Электростатические технологические процессы

 

Установки, работающие на явлении электроосмоса, применяются для очистки воды, выделения растворенных в ней веществ, получения питьевой воды для населения и пресной воды для промышленности.

Электроосмотическое опреснение воды (рис.7.5) позволяет очищать морскую воду и получать из нее пресную. Установка разделена на 10-12 самостоятельных ячеек. Ячейка разделена диафрагмами 3 (из керамики, пергамента, замши и др.) на три отделения. В отделения 6 и 8 вводят электроды 2, на которые подают высокое напряжение постоянного тока. Подлежащая очистке вода по трубам 5 поступает в нижнюю часть всех трех отсеков.

 

 

Рис.7.5. Принципиальная схема ячейки электроосмотического опреснения воды

 

Растворенные в воде соли Nа₂SO₄, CaSO₄, CaHSО₃ и другие диссоциируют на катионы Na⁺, Са2⁺, Н⁺, которые движутся к катоду, и анионы SО₄^2–, НСО₃^2–, направляются к аноду (отделение 6). В катодном отделении 8 опреснительной установки вода становится щелочной, а в анодном отделении 6 – кислой. Щелочная и окисленная вода отводится из этих ячеек по трубам 1.

Обеднённая солями вода из среднего отделения 7 первой ячейки по трубе 4 подается в нижнюю часть второй ячейки. После очищения в ней из среднего отделения второй ячейки вода поступает в нижнюю часть третьей ячейки и так последовательно через все 10-12 ячеек очистительного устройства. По мере обеднения очищаемой воды солями сопротивление раствора постепенно от ячейки к ячейке возрастает. Поэтому к электродам ячеек от источника постоянного тока подводится напряжение, изменяющиеся от 55 до 220 В и увеличивающееся от ячейки к ячейки по мере роста сопротивления раствора.

Разделение суспензий основано на явлении электрофореза. Установки для проведения этого процесса используются в промышленности для обезжиривания каолина при очистке его от примесей (пирита, слюды, кварца и т.д.). Для этой цели загрязненный каолин размешивают в воде, добавляют жидкое стекло и после отстаивания удаляют грубые частицы. Полученную водную суспензию каолина пропускают через разделительную установку (рис.7.6). Вследствие явления электрофореза твердые частицы суспензии перемещаются в направлении вращающегося анода 1 и осаждаются на фильтровальном сукне 2, покрывающем анод. Отделенная от каолина вода уходит к катоду 3 и затем в слив. Отложения каолина скапливаются на медленно перемещающемся сукне анода.

 

 

Рис. 7.6. Схема установки для разделения суспензий

 

Разделение сыпучих смесей в электрическом поле проводят в установках, принципиальная схема которых приведена на рис.7.7. Попадая из бункера-дозатора 2 в поле коронного разряда, сыпучая смесь (например, семена различных культур), ориентируется вдоль силовых линий поля и под действием силы F_э перемещается от коронирующего электрода 1 к осадительному 3 (рис. 7.7, а, б). Степень перемещения зависит от вида смеси и её электрофизических свойств. Наличие этих свойств у компонентов смеси позволило разработать зерноочистительные машины камерного, барабанного и решетчатого типов. Обработка семян в электрическом поле повышает их всхожесть, энергию прорастания, выживаемость и урожайность.

 

 

Рис.7.7. Схема установки для разделения сыпучих смесей: 1 – коронирующий электрод; 2 – бункер-дозатор; 3 – плоский осадительный электрод; 4 – приемный бункер

 

Установка для окраски металлических изделий в высоковольтном электрическом поле (рис.7.8). На заземленном конвейере 1 подвешивают подготовленные под окраску изделия 2. Конвейер движется от входа камеры к ее выходу 3. Внутри камеры сверху и снизу конвейера на изоляторах 5 подвешены рамы с металлическими стенками 6, соединенными с высоковольтными выпрямителями 4 и являющими коронирующими электродами. При заданном напряжении между сетками и конвейером начинается коронный разряд.

