Учебно-методическое пособие по преподаванию дисциплины «Технология импульсной электрохимической обработки вибрирующим электродом-инструментом» Составители: Идрисов Т. Р., Маннапов А. Р., Смирнов М. С



бет1/3
Дата27.04.2019
өлшемі253.5 Kb.
#118198
түріУчебно-методическое пособие
  1   2   3










«утверждаю»

Руководитель образовательного проекта,

проректор по учебной работе
_________________________ Н.К. Криони

«_____» _______________________ 2011 г.



Государственное

образовательное

учреждение высшего

профессионального образования

«Уфимский государственный авиационный

технический университет»
Образовательный проект

ГК «Роснанотех» в области

технологии и оборудования для прецизионной электрохимической обработки наноматериалов и нанометрического структурирования поверхности


Учебно-методическое пособие

по преподаванию дисциплины

образовательной программы

опережающей профессиональной переподготовки в области технологии и оборудования для прецизионной

электрохимической обработки наноматериалов и

нанометрического структурирования поверхности


«Технология импульсной электрохимической обработки вибрирующим электродом-инструментом»

наименование дисциплины





Составители:

______________________ к.т.н., Т.Р. Идрисов

______________________ к.т.н., А.Р. Маннапов

______________________ к.т.н., М.С. Смирнов

Уфа 2011 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
по преподаванию дисциплины

«Технология импульсной электрохимической обработки

вибрирующим электродом-инструментом»

Уфа 2011


Содержание


1. Цель……………………………………………………………

4

2. Методические рекомендации по преподаванию

теоретического материала дисциплины ……………………


5


3. Методические рекомендации по проведению

лабораторного практикума ………………………………….


18


4. Методические рекомендации по проведению

практикума …………………………………………………...


29


5. Рекомендуемые учебно-методические издания и иные

информационные источники ………………………………..


31



1. ЦЕЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью преподавания дисциплины является формирование у слушателей знаний и умений, соответствующих целевой компетенции модуля №2 «Технологическая подготовка электрохимического производства»: способность разработать технологию прецизионной ЭХО вибрирующим ЭИ, реализуемую на станках серии «ЕТ», и подготовить организационно-технические документы, связанные с техническим перевооружением предприятия в интересах создания электрохимического производства прецизионных деталей.

Дисциплина «Технология импульсной электрохимической обработки вибрирующим электродом-инструментом» соответствует современному уровню разработок в области технологии электрохимической обработки деталей из различных металлов и сплавов.

Данная дисциплина базируется на полученном ранее высшем техническом образовании в вузах, а также на знаниях и умениях по дисциплине «Теория процесса электрохимического растворения в условиях прецизионного изготовления деталей из объёмных наноструктурных материалов».

В свою очередь, полученные при изучении данной дисциплины знания и умения будут необходимы в дальнейшем обучении при изучении таких дисциплин как «Проектирование цехов и участков электрохимического производства», «Проектирование механической системы прецизионных копировально-прошивочных электрохимических станков», «Проектирование систем очистки и регенерации электролита», а также при подготовке выпускной квалификационной работы.

В конечном итоге, полученные при изучении данной дисциплины знания и умения будут необходимы слушателям при осуществлении своей профессиональной деятельности в качестве технологов и обслуживающего персонала современных электрохимических станков. Кроме узкоспециальных знаний слушатели дисциплины должны получить знания общего характера в области электрохимической обработки металлов.

При преподавании дисциплины предусматривается лекционное изложение курса с использованием средств мультимедиа. Практические занятия и лабораторный практикум призваны закрепить у слушателей теоретические знания, полученные при прослушивании лекционного курса и самостоятельной работе с учебниками и учебными пособиями, и сформировать целевые умения и навыки.



2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО

ПРЕПОДАВАНИЮ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО

МАТЕРИАЛА ДИСЦИПЛИНЫ

Основной теоретический материал дисциплины излагается в лекционном курсе. При проведении лекций по дисциплине необходимым является использование технических средств обучения, позволяющих сопровождать изложение материала наглядными презентациями, содержащими эффекты анимации и цветового выделения различных смысловых участков текста и, тем самым, акцентировать внимание слушателей на наиболее значимых и важных положениях излагаемого материала.

На первой лекции перед началом изложения основного содержания дисциплины необходимо:


  • познакомить студентов с целями и задачами дисциплины и дать краткий обзор ее содержания;

  • привести список рекомендованных учебно-методических материалов по дисциплине и предложить эффективную схему их использования;

  • дать рекомендации студентам по методике самостоятельной подготовки по дисциплине.

