Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Псковский государственный политехнический институт

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

на тему «Электрофизиологические и электрохимические методы обработки»

по предмету "Основы отраслевых технологий"

Выполнил студент гр. 1013 01 Суровиков А.Г.

Руководитель Стрикунов А.В.

Псков 2016

Содержание

Введение

1. Электрофизиологические и электрохимические методы обработки

1.1 Электрофизические и электрохимические виды обработки

1.2 Основные виды оборудования и принципы его работы

1.3 Перспективы развития данных видов обработки в различных сферах деятельности

2.Практическая часть

Задача 1

Задача 2

Задача 3

Заключение

Введение

механический оборудование обработка

Совершенствование конструкции изделия РЭС связано с необходимостью применения новых конструкционных материалов, обладающих особыми свойствами, и поэтому возникает ряд технологических проблем при обработке новых материалов или изготовлении изделий, форма поверхности которых и её состояние не могут быть получены известными механическими методами.

Наряду с обработкой особо прочных материалов большие трудности представляет обработка весьма хрупких материалов, например, полупроводников или неметаллических материалов (ситалла, кварца, керамики, поликора, стекла), получение изделий из сверхтонкой ленты (масок, микрофонных элементов и др.), получение изделий с поверхностью высокого класса, удаление деформированного слоя, снятие заусенцев.

В настоящее время для решения вышеперечисленных технологических задач нашли широкое применение электрофизические методы обработки, позволяющие обрабатывать материалы с высокими механическими свойствами без применения больших механических усилий и с применением инструментов, твердость которых значительно меньше твердости обрабатываемого материала.

Цель работы рассмотреть электрофизиологические и электрохимические методы обработки.

Задачи:

1.Рассмотреть электрофизические и электрохимические виды обработки

2.Описать основные виды оборудования и принципы его работы

3. Оценить перспективы развития данных видов обработки в различных сферах деятельности

1. Электрофизиологические и электрохимические методы обработки

1.1 Электрофизические и электрохимические виды обработки

Электрофизические и электрохимические методы обработки, общее название методов обработки конструкционных материалов непосредственно электрическим током, электролизом и их сочетанием с механическим воздействием.

В Электрофизические и электрохимические методы обработки включают также методы ультразвуковые, плазменные и ряд других методов. С разработкой и внедрением в производство этих методов сделан принципиально новый шаг в технологии обработки материалов -- электрическая энергия из вспомогательного средства при механической обработке (осуществление движения заготовки, инструмента) стала рабочим агентом.

Всё более широкое использование Электрофизических и электрохимических методов обработки в промышленности обусловлено их высокой производительностью, возможностью выполнять технологические операции, недоступные механическим методам обработки. Электрофизические и электрохимические методы обработки весьма разнообразны и условно их можно разделить на электрофизические (электроэрозионные, электромеханические, лучевые), электрохимические и комбинированные.

Электрофизические методы обработки

Электроэрозионная обработка основана на вырывании частиц материала с поверхности импульсом электрического разряда. Если задано напряжение (расстояние) между электродами, погруженными в жидкий диэлектрик, то при их сближении (увеличении напряжения) происходит пробой диэлектрика -- возникает электрический разряд, в канале которого образуется плазма с высокой температурой.

Рис. 1.1. Схема электроискрового станка: 1 - электрод-инструмент; 2 - ванна; 3 - электрод-заготовка; 4 - диэлектрическая жидкость; 5 - изолятор

В первой стадии проводящие частицы, находящиеся в жидкости, под влиянием электрического поля ориентируются по силовым линиям и образуют проводящий мостик между электродами (между инструментом и деталью). При прохождении тока мостик взрывается и образуется канал сквозной проводимости. Во второй стадии через образовавшийся канал проходит вся энергия, запасенная в конденсаторе, создавая импульс тока большой мощности, разрушающий анод. Искровой разряд протекает в течение 10-5 - 10-8 с и практически не нагревает электрод (инструмент и деталь).