 

 

Рис.7.8. Схема установки для окраски изделий в электростатическом поле

 

Подаваемые пневматическими распылителями через сопло 8 частицы краски заряжаются в электрическом поле и, превратившись в отрицательные ионы, движутся к положительно заряженным изделиям (аноду). Заряженные частицы падают на изделие со всех сторон и равномерно окрашивают плотным слоем краски всю его поверхность. Вытяжной вентилятор 7 удаляет из камеры пары растворителей и обеспечивает заданный состав атмосферы.

 

ТЕРМОРЕЗАНИЕ

 

Терморезание – процесс резания, осуществляемый с предварительным нагревом срезаемого слоя до определенной оптимальной температуры. При нагреве происходит разупрочнение обрабатываемого материала, а также, ввиду более высокой температуры резания – и инструментального материала, но разупрочнение обрабатываемого материала происходит интенсивнее, чем инструментального. Температура нагрева, при которой относительные прочностные характеристики инструментального материала достигают максимальных значений, принимается за оптимальную температуру. Эта температура не должна вызывать структурных изменений в материале, поэтому обычно обработку с предварительным нагревом стараются производить до термообработки.

Различают сплошной и локальный нагрев заготовок. Сплошной нагрев заготовок требует использования в механических цехах нагревательных печей. Чтобы избежать этого, используют теплоту предыдущей технологической операции (литье, ковка, штамповка, прессование, прокатка).

Для локального нагрева используют индуктивный, электродуговой, электроконтактный, плазменный, электролитный и инфракрасный способы нагрева

Наиболее широкое применение находит индуктивный нагрев, при котором локальный нагрев заготовки осуществляется под тепловым воздействием вихревых токов, индуктируемых в заготовке токами промышленной частоты в 50 Гц, а также повышенной частоты – свыше 500 Гц и высокой – свыше 10 кГц.

Электродуговой локальный нагрев заготовки реализуется использованием электрической дуги между электродами и поверхностью заготовки. Способ обеспечивает высокую температуру и узкую зону нагрева.

При электроконтактном нагреве заготовка нагревается путем пропускания через неё электрического тока. Подвод тока осуществляется через режущий инструмент или путем использования специальных стержневых и вращающихся электродов.

При плазменном нагреве происходит снижение прочности металла, что обеспечивает уменьшение силы резания и снижение нагрузки на режущие кромки инструмента, в результате чего появляется возможность интенсифицировать процесс резания без снижения стойкости режущего инструмента. От источника питания 1 (рис.8.1) ток подводится к электроду (катоду), расположенному внутри плазмотрона 2, и к токосъемнику 3, расположенному на шпинделе токарного станка 4, заготовку 5 и струю плазмы 6. Плазма 6 возникает вследствие ионизации газа (воздух, аргон), подаваемого в плазмотрон и выходящего в виде плазмы через сопло. Плазма 6 отличается резким и локальным тепловым воздействием, обеспечивающим высокие скорости нагрева и создающим значительные температурные градиенты (в среднем до 3000 при нагреве и 1200 – при охлаждении).

 

 

Рис. 8.1. Схема плазменного нагрева на токарном станке

 

На рис. 8.2 представлены схемы взаимного расположения режущего инструмента и плазменной горелки. Температура локального нагрева удаляемого слоя металла зависит от эффективной мощности теплового источника, расположения его относительно заготовки и скорости ее перемещения.

 

 

Рис.8.2. Схема плазменной обработки на токарном (а), строгальном (б), фрезерном (в) станках: 1 – обрабатываемая деталь; 2 – режущий инструмент;

3 – плазменная горелка

 

Резание с использованием электрических и магнитных воздействий. Ввиду разнородности обрабатываемого и инструментального материалов в процессе обработки при некоторой температуре резания возникает термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС). В ряде случаев термо-ЭДС приводит к снижению стойкости режущего инструмента за счет электроэрозионного и электродиффузионного износа. Электроэрозионный износ обусловлен периодическим эрозионным разрушением микроконтактов под действием электрических разрядов. Электродиффузионный износ происходит в результате перераспределения компонентов инструментального и обрабатываемого материала на контактных поверхностях под действием электрической диффузии, например, в виде миграций атомов углерода, обладающих большой подвижностью. Миграция атомов углерода ослабляет структуру материала инструмента и облегчает его разрушение в процессе резания. Отрицательное влияние термо-ЭДС на процесс резания может быть снижено двумя путями:

- подавлением термо-ЭДС путем разрыва электрической цепи в системе СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь), что обычно достигается изоляцией режущего инструмента или заготовки или обоих одновременно;

- введение в зону резания дополнительного тока противоположной полярности, от внешнего источника ЭДС; этот ток в зависимости от величины компенсирует термо-ЭДС, делая суммарный ток равным нулю или меняя суммарный ток на другую полярность.

Разрыв электрической цепи в системе СПИД позволяет повысить в несколько раз стойкость режущего инструмента ввиду уменьшения интенсивности электроэрозионного износа, под действием тока термо-ЭДС.

Другое направление улучшения обрабатываемости материалов, в том числе высокопрочных и твердых сталей – введение электрического тока низкого напряжения в зону резания оптимального напряжения и величины. Благоприятное влияние электрического тока в зоне резания объясняется тем, что сухое трение химически чистых поверхностей контактной пары режущий инструмент – заготовка заменяется полусухим трением, обусловленным появлением тонкой пластичной пленкой под действием выделяемой электрическим током теплоты согласно закону Ома. Увеличение силы тока свыше оптимальной величины приводит к значительному повышению температуры в зоне контакта инструмента и заготовки и росту интенсивности износа режущего инструмента.

Схема точения резцом 1 заготовки 2 с вводом низковольтного переменного тока промышленной частоты от понижающего однофазного трансформатора приведена на pиc.8.3. Однофазный вариатор предназначен для изменения напряжения в пределах 1-8 В. Напряжение к заготовке 2 подводится с помощью двух водоохлаждаемых роликов 3.

 

 

Рис.8.3. Схема точения с вводом электрического тока

 

Намагничивание режущего инструмента приводит к изменению его стойкости. При торцевом точении стали быстрорежущими резцами установлено, что если рабочая часть намагниченного резца имеет южную полярность, то его стойкость значительно снижается, а при обратной полярности стойкость резца значительно повышается. Это является результатом влияния на процесс резания эффекта Риги-Людека, который заключается в появлении поперечной по отношению к магнитному полю разно­сти температур:

где S₁ – коэффициент эффекта; Н_х – напряженность магнитного поля по оси X.

Поэтому при наличии градиента температуры в перпендикулярном к передней поверхности режущего инструмента направление (ось Z) при у = 0 вследствие магнитного поля Н_х, направленного вдоль продольной оси резца, появляется градиент температуры (параллельно направлению подачи), вследствие чего поток теплоты отклоняется в сторону относительно начального градиента температуры. В зависимости от того, в какую сторону отклоняется тепловой поток (к вершине резца или от нее), температура на трущихся поверхностях либо повышается, либо понижается.

Так, при перемещении от задней бабки к передней симметрично заточенного относительно продольной оси резца (φ = φ₁, α = α₁, γ = λ ≈ 0) с северной полярности стойкость его повышается, так как тепловой поток отклоняется влево, т.е. от вершины резца. При направлении подачи резца от передней бабки к задней тепловой поток отклоняется также влево, но теперь к его вершине, и в этом случае стойкость резца повышается.

 

Библиографический список

 

1. Бирюков Б.Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки. М.: Машиностроение, 1981. –128 с.

