طرق مبتكرة لمعالجة المعادن. المعالجة السطحية مع إزالة طبقة من المواد

عادة ما تتميز معالجة المعادن في الصناعة الحديثة بالأنواع والأساليب. أكبر عددأنواع المعالجة لديها "القديمة" الطريقة الميكانيكية:الخراطة والحفر والمملة والطحن والطحن والتلميع وما إلى ذلك. عيب المعالجة الميكانيكية هو هدر كميات كبيرة من المعدن في نشارة الخشب ونشارة الخشب والنفايات. الطريقة الأكثر اقتصادا هي الختم، والذي يستخدم أثناء تطوير إنتاج صفائح الفولاذ. ل العقود الاخيرةظهرت طرق جديدة وسعت من قدرات تشغيل المعادن - الكهربيةو الكهروكيميائية.

في المقالات السابقة تعرفت على ختم وقطع المعادن. والآن سنخبرك عن الطرق الكهروفيزيائية (التآكل الكهربائي، الموجات فوق الصوتية، الضوء، شعاع الإلكترون) والكهروكيميائية.

معالجة التفريغ الكهربائي

يعلم الجميع ما هو التأثير المدمر الذي يمكن أن يحدثه التفريغ الكهربائي في الغلاف الجوي - البرق. ولكن لا يعلم الجميع أن التفريغ الكهربائي المصغر إلى أحجام صغيرة يستخدم بنجاح في الصناعة. فهي تساعد في إنشاء الأجزاء الأكثر تعقيدًا من الآلات والأجهزة من الفراغات المعدنية.

تقوم العديد من المصانع الآن بتشغيل آلات تكون فيها الأداة عبارة عن سلك نحاسي ناعم. يخترق هذا السلك بسهولة سمك قطع العمل المصنوعة من أصعب المعادن والسبائك، ويقطع أجزاء من أي شكل، وأحيانًا يكون غريبًا تمامًا. كيف يتم تحقيق ذلك؟ دعونا نلقي نظرة فاحصة على آلة العمل. في المكان الذي تكون فيه الأداة السلكية أقرب إلى قطعة الشغل، سنرى شرارات برق مضيئة تضرب قطعة الشغل.

تصل درجة الحرارة في موقع التعرض لهذه التفريغات الكهربائية إلى 5000-10000 درجة مئوية. ولا يمكن لأي من المعادن والسبائك المعروفة أن تتحمل درجات الحرارة هذه: فهي تذوب وتتبخر على الفور. يبدو أن الشحنات الكهربائية "تؤدي إلى تآكل" المعدن. ولذلك، تلقت طريقة المعالجة نفسها الاسم تآكل كهربائي(من الكلمة اللاتينية "تآكل" - "تآكل").

يقوم كل من التفريغ الناتج بإزالة قطعة صغيرة من المعدن، ويتم غمر الأداة تدريجيًا في قطعة العمل، ونسخ شكلها فيها.

تتبع عمليات التفريغ بين قطعة العمل والأداة في آلات التآكل الكهربائي واحدًا تلو الآخر بتردد يتراوح من 50 إلى مئات الآلاف في الثانية، اعتمادًا على سرعة المعالجة ونظافة السطح التي نرغب في الحصول عليها. ومن خلال تقليل قوة التصريفات وزيادة تواترها، تتم إزالة المعدن في جزيئات أصغر من أي وقت مضى؛ وفي الوقت نفسه تزداد نقاء المعالجة ولكن تقل سرعتها. يجب أن تكون عملية كل تفريغ قصيرة الأجل بحيث يتم تبريد المعدن المتبخر على الفور ولا يمكن إعادة توصيله بمعدن قطعة العمل.

مخطط تشغيل آلة التآكل الكهربائي للقطع الكفافي للثقوب ذات التشكيلات المعقدة. يتم تنفيذ العمل الضروري هنا عن طريق التفريغ الكهربائي الذي يحدث بين الأداة - السلك النحاسي وقطعة العمل.

أثناء عملية التفريغ الكهربائي، يتم توصيل قطعة عمل وأداة مصنوعة من مادة مقاومة للحرارة أو موصلة للحرارة بمصدر للتيار الكهربائي. للتأكد من أن تأثير التفريغ الحالي قصير الأجل، يتم مقاطعته بشكل دوري إما عن طريق إيقاف تشغيل الجهد أو عن طريق تحريك الأداة بسرعة بالنسبة لسطح قطعة العمل. يتم تحقيق التبريد اللازم للمعدن المنصهر والمبخر، وكذلك إزالته من منطقة العمل، عن طريق غمر قطعة العمل في سائل موصل بالتوكون - عادة زيت الآلة، الكيروسين. إن نقص موصلية التيار في السائل يعني أن التفريغ يعمل بين الأداة وقطعة العمل على مسافات صغيرة جدًا (10-150 ميكرومتر)، أي فقط في المكان الذي تتصل به الأداة والذي نريد تعريضه للتيار. .

تحتوي آلة التفريغ الكهربائي عادةً على أجهزة لتحريك الأداة في الاتجاه المطلوب ومصدر طاقة كهربائي يثير عمليات التفريغ. تحتوي الآلة أيضًا على نظام تتبع تلقائي لحجم الفجوة بين قطعة العمل التي تتم معالجتها والأداة؛ فهو يجعل الأداة أقرب إلى قطعة العمل إذا كانت الفجوة كبيرة جدًا، أو يحركها بعيدًا عن قطعة العمل إذا كانت صغيرة جدًا.

كقاعدة عامة، يتم استخدام طريقة التآكل الكهربائي في الحالات التي تكون فيها المعالجة على آلات قطع المعادن صعبة أو مستحيلة. بسبب صلابة المادة أو عندما لا يسمح الشكل المعقد لقطعة العمل بإنشاء أداة قطع قوية بدرجة كافية.

لا يمكن استخدام السلك فحسب، بل يمكن أيضًا استخدام قضيب أو قرص أو ما إلى ذلك كأداة، وبالتالي، باستخدام أداة على شكل قضيب ذو شكل معقد ثلاثي الأبعاد، يحصل المرء على انطباع منها في قطعة العمل التي تتم معالجتها. يستخدم القرص الدوار لحرق الشقوق الضيقة وقطع المعادن القوية.

آلة التآكل الكهربائي.

هناك عدة أنواع من طرق التآكل الكهربائي، ولكل منها خصائصه الخاصة. تُستخدم بعض أنواع هذه الطريقة لحرق التجاويف ذات الشكل المعقد وقطع الثقوب، والبعض الآخر يستخدم لقطع قطع العمل المصنوعة من سبائك مقاومة للحرارة والتيتانيوم، وما إلى ذلك. ندرج بعضًا منها.

في اليكتروسباركأثناء المعالجة الكهربائية، يتم إثارة تفريغ الشرارة وقوس الشرارة على المدى القصير بدرجات حرارة تصل إلى 8000-10000 درجة مئوية، ويتم توصيل قطب الأداة بالقطب السالب، ويتم توصيل قطعة العمل التي تتم معالجتها بالقطب الموجب للطاقة الكهربائية مصدر.

نبض كهربائيتتم المعالجة عن طريق تفريغ القوس المثار كهربائيًا والمتقطع بدرجات حرارة تصل إلى 5000 درجة مئوية. قطبية أداة القطب الكهربائي وقطعة العمل عكسية بالنسبة لمعالجة الشرارة الكهربائية.

في انوديك ميكانيكيةأثناء المعالجة، يتم استخدام أداة القطب الكهربائي على شكل قرص أو حزام لا نهاية له، والذي يتحرك بسرعة بالنسبة لقطعة العمل. باستخدام هذه الطريقة، يتم استخدام سائل خاص يسقط منه فيلم غير موصل على سطح قطعة العمل. تقوم أداة القطب الكهربائي بخدش الفيلم، وفي الأماكن التي يكون فيها سطح قطعة العمل مكشوفًا، تحدث تفريغات قوسية تؤدي إلى تدميرها. إنهم يقومون بالأعمال اللازمة.

يتم استخدام حركة أسرع للقطب الكهربائي، وتبريد سطحه ومقاطعة تفريغ القوس الكهربائي الاتصال الكهربائيتتم المعالجة عادة في الهواء أو الماء.

في بلدنا، يتم إنتاج مجموعة كاملة من آلات التفريغ الكهربائي لمعالجة مجموعة واسعة من الأجزاء، من الصغيرة جدًا إلى الكبيرة، والتي يصل وزنها إلى عدة أطنان.

تُستخدم آلات التآكل الكهربائي الآن في جميع فروع الهندسة الميكانيكية. وهكذا، في مصانع السيارات والجرارات يتم استخدامها في تصنيع قوالب العمود المرفقي وقضبان التوصيل وأجزاء أخرى، في مصانع الطائرات تتم معالجتها على آلات التآكل الكهربائية لشفرات المحرك النفاث وأجزاء المعدات الهيدروليكية، في مصانع الأجهزة الإلكترونية - أجزاء من تقوم أنابيب الراديو والترانزستورات والمغناطيس والقوالب، في مصانع المعادن، بقطع القضبان والسبائك المدرفلة من المعادن والسبائك الصلبة بشكل خاص.

تعمل الموجات فوق الصوتية

حتى وقت قريب نسبيًا، لم يكن أحد يتخيل أنه سيتم استخدام الصوت لقياس عمق البحر، ولحام المعادن، وحفر الزجاج، والجلد الأسمر. والآن يتقن الصوت المزيد والمزيد من المهن الجديدة.

ما هو الصوت ولماذا أصبح مساعدًا بشريًا لا غنى عنه في عدد من عمليات الإنتاج المهمة؟

الصوت هو موجات مرنة,الانتشار على شكل ضغط متناوب وتخلخل لجزيئات الوسط (الهواء والماء والمواد الصلبة وما إلى ذلك). يتم قياس تردد الصوت بعدد الانضغاطات والتخلخل: كل انضغاط وتخلخل لاحق يشكلان تذبذبًا واحدًا كاملاً. وحدة تردد الصوت هي اهتزازة كاملة تحدث خلال ثانية واحدة. تسمى هذه الوحدة بالهرتز (هرتز).

تحمل الموجة الصوتية معها طاقة، والتي تُعرف بأنها قوة الصوت ووحدتها 1 وات/سم2.

يرى الشخص الاهتزازات ذات الترددات المختلفة كأصوات ارتفاعات مختلفة. تتوافق الأصوات المنخفضة (إيقاع الطبلة) مع الترددات المنخفضة (100-200 هرتز)، والأصوات العالية (الصافرة) تتوافق مع الترددات العالية (حوالي 5 كيلو هرتز، أو 5000 هرتز). يتم استدعاء الأصوات أقل من 30 هرتز الموجات فوق الصوتية,وما فوق 15-20 كيلو هرتز - الموجات فوق الصوتية.لا يمكن للأذن البشرية أن ترى الموجات فوق الصوتية والأشعة تحت الصوتية.

تتكيف الأذن البشرية لاستقبال الموجات الصوتية ذات القوة المنخفضة جدًا. على سبيل المثال، الصراخ العالي الذي يزعجنا له شدة تقاس بالنانوواط لكل سنتيمتر مربع (nW/cm2)، أي جزء من المليار من W/cm2. إذا قمت بتحويل الطاقة من المحادثة المتزامنة الصاخبة لجميع سكان موسكو خلال النهار إلى حرارة، فلن يكون ذلك كافيا حتى لغلي دلو من الماء. ضعيف جدا موجات صوتيةلا يمكن استخدامها لتنفيذ أي عمليات التصنيع. بالطبع، من الممكن بشكل مصطنع إنشاء موجات صوتية أقوى عدة مرات، لكنها ستدمر عضو السمع البشري وتؤدي إلى الصمم.

في منطقة الترددات دون الصوتية، التي لا تشكل خطورة على الأذن البشرية، من الصعب جدًا إنشاء اهتزازات قوية بشكل مصطنع. شيء آخر هو الموجات فوق الصوتية. من السهل نسبيًا الحصول على الموجات فوق الصوتية من مصادر اصطناعية بكثافة تصل إلى عدة مئات من الوات / سم 2، أي 10 12 مرة أكثر من شدة الصوت المسموح بها، وهذه الموجات فوق الصوتية غير ضارة تمامًا للإنسان. لذلك، لكي نكون أكثر دقة، لم يكن الأمر سليما، ولكن الموجات فوق الصوتية التي تبين أنها السيد العالمي الذي وجد مثل هذا تطبيق واسعفي الصناعة (انظر المجلد 3 DE، المادة "الصوت").

سنتحدث هنا فقط عن استخدام الاهتزازات فوق الصوتية في الأدوات الآلية لمعالجة المواد الصلبة والهشة. كيف يتم تصميم هذه الآلات وتشغيلها؟

آلة بالموجات فوق الصوتية.

مخطط عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية.

قلب الآلة هو محول الطاقةتذبذبات عالية التردد للتيار الكهربائي. يدخل التيار إلى ملف المحول من المولد الإلكتروني ويتم تحويله إلى طاقة اهتزازات ميكانيكية (فوق صوتية) بنفس التردد. تحدث هذه التحولات نتيجة لذلك الانقباض المغناطيسي -ظاهرة تتمثل في حقيقة أن عددًا من المواد (النيكل، وسبائك الحديد مع الكوبالت، وما إلى ذلك) الموجودة في مجال مغناطيسي متناوب تغير أبعادها الخطية بنفس التردد الذي يتغير به المجال.

وبالتالي، فإن التيار الكهربائي عالي التردد الذي يمر عبر اللف يخلق مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا، تحت تأثيره يتأرجح المحول. لكن سعات الاهتزاز الناتجة تكون صغيرة الحجم. لزيادتها وجعلها مناسبة للعمل المفيد، أولاً، يتم ضبط النظام بأكمله على الرنين (يتم تحقيق تردد تذبذب التيار الكهربائي والتردد الطبيعي للمحول)، وثانيًا، خاص مكثف الدليل الموجي,الذي يحول السعات الصغيرة من التذبذبات على مساحة أكبر إلى السعات الكبيرة على مساحة أصغر.

يتم إرفاق أداة بنهاية الدليل الموجي بالشكل الذي ترغب في أن يكون به الثقب. يتم ضغط الأداة، مع النظام التذبذبي بأكمله، بقوة قليلة على المادة التي سيتم عمل ثقب فيها، ويتم توفير تعليق جلخ (حبيبات كاشطة أقل من 100 ميكرون، ممزوجة بالماء) إلى موقع المعالجة. تقع هذه الحبوب بين الأداة والمادة، والأداة، مثل آلة ثقب الصخور، تدفعها إلى داخل المادة. إذا كانت المادة هشة، فإن الحبوب الكاشطة تكسر الجسيمات الدقيقة بحجم 1-10 ميكرون. لا يبدو ذلك كثيرًا! ولكن هناك مئات من الجزيئات الكاشطة تحت الأداة، وتقوم الأداة بضرب 20000 ضربة في ثانية واحدة. لذلك، فإن عملية المعالجة سريعة جدًا، ويمكن عمل ثقب بقياس 20-30 مم في الزجاج بسمك 10-15 مم في دقيقة واحدة. تتيح لك آلة الموجات فوق الصوتية عمل ثقوب من أي شكل، حتى في المواد الهشة التي يصعب معالجتها.

تُستخدم آلات الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لإنتاج مصفوفات قوالب الكربيد وخلايا "ذاكرة" الكمبيوتر من بلورات الفريت والسيليكون والجرمانيوم لأجهزة أشباه الموصلات، وما إلى ذلك.

كنا نتحدث الآن عن حالة واحدة فقط من بين العديد من حالات استخدام الموجات فوق الصوتية. ومع ذلك، يتم استخدامه أيضًا في اللحام والغسيل والتنظيف والفحص والقياس ويؤدي هذه المهام على أكمل وجه. الموجات فوق الصوتية "تغسل" وتزيل الشحوم بشكل نظيف للغاية الأجزاء الأكثر تعقيدًا من الأجهزة ، وتقوم باللحام والتعليب للألمنيوم والسيراميك ، وتكتشف العيوب في الأجزاء المعدنية ، وتقيس سماكة الأجزاء ، وتحدد معدل تدفق السوائل فيها أنظمة مختلفةويؤدي عشرات الأعمال الأخرى التي لا تكتمل بدونه.

المعالجة الكهروكيميائية للمعادن

إذا تم إدخال صفائح موصلة صلبة (أقطاب كهربائية) في وعاء به سائل موصل وتم تطبيق الجهد عليها، يحدث تيار كهربائي. وتسمى هذه السوائل الموصلة الموصلات من النوع الثانيأو الشوارد.وتشمل هذه محاليل الأملاح والأحماض أو القلويات في الماء (أو السوائل الأخرى)، وكذلك الأملاح المنصهرة.

ماكينة النسخ والخياطة الكهروكيميائية.

مخطط التحليل الكهربائي.

مخطط المعالجة الكهروكيميائية للثقوب ذات التكوينات المعقدة بالتفصيل.

الناقلات الحالية في الشوارد هي جزيئات إيجابية وسلبية - الأيونات,حيث تتفكك جزيئات المذاب في المحلول. في هذه الحالة، تتحرك الأيونات الموجبة نحو القطب السالب - الكاثود,سلبي - إلى القطب الموجب - الأنود.اعتمادًا على الطبيعة الكيميائية للإلكتروليت والأقطاب الكهربائية، تترسب هذه الأيونات عند الأقطاب الكهربائية أو تتفاعل مع الأقطاب الكهربائية أو المذيبات. يتم إطلاق منتجات التفاعل عند الأقطاب الكهربائية أو تدخل في المحلول. وتسمى هذه الظاهرة التحليل الكهربائي.

يستخدم التحليل الكهربائي على نطاق واسع في الصناعة لإنتاج القوالب المعدنية من النماذج البارزة، لتطبيق الطلاءات الواقية والزخرفية على المنتجات المعدنية، لإنتاج المعادن من الخامات المنصهرة، لتنقية المعادن، لإنتاج الماء الثقيل، في إنتاج الكلور، الخ.

أحد المجالات الجديدة للتطبيق الصناعي للتحليل الكهربائي هو معالجة الأبعاد الكهروكيميائية للمعادن.يعتمد على مبدأ إذابة المعدن تحت تأثير التيار في المحاليل المائية للأملاح.

آلة شعاع الضوء لمعالجة المرشحات الماسية.

دائرة مولد الكم الضوئية: 1 - فلاش لمبة؛ 2 - مكثف؛ 3 - روبي؛ 4 - مرايا متوازية 5- العدسة.

أثناء معالجة الأبعاد الكهروكيميائية، يتم وضع الأقطاب الكهربائية في المنحل بالكهرباء على مسافة قريبة جدًا من بعضها البعض (50-500 ميكرومتر). يتم ضخ الإلكتروليت بينهما تحت الضغط. بفضل هذا، يذوب المعدن بسرعة كبيرة، وإذا تم الحفاظ على المسافة بين الأقطاب الكهربائية ثابتة، فيمكن الحصول على تمثيل دقيق إلى حد ما لشكل قطب الأداة (الكاثود) على قطعة العمل (الأنود).

وبالتالي، باستخدام التحليل الكهربائي، يمكنك بسرعة نسبيا (أسرع من الطريقة الميكانيكية) إنتاج أجزاء من الأشكال المعقدة، وقطع قطع العمل، وعمل ثقوب أو أخاديد من أي شكل في الأجزاء، وشحذ الأدوات، وما إلى ذلك.

تشمل مزايا طريقة المعالجة الكهروكيميائية، أولاً، القدرة على معالجة أي معادن، بغض النظر عن خواصها الميكانيكية، وثانيًا، حقيقة أن أداة القطب الكهربائي (الكاثود) لا تتآكل أثناء المعالجة.

تتم المعالجة الكهروكيميائية على الآلات الكهروكيميائية. مجموعاتهم الرئيسية: ماكينات النسخ والخياطة العالمية -لتصنيع الطوابع والقوالب وغيرها من المنتجات ذات الشكل المعقد؛ خاص -لمعالجة شفرات التوربينات. شحذو طحن -لأدوات الشحذ والطحن المسطح أو الجانبي للمعادن والسبائك التي يصعب قطعها.

أعمال ضوئية (ليزر)

تذكر "الجسم الزائد للمهندس غارين" بقلم أ.ن.تولستوي. الأفكار التي كانت تعتبر رائعة مؤخرًا أصبحت حقيقة. اليوم، يتم استخدام شعاع الضوء لحرق الثقوب في المواد القوية والصلبة مثل الفولاذ والتنغستن والماس، وهذا لم يعد يفاجئ أحدا.

بالطبع، كان عليكم جميعًا التقاط أشعة الشمس أو التركيز باستخدام العدسة ضوء الشمسفي نقطة مضيئة صغيرة وحرقها رسومات مختلفةعلى الشجرة. لكن لا يمكنك ترك أي علامة على جسم فولاذي بهذه الطريقة. بالطبع، إذا كان من الممكن تركيز ضوء الشمس في نقطة صغيرة جدًا، على سبيل المثال بضعة ميكرومترات في القطر، فإن الطاقة المحددة (أي نسبة الطاقة إلى المساحة) ستكون كافية لإذابة وحتى تبخير أي مادة في تلك النقطة نقطة. لكن ضوء الشمس لا يمكن تركيزه بهذه الطريقة.

لكي تستخدم العدسة لتركيز الضوء في بقعة صغيرة جدًا وفي نفس الوقت تحصل على قوة نوعية عالية، يجب أن تتمتع بثلاث خصائص على الأقل: أحادية اللون,أي أحادية اللون، تنتشر بالتوازي(لديها تباعد تدفق ضوئي منخفض) وتكون كافية ساطع.

تقوم العدسة بتركيز أشعة ذات ألوان مختلفة على مسافات مختلفة. نعم شعاع من اللون الأزرقتأتي في التركيز أبعد من اللون الأحمر. نظرًا لأن ضوء الشمس يتكون من أشعة بألوان مختلفة، من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء، فلا يمكن تركيزه بدقة - فقد تبين أن النقطة البؤرية ضبابية وكبيرة نسبيًا. من الواضح أن الضوء أحادي اللون ينتج نقطة بؤرية أصغر بكثير.

يستخدم ليزر الغاز في قطع الزجاج والأغشية الرقيقة والأقمشة. وفي المستقبل القريب، سيتم استخدام هذه التركيبات لقطع الفراغات المعدنية ذات السماكة الكبيرة.

ومن المعروف من البصريات الهندسية أنه كلما صغر قطر بقعة الضوء عند البؤرة، قل تباعد شعاع الضوء الساقط على العدسة. ولهذا السبب فإن أشعة الضوء الموازية ضرورية لتحقيق هدفنا.

وأخيرًا، هناك حاجة إلى السطوع من أجل إنشاء كثافة طاقة عالية عند النقطة البؤرية للعدسة.

لا يوجد مصدر ضوء عادي يتمتع بهذه الخصائص الثلاث في نفس الوقت. مصادر الضوء أحادية اللون منخفضة الطاقة، في حين أن مصادر الضوء عالية الطاقة، مثل القوس الكهربائي، لها تباعد كبير.

ومع ذلك، في عام 1960، العلماء السوفييت - الفيزيائيون، الحائزون على جوائز لينين ونوبل N. G. Basov و A. M. Prokhorov، في وقت واحد مع الحائز على جائزة نوبل جائزة نوبلابتكر الفيزيائي الأمريكي تشارلز تاونز مصدرًا للضوء يتمتع بجميع الخصائص الضرورية. تم تسميته ليزر,مختصر من الحروف الأولى للتعريف الإنجليزي لمبدأ عمله: تضخيم الضوء عن طريق انبعاث الإشعاع المحفز، أي تضخيم الضوء باستخدام الإشعاع المحفز. اسم آخر لليزر هو مولد الكم البصري(مختصر OKG).

ومن المعروف أن كل مادة تتكون من ذرات، والذرة نفسها تتكون من نواة محاطة بالإلكترونات. في الحالة الطبيعية، وهو ما يسمى رئيسي،توجد الإلكترونات حول النواة بحيث تكون طاقتها ضئيلة. لإزالة الإلكترونات من الحالة الأرضية، من الضروري نقل الطاقة إليها من الخارج، على سبيل المثال، عن طريق الإضاءة. إن امتصاص الإلكترونات للطاقة لا يحدث بشكل مستمر بل بأجزاء منفصلة - الكميات(انظر المجلد 3 DE، المادة "الموجات والكمات"). تدخل الإلكترونات التي امتصت الطاقة في حالة مثارة، وهي حالة غير مستقرة. وبعد مرور بعض الوقت، يعودون إلى الحالة الأرضية مرة أخرى، ويطلقون الطاقة الممتصة. هذه العملية لا تحدث دفعة واحدة. اتضح أن عودة إلكترون واحد إلى الحالة الأرضية وإطلاق الكم الخفيف من خلاله يسرع (يحفز) عودة الإلكترونات الأخرى إلى الحالة الأرضية، والتي تطلق أيضًا الكميات، علاوة على ذلك، نفس الشيء تمامًا في التردد والطول الموجي. وهكذا نحصل على تعزيز شعاع أحادي اللون.

مبدأ التشغيل آلة شعاع الضوءدعونا نلقي نظرة على مثال ليزر الياقوت الاصطناعي. يتم الحصول على هذا الياقوت صناعياً من أكسيد الألومنيوم حيث يتم استبدال عدد صغير من ذرات الألومنيوم بذرات الكروم.

يستخدم كمصدر خارجي للطاقة مصباح فلاش 1,مشابهة لتلك المستخدمة في التصوير الفوتوغرافي بالفلاش، ولكنها أقوى بكثير. مصدر طاقة المصباح هو مكثف 2.عند تشعيعها بواسطة مصباح، تقع ذرات الكروم فيها روبي 3,تمتص الكميات الضوئية بأطوال موجية تتوافق مع الأجزاء الخضراء والزرقاء من الطيف المرئي، وتمر إلى حالة مثارة. يتم تحقيق عودة تشبه الانهيار الجليدي إلى الحالة الأرضية باستخدام التوازي المرايا 4.تنعكس الكميات الضوئية المنطلقة، المقابلة للجزء الأحمر من الطيف، عدة مرات في المرايا، وتمر عبر الياقوت، وتسرع عودة جميع الإلكترونات المثارة إلى الحالة الأرضية. إحدى المرايا مصنوعة شفافة، ويتم إخراج الشعاع من خلالها. يمتلك هذا الشعاع زاوية انحراف صغيرة جدًا، لأنه يتكون من كمات ضوئية انعكست عدة مرات ولم تشهد انحرافًا كبيرًا عن محور المولد الكمي (انظر الشكل في الصفحة 267).

يتم تركيز مثل هذا الشعاع القوي أحادي اللون بدرجة منخفضة من التباعد عدسة 5على السطح المراد معالجته وينتج عنه بقعة صغيرة للغاية (يصل قطرها إلى 5-10 ميكرون). بفضل هذا، يتم تحقيق كثافة طاقة هائلة، في حدود 10 12 -10 16 وات/سم 2 . وهذا يعادل مئات الملايين من المرات من الطاقة التي يمكن الحصول عليها من خلال تركيز ضوء الشمس.

هذه القوة المحددة تكفي لتبخر حتى المعدن المقاوم للحرارة مثل التنغستن في منطقة التركيز البؤري خلال أجزاء من الألف من الثانية وحرق ثقب فيه.

تُستخدم الآن آلات الشعاع الضوئي على نطاق واسع في الصناعة لإحداث ثقوب في أحجار الساعات المصنوعة من الياقوت والماس والسبائك الصلبة، وفي الأغشية المصنوعة من معادن مقاومة للحرارة يصعب قطعها. أتاحت الآلات الجديدة زيادة الإنتاجية بمقدار عشرة أضعاف، وتحسين ظروف العمل، وفي بعض الحالات، إنتاج مثل هذه الأجزاء. والتي لا يمكن الحصول عليها بطرق أخرى.

لا ينتج الليزر معالجة الأبعاد للثقوب الدقيقة فحسب. لقد تم بالفعل إنشاء تركيبات شعاع ضوئي لقطع المنتجات الزجاجية واللحام الدقيق للأجزاء المصغرة وأجهزة أشباه الموصلات وما إلى ذلك، وهي تعمل بنجاح.

لقد ظهرت تكنولوجيا الليزر للتو وأصبحت فرعًا مستقلاً من التكنولوجيا أمام أعيننا. لا شك أنه بمساعدة البشر سوف "يتقن" الليزر العشرات من المهن المفيدة الجديدة في السنوات القادمة وسيبدأ العمل في محلات المصانع والمختبرات ومواقع البناء إلى جانب القواطع والمثاقب والأقواس الكهربائية والتفريغ والموجات فوق الصوتية والحزم الإلكترونية.

معالجة شعاع الإلكترون

دعونا نفكر في المشكلة: كيفية قطع مساحة سطحية صغيرة - مربع طول ضلعه 10 مم - من مادة شديدة الصلابة إلى 1500 جزء؟ أولئك الذين يعملون في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات - الثنائيات الدقيقة - يواجهون هذه المشكلة كل يوم.

يمكن حل هذه المشكلة باستخدام شعاع الإلكترون -يتم تسريعها إلى طاقات عالية وتركيزها في تدفق موجه للغاية من الإلكترونات.

تتم معالجة المواد (اللحام والقطع وما إلى ذلك) باستخدام شعاع الإلكترون بشكل كامل منطقة جديدةتكنولوجيا. ولدت في الخمسينيات من قرننا. إن ظهور طرق معالجة جديدة ليس من قبيل الصدفة بالطبع. في التكنولوجيا الحديثة علينا أن نتعامل مع مواد صعبة للغاية وتصعب معالجتها. في التكنولوجيا الإلكترونية، على سبيل المثال، يتم استخدام لوحات مصنوعة من التنغستن النقي، حيث من الضروري حفر مئات الثقوب المجهرية التي يبلغ قطرها عدة عشرات من الميكرومترات. يتم تصنيع الألياف الاصطناعية باستخدام قوالب تحتوي على ثقوب ذات شكل معقد وتكون صغيرة جدًا بحيث تكون الألياف المسحوبة من خلالها أرق بكثير شعر الإنسان. تتطلب صناعة الإلكترونيات ألواح خزفية بسمك 0.25 ملم. ويجب عمل فتحات بعرض 0.13 مم، والمسافة بين محاورها 0.25 مم.

لا تستطيع تكنولوجيا المعالجة القديمة التعامل مع مثل هذه المهام. ولذلك اتجه العلماء والمهندسون إلى الإلكترونات وأجبروها على القيام بالعمليات التكنولوجية من قطع وحفر وطحن ولحام وصهر وتنظيف المعادن. اتضح أن شعاع الإلكترون له خصائص جذابة للتكنولوجيا. عندما تصطدم بالمادة التي تتم معالجتها، يمكن أن تسخنها حتى 6000 درجة مئوية (درجة حرارة سطح الشمس) عند نقطة الاصطدام وتتبخر على الفور تقريبًا، مما يشكل ثقبًا أو انخفاضًا في المادة. في الوقت نفسه، تتيح لك التكنولوجيا الحديثة تنظيم طاقة الإلكترونات بسهولة وبساطة وضمن نطاق واسع، وبالتالي درجة حرارة تسخين المعدن. لذلك، يمكن استخدام تدفق الإلكترونات في العمليات التي تتطلب قوى مختلفة وتحدث عند درجات حرارة مختلفة جدًا، على سبيل المثال، في الصهر والتنظيف، ولحام المعادن وقطعها، وما إلى ذلك.

يمكن لشعاع الإلكترون أن يقطع ثقبًا صغيرًا حتى في أصلب المعادن. على الصورة:دائرة البندقية الإلكترونية.

ومن المهم أيضًا ألا يكون عمل شعاع الإلكترون مصحوبًا بأحمال صدمات على المنتج. وهذا مهم بشكل خاص عند معالجة المواد الهشة مثل الزجاج والكوارتز. تعد سرعة معالجة الثقوب الدقيقة والفتحات الضيقة جدًا في آلات شعاع الإلكترون أعلى بكثير من تلك الموجودة في الأجهزة التقليدية.

تعد تركيبات معالجة شعاع الإلكترون أجهزة معقدة تعتمد على إنجازات الإلكترونيات الحديثة والهندسة الكهربائية والأتمتة. الجزء الرئيسي منهم هو بندقية إلكترونية,توليد شعاع من الإلكترونات. يتم تركيز الإلكترونات المنبعثة من الكاثود الساخن بشكل حاد وتسريعها بواسطة أجهزة كهروستاتيكية ومغناطيسية خاصة. بفضلهم، يمكن تركيز شعاع الإلكترون على منطقة يبلغ قطرها أقل من 1 ميكرون. يتيح التركيز الدقيق أيضًا تحقيق تركيز كبير من طاقة الإلكترون، والذي بفضله يمكن الحصول على كثافة إشعاع سطحي تصل إلى 15 ميجاوات/مم2. تتم المعالجة في فراغ عالي (الضغط المتبقي يساوي تقريبًا 7 ميجا باسكال). يعد ذلك ضروريًا لتهيئة الظروف التي تسمح للإلكترونات بالانتقال بحرية، دون أي تدخل، من الكاثود إلى قطعة العمل. لذلك تم تجهيز التثبيت غرفة فراغو نظام الشفط.

يتم وضع قطعة العمل على طاولة يمكنها التحرك أفقيًا وعموديًا. يمكن للشعاع أيضًا التحرك لمسافات قصيرة (3-5 مم) بفضل جهاز انحراف خاص. عندما يتم إيقاف تشغيل العاكس وتكون الطاولة ثابتة، يمكن لشعاع الإلكترون حفر ثقب بقطر 5-10 ميكرون في قطعة العمل. إذا قمت بتشغيل جهاز الانحراف (ترك الطاولة ثابتة)، فإن الشعاع المتحرك سيكون بمثابة قاطع وسيكون قادرًا على حرق الأخاديد الصغيرة ذات التكوينات المختلفة. عندما يكون من الضروري "طحن" الأخاديد الأطول، يتم تحريك الطاولة، مما يترك العارضة ثابتة.

من المثير للاهتمام معالجة المواد باستخدام شعاع الإلكترون باستخدام ما يسمى ب أقنعة.في الإعداد، أضع* قناعًا على طاولة متحركة. يتم إسقاط ظلها على نطاق مصغر على الجزء بواسطة عدسة التشكيل، ويقوم شعاع الإلكترون بمعالجة السطح المحدود بخطوط القناع.

عادة ما تتم مراقبة تقدم المعالجة الإلكترونية باستخدام مايكروسكوب بصري.فهو يسمح لك بضبط الشعاع بدقة قبل بدء المعالجة، على سبيل المثال القطع على طول محيط معين، ومراقبة العملية. غالبًا ما تكون تركيبات شعاع الإلكترون مجهزة جهاز البرمجةالذي يحدد تلقائيا وتيرة وتسلسل العمليات.

المعالجة الحالية عالية التردد

إذا تم لف البوتقة التي تحتوي على قطعة معدنية بعدة لفات من السلك وتمريرها على طول هذا السلك (إلى المحث)تيار متردد عالي التردد، سيبدأ المعدن الموجود في البوتقة في التسخين وبعد فترة سوف يذوب. هذا هو مخطط الرسم البيانياستخدام التيارات عالية التردد (HFC) للتدفئة. ولكن ماذا يحدث؟

على سبيل المثال، المادة الساخنة هي موصل. يؤدي المجال المغناطيسي المتناوب، الذي يظهر عندما يمر التيار المتردد عبر لفات المحرِّض، إلى تحرك الإلكترونات بحرية، أي أنه يولد تيارات مستحثة إيدي. يقومون بتسخين قطعة من المعدن. تسخن المادة العازلة بسبب حقيقة أن المجال المغناطيسي يهتز الأيونات والجزيئات الموجودة فيه، مما يؤدي إلى "هزها". لكنك تعلم أنه كلما تحركت جزيئات المادة بشكل أسرع، ارتفعت درجة حرارتها.

رسم تخطيطي لتركيب منتجات التدفئة ذات التيارات عالية التردد.

للتدفئة عالية التردد، أصبحت التيارات ذات الترددات من 1500 هرتز إلى 3 جيجا هرتز وما فوق هي الأكثر استخدامًا الآن. في الوقت نفسه، غالبًا ما تتمتع منشآت التدفئة التي تستخدم HDTV بقدرة مئات وآلاف الكيلووات. ويعتمد تصميمها على حجم وشكل الأجسام الساخنة، وعلى مقاومتها الكهربائية، وعلى نوع التسخين المطلوب - مستمر أو جزئي، عميق أو سطحي، وعلى عوامل أخرى.

كلما زاد حجم الجسم الساخن وارتفعت الموصلية الكهربائية للمادة، كلما أمكن استخدام الترددات المنخفضة للتدفئة. والعكس صحيح، كلما انخفضت الموصلية الكهربائية، كلما كانت أبعاد الأجزاء الساخنة أصغر، كلما كانت الترددات الأعلى مطلوبة.

ما هي العمليات التكنولوجية في الصناعة الحديثة التي يتم تنفيذها باستخدام HDTV؟

أولا وقبل كل شيء، كما قلنا سابقا، فتيل.تعمل الآن أفران الصهر عالية التردد في العديد من المؤسسات. إنهم ينتجون فولاذًا عالي الجودة وسبائك مغناطيسية ومقاومة للحرارة. غالبًا ما يتم الذوبان في مساحة نادرة - في فراغ عميق. ينتج الصهر الفراغي معادن وسبائك ذات أعلى درجة نقاء.

ثاني أهم "مهنة" للتلفزيون عالي الوضوح هي تصلبالمعدن (انظر مقالة "حماية المعدن").

يتم الآن تقوية العديد من الأجزاء المهمة من السيارات والجرارات وآلات قطع المعادن والآلات والآليات الأخرى بواسطة التيارات عالية التردد.

يتيح لك تسخين HDTV الحصول على جودة عالية لحام عالي السرعةجنود مختلفون.

يقوم HDTV بتسخين الفراغات الفولاذية لمعالجتها عن طريق الضغط(للختم والتزوير والدرفلة). عند تسخين HDTV، لا يتم تشكيل أي مقياس. وهذا يوفر المعدن، ويزيد من عمر خدمة القوالب، ويحسن جودة المطروقات. أصبح عمل العمال أسهل وأكثر صحة.

لقد تحدثنا حتى الآن عن HDTV فيما يتعلق بمعالجة المعادن. لكن نطاق "أنشطتهم" لا يقتصر على هذا.

تُستخدم أجهزة HDTV أيضًا على نطاق واسع لمعالجة المواد المهمة مثل البلاستيك. في مصانع المنتجات البلاستيكية، يتم تسخين الفراغات في تركيبات HDTV قبل الضغط. يساعد التسخين باستخدام HDTV كثيرًا عند اللصق. يتم تصنيع زجاج الأمان متعدد الطبقات مع حشوات بلاستيكية بين طبقات الزجاج عن طريق تسخين HDTV في المكابس. بالمناسبة، يتم تسخين الخشب أيضًا أثناء إنتاج ألواح الجسيمات، وبعض أنواع الخشب الرقائقي والمنتجات المشكلة المصنوعة منه. ولحام طبقات في المنتجات المصنوعة من صفائح رقيقة من البلاستيك، يتم استخدام آلات خاصة عالية التردد، تذكرنا بآلات الخياطة. يتم تصنيع الأغطية والعلب والصناديق والأنابيب باستخدام هذه الطريقة.

في السنوات الأخيرة، تم استخدام التدفئة HDTV بشكل متزايد في إنتاج الزجاج - لحام المنتجات الزجاجية المختلفة (الأنابيب والكتل المجوفة) وعند صهر الزجاج.

يتمتع تسخين HDTV بمزايا كبيرة مقارنة بطرق التسخين الأخرى أيضًا لأنه في بعض الحالات تكون العملية التكنولوجية المبنية عليه أكثر قابلية للتشغيل الآلي.

لقد وجدت معدات تشغيل المعادن اليوم تطبيقًا واسعًا في مختلف القطاعات الصناعية: صناعة السكك الحديدية والطاقة والطيران وبناء السفن والبناء والهندسة الميكانيكية وما إلى ذلك.

يعتمد اختيار الآلات بشكل مباشر على حجم الإنتاج (ميكانيكي، يدوي، CNC، أوتوماتيكي، إلخ)، والجودة المطلوبة للجزء ونوع المعالجة.

تحول والطحن

يتم استخدام المعالجة الميكانيكية لإنتاج أسطح جديدة. يتكون العمل من تدمير طبقة من مساحة معينة: بينما تتحكم أداة القطع في درجة التشوه. المعدات الرئيسية للمعالجة الميكانيكية للمعادن هي آلات الخراطة والطحن، بالإضافة إلى مراكز الخراطة والطحن العالمية.

الخراطة هي عملية قطع معدنية يتم إجراؤها باستخدام التغذية الخطية لأداة القطع أثناء تدوير قطعة العمل في نفس الوقت.

يتم إجراء الخراطة عن طريق قطع طبقة معينة من المعدن من سطح قطعة العمل باستخدام القواطع أو المثاقب أو أدوات القطع الأخرى.

الحركة الرئيسية أثناء الدوران هي دوران قطعة العمل.

حركة التغذية أثناء الدوران هي الحركة الانتقالية للقاطع، والتي يمكن إجراؤها على طول المنتج أو عبره، وكذلك بزاوية ثابتة أو متغيرة على محور دوران المنتج.

الطحن عبارة عن عملية قطع معدنية يتم إجراؤها بواسطة أداة قطع دوارة مع تغذية قطعة العمل خطيًا في نفس الوقت.

تتم إزالة المواد من قطعة الشغل إلى عمق معين باستخدام قاطعة الطحن، والتي تعمل إما على الجانب النهائي أو على الأطراف.

الحركة الرئيسية أثناء الطحن هي دوران القاطع.

حركة التغذية أثناء الطحن هي الحركة الانتقالية لقطعة العمل.

يتم تنفيذ الخراطة والطحن للمعادن باستخدام مراكز تصنيع عالمية مع التحكم العددي بالكمبيوتر (CNC)، مما يسمح بالمعالجة الأكثر تعقيدًا وعالية الدقة دون مراعاة العامل البشري. يفترض CNC أن كل مرحلة من العمل يتم التحكم فيها بواسطة جهاز كمبيوتر، والذي يتم منحه برنامجًا محددًا. معالجة الجزء على آلة CNC تضمن الأبعاد الأكثر دقة للمنتج النهائي، لأنه يتم تنفيذ جميع العمليات من تثبيت واحد لقطعة العمل التي تتم معالجتها.

معالجة التفريغ الكهربائي

جوهر طريقة المعالجة (القطع) بالتفريغ الكهربائي هو استخدام مفيدانهيار كهربائي أثناء المعالجة السطحية.

عندما تجتمع الأقطاب الكهربائية تحت التيار، يحدث تفريغ، ويتجلى تأثيره المدمر على الأنود، وهو المادة التي تتم معالجتها.

تمتلئ المساحة بين الأقطاب بمادة عازلة (الكيروسين أو الماء المقطر أو سائل عمل خاص)، حيث يكون التأثير المدمر على الأنود أكثر فعالية بكثير من الهواء. يلعب العازل أيضًا دور المحفز لعملية تحلل المواد، لأنه عند تفريغه في منطقة التآكل يتحول إلى بخار. في هذه الحالة، يحدث "انفجار صغير" للبخار، والذي يؤدي أيضًا إلى تدمير المادة.

الميزة الأكثر أهمية لآلات قطع الأسلاك هي صغر نصف القطر للمقطع العرضي الفعال للأداة (السلك)، وكذلك إمكانية التوجيه المكاني الدقيق لأداة القطع. وبسبب هذا تنشأ فرص فريدة من نوعهالإنتاج أجزاء دقيقة في مجموعة واسعة من الأحجام ذات أشكال هندسية معقدة إلى حد ما.

بالنسبة لبعض الأجزاء المصنعة، يفضل استخدام آلات التفريغ الكهربائي عن أنواع المعالجة الأخرى.

تتيح لك آلات قطع الأسلاك التآكل الكهربائي تنفيذ العمليات بطريقة عقلانية على:

إنتاج أجزاء ذات شكل مكاني معقد ومتطلبات متزايدة للدقة ونظافة المعالجة، بما في ذلك الأجزاء المصنوعة من المعدن ذات الصلابة والهشاشة المتزايدة؛

إنتاج أدوات القطع المشكلة، والقوالب، واللكمات، وقوالب القطع، والأنماط، وآلات النسخ، والقوالب المعقدة في إنتاج الأدوات.

المعالجة بنفث الماء

تعد معالجة المعادن بنفث الماء واحدة من أكثر العمليات عالية التقنية، مع مستويات عالية من الدقة وملاءمة الإنتاج للبيئة. تتضمن عملية القطع بنفث الماء معالجة قطعة العمل بتيار رفيع من الماء تحت ضغط عالٍ مع إضافة مادة كاشطة (على سبيل المثال، رمل الكوارتز الناعم). تعد العملية التكنولوجية للقطع بنفث الماء طريقة دقيقة للغاية وعالية الجودة لمعالجة المعادن.

أثناء عملية اتيرجيت، يتم خلط الماء في كاميرا خاصةمع مادة كاشطة ويمر عبر فوهة رأس قطع ضيقة جدًا تحت ضغط عالٍ (يصل إلى 4000 بار). يخرج خليط نفث الماء من رأس القطع بسرعة تتجاوز سرعة الصوت (غالبًا أكثر من 3 مرات).

المعدات الأكثر إنتاجية وتنوعًا هي أنظمة نوع وحدة التحكم والبوابة. تعتبر هذه المعدات مثالية، على سبيل المثال، لصناعات الطيران والسيارات؛ يمكن استخدامه على نطاق واسع في أي صناعات أخرى.

القطع بنفث الماء هو بطريقة آمنةيعالج. لا ينتج عن القطع باستخدام الماء انبعاثات ضارة و(نظرًا لإمكانية الحصول على قطع ضيق) يستهلك المواد التي تتم معالجتها اقتصاديًا. لا يوجد أي تأثير حراري أو مناطق تصلب. إن الحمل الميكانيكي المنخفض على المادة يجعل من السهل معالجة الأجزاء المعقدة، خاصة تلك ذات الجدران الرقيقة.

واحدة من أهم مزايا تقنية نفث الماء هي القدرة على معالجة أي مادة تقريبًا. هذه الخاصية تجعل تكنولوجيا القطع بنفث الماء لا غنى عنها في عدد من الصناعات التكنولوجية وتجعلها قابلة للتطبيق في كل الإنتاج تقريبًا.

المعالجة بالليزر

تشمل معالجة المواد بالليزر قطع وتقطيع الألواح واللحام والتصلب والتسطيح والنقش ووضع العلامات وغيرها من العمليات التكنولوجية.

الاستخدام تكنولوجيا الليزرتوفر معالجة المواد إنتاجية ودقة عالية، وتوفر الطاقة والمواد، وتسمح بتنفيذ حلول تكنولوجية جديدة بشكل أساسي واستخدام المواد التي يصعب معالجتها، وتزيد من السلامة البيئية للمؤسسة.

يتم القطع بالليزر عن طريق حرق الصفائح المعدنية باستخدام شعاع الليزر. أثناء عملية القطع، وتحت تأثير شعاع الليزر، تذوب مادة منطقة القطع أو تشتعل أو تتبخر أو تتطاير بواسطة تيار من الغاز. في هذه الحالة، من الممكن الحصول على قطع ضيقة مع الحد الأدنى من المنطقة المتأثرة بالحرارة.

تتمتع هذه التقنية بعدد من المزايا الواضحة مقارنة بالعديد من طرق القطع الأخرى:

غياب الاتصال الميكانيكي يسمح بمعالجة المواد الهشة والمشوهة.

يمكن معالجة المواد المصنوعة من السبائك الصلبة؛

من الممكن قطع عالية السرعة للصفائح الفولاذية الرقيقة.

بالنسبة لقطع المعادن، يتم استخدام التركيبات التكنولوجية المعتمدة على الحالة الصلبة وأشعة الليزر الليفية وأشعة ليزر غاز ثاني أكسيد الكربون التي تعمل في وضعي الإشعاع المستمر والنبضي الدوري. يتم توفير شعاع ليزر مركّز، يتم التحكم فيه عادةً بواسطة جهاز كمبيوتر تركيز عاليالطاقة ويسمح لك بقطع أي مادة تقريبًا، بغض النظر عن خصائصها الفيزيائية الحرارية.

بفضل الطاقة العالية لإشعاع الليزر، يتم ضمان إنتاجية عالية للعملية بالاشتراك مع جودة عاليةأسطح القطع. يتيح التحكم السهل والبسيط نسبيًا في إشعاع الليزر القطع بالليزر على طول الخطوط المعقدة للأجزاء وقطع العمل المسطحة والحجمية درجة عاليةأتمتة العملية.

هناك ثلاثة اتجاهات رئيسية:

1. التشكيل باستخدام طرق تشوه البلاستيك عالية الدقة.
2. طلب الطرق التقليديةتشغيل المعادن، ولكنها تتميز بزيادة الدقة والإنتاجية.
3. استخدام أساليب الطاقة العالية.

يتم تحديد اختيار طريقة المعالجة المثلى حسب متطلبات الإنتاج والإنتاج التسلسلي. على سبيل المثال، تتسبب تصميمات المعدات ذات الوزن الزائد في زيادة استهلاك الطاقة، ويؤدي انخفاض دقة التصنيع للأجزاء الفردية والتجمعات إلى انخفاض إنتاجية المعدات. لا يمكن لبعض التقنيات توفير خصائص القوة والبنية الدقيقة اللازمة للمعدن، مما يؤثر في النهاية على متانة الأجزاء ومقاومتها، حتى لو تم تصنيعها بأقل قدر من التفاوتات. تكنولوجيا جديدةتعتمد معالجة المعادن على استخدام مصادر الطاقة غير التقليدية التي توفر ذوبانها أو تبخرها أو تشكيلها.

تتطور الآلات المرتبطة بإزالة الرقائق في اتجاه تصنيع منتجات عالية الدقة بشكل خاص، خاصة في الإنتاج على نطاق صغير. ولذلك، فإن الأدوات الآلية التقليدية تفسح المجال أمام مجمعات تشغيل المعادن CNC القابلة لإعادة التشكيل بسرعة. معدل استخدام المواد منخفض نسبيًا ( أثناء التصنيع نادراً ما يتجاوز 70...80٪) يتم تعويضه بالحد الأدنى من التفاوتات والجودة العالية لسطح تشطيب المنتجات.

يركز مصنعو أنظمة التحكم العددي بشكل أساسي على القدرات التكنولوجية الموسعة للمعدات المعنية، واستخدام أدوات فولاذية حديثة عالية المقاومة والقضاء على عمالة المشغل اليدوية. يتم تنفيذ جميع العمليات التحضيرية والنهائية على هذه المجمعات بواسطة الروبوتات.

طرق توفير الطاقة للتشوه البلاستيكي للمعادن

تكنولوجيا تشكيل المعادن ماعدا زيادة معاملاستخدام المعادن، له أهمية أخرى مزايا:

• نتيجة للتشوه البلاستيكي، تتحسن البنية الكلية والجزئية للمنتج؛
• إن إنتاجية معدات الختم أعلى بعدة مرات من إنتاجية آلات قطع المعادن؛
• بعد معالجة الضغط، تزداد قوة المعدن وتزداد مقاومته للأحمال الديناميكية وأحمال التصادم.

العمليات التقدمية للختم البارد وشبه الساخن - الشياق، القطع الدقيق، البثق، المعالجة بالموجات فوق الصوتية، الختم في حالة اللدونة الفائقة، الختم السائل. يتم تنفيذ العديد منها على معدات آلية مجهزة بأنظمة المراقبة والتحكم بالكمبيوتر. لا تتطلب دقة تصنيع المنتجات المختومة في كثير من الحالات تشطيبها اللاحق - التقويم والطحن وما إلى ذلك.

طرق التشكيل عالية الطاقة

وتستخدم تقنيات الطاقة العالية في الحالات التي الطرق التقليديةمن المستحيل تغيير شكل وأبعاد قطعة العمل المعدنية.

في هذه الحالة يتم استخدامها أربعة أنواع من الطاقة:

1. هيدروليكي- ضغط السائل أو العناصر الفردية التي تتحرك به.
2. كهربائيحيث يتم تنفيذ جميع عمليات إزالة المواد باستخدام التفريغ - القوس أو الشرارة.
3. الكهرومغناطيسي، الذي ينفذ عملية تشغيل المعادن عندما تتعرض قطعة العمل لمجال كهرومغناطيسي.
4. كهروفيزيائيةيعمل على السطح بواسطة شعاع ليزر موجه.

توجد أيضًا طرق مشتركة للتأثير على المعادن، حيث يتم استخدام مصدرين أو أكثر للطاقة، ويتم تطويرها بنجاح.

استنادا إلى العمل السطحي لسائل الضغط العالي. تُستخدم هذه التركيبات بشكل أساسي لتحسين جودة السطح وإزالة المخالفات الدقيقة وتنظيف السطح من الصدأ والحجم وما إلى ذلك. في هذه الحالة، يمكن أن يؤثر تدفق السائل على المنتج بشكل مباشر ومن خلال المكونات الكاشطة الموجودة في التدفق. يتم تجديد المادة الكاشطة الموجودة في المستحلب باستمرار لضمان اتساق النتائج التي تم الحصول عليها.

- عملية التدمير الأبعادي (التآكل) لسطح المعدن عند تعرضه لنبض أو شرارة أو تفريغ قوسي. كثافة عاليةتؤدي الطاقة الحرارية الحجمية للمصدر إلى ذوبان الأبعاد للجسيمات المعدنية الدقيقة مع إزالتها لاحقًا من منطقة المعالجة عن طريق تدفق وسط عمل عازل (زيت، مستحلب). لأنه أثناء عمليات تشغيل المعادن، يحدث التسخين الموضعي للسطح في وقت واحد بدرجة عالية جدًا درجات حرارة عاليةونتيجة لذلك، تزداد صلابة الجزء في منطقة المعالجة بشكل ملحوظ.

وهو يتألف من حقيقة أن قطعة العمل موضوعة في مجال كهرومغناطيسي قوي ، حيث تعمل خطوط القوة على قطعة العمل الموضوعة في عازل كهربائي. وبهذه الطريقة، يتم تشكيل سبائك منخفضة اللدونة (على سبيل المثال، التيتانيوم أو البريليوم)، وكذلك صفائح الفولاذ. يتأثر السطح بطريقة مماثلة. الموجات فوق الصوتية، الناتجة عن محولات التردد المغناطيسية أو الكهرضغطية. تُستخدم الاهتزازات عالية التردد أيضًا في المعالجة الحرارية السطحية للمعادن.

المصدر الأكثر تركيزًا للطاقة الحرارية هو الليزر. - الطريقة الوحيدةالحصول على ثقوب صغيرة جدًا ذات دقة أبعاد متزايدة في قطع العمل. نظرًا لاتجاه التأثير الحراري لليزر على المعدن، يتم تقوية الأخير بشكل مكثف في المناطق المجاورة. شعاع الليزر قادر على إنتاج برامج ثابتة ذات أبعاد لمثل هذه المواد المقاومة للحرارة العناصر الكيميائيةمثل التنغستن أو الموليبدينوم.

– مثال على التأثير المشترك على سطح التفاعلات الكيميائية التي تحدث عندما يمر تيار كهربائي عبر قطعة الشغل. ونتيجة لذلك، تصبح الطبقة السطحية مشبعة بمركبات لا يمكن أن تتشكل إلا عند درجات حرارة مرتفعة: الكربيدات والنيتريدات والكبريتيدات. يمكن استخدام تقنيات مماثلة لطلاء الأسطح بمعادن أخرى، والتي تستخدم في إنتاج الأجزاء والتجمعات ثنائية المعدن (الألواح والمشعات وما إلى ذلك).

يتم تحسين تقنيات معالجة المعادن الحديثة بشكل مستمر، وذلك باستخدام أحدث إنجازات العلوم والتكنولوجيا.

التصنيع هو عملية يتم خلالها تغيير أبعاد وتكوين قطع العمل والأجزاء. إذا تحدثنا عن المنتجات المعدنية، فسيتم استخدام أدوات القطع الخاصة لمعالجتها، مثل القواطع والدبابيس والمثاقب والصنابير والقواطع وما إلى ذلك. ويتم تنفيذ جميع العمليات على آلات قطع المعادن وفقًا للخريطة التكنولوجية. في هذه المقالة سوف نتعرف على طرق وأنواع المعالجة الميكانيكية للمعادن الموجودة.

طرق المعالجة

تنقسم المعالجة إلى مجموعتين كبيرتين. الأول يشمل العمليات التي تتم دون إزالة المعدن. وتشمل هذه تزوير، ختم، الضغط، المتداول. وهذا ما يسمى باستخدام الضغط أو التأثير. يتم استخدامه لإعطاء الشكل المطلوب لقطعة العمل. بالنسبة للمعادن غير الحديدية، غالبا ما يتم استخدام تزوير، وبالنسبة للمعادن الحديدية، غالبا ما يتم استخدام الختم.

تتضمن المجموعة الثانية العمليات التي يتم خلالها إزالة جزء من المعدن من قطعة الشغل. هذا ضروري لإعطائه الأبعاد المطلوبة. تُسمى هذه المعالجة الميكانيكية للمعادن بالقطع ويتم إجراؤها باستخدام طرق المعالجة الأكثر شيوعًا مثل الخراطة والحفر والغمر والطحن والطحن والتوسيع والإزميل والتخطيط والتطرق.

على ماذا يعتمد نوع المعالجة؟

يعد تصنيع جزء معدني من الفراغ عملية كثيفة العمالة ومعقدة إلى حد ما. ويشمل العديد من العمليات المختلفة. واحد منهم هو تصنيع المعادن. قبل البدء به، قم بالمكياج الخريطة التكنولوجيةوقم بعمل رسم للجزء النهائي مع الإشارة إلى جميع الأبعاد المطلوبة وفئات الدقة. وفي بعض الحالات، يتم أيضًا إعداد رسم منفصل للعمليات الوسيطة.

بالإضافة إلى ذلك، هناك معالجة ميكانيكية خشنة وشبه تشطيب وتشطيب للمعادن. لكل منهم، يتم إجراء الحسابات والبدلات. يعتمد نوع معالجة المعادن عمومًا على السطح الذي تتم معالجته وفئة الدقة ومعلمات الخشونة وأبعاد الجزء. على سبيل المثال، للحصول على ثقب بجودة H11، يتم استخدام الحفر الخشن باستخدام المثقاب، وبالنسبة للتوسيع شبه النظيف إلى دقة الدرجة 3، يمكنك استخدام مخرطة أو غاطسة. بعد ذلك، سوف ندرس طرق المعالجة الميكانيكية للمعادن بمزيد من التفصيل.

تحول والحفر

يتم تنفيذ الخراطة على آلات مجموعة المخرطة باستخدام القواطع. يتم ربط قطعة العمل بمغزل يدور بسرعة معينة. ويقوم القاطع المثبت في الدعامة بحركات طولية وعرضية. في آلات CNC الجديدة، يتم إدخال جميع هذه المعلمات في الكمبيوتر، ويقوم الجهاز نفسه بالعملية اللازمة. في النماذج القديمة، على سبيل المثال، 16K20، يتم إجراء الحركات العرضية الطولية يدويًا. يمكن للمخارط أن تتحول إلى أسطح مخروطية واسطوانية.

الحفر هو عملية يتم إجراؤها لإنتاج الثقوب. أداة العمل الرئيسية هي الحفر. كقاعدة عامة، لا يوفر الحفر درجة عالية من الدقة ويكون إما خشنًا أو شبه تشطيب. للحصول على ثقب بجودة أقل من H8، يتم استخدام التوسيع والتوسيع والتثقيب والغمر. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا إجراء الخيوط الداخلية بعد الحفر. تتم هذه المعالجة الميكانيكية للمعادن باستخدام الصنابير وبعض أنواع القواطع.

الطحن والطحن

يعد الطحن أحد أكثر طرق معالجة المعادن إثارة للاهتمام. هذه العمليةيتم تنفيذها باستخدام مجموعة واسعة من القواطع على آلات الطحن. هناك معالجة نهائية وشكلية ونهائية ومحيطية. يمكن أن يكون الطحن إما خشنًا أو نصف نهائيًا أو تشطيبًا. أدنى درجة من الدقة يتم الحصول عليها أثناء التشطيب هي 6. باستخدام قواطع الطحن، يتم تدوير المفاتيح المختلفة والأخاديد والآبار والقطع السفلية وطحن الملامح.