Электроискровая обработка профилированным электродом производят на станке, схема которого изображена на рис. 1.2.

Диапазон рабочих напряжении, вырабатываемых для электроискровой обработки, -- 60--200 в, а для электроимпульсной -- 20--60 в.Современные электроэрозионные станки -- высокоавтоматизированные установки, зачастую работающие в полуавтоматическом режиме.

К электрохимической обработке относится группа методов, основанных на явлении анодного растворения. При пропускании тока между электродами происходит растворение металла анода. Образующийся продукт растворения в виде солей или гидроокисей металлов удаляется с поверхности либо гидравлическим потоком электролита, либо механическим путем. При этом процесс анодного растворения на микро-выступах происходит интенсивнее вследствие относительно более высокой плотности тока на вершинах выступов. Количество металла, растворяемого в результате анодного процесса, описывается формулой

,

где - количество вещества в г; J - ток в A; t - время в с; n - валентность; F =96464 - число Фарадея; A - молекулярный вес.

Катодом служит инструмент различной формы, изготовленный из стали, меди, латуни. В качестве электролитов обычно используются водные растворы хлорных, сернокислых и азотнокислых солей (NaCl, NaNO3, Na2SO4). Электрохимическая обработка в проточном электролите применяется для прошивки отверстий и полостей, резки заготовок и др. операций. Схема для получения отверстий изображена на рис. 2.1.

Рис. 1.2. Схема электрохимической размерной обработки: 1 - обрабатываемая деталь; 2 - профильный инструмент-электрод (катод); 3 - электролит; 4 - изолятор

Основным преимуществом электрохимической размерной обработки является высокая производительность (например, скорость прошивки малых отверстий диаметром до 1,5 мм составляет 2 мм/мин, для больших отверстий до 8 мм - 10 - 19 мм/мин), точность размеров (до ± 0,025 мм) и высокая чистота поверхности Ra 0,16 - 0,3 мкм. Шероховатость зависит от температуры электролита и плотности тока - при более низких температурах чистота поверхности повышается; снижение плотности тока улучшает шероховатость, но при этом производительность уменьшается.

Электронно-лучевая обработка основана на превращении кинетической энергии направленного пучка электронов в тепловую. Высокая плотность энергии сфокусированного луча позволяет обрабатывать заготовки за счет нагрева, расплавления и испарения материала с узколокального участка.

Схема установки для электронно-лучевой обработки изображена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Схема установки для электронно-лучевой обработки

В установках для электронно-лучевой обработки электроны имитируются на катоде 1 электронной пушки; формируются в пучок электродом 2, расположенным непосредственно за катодом; ускоряются под действием разности потенциалов между катодом и анодом 3, составляющей около 150 кВ, а затем фокусируются в виде луча в электромагнитной линзе 4. Сфокусированный электронный луч, пройдя через отклоняющую магнитную систему 5, попадает на обрабатываемое изделие. Обработка ведется в вакууме порядка 10-2 - 10-4 Па.

Светолучевая (лазерная) обработка основана на тепловом воздействии светового луча высокой энергии на поверхность обрабатываемой заготовки. Источником светового излучения служит лазер - оптический квантовый генератор (ОКГ).

Рис. 1.4. Схема оптического квантового генератора: а) схема работы ОКГ; б) схема фокусировки луча лазера

При включении источника питания 5 лампа накачки 2 облучает стержень из рубина 1 мощным потоком света с широкой полосой частот, который переводит ионы хрома в возбужденное состояние. Из этого состояния они могут возвратиться в нормальное состояние, излучая фотоны длиной волны 0,69 мкм. Направление распространения световых волн хаотично, поэтому внутри кристалла остаются те волны, направление которых перпендикулярно поверхности торцов стержня, а остальные выходят за пределы кристалла. Размер диаметра пятна d на обрабатываемой поверхности определяется выражением

,

где л - длина волны излучения мм; f - фокусное расстояние линзы; D - диаметр падающего луча на линзу.

