Оборудование для упрочнения деталей

Содержание упрочнения деталей. Упрочнение деталей, лимитирующих наработку отремонтированных агрегатов, – это повышение сопротивляемости элементов этих деталей разрушению, остаточной деформации или изнашиванию. Операции упрочнения деталей входят составной частью в процессы их восстановления. Детали упрочняют нанесением износостойких покрытий, модификацией поверхностных слоев материала, термической обработкой, пластическим деформированием материала или комбинацией этих способов. Распространена электроискровая, ультразвуковая, электронно-лучевая и лазерная обработка.

Оборудование для электроискровой обработки. Электроискровая обработка – процесс формоизменения заготовки путем контролируемого разрушения электропроводного материала под воздействием искровых разрядов между двумя электродами.

Схема электроискровой обработки представлена на рисунке 2.44. Обрабатываемая заготовка является одним из электродов, инструмент – другим. Разряды производятся импульсно, так чтобы среда между электродами восстановила свою электрическую прочность. Для уменьшения эрозии инструмента для разрядов используются униполярные импульсы тока. Полярность зависит от длительности импульса, поскольку при малой продолжительности импульса преобладает эрозия анода, а при большой – эрозия катода. Поэтому на практике используются оба способа подачи униполярных импульсов: с подключением детали к положительному полюсу генератора импульсов (включение на прямую полярность) и с подключением детали к отрицательному полюсу (включение на обратную полярность). Электроискровая обработка в газовой среде обеспечивает легирование и наращивание поверхности.

Фотография электроэрозионного станка в процессе обработки заготовки представлена на рисунке 2.45. Станок имеет генератор импульсов, систему очистки и подачи рабочей среды в зону обработки, средства регулирования и управления процессом. Его механическая часть включает рабочий стол для установки и закрепления приспособлений или заготовки, ванну для рабочей жидкости, устройство для закрепления электрода-инструмента, механизмы его перемещения, следящие элементы систем регулирования и управления процессом. Генератор импульсов может быть как встроенным, так и автономным. Электрошкаф включает электрические узлы – пускатели, рубильники, предохранители и др. Рабочая жидкость хранится в ванне, которая комплектуется насосом и устройством для очистки среды от продуктов обработки. В большинстве электроискровых станков ванну помешают внутри механической части, сокращая требуемую для размещения станка производственную площадь.

Электроискровое оборудование выпускается серийно или изготавливается по отдельным заказам. В нем используют унифицированные узлы (генераторы, приводы, регуляторы). Характеристика оборудования для электроискровой обработки приведены в таблице 2.20.

Таблица 2.20

Технические характеристики оборудования для электроискровой
обработки

Электроискровая обработки позволяет достичь точность 6–7-го квалитета при использовании профильного электрода-инструмента.

Оборудование для ультразвуковой обработки. Ультразвуковаяобработка основана на импульсном ударном механическом воздействии инструмента на материал с частотой свыше 20 кГц. Этим методом обрабатывают твердые и хрупкие материалы. При ультразвуковой размерной обработке (рис. 2.46) между инструментом, который является частью колебательной системы ультразвукового преобразователя, и обрабатываемой поверхностью заготовки прокачивается суспензия абразива (обычно карбид бора В₄С). Используются продольные, поперечные или крутильные колебания инструмента. Между инструментом и заготовкой создают статическую силу 20–3000 Н. Ультразвуковая обработка основана на ударном воздействии торца инструмента на вершины наиболее крупных абразивных зерен.

Ультразвуковые установки и станки подразделяются на переносные установки небольшой мощности и стационарные ультразвуковые станки – универсальные и специальные. Ультразвуковые станки состоят из ультразвукового генератора мощностью 0,04–5 кВт с рабочей частотой 18, 22 и 44 кГц акустической головки с пьезокерамическим или магнитострикционным преобразователем, ванны, в которой протекает процесс, механизмов подачи головки, стола для закрепления заготовок, системы подвода абразивной суспензии, устройств для измерения глубины обработки и периодического подъема и опускания инструмента.

Характеристики оборудования для ультразвуковой обработки представлены в таблице 2.21.

Таблица 2.21

Характеристики оборудования для ультразвуковой обработки

Фотографии оборудования для ультразвуковой размерной обработки, применяемого в производстве, представлены на рисунке 2.47.

Оборудование для электронно-лучевой обработки. Электронно-лучевая обработкаматериалов состоит в превращении кинетической энергии сфокусированного в вакууме пучка электронов в тепловую энергию при его взаимодействии с материалом. Поскольку концентрация энергии в электронном пучке велика, то возможны различные термические воздействия на материал: нагрев до заданной температуры, плавление и испарение с очень высокой скоростью.

Электронно-лучевая обработка, как правило, предназначена для изменения состава или структуры обрабатываемого материала, получения отверстий заданного диаметра или пазов заданной ширины, глубины и профиля сечения.

Импульсным электронно-лучевым воздействием возможна размерная обработка не только металлических материалов, но и неметаллических, таких как кремний, стекло, керамика.

Для размерной обработки используют универсальные установки, которые имеют следующие особенности:

– при высокой стабильности параметров и достаточно большой мощности формируется электронный луч диаметром 10–100 мкм. Это достигается использованием электронных пушек с высоким ускоряющим напряжением 75–200 кВ в сочетании со стабилизирующими источниками питания;

– луч управляется электромагнитными отклоняющими системами, перемещающими его по обрабатываемой заготовке на небольшой площади с высокой точностью;

– электронная пушка работает как в непрерывном, так и в импульсном режиме;

– манипуляторы обеспечивают высокую точность совмещения зоны обработки с электронным лучом и дают возможность перемещения зоны обработки по заданной программе;

– частота импульсов 1,0–3,3 кГц, длительность 2–14 мкс.

Фотографии современного оборудования для электронно-лучевой размерной обработки, применяемого в производстве, представлено на рисунке 2.48.

Оборудование для лазерной обработки. Лазерная обработкаиспользует сфокусированный лазерный луч с высокой концентрацией энергии и позволяет обрабатывать практически любые материалы независимо от их свойств. При обработке под воздействием лазерного луча материал заготовки плавится, возгорается, испаряется или выдувается струей газа. Обработка проводится с высокой плотностью мощности лазерного излучения, достигающей 10⁷–10⁸ Вт/см². При лазерной обработке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал, возникают минимальные остаточные деформации после полного остывания материала. Вследствие этого лазерную обработку можно осуществлять с высокой точностью. Благодаря большой мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким качеством обработанной поверхности. Компьютерное управление лазерным излучением позволяет осуществлять лазерную обработку по сложному контуру поверхности заготовок с высокой степенью автоматизации процесса.

Лазерная обработка реализуется с помощью технологических лазерных установок на основе CO₂-лазеров, лазеров на алюмоиттриевом гранате с неодимом, лазеров на рубине и N₂-лазеров, работающих как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режиме излучения. При этом независимо от назначения и типов применяемых лазеров, установки содержат следующие узлы: источник оптического излучения – лазер; оптическую систему для формирования лазерного излучения – энергетический или рабочий канал; устройство для закрепления и перемещения заготовки – координатный стол с приводом; систему управления работой лазера и координатного стола.

Лазер обеспечивает энергетические и временные параметры воздействия, а оптическая система формирует пространственные характеристики пучка как инструмента обработки. Точность и производительность обработки определяются характеристиками системы управления перемещением заготовки или лазерного луча.

Существуют три типа установок для лазерной размерной обработки заготовок, различающиеся схемой перемещения заготовки относительно лазерного луча. В установках первого типа в зону обработки с помощью координатного устройства перемещается заготовка. Преимуществом их являются постоянная длина оптического энергетического канала, высокая точность перемещения координатного стола. Недостатком данных установок являются небольшие размеры обрабатываемых заготовок. В установках второго типа в продольном направлении перемешается заготовка, а в поперечном – лазерный луч. Преимущество данных установок – бóльшие размеры обрабатываемых заготовок, что, однако, влечет за собой снижение точности обработки и увеличивает энергетические потери. В установках третьего типа лазерный луч перемещается над неподвижной заготовкой, установленной на столе. Преимуществом данных установок является возможность обработки крупногабаритных заготовок, недостатком – большая длина оптического канала и вследствие этого невысокая точность и непостоянное качество обработки поверхности на различных участках заготовки.

В сопоставлении со многими из применяемых в производстве станков и установок механической обработки стоимость лазерного оборудования все еще высока, хотя в последнее время наметилась тенденция к ее снижению. В связи с этим, лазерная обработка становится эффективной только при условии обоснованного выбора области применения, когда использование традиционных способов обработки трудоемко или невозможно.

Фотография лазерной установки в процессе обработки заготовки представлена на рисунке 2.49. Основные характеристики лазерных установок приведены в таблице 2.22.

Таблица 2.22

Основные технические характеристики технологических лазеров