В завершении каждой лекции необходимо указать учебно-методические материалы, которые позволят расширить представления студентов по только что изложенной теме и которые они могут использовать в процессе самоподготовки и самопроверки. Также полезно дать краткое содержание следующей лекции.

Далее приводятся методические рекомендации по преподаванию теоретического материала всех разделов дисциплины.



Тема 1. Основные понятия о методе ЭХО, классификация технологических схем и способов ЭХО

Знания: Знать основные понятия о методе ЭХО, классификацию технологических схем и способов ЭХО

Умения: -

Лекция: № 1

Объем лекций: 1 час

Объем СРС: 1 час

Дидактические единицы

Сущность метода ЭХО. Классификация технологических схем. Кинематика движения ЭИ и заготовки. Объёмное копирование. Электрохимическая вырезка. Обработка непрофилированным ЭИ. Обработка ЭИ с управляемой формой.



Методические рекомендации

Сначала нужно дать общее понятие об ЭХО как технологии, приводятся её отличия от традиционных методов обработки. Отдельно проводится сравнение с основным конкурентом — электроэрозионной обработкой (ЭЭО). Слушателям следует дать ясное понятие об области эффективного применения ЭХО. Затем нужно перейти к классификации наиболее распространенных схем реализации ЭХО с указанием их преимуществ и недостатков. Обязательно нужно рассмотреть схему объёмного копирования, вырезки элементов, многокоординатной контурной обработки непрофилированным электродом-инструментом и электродом-инструментом с управляемой формой рабочей поверхности. Для каждого способа ЭХО необходимо указать область его применения, иллюстрируя сказанное конкретными примерами операций и фотографиями обработанных деталей.


Тема 2. Особенности электрохимической обрабатываемости различных групп материалов (коррозионностойких сталей, жаропрочных сплавов на основе никеля, титановых и алюминиевых сплавов, вольфрамокобальтовых сплавов, наноструктурных материалов)

Знания: Знает диапазоны режимов ЭХО для различных групп материалов.

Умения: -

Лекция: № 2, 3

Объем лекций: 4 часа

Объем СРС: 4 часа

Дидактические единицы: Механизм растворения сталей и жаропрочных сплавов. Влияние структуры и химического состава на производительность обработки. Влияние анионного состава и концентрации электролита на потенциал активации. Влияние термообработки на обрабатываемость сталей. Растравливание по границам зёрен при обработке сплавов на основе никеля. Пассивность. Оксидные плёнки. Влияние легирующих элементов. Потенциал пробоя. Питтингообразование. Наводораживание. Поляризационные кривые титана и его сплавов. Синергетический эффект при обработке в бисолевых растворах. Достижимые технологические показатели. Анодное растворение вольфрама. Анодное растворение кобальта. Управление кислотностью межэлектродной среды. Достижимые технологические показатели. Влияние величины зерна на основные технологические показатели.

Методические рекомендации

Здесь необходимо рассказать о механизме растворения сталей и жаропрочных сплавов, влияние структуры и химического состава на производительность обработки, влияние анионного состава и концентрации электролита на потенциал активации, влияние термообработки на обрабатываемость сталей. Далее рассмотреть вопрос анодного растворения вольфрама, анодное растворение кобальта, управление кислотностью межэлектродной среды. Обратить внимание слушателей на достижимые технологические показатели, влияние величины зерна на основные технологические показатели. Рассмотрение особенностей обработки каждого материала необходимо дополнять наглядными иллюстрациями: графиками, поляризационными кривыми, таблицами с достижимыми технологическими показателями, диаграммами.


Тема 3. Технологическая схема ЭХО вибрирующим ЭИ биполярными импульсами микросекундной длительности

Знания: Знает характеристику, преимущества и недостатки типовых технологических схем ЭХО

Умения: -

Лекция: № 4

Объем лекций: 2 часа

Объем СРС: 2 часа

Дидактические единицы: Особенности технологической схемы ЭХО вибрирующим ЭИ биполярными импульсами микросекундной длительности. Преимущества и недостатки ЭХО вибрирующим ЭИ биполярными импульсами микросекундной длительности. ЭХО импульсами микросекундного диапазона длительностей. Принципиальная роль дополнительных импульсов тока прямой и обратной полярности. Основные технологические показатели.

Методические рекомендации

В данной лекции нужно рассмотреть способы электрохимической обработки импульсами биполярного тока микросекундного диапазона длительностей с осциллирующим электродом-инструментом. Следует рассказать причины применения осцилляции электрода-инструмента и импульсов тока микросекундного диапазона длительностей, и обратить внимание слушателей на тот факт, что повышение тонности обработки связано с дискретизацией процесса обработки, что позволяет приблизить условия реализации процесса к идеальным. Материал данной лекции, необходим для слушателей связанных в своей профессиональной деятельности с разработкой режимов электрохимической обработки деталей из различных материалов. Особое внимание необходимо уделить сплавам, состоящим из компонентов сильно отличающихся по своим электрохимическим свойствам на примере электрохимической обработки WC-Co сплавов.


Тема 4. Формирование нанометрической шероховатости поверхности при ЭХО

Знания: Знает методику выбора режимов ЭХО для формирования нанометрической шероховатости поверхности

Умения: -

Лекция: № 5

Объем лекций: 2 часа

Объем СРС: 2 часа

Дидактические единицы: Сверхвысокие плотности тока. Зависимость формы импульса от параметров режима обработки и геометрии МЭП. Фазовое запирание. Зависимость параметров шероховатости от амплитудно-временных характеристик. Энергетические ограничения импульса и достижение минимальной шероховатости.

Методические рекомендации

В данной лекции нужно подробно рассмотреть феноменологическая модель формирования импульсов сверхвысокой плотности тока. Слушатели должны получить представление об основных процессах, происходящих в электрохимической ячейке, а так же об факторах влияющих на характеристики импульса. На основе указанной модели нужно вывести основные закономерности формирования импульса сверхвысокой плотности тока, что позволяет определить зависимость технологических показателей обработки от заданного электрического и гидравлического режима. Следует привести зависимость качества обработанной поверхности от электрических параметров импульса на примере коррозионно-стойкой стали. На данном примере нужно показать, что повышение плотности тока до сотен ампер на квадратный сантиметр позволяет теоретически уменьшить высоту микронеровностей до нескольких нанометров. Далее двухмерная зависимость шероховатости поверхности от амплитуды и длительности импульса тока сравнивается с энергетическими ограничениями импульса. На основе этого сравнения определяется оптимальная область электрических параметров по критерию наилучшей шероховатости обработанной поверхности. В конце лекции необходимо привести достижимые показатели шероховатости для различных материалов в сравнению с результатами традиционной ЭХО и другими конкурирующими методами обработки.


Тема 5. Формирования нанометрических поверхностных слоёв, обогащённых хромом, при ЭХО хромсодержащих сталей и сплавов

Знания: Знает методику выбора режимов ЭХО для создания нанометрических поверхностных слоев, обогащённых хромом

Умения: -

Лекция: № 6

Объем лекций: 2 часа

Объем СРС: 2 часа

Дидактические единицы: Сущность формирования нанометрических поверхностных слоев с измененным химическим составом. Информационный сигнал об изменении физико- химических свойств поверхности при биполярной ЭХО.

Методические рекомендации

В данной лекции требуется рассказать о способе формирования нанометрических поверхностных слоев с измененным химическим составом методом электрохимической обработке сталей. Следует сделать акцент на возможности метода за одну технологическую операцию выполнить прецизионное копирование формы электрода-инструмента и сформировать на поверхности слой нанометрической толщины, изменяющий физико-химические свойства поверхности. Следует показать изменение свойств поверхности на примере электрохимической обработки деталей из хромосодержащих сталей. Необходимо рассказать о методах контроля нанометрического слоя, позволяющих судить как о качественном, так и количественном его составе. Во второй части лекции слушателей нужно ознакомить с информативными параметрами, позволяющими контролировать этап формирования нанометрических поверхностных слоев с измененным химическим составом в условиях электрохимической обработки хромосодержащих сталей.


Тема 6. Методы оценки степени локализации процесса ЭХО и пути ее повышения для условий субмикронного копирования

Знания: Знает методику выбора режимов ЭХО, обеспечивающих высокую локализацию процесса.

Умения: -

Лекция: № 7

Объем лекций: 2 часа

Объем СРС: 2 часа

Дидактические единицы: Коэффициент локализации процесса ЭХО. Повышение локализации процесса ЭХО. Информативные параметры.

Методические рекомендации

В данной лекции следует рассказать о способах оценки степени локализации процесса электрохимической обработки, дать определения рассеивающей способности электролитов и коэффициента локализации процесса, учитывающего условия электрохимической обработки импульсами микросекундного диапазона длительностей, в частности изменения электродных потенциалов в течение действия импульсов. Далее нужно раскрыть способы повышения локализации процесса ЭХО для условий субмикронного копирования. Особое внимание следует уделить использованию дополнительных импульсов обратной полярности, способствующих ускоренной релаксации анодного и катодного потенциалов в паузах между рабочими импульсами. В конце лекции необходимо дать информация об информативных параметрах процесса электрохимической обработки, позволяющих осуществлять прецизионное копирование формы электрода-инструмента.


Тема 7. Полуэмпирическая математическая модель импульсной ЭХО вибрирующим ЭИ в локально-одномерном приближении

Знания: Знает полуэмпирический подход при моделировании импульсной ЭХО вибрирующим ЭИ.

Умения: -

Лекция: № 8

Объем лекций: 2 часа

Объем СРС: 2 часа

Дидактические единицы: Допущения и ограничения модели в локально-одномерной постановке. Эмпирическая зависимость коэффициента анодного выхода по току от амплитудной плотности тока. Эмпирическая зависимость удельной электропроводности рабочей среды от межэлектродного зазора в момент максимального сближения электродов.

Методические рекомендации

В начале лекции производится постановка общей задачи электрохимического формообразования: исходные данные, основные допущения, расчетная схема. Обосновывается практическая невозможность решения задачи ЭХО в такой постановке. Таким образом, слушатели должны получить представление об инженерном подходе, который позволяет проектировать операции ЭХО на основе частных полуэмпирических моделей. Далее более подробно рассматривается модель ЭХО вибрирующим электродом-инструментом, которая сводится к нескольким более простым моделям формообразования электродом-инструментом с простой поступательной кинематикой. Необходимо рассказать о методиках получения и аппроксимации эмпирических зависимостей практического удельного съёма от амплитудной плотности тока и удельной электропроводности межэлектродной среды от величины межэлектродного зазора, соответствующего нижнему положению электрода-инструмента, иллюстрируя сказанное практическими примерами. Затем нужно вывести дифференциальные уравнения изменения плотности тока и межэлектродного зазора во времени, составляющие ядро данной математической модели. В завершении лекции необходимо показать результаты верификации расчётов по полуэмпирической модели для нестационарных режимов ЭХО с результатами экспериментов, а также сравнить с результатами, полученными по модели “идеального” формообразования.


Тема 8. Основы технологии электрохимического формирования регулярных макро- и микрорельефов

Знания: Знает особенности технологии ЭХО типовых деталей для различных отраслей промышленности.

Умения: -

Лекция: № 9

Объем лекций: 2 часа

Объем СРС: 2 часа

Дидактические единицы: Шероховатость поверхности. Регулярный микрорельеф. Макрорельеф. Области применение макро- и микрорельефов в медицине, авиадвигателестроении, общем машиностроении. Технологии получения макро- и микрорельефов. Технологическая схема вырезки выступов. Тонкая перфорированная пластина. Деформации ЭИ. Омическое сопротивление ЭИ. Технологическая схема формирования микрорельефов.

Методические рекомендации

Начать лекцию лучше всего с показательного примера из природы, который демонстрирует эффект от поверхностного микрорельефа. В данном случае наиболее наглядным примером может быть “эффект лотоса” и “эффект розовых лепестков”. Затем необходимо показать слушателям значение качества поверхности, регулярного микрорельефа, макрорельефа в формировании эксплутационных свойств деталей. Необходимо объяснить принципы получения регулярного микрорельефа и макрорельефа. Дать определение шероховатости поверхности, регулярного микрорельефа, макрорельефа в соответствие с ГОСТом, дать классификацию и обобщённые требования к массивам малоразмерных элементов. Следует сформировать у слушателей представление об обобщённые требованиях к геометрии и точности изготовления малоразмерных элементов, а также альтернативных технологиях их получения, преимуществах и недостатках. В данной лекции нужно подробно рассмотреть две технологические схемы: электрохимическую вырезку массивов выступов при помощи электрода-инструмента в виде тонкой неизолированной перфорированной пластины и схему объёмного копирования регулярного микрорельефа. Для схемы электрохимической вырезки выступов обязательным является рассмотрение специфических особенностей данной схемы, а именно – существенные деформации и омическое сопротивление тонкой перфорированной пластины, неравномерность распределения тока по образующей выступов в конечный момент формообразования и сложную гидродинамику электролита в межэлектродном промежутке. Также следует осветить вопросы моделирования указанных отличительных особенностей данной технологической схемы. При рассмотрении технологической схемы объёмного копирования регулярного микрорельефа нужно акцентировать внимание слушателей на технологических возможностях данной схемы обработки и достижимых технологических показателях, главным из которых в данном случае является разрешающая способность ЭХО при копировании элементов микрометрической размерности.


Тема 9. Влияние ЭХО на физико-механические и эксплуатационные свойства деталей

Знания: Знает влияние ЭХО на физико-механические и эксплуатационные свойства деталей.

Умения: -

Лекция: № 10

Объем лекций: 2 часа

Объем СРС: 2 часа

Дидактические единицы: Специфика процесса ЭХО. Влияние растравливания по граница зёрен. Влияние наводораживания. Влияние униполярной ЭХО на усталостую прочность. Влияние остаточных напряжений в поверхностном слое. Влияние импульсной биполярной ЭХО на усталостую прочность, коррозионную стойкость, износостойкость.

Методические рекомендации

В данной лекции нужно рассмотреть вопросы, связанные с влиянием униполярной и биполярной ЭХО на усталостную прочность, величину остаточных напряжений в поверхностном слое, коррозионную стойкость, износостойкость. Также необходимо отметить специфические дефекты поверхностного слоя после ЭХО (такие как питтинги, струйность, наводораживание), которые могут ухудшать физико-механические и эксплуатационные свойства деталей.


Тема 10. Разработка технологии ЭХО деталей

Знания: -

Умения: Умеет назначать режимы ЭХО деталей из различных материалов и корректировать их в процессе отработки технологии. Умеет заполнять технологические карты на операции ЭХО. Умеет составлять технические задания на проектирование электрохимических станков.

Лекция: № 11, 12, 13

Объем лекций: 6 часов

Объем СРС: 6 часов

Дидактические единицы: Особенности копировально-прошивочных операций. Торцевой и боковой межэлектродный зазор

- Начальный и установившийся торцевой зазор. Влияние режима обработки и свойств обрабатываемого материала на величину бокового зазора. Повторяемость и точность копирования. Связь ожидаемой погрешности обработки и локализации анодного растворения. Организация потока рабочей жидкости, длина прокачки. Оценка достижимой производительности. Оценка достижимого качества поверхности. Операционный припуск. Выравнивание припуска. Определение минимального припуска. Упрощённая схема для расчёта гидравлического сопротивления. Рекомендуемые режимы обработки для типовых групп материалов. Этапы составления технологических программ. Режимы для обеспечения заданной геометрии обрабатываемой детали и заданного качества поверхности. Технологическая карта на операцию ЭХО. Техническое задание на прецизионный электрохимический станок.



Методические рекомендации

На данной лекции слушатели нужно осветить методику отработки на технологичность изделий относительно их изготовления методом ЭХО. На примере технологии получения пресс-формы показывается, как электрохимическая операция занимает свое место в общем маршруте обработки детали. Приводятся технологические ограничения ЭХО в аспектах формообразования, гидродинамики, качества поверхности, базирования и т.д. Особое внимание слушателей следует обратить на сильную зависимость экономически оправданных допусков для ЭХО от серийности изделия. Затем нужно привести несколько математических моделей, отражающие различные аспекты формообразования на микро- и субмикронном уровне. Для этого аналогичные модели приводятся для макроскопических масштабов ЭХО. Слушателям нужно преподнести термины и определения, касающиеся моделирования электрохимического формообразования. Далее указанные модели нужно перенести для микромасштабов, где демонстрируется их ограниченная применимость. Таким образом, слушатели должны понять, что применение ЭХО в нанотехнологии требует внесения коррекции в используемые расчётные схемы и формулы. Эти изменения касаются влияния микрорельефа поверхности, величины двойного электрического слоя, гидродинамики приэлектродных слоев электролита. На основе математического моделирования формирования нанометрического рельефа теоретически формулируются требования к соответствующему оборудованию для реализации процесса. В данной лекции также нужно осветить основные подходы к предварительному назначению режимов обработки для операций ЭХО. Для этого сначала излагается методика отработки (коррекции) режимов на электрохимическом станке. Затем отдельный раздел лекции посвящается упрощенным гидродинамическим расчетам, которые позволяют приблизительно определять важнейшие параметры режима ЭХО, такие как расход электролита и гидродинамическое сопротивление межэлектродного промежутка. Необходимо привести основные допущения, позволяющие применять упрощенные формулы для ЭХО с вибрирующим электродом-инструментом. Во второй части лекции нужно рассказать, как процесс электрохимической обработки разбивается на этапы и как формируется весь цикл обработки. На примере конкретного электрохимического станка рассматривается специфика составления технологических программ для ЭХО и последовательность их отладки.





Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3




©kzref.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет