программа ЭФЭХТО 2012

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета «Высшая школа экономики»
Факультет Электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины "Электрофизические и электрохимические
технологии и оборудование"
для специальности 210107.65 "Электронное машиностроение"
Автор программы:
Овсянников Борис Львович, доцент, к.т.н. obl_d@mail.ru
Одобрена на заседании кафедры "Электроника и наноэлектроника"
г.
Зав. кафедрой ______________К.О. Петросянц
«___»____________ 20
Рекомендована секцией УМС «Электроника»
г.
Председатель __________________________
«___»____________ 20
Утверждена УС факультета Электроники и телекоммуникаций
г.
Ученый секретарь________________________
«___»_____________20
Москва, 2012
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями
университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
1. Цели и задачи дисциплины.
Цель курса "Технологии и оборудование электрофизических и электрохимических
методов обработки"
состоит в
обучении студентов основным технологическим
закономерностям изготовления деталей с помощью электрофизических и электрохимических
методов формообразования.
В настоящем курсе излагаются возможности и инженерные методы расчета рабочих
параметров электрофизических и электрохимических процессов, оценки основных
технологических характеристик этих методов и выбора оборудования. Наряду с этим в курсе
студенты знакомятся с современными методами технологической подготовки производства и
методами САПР ТП электрофизической обработки деталей.
Задача изучения дисциплины состоит в формировании знаний и умений по теории и
практике проектирования технологических процессов ЭФЭХ и методами размерной
обработки изделий электронной техники.
В результате изучения дисциплины студент должен знать основы теории, технологию
и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки, их особенности
и возможности, а также технологические средства обеспечения качества при указанных
методах формообразования.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Студент должен знать возможности ЭФЭХ методов, уметь разрабатывать
технологические процессы с применением электрофизических и электрохимических методов
обработки, рассчитывать рабочие режимы и экономическую эффективность процесса,
выбирать оптимальные технологические условия проведения процесса и управлять ими,
создавать универсальную технологическую оснастку, выдвигать и обосновывать
предложения по совершенствованию производимых операций и внедрению новой
прогрессивной технологии
3.Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля
(зачет, экзамен)
Всего
часов
241
119
85
17
Семестры
8
68
51
9
51
34
17
17
122
+
+
17
20
+
102
+
+
+
+
экзамен
+
Зачёт
3. Содержание дисциплины
3.1 Разделы дисциплины и виды занятий
3.1.1 Содержание разделов дисциплины
Аудиторные
занятия
Лекции ПЗ ЛР
№
Раздел дисциплины
п./
п.
1 Системное описание технологий обработки материалов. 6
Структурные схемы технологических систем физикохимических методов обработки материалов.
2 Общие теоретические основы ФХТ
12
6
7
Обзор электроразрядных методов обработки.
Физические основы электроразрядных методов
обработки.
Теоретические основы, технология и оборудование
электроэрозионной обработки.
Электроконтактная и абразивно-эрозионная обработка.
Принцип
действия, характеристики и
области
применения.
Электроискровое
легирование
металлических
поверхностей.
Ионно-плазменная обработка.
8
Газо-плазменная технологии
6
9
Электрохимические методы обработки
16
6
10 Ультразвуковая обработка материалов.
11
3
3
4
5
6
20
8
17
2
4
2
Тема 1. Системное описание технологий обработки материалов. Структурные схемы
технологических систем физико-химических методов обработки материалов.
6 час.
Обзор ЭФЭХ методов. Классификация методов по физическим принципам
воздействия на обрабатываемый материал. Обзор технологических применений – размерная
обработка, сварка, упрочнение, нанесение покрытий. Обзор методов КПЭ, их сходство и
различия. Общая характеристика ЭХ технологий, УЗ технологии, обзор применений,
основные характеристики. Характеристики качества ЭФЭХ технