Métodos eletrofísicos para processamento de metais

O uso generalizado de materiais de difícil usinagem para a produção de peças de máquinas, a complexidade do projeto dessas peças, aliadas às crescentes exigências de redução de custos e aumento de produtividade, levaram ao desenvolvimento e adoção de métodos de processamento eletrofísico.

Os métodos eletrofísicos de processamento de metais são baseados no uso de fenômenos específicos decorrentes da ação da corrente elétrica para remover material ou alterar a forma da peça de trabalho.

A principal vantagem dos métodos eletrofísicos de processamento de metais é a capacidade de usá-los para alterar a forma de peças feitas de materiais que não podem ser processados ​​\u200b\u200bpor corte, e esses métodos são processados ​​\u200b\u200bem condições de forças mínimas ou em sua total ausência.

Uma vantagem importante dos métodos eletrofísicos para o processamento de metais é a independência da produtividade da maioria deles da dureza e fragilidade do material processado.A intensidade de trabalho e a duração desses métodos para processar materiais com dureza aumentada (HB> 400) são menores que a intensidade de trabalho e a duração do corte.

Os métodos eletrofísicos de processamento de metal cobrem quase todas as operações de usinagem e não são inferiores à maioria delas em termos de rugosidade alcançada e precisão de processamento.

Tratamento por descarga elétrica de metais

O processamento por descarga elétrica é um tipo de processamento eletrofísico e é caracterizado pelo fato de que mudanças na forma, tamanho e qualidade da superfície da peça ocorrem sob a influência de descargas elétricas.

As descargas elétricas ocorrem quando uma corrente elétrica pulsada passa por um espaço de 0,01 - 0,05 mm de largura entre o eletrodo da peça de trabalho e o eletrodo da ferramenta. Sob a influência de descargas elétricas, o material da peça de trabalho derrete, vaporiza e é removido da lacuna entre os eletrodos em estado líquido ou vapor. Processos semelhantes de destruição de eletrodos (detalhes) são chamados de erosão elétrica.

Para aumentar a erosão elétrica, o espaço entre a peça de trabalho e o eletrodo é preenchido com um líquido dielétrico (querosene, óleo mineral, água destilada). Quando a tensão do eletrodo é igual à tensão de ruptura, um canal condutor é formado no meio entre o eletrodo e a peça de trabalho na forma de uma região cilíndrica preenchida com plasma com uma pequena seção transversal com uma densidade de corrente de 8.000-10.000 A / mm2. A alta densidade de corrente, mantida por 10-5 — 10-8 s, garante uma temperatura da superfície da peça de trabalho de até 10.000 — 12.000˚C.

O metal removido da superfície da peça de trabalho é resfriado com um líquido dielétrico e solidifica na forma de grânulos esféricos com diâmetro de 0,01 a 0,005 mm.A cada momento subseqüente, um pulso de corrente perfura a lacuna entre os eletrodos no ponto em que a lacuna entre os eletrodos é a menor. O fornecimento contínuo de pulsos de corrente e a aproximação automática do eletrodo da ferramenta ao eletrodo da peça de trabalho garantem a erosão contínua até que um tamanho de peça predeterminado seja alcançado ou todo o metal da peça de trabalho na lacuna entre os eletrodos seja removido.

Os modos de processamento de descarga elétrica são divididos em faísca elétrica e pulso elétrico.

Modos de eletroespaço caracterizados pelo uso de descargas de centelha de curta duração (10-5 ... 10-7s) com polaridade reta de ligação dos eletrodos (detalhe "+", ferramenta "-").

Dependendo da intensidade das descargas de faísca, os modos são divididos em duro e médio (para processamento preliminar), macio e extremamente macio (para processamento final). O uso de modos suaves fornece um desvio das dimensões da peça de até 0,002 mm com um parâmetro de rugosidade da superfície processada Ra = 0,01 μm. Os modos de faíscas elétricas são usados ​​no processamento de ligas duras, metais e ligas difíceis de usinar, tântalo, molibdênio, tungstênio, etc. Eles processam furos passantes e profundos de qualquer seção transversal, furos com eixos curvos; usando eletrodos de arame e fita, corte peças de folhas em branco; dentes e fios lascados; as peças são polidas e marcadas.

Para realizar o processamento nos modos de eletrofaísca, são utilizadas máquinas (ver fig.), equipadas com geradores RC, constituídos por um circuito carregado e descarregado.O circuito de carga inclui um capacitor C, que é carregado através de uma resistência R de uma fonte de corrente com tensão de 100-200 V, e os eletrodos 1 (ferramenta) e 2 (peça) são conectados ao circuito de descarga em paralelo com o capacitor C.

Assim que a tensão nos eletrodos atinge a tensão de ruptura, uma descarga de faísca de energia acumulada no capacitor C ocorre através da lacuna entre os eletrodos. A eficiência do processo de erosão pode ser aumentada reduzindo a resistência R. A constância da lacuna entre os eletrodos é mantido por um sistema de rastreamento especial, que controla o mecanismo para o movimento de avanço automático de uma ferramenta feita de materiais de cobre, latão ou carbono.

Máquina de faísca elétrica:

Corte por faísca de engrenagens com engrenamento interno:

Modos de pulsos elétricos caracterizados pelo uso de pulsos de longa duração (0,5 ... 10 s), correspondendo a uma descarga de arco entre os eletrodos e destruição mais intensa do cátodo. Nesse sentido, nos modos de pulso elétrico, o cátodo é conectado à peça de trabalho, o que proporciona maior desempenho de erosão (8 a 10 vezes) e menor desgaste da ferramenta do que nos modos de faísca elétrica.

O campo de aplicação mais conveniente dos modos de pulso elétrico é o processamento preliminar de peças de peças de formato complexo (matrizes, turbinas, pás, etc.) feitas de ligas e aços difíceis de tratar.

Os modos de pulso elétrico são implementados por instalações (ver fig.), nas quais pulsos unipolares de uma máquina elétrica 3 ou gerador eletrônico… O surgimento de E.D.S.a indução em um corpo magnetizado movendo-se em um determinado ângulo na direção do eixo de magnetização permite obter uma corrente de maior magnitude.

Tratamento por radiação de metais

Os tipos de usinagem por radiação na engenharia mecânica são usinagem por feixe de elétrons ou feixe de luz.

O processamento de metais por feixe de elétrons é baseado no efeito térmico de uma corrente de elétrons em movimento no material processado, que derrete e evapora no local de processamento. Esse aquecimento intenso é causado pelo fato de que a energia cinética dos elétrons em movimento, ao atingir a superfície da peça, é quase totalmente transformada em energia térmica, que, concentrada em uma pequena área (não mais que 10 mícrons), causa para aquecer até 6000˚C.

Durante o processamento dimensional, como é conhecido, há um efeito local no material processado, que durante o processamento do feixe de elétrons é fornecido por um modo de pulso de fluxo de elétrons com uma duração de pulso de 10-4 ... 10-6 s e uma frequência de f = 50 … 5000 Hz.

A alta concentração de energia durante a usinagem do feixe de elétrons em combinação com a ação do pulso fornece condições de usinagem onde a superfície da peça de trabalho localizada a uma distância de 1 mícron da borda do feixe de elétrons é aquecida a 300˚C. Isso permite o uso de usinagem por feixe de elétrons para cortar peças, fabricar folhas de malha, cortar ranhuras e usinar furos de 1 a 10 mícrons de diâmetro em peças feitas de materiais difíceis de usinar.

Dispositivos de vácuo especiais, chamados de canhões de elétrons (ver fig.), são usados ​​como equipamento para tratamento de feixe de elétrons.Eles geram, aceleram e concentram um feixe de elétrons. O canhão de elétrons consiste em uma câmara de vácuo 4 (com vácuo de 133 × 10-4), na qual está instalado um cátodo de tungstênio 2, alimentado por uma fonte de alta tensão 1, que garante a emissão de elétrons livres que são acelerados por um campo elétrico criado entre o cátodo 2 e a membrana do ânodo 3.

O feixe de elétrons passa então por um sistema de lentes magnéticas 9, 6, um dispositivo de alinhamento elétrico 5 e é focado na superfície da peça de trabalho 7 montada na mesa de coordenadas 8. O modo de operação de pulso do canhão de elétrons é fornecido por um sistema composto por um gerador de pulsos 10 e transformador 11.

Um método de processamento de feixe de luz é baseado no uso dos efeitos térmicos do feixe de luz emitido com alta energia gerador quântico óptico (laser) na superfície da peça de trabalho.

O processamento de dimensões com a ajuda de lasers consiste na formação de furos com diâmetro de 0,5 ... 10 mícrons em materiais difíceis de processar, produção de redes, corte de chapas de peças de perfil complexas, etc.