой обработке.

Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются из зоны обработки при движении инструмента и заготовки.

Электроэрозионная обработка основана на законах эрозии (разрушения) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного электрического тока. Она применяется для прошивания полостей и отверстий любой формы, разрезания, шлифования, гравирования, затачивания и упрочнения инструмента. В зависимости от параметров и вида импульсов, применяемых для их получения генераторов, электроэрозионная обработка разделяется на электроискровую, электроимпульсную и электроконтактную.

При определенном значении разности потенциалов на электродах, одним из которых является обрабатываемая заготовка (анод), а другим – инструмент (катод), между электродами образуется канал проводимости, по которому проходит импульсный искровой (электроискровая обработка) или дуговой (электроимпульсная обработка) разряд. В результате температура на поверхности обрабатываемой заготовки возрастает. При этой температуре мгновенно оплавляется и испаряется элементарный объем металла и на обрабатываемой поверхности заготовки образуется лунка. Удаленный металл застывает в виде мелких гранул. Следующий импульс тока пробивает межэлектродный промежуток там, где расстояние между электродами наименьшее. При непрерывном подведении к электродам импульсного тока процесс их эрозии продолжается до тех пор, пока не будет удален весь металл, находящийся между электродами на расстоянии, на котором возможен электрический пробой (0,01 – 0,05 мм) при заданном напряжении. Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Электроды сближаются автоматически с помощью следящего устройства того или иного типа.

Электроискровую обработку применяют для изготовления штампов, пресс-форм, фильер, режущего инструмента, деталей двигателей внутреннего сгорания, сеток и для упрочнения поверхностного слоя деталей.

Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве заготовки в месте контакта с электродом-инструментом и удалении размягченного или расплавленного металла из зоны обработки механическим способом (при относительном перемещении заготовки и инструмента).

Электромеханическая обработка связана преимущественно с механическим действием электрического тока. На этом основана, например, электрогидравлическая обработка, использующая действие ударных волн, возникающих в результате импульсного пробоя жидкой среды.

Ультразвуковая обработка металлов – разновидность механической обработки – основана на разрушении обрабатываемого материала абразивными зернами под ударами инструмента, колеблющегося с ультразвуковой частотой. Источником энергии служат электрозвуковые генераторы тока с частотой 16 – 30 кГц. Рабочий инструмент – пуансон – закрепляют на волноводе генератора тока. Под пуансоном устанавливают заготовку, и в зону обработки поступает суспензия, состоящая из воды и абразивного материала. Процесс обработки заключается в том, что инструмент, колеблющийся с ультразвуковой частотой, ударяет по зернам абразива, лежащим на обрабатываемой поверхности, которые скалывают частицы материала заготовки.

ЛЕКЦИЯ 12 ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Виды волокон

Текстильные волокна — твердые гибкие тела, имеющие сравнительно большую длину и малую толщину. Так, например, средняя длина хлопковых волокон составляет 35 мм, а средняя толщина — 20 мкм; волокон из натурального шелка — соответственно 600 мм и 15 мкм.

Элементарные волокна— одиночные волокна, которые не могут быть разделены на более тонкие и короткие. К ним относятся хлопковые, шерстяные, шелковые и химические волокна. Технические волокна — природные растительные волокна, состоящие из многих элементарных волокон, склеенных между собой клеящим пектиновым веществом. Это волокна льна, конопли, джута и др.

Жгутовые волокна (жгут)— химические волокна, состоящие из большого числа параллельно расположенных элементарных волокон бесконечно большой длины.

Штапельные волокна получают на химических заводах путем разрезания жгутовых волокон на отрезки длиной от 32 до 120 мм. Они относятся к волокнам элементарного типа.

Мононити из синтетических волокон бесконечно большой длины используются для производства тканей, трикотажных изделий, рыболовных сетей, лесок, щеток и т. п. Их также относят к типу элементарных.

Текстильные волокна делятся на три класса: природные, искусственные и синтетические. Классы подразделяются на подклассы, подклассы — на группы, группы — на подгруппы, а подгруппы — на разновидности волокон.

К подклассу волокон минерального состава относятся природные асбестовые волокна, получаемые из горных пород.

Искусственные волокна бывают двух подклассов: органического и минерального состава. Волокна органического состава — это целлюлозные и белковые волокна. В группу целлюлозных волокон входят искусственные волокна, изготовляемые из целлюлозы и ее эфиров. Эти волокна делятся на подгруппы гидратцеллюлозных и эфироцеллюлозных волокон. К гидратцеллюлозным относят вискозные, полинозные, медно-аммиачные волокна, к эфироцеллюлозным — диацетатные и триацетатные.

Подкласс волокон минерального состава делится на две группы: силикатных и металлических волокон. Силикатные волокна получают из стекла (стеклянные волокна), металлические — из различных металлов и их сплавов (золотые, серебряные, латунные, медные, алюминиевые и другие волокна). Металлические волокна широко применяются для украшения шелковых, шерстяных тканей и текстильных изделий, а также для технических целей.

При производстве синтетических волокон сначала получают мономер, представляющий собой низкомолекулярное соединение. Затем мономеры с помощью полимеризации или поликонденсации превращают в полимеры — высокомолекулярные соединения, а из них вырабатывают синтетические волокна. Все синтетические волокна делятся на гетероцепные и карбоцепные. Гетероцепные волокна получают из полимеров, макромолекулы которых состоят из углерода, азота, кислорода, серы и др. В подкласс гетероцепных входят полиамидные и полиэфирные волокна. Карбоцепные волокна — получают из полимеров, макромолекулы которых содержат в основной цепи только атомы углерода.

Текстильные волокна состоят из макромолекул, обладающих большой молекулярной массой. Так, например, молекулярная масса капронового волокна—16500...22600; вискозного — 50000... 100000; хлопкового—1620000...2430000 и льняного— 5632000.