Лазерную обработку применяют для прошивания сквозных и глухих отверстий, резки заготовок на части, вырезания заготовок из листовых материалов по сплошному контуру, прорезания пазов. Этим методом можно обрабатывать заготовки из любых материалов, включая самые твердые и прочные. Широко используются ОКГ для сварки различных металлов. Например, лучом лазера производят сварку корпусов гибридных интегральных схем и подгонку до номинала сопротивление тонкопленочных резистивных пленок.

1.2 Основные виды оборудования и принципы его работы

Электроустановками называют установки, в которых производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия.

Электроустановки разделяют по назначению, роду тока и напряжению.

По назначению, как это видно из самого определения, электроустановки разделяют на генерирующие (вырабатывающие электроэнергию), потребительские (потребляющие электроэнергию) и преобразовательно-распределительные (для передачи, преобразования электроэнергии в удобный для потребителей вид и распределения ее между ними).

По роду тока выделяют электроустановки постоянного и переменного тока. По напряжению различают электроустановки напряжением до 1000 В и выше 1000 В. Электроустановки напряжением до 1000 В обычно разделяют на силовые и осветительные.

Электроэнергию вырабатывают электрические генераторы, устанавливаемые на электрических станциях. В зависимости от вида энергии, из которой вырабатывается электроэнергия, электрические станции делят на две группы: тепловые электростанции (ТЭС) и гидроэлектростанции (ГЭС). На мощных районных тепловых электростанциях (ГРЭС) вырабатывается преимущественно электрическая энергия. На них устанавливают мощные агрегаты с конденсационными паровыми турбинами, отработанный пар в которых поступает в специальные аппараты «конденсаторы», где он охлаждается и конденсируется. Поэтому такие тепловые электростанции принято также называть конденсационными электростанциями (КЭС).

В местах, где кроме электроэнергии требуется большое количество тепловой энергии (промышленные центры, отдельные крупные предприятия), строят теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). На них устанавливают агрегаты с теплофикационными турбинами, позволяющими отбирать часть пара для обеспечения потребителей тепловой энергией.

Тепловые электростанции могут работать на угле, мазуте и газе. В отдельную группу выделяют атомные электростанции (АЭС), которые используют ядерное топливо.

Потребительские электроустановки -- это множество приемников электроэнергии, устанавливаемых у потребителей электроэнергии. При этом потребителями электроэнергии являются все отрасли народного хозяйства (промышленность, транспорт, сельское хозяйство и др.). а также культурно-бытовые здания, больницы, научные учреждения и учебные заведения. Приемники электроэнергии разнообразны.

К ним относят: электрические двигатели, служащие приводом разнообразного станочного оборудования и электрического транспорта; электротехнологическое оборудование (сварочные машины и аппараты, электрические печи, электролизеры, станки для электроискровой обработки металлов и др.); электробытовые приборы (электрические плиты, полотеры, пылесосы, стиральные машины, радиоприемники, телевизоры и др.); электромедицинские приборы и аппараты (рентгеновские аппараты, аппараты для электротерапии и электродиагностики и др.); приборы и установки для научных учреждений (электронные микроскопы и осциллографы, радиотелескопы, синхрофазотроны) и, наконец, множество разнообразных электрических источников света.

Для передачи и распределения электроэнергии служат Электрические сети, связывающие электрические станции между собой и с потребителями электроэнергии.

В электрические сети входят линии электропередачи, распределительные сети и электропроводки. Линии электропередачи связывают электростанции между собой и с центрами питания потребителей электроэнергии. В распределительных сетях происходит распределение электроэнергии между отдельными потребителями и ее преобразование. Поэтому распределительные сети характеризуются большой разветвленностью и включают в себя множество электрических подстанций и распределительных устройств.

На электрических подстанциях осуществляется преобразование электрической энергии по напряжению (повышение или понижение напряжения) или по роду тока (преобразование переменного тока в постоянный и наоборот). Распределительные устройства (РУ) служат для распределения проходящей через них электроэнергии между отдельными потребителями и содержат всегда сборные шины, к которым подводится питание со множеством ответвлений для питания отдельных потребителей.

Электропроводки обычно используют для распределения электроэнергии между отдельными электроприемниками в установках напряжением до 1000 В.

В отличие от других видов продукции электрическая энергия отличается единством и непрерывностью процессов ее производства, транспортирования (передачи) и потребления. Это отличие электроэнергии определяет и коренные отличия предприятий, производящих и реализующих электроэнергию, а также и тепловую энергию (поскольку выработка тепловой энергии на ТЭЦ осуществляется в основном тем же оборудованием и в то же время, как и электроэнергия).

Основным промышленным предприятием в электроэнергетике является энергетическая система (энергосистема), представляющая совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей и потребителей электроэнергии, связанных между собой в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии. Электрическая часть энергосистемы называется электрической системой.

Любая электроустановка должна быть управляема и, следовательно, должна иметь кроме элементов, выполняющих энергетические функции (производство, передача, преобразование и потребление электроэнергии), элементы, осуществляющие информационные функции (управление, защита, измерение).

Все вторичные приборы и аппараты предназначены для информационных преобразований, входят преимущественно во вторичные цепи, в начале которых находится первичный преобразователь, непосредственно связанный с первичной цепью и получающий от нее нужную информацию, а в конце -- элемент непосредственного управления, через который осуществляется непосредственное воздействие на управляемую первичную цепь.

Поскольку измерительные трансформаторы и приводы первичных аппаратов территориально размещают в распределительных устройствах, их описание приведено в разделе, посвященном распределительным устройствам.

1.3 Перспективы развития данных видов обработки в различных сферах деятельности

В настоящее время есть перспективы и настоятельная необходимость широкого внедрения методов упрочнения деталей за счет нанесения плазменно-ионных покрытий, ионного легирования, лазерной закалки и модификации, а также комбинированных технологий упрочнения. Все это обусловлено тем, что запасы легирующих элементов вольфрама, хрома, никеля и других металлов практически иссякли во всех странах (исключение составляет Китай, где вольфрам добывается в огромных количествах), поэтому легирование всего объема конструкции материала тем или иным элементом становится все более проблематичным, что требует использования методов упрочнения поверхностных слоев за счет концентрации легирующих элементов в нем или изменения фазового или кристаллического состояния поверхностного слоя за счет химико-термической обработки.

Все перечисленные электрофизические методы обработки используются для обеспечения требуемых характеристик и нуждаются в роботизации и автоматизации. В то же время для применения ряда металлических покрытий и химических элементов в обработке необходимо вывести ручной труд из зоны обработки (по требованиям охраны труда). Это позволяет утверждать, что роботизация электрофизических технологий является важной и своевременной задачей.

При нанесении покрытий, ионно-лучевой, светолучевой, электротермической и других методах обработки деталь или напыляющая головка (имплантер, лазер) для получения высококачественных деталей подвергаются сложным манипуляционным движениям. Дальнейшее повышение качества обрабатываемых деталей не возможно без использования комплексно роботизированных установок: для нанесения покрытий (на плоские детали и стекла, диэлектрические детали, детали машиностроения); объемной термической обработки: установок термомеханической и термоциклической обработки; установок цементации и азотирования, установок диффузионного насыщения, установок нанесения покрытий из парогазовой смеси, газового хромирования, светолучевой, электроннолучевой обработок.

Для реализации практически всех технологий показана возможность создания гибких производственных робототехнических комплексов. Даны примеры типовой компоновки гибких технологических робототехнических комплексов для электрофизическойобработки, включающих подготовительные технологические операции.

Роботизированные установки для напыления тонкослойных покрытий на поверхность листового материала

Преимущества магнетронных систем следующие:

- хорошая адгезия осаждаемых слоев по отношению к поверхности твердого тела;

- широкий спектр осаждаемых материалов;

- возможность осаждения многослойных покрытий;

- высокая пространственная однородность покрытий;

- большие размеры обрабатываемых образцов;

- широкий круг материалов, на которые могут быть осаждены модифицирующие покрытия;

- отсутствие высоких температур на обрабатываемой поверхности.

К недостаткам относятся:

- ограничения по осаждению магнитных материалов;

- весьма сложная система управления.

Проект "АМЕТИСТ"

Роботизированная установка "ИЗУМРУД"

Роботизированная установка "ОПАЛ"

Роботизированная установка магнетронного напыления УМН-8

Роботизированная установка вакуумная напылительная УВН-4ЭД

Области применения:

- исследование и производство плоских дисплеев (Flat Panel Display);

- напыление для лазерных элементов;

- производство DWDM и CWDM фильтров;

- производство диэлектрических фильтров и зеркал.

Концепция системы:

1. Протяженный ионно-лучевой источник распыления IBSS или двойной планарный магнетрон IzoMag с автоматически меняющимися мишенями из различных материалов.

2. Протяженный ионно-лучевой источник очистки IBCS, используемый для окончательной очистки поверхности подложки от микрочастиц, адсорбированных паров газов или молекул воды и подготовки ее к напылению.

Система ионно-лучевого распыления IBSS

2.Практическая часть

Задача 1

Какую максимальную растягивающую силу выдержит алюминиевая проволока диаметром d=1,4мм.

Решение:

Предел прочности алюминия (предел прочности для алюминия см. таблицу 1.1: ).

Модуль упругости для алюминия (см. таблицу 1.1) Е=80000Н/ ммІ

Напряжение в сечении алюминиевой проволоки

Сила растяжения

Ответ: Максимальную растягивающую силу выдержит 119Н алюминиевая проволока диаметром d=1,4мм.

Задача 2

Нормативные затраты времени на обслуживание рабочего места составляют а=4%, на перерывы b=10%, на переналадку оборудования с=6%. Нормы оперативного времени на обработку заготовок А, Б и С: tt tПодготовительно-заключительное время ТОпределить норму штучного и штучно-калькуляционного времени на обработку заготовок А, Б и С.

Решение:

Норму штучного времени на обработку заготовки А рассчитаем по формуле:

t= t(1+(+

Размер партии обрабатываемых заготовок:

Норма штучно-калькуляционного времени на обработку заготовки А:

t=

Норму штучного времени на обработку заготовки Б рассчитаем по формуле:

t= t(1+(+

Размер партии обрабатываемых заготовок:

Норма штучно-калькуляционного времени на обработку заготовки Б:

t=

Норму штучного времени на обработку заготовки С рассчитаем по формуле:

t= t(1+(+

Размер партии обрабатываемых заготовок:

Норма штучно-калькуляционного времени на обработку заготовки С:

t=

Задача 3

Определить наиболее эффективную технологию производства детали при годовом объеме выпуска 1000 шт. и нормативном уровне рентабельности Ен =0,15.

Прочими затратами и доходами от реализации отходов пренебречь.

Показатели, характеризующие возможные технологии производства изделия приведены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели, характеризующие технологии

Показатель	Технология 1 1	Технология 2	Технология 3
Норма затрат материала, кг./шт.	6,4	6,9	7,3
Стоимость материала, руб./кг.		50
Норма штучно-калькуляционного времени, мин.	12	19	25
Ставка оплаты труда, руб./час		90
Стоимость оборудования, руб.	1300000	900000	700000
Коэффициент амортизации оборудования, %	8	8	8
Годовой фонд рабочего времени, час		1800

Решение:

Рассчитаем затраты на изготовление одной детали в случае использования 1 -й технологии.

Затраты на материалы:

=

Затраты на оплату труда:

Единый социальный налог:

Амортизационные отчисления:

Затраты на изготовление детали:

Аналогично рассчитаем затраты на изготовление детали в случае использования 2-й и 3-й технологии.

Рассчитаем затраты на изготовление одной детали в случае использования 2 -й технологии.

Затраты на материалы:

=

Затраты на оплату труда:

Единый социальный налог:

Амортизационные отчисления:

Затраты на изготовление детали:

Рассчитаем затраты на изготовление одной детали в случае использования 3 -й технологии.

Затраты на материалы:

=

Затраты на оплату труда:

Единый социальный налог:

Амортизационные отчисления:

Затраты на изготовление детали:



Результаты расчётов сведём в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты расчёта затрат на изготовление изделия, руб.

Наименование затрат	Технология 1	Технология 2	Технология 3
Затраты на материалы	320	345	365
Затраты на плату труда	18,0	28,5	37,5
Единый социальный налог	4,68	7,41	9,75
Амортизационные отчисления	11,5	12,66	12,96
Затраты на изготовление детали	354,18	393,57	425,21

Определим годовые приведенные затраты при использовании технологии 1, 2 и 3 технологии:

S

S

S

Так как годовые приведенные затраты при использовании второй технологии меньше, чем при использовании первой и третьей, то для изготовления детали годовых объемов выпуска N=1000шт., целесообразно использовать вторую технологию.

Заключение

В настоящее время значительные успехи достигнуты в области моделирования электрических полей и решении задач формообразования поверхности при ЭХО, сделаны попытки аналитического расчета простых форм инструментов, обеспечивающих достаточно высокую точность изготовления отверстий и полостей. Созданы математические модели, учитывающие гидродинамику потока электролита, для определенной формы поверхности, получаемой при ЭХО, и методики определения погрешностей, припусков и качества обработки.

В области теории разработаны оригинальные методики прогнозирования обрабатываемости металлов и сплавов в условиях ЭХО.

Быстрое развитие технологически развитых отраслей промышленности (авиационной, ядерной и т.д.) сопровождалось повышением доли использования труднообрабатываемых сплавов. Характер металлообработки начинает изменяться. Традиционные способы резания металлов больше не соответствуют современным требованиям. Хотя скорость резания таких материалов, как низкоуглеродистая сталь, в результате успехов технологии станкостроения и режущих инструментов удваивается примерно каждые 10 лет, предельная прочность на разрыв материалов, которые можно обрабатывать, например, со скоростью 30 м / мин, удваивается примерно только каждые 50 лет. Кроме того, предельная прочность на разрыв используемых материалов, по-видимому, удваивается примерно каждые 20 лет. Следовательно, уже наблюдается упадок технологии металлообработки в некоторых отраслях промышленности.

Список литературы

1. Вишницкий А. Л., Ясногородский И. 3., Григорчук И. П., Электрохимическая н электромеханическая обработка металлов, Л., 1971; Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки материалов, М., 1971; Черепанов Ю. П., Самецкий Б. И., Электрохимическая обработка в машиностроении, М., 1972; Новое в электрофизической и электрохимической обработке материалов, Л., 1972.

2. Гаврилов А.Н. Основы технологии приборостроения./ А.Н. Гаврилов. М.: Высш. шк., 1976. - 328 с.

3. Головня В.Г. Технология деталей радиоаппаратуры. / В.Г. Головня. М.: Радио и связь, 1983. - 294 с.

4. Егоров М.Е. Технология машиностроения./ М.Е. Егоров. М.: Высш.шк., 1976. - 380 с.

5. Ефимов И.Е. Микроэлектроника, физические и технологические основы, надежность: Учеб. Пособие / И.Е. Ефимов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1986. 464 с.

6. Маталин А.А. Технология механической обработки и проектирование технологических процессов./ А.А. Маталин. М.: Машиностроение, 1970. - 350 с.

7. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА/ под ред. Э.Г. Романычевой. М.: Радио и связь, 1989. - 448 с.

8. Сафронов В.Я. Справочник по литейному оборудованию./ В.Я. Сафронов. М.: Машиностроение, 1985. - 320 с.

9. Технология деталей радиоэлектронной аппаратуры/ под ред. С.Е. Ушаковой. М.: Радио и связь, 1986. - 256 с.

10. Технология электроаппаратостроения. Справочник / под ред. Ю.Я. Филиппова. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 258 с.

Размещено на Allbest.ru