2. Бортничук Н.И., Крутянский М.М. Плазмено-дуговые плавильные печи. М.; Энергоиздат, 1981.

3. Донской А.В., Клубинский B.C. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1979.

4. Волхонский Л.А. Вакуумные дуговые печи. М.: Машиностроение. 1985.

5. Плазменная технология /Д.Г. Быховский, А.Я. Медведев, В.Н. Богданов и др. Л.: Лениздат, 1980. –150 с.

6. Попилов Д.Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов: Справочник, 2-е изд. М.: Машиностроение, 1982. –400 с.

7. Григорьяиц А.Г., Шиганов И.Н. Оборудование и технология лазерной обработки материалов. М.: Высшая школа, 1990. –159 с.

8. Федоров Б.Ф. Лазеры - основы устройства и применение. М.: Машиностроение, 1988.

9. Холопов Ю.В. Оборудование для ультразвуковой сварки. Л.: Энергоатомиздат, 1985. –168 с.

10. Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плазменная резка. Л.: Машиностроение. 1987. –192 с.

11. Размерная электрическая обработка металлов / Под ред. А.В. Глазкова. М.: Высшая школа, 1978. –336 с.

12. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: Учеб. пособие в 2-х томах /Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. и др. T.I и П. М.:Высшая шкюла, 1983. –336 с.

13. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е. Патона. М.:Маишностроение, 1974. –768 с.

14. Электрические промышленные печи. Ч.II. Дуговые печи и установки специального нагрева / Под ред. А.Д. Свенанского. М.: Энергоиздат, 1981.

15. Фомин Н.И., ЗатуловскнЙ Л.М. Электрические печи и установки индукционного нагрева. М.: Металлургия, 1981.

16. Дудин А.А. Магнито-импульсная сварка металлов. М.: Металлургия, 1979. –127 с.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

Введение

1. ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

1.1.Способы преобразования электрической энергии в тепловую

1.2. Теплопередача в электротермических установках

1.3 Физическая сущность электрического сопротивления

1.4. Электротермические нагревательные устройства

1.5. Нагрев сопротивлением жидких сред

1.6. Электрошлаковые процессы

1.7. Физические основы электрической контактной сварки и ее разновидности

1.8. Физико-технические основы индукционного нагрева

1.9. Индукционные плавильные установки

1.10. Физические основы диэлектрического нагрева

2. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДУГОВОГО РАЗРЯДА

2.1. Процессы в электрической дуге

2.2 Физико-технические основы дуговой сварки

2.3. Электродуговые и рудно-термические печи

2.4. Плазменные технологические процессы

3. ВЫСОКОИНТЕНСИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

3.1. Физико-технические основы электронно­лучевого нагрева

3.2. Технологическое применение электронно­лучевого нагрева

3.3. Физические основы лазеров

3.4. Основные типы технологических лазеров

4. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

4.1. Физические основы электроэрозионного процесса

4.2. Особенности электроискровой и электроимпульсной обработки

4.3. Электроконтактная обработка

4.4. Электроискровое легирование (ЭИЛ)

5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

5.1. Гальванотехника

5.2. Анодная электрохимическая обработка

5.3. Анодно-абразивная обработка (ААО)

5.4. Анодно-механическая обработка (АМО)

5.5. Электроэрозионно-химическая обработка (ЭЭХО)

6. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

6.1. Физическая сущность ультразвуковой обработки

6.2. Технологическое использование ультразвуковых колебаний

6.3. Физико-технические основы магнитно-импульсной обработки металлов

6.4. Электромагнитные насосы

6.5. Физические основы электрогидравлической обработки

7. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

7.1. Заряд и осаждение частиц в электрическом поле

7.2. Электрофильтры

7.3. Электростатические технологические процессы

8. ТЕРМОРЕЗАНИЕ

Рекомендуемая литература

⇐ Предыдущая20212223242526272829

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: