5.2. Обработка ионным лучом
Этот вид обработки выполняется с образованием плазмы, под которой понимают особое состояние материи при температуре 103-106 К, где значительная часть молекул и атомов ионизирована. За счет высокой температуры достигается локализация процесса и обработка материалов.
При проектировании технологии плазменной обработки следует учитывать особенности процесса:
- необходимость индивидуальной защиты от шума, светового излучения, электромагнитного и ультрафиолетового излучения, высокого (до 500 В) напряжения;
- соблюдение условий работы со сжатыми газами (аргон, азот, водород, воздух);
- требуется защита от локального теплового воздействия дуги (пожароопасность, ожоги и др.);
- необходимы дорогостоящие газы.
Локальный нагрев позволяет использовать плазменную обработку для создания комбинированного процесса механической обработки лезвийным инструментом с предварительным локальным нагревом зоны резания (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Точение крупногабаритных (диаметр 100-350 мм) валов (1) резцами (2) с подогревом плазменной горелкой (3) зоны резания (V – скорость подачи инструмента и горелки)
Достоинства схемы, приведенной на рис. 5.3;
- высокая интенсивность нагрева, что позволяет избежать заметного окисления поверхности;
- снижение шероховатости обработки до Ra=2,5-1,25 мкм;
- снижение износа инструмента (до 6 раз);
- повышение производительности обработки (до 8 раз при скорости съема металла с заготовки до 4 кг/мин);
Область использования обработки:
- при комбинированном процессе для лезвийной обработки деталей из специальных сплавов с длительным циклом машинного времени при наличии средств автоматизации процесса (числовое программное управление, управление оборудованием от ЭВМ и др.);
- разрезка материалов: труб, листа толщиной до 60 мм (возможно разделение листов до 150 мм), удаление литников и прибылей сечением до 100 мм;
- снятие дугой припуска с изделий металлургического передела (строжка заготовок под прокат и др. с удалением слоя толщиной до 25 мм);
- напыление на подложку порошковых материалов с толщиной слоя от 1 мкм до 1 мм;
- получение напылением обечаек с толщиной стенки до 1 мм и плотностью материала до 90% от цельного, полученного ковкой;
- покрытие алюминия, циркония напылением с получением оксидов;
- сварка с образованием сварного шва шириной 1 – 1,5 мм на глубину до 20 мм;
- микросварка фольги (толщина от 2,5 мкм), проводов (в радиоэлектронике) деталей (в медицинской технике, приборостроении) с толщиной листа 0,025-1,0 мм;
- наплавка с толщиной слоя до 5 мм (например, при ремонте изделий, упрочнении, изготовлении инструмента), для создания многослойных конструкций (клапаны двигателей, запорная арматура);
- переплав материалов для получения чистых веществ с малыми потерями легирующих элементов и получением неравновесных структур требуемой зернистости.
Технология плазменной обработки включает:
- подготовительный этап, включающий отработку технологичности исходного продукта, технико-экономическое обоснование целесообразности применения плазменной обработки, выбор средств технологического оснащения;
- выбор и расчет технологических режимов для комбинированной обработки, разрезки, строжки;
- выбор напряжения холостого хода, которое составляет при ручной обработке – до 180 В, при автоматизированном процессе – до 500 В;
- обоснование величины давления охлаждающей воды в плазмотроне (не более 0,8 МПа);
- расчет нормативных показателей (время обработки, стоимостные показатели);
- обработку на оборудовании;
- контроль изделий.