الطحن هو عملية ميكانيكية تستخدم لتحسين جودة الخشونة، وكذلك لإزالة المعدن الزائد حتى ميكرون. كقاعدة عامة، هذه المعالجة هي المرحلة النهائية في تصنيع الأجزاء، وبالتالي التشطيب. للتقطيع، يتم استخدامها على السطح الذي يوجد به عدد كبير من الحبوب أشكال مختلفةالمتطور والحديث. أثناء هذا العلاج، يصبح الجزء ساخنًا جدًا. لمنع المعدن من التشوه أو التشقق، يتم استخدام سوائل القطع (LCF). تتم المعالجة الميكانيكية للمعادن غير الحديدية باستخدام أدوات الماس. هذا يسمح لنا بالتأكد أفضل جودةالجزء المصنع.

الطرق الكيميائية والكهربائية لمعالجة المواد

عند معالجة المعادن بالقطع، يتم الحصول على أجزاء بالأبعاد المطلوبة عن طريق إزالة الرقائق من سطح قطعة الشغل. وبالتالي فإن الرقائق تعتبر من أكثر النفايات شيوعاً في صناعة المعادن، حيث تصل إلى ما يقرب من 8 ملايين طن سنوياً. في الوقت نفسه، هناك ما لا يقل عن 2 مليون طن من النفايات الناتجة عن معالجة السبائك العالية وغيرها من الفولاذ ذي القيمة الخاصة. عند المعالجة على آلات قطع المعادن الحديثة، غالبًا ما يتم تحويل ما يصل إلى 30 إلى 40٪ من المعدن من الكتلة الإجمالية لقطعة العمل إلى رقائق.

تشمل الطرق الجديدة لمعالجة المعادن معالجة المعادن الكيميائية والكهربائية والبلازما والليزر والموجات فوق الصوتية واللدائن المائية.

تستخدم المعالجة الكيميائية الطاقة الكيميائية. تتم إزالة طبقة معينة من المعدن في بيئة نشطة كيميائيًا (الطحن الكيميائي). وهو يتألف من إذابة المعدن في الحمامات بشكل متحكم به في الزمان والمكان. تتم حماية الأسطح التي لا يمكن معالجتها بطبقات مقاومة للمواد الكيميائية (الورنيش والدهانات والمستحلبات الحساسة للضوء وما إلى ذلك). يتم الحفاظ على ثبات معدل الحفر بسبب التركيز المستمر للمحلول. باستخدام طرق المعالجة الكيميائية، يتم الحصول على ترقق وشقوق محلية؛ أسطح "الوافل" ؛ معالجة الأسطح التي يصعب الوصول إليها.

بالطريقة الكهربائية الطاقة الكهربائيةيتم تحويلها إلى أنواع الطاقة الحرارية والكيميائية وغيرها من أنواع الطاقة التي تشارك بشكل مباشر في عملية إزالة طبقة معينة. وفقا لهذا الطرق الكهربائيةتنقسم العلاجات إلى كهروكيميائية، وتآكل كهربائي، وكهروحرارية، وكهروميكانيكية.

تعتمد المعالجة الكهروكيميائية على قوانين الذوبان الأنودي للمعادن أثناء التحليل الكهربائي. عندما يمر تيار كهربائي مباشر عبر المنحل بالكهرباء الموجود على سطح قطعة العمل، وهو المتصل بالدائرة الكهربائية وهو الأنود، التفاعلات الكيميائيةوتتكون مركبات تدخل في المحلول أو يمكن إزالتها ميكانيكيًا بسهولة. تستخدم المعالجة الكهروكيميائية للتلميع ومعالجة الأبعاد والشحذ والطحن وتنظيف المعادن من الأكاسيد والصدأ وما إلى ذلك.

تجمع المعالجة الأنودية الميكانيكية بين العمليات الكهروحرارية والكهروميكانيكية وتحتل مكانًا وسيطًا بين الطرق الكهروكيميائية والتآكل الكهربائي. يتم توصيل قطعة العمل التي تتم معالجتها بالأنود، والأداة بالكاثود. تُستخدم الأقراص المعدنية والأسطوانات والأشرطة والأسلاك كأدوات. تتم المعالجة في بيئة المنحل بالكهرباء. يتم إعطاء قطعة العمل والأداة نفس الحركات التي تم القيام بها عندما الأساليب التقليديةالمعالجة الميكانيكية. يتم تغذية المنحل بالكهرباء في منطقة المعالجة من خلال فوهة.

عندما يتم تمرير تيار كهربائي مباشر من خلال محلول إلكتروليت، تحدث عملية الذوبان الأنودي للمعدن، كما هو الحال في المعالجة الكهروكيميائية. عندما تتلامس أداة الكاثود مع الخشونة الدقيقة للسطح المعالج لقطعة عمل الأنود، تحدث عملية التآكل الكهربائي، وهي متأصلة في معالجة الشرارة الكهربائية.

تتم إزالة منتجات التآكل الكهربائي والانحلال الأنوديك من منطقة المعالجة عندما تتحرك الأداة وقطعة العمل.

تعتمد عملية التفريغ الكهربائي على قوانين التآكل (التدمير) للأقطاب الكهربائية المصنوعة من مواد موصلة عندما يتم تمرير تيار كهربائي نابض بينها. يتم استخدامه لخياطة التجاويف والثقوب من أي شكل وأدوات القطع والطحن والنقش والشحذ والتصلب. اعتمادًا على المعلمات ونوع النبضات المستخدمة لإنتاج المولدات، تنقسم معالجة التفريغ الكهربائي إلى شرارة كهربائية ونبض كهربائي وتلامس كهربائي.

عند قيمة معينة لفرق الجهد على الأقطاب الكهربائية، أحدهما قطعة الشغل التي تتم معالجتها (الأنود)، والآخر هو الأداة (الكاثود)، يتم تشكيل قناة توصيل بين الأقطاب الكهربائية، يتم من خلالها شرارة نابضة (كهربائية) معالجة الشرارة) أو تمريرات تفريغ القوس (معالجة النبض الكهربائي). ونتيجة لذلك، ترتفع درجة الحرارة على سطح الشغل. عند درجة الحرارة هذه، يذوب حجم أولي من المعدن ويتبخر على الفور، ويتم تشكيل ثقب على السطح المعالج لقطعة العمل. يتصلب المعدن الذي تمت إزالته على شكل حبيبات صغيرة. يخترق النبض الحالي التالي الفجوة بين الأقطاب الكهربائية حيث تكون المسافة بين الأقطاب الكهربائية أصغر. مع العرض المستمر للأقطاب الكهربائية تيار النبضتستمر عملية تآكلها حتى تتم إزالة كل المعدن الموجود بين الأقطاب الكهربائية على مسافة يمكن عندها حدوث انهيار كهربائي (0.01 - 0.05 مم) عند جهد معين. لمواصلة العملية، من الضروري تقريب الأقطاب الكهربائية من المسافة المحددة. يتم تقريب الأقطاب الكهربائية من بعضها البعض تلقائيًا باستخدام جهاز تتبع من نوع أو آخر.

تُستخدم المعالجة بالشرارة الكهربائية في تصنيع الطوابع والقوالب والقوالب وأدوات القطع وأجزاء محركات الاحتراق الداخلي والشبكات ولتقوية الطبقة السطحية للأجزاء.

تعتمد معالجة التلامس الكهربائي على التسخين المحلي لقطعة العمل عند نقطة التلامس مع أداة القطب الكهربائي وإزالة المعدن المخفف أو المنصهر من منطقة المعالجة بالوسائل الميكانيكية (مع الحركة النسبية لقطعة العمل والأداة).

ترتبط المعالجة الكهروميكانيكية في المقام الأول بالعمل الميكانيكي للتيار الكهربائي. وهذا هو الأساس، على سبيل المثال، للمعالجة الكهروهيدروليكية، التي تستخدم عمل موجات الصدمة الناتجة عن الانهيار النبضي للوسط السائل.

تعتمد معالجة المعادن بالموجات فوق الصوتية - وهو نوع من المعالجة الميكانيكية - على تدمير المادة التي تتم معالجتها بواسطة حبيبات كاشطة تحت تأثير أداة تتأرجح بتردد فوق صوتي. مصدر الطاقة هو مولدات التيار الكهربائي بتردد 16 - 30 كيلو هرتز. تم تثبيت أداة العمل - المثقاب - على الدليل الموجي للمولد الحالي. يتم وضع قطعة العمل تحت المثقاب، ويدخل التعليق المكون من الماء والمواد الكاشطة إلى منطقة المعالجة. تتكون عملية المعالجة من أداة تتأرجح بتردد فوق صوتي تضرب الحبوب الكاشطة الموجودة على السطح الجاري معالجته، مما يؤدي إلى تفتيت جزيئات مادة قطعة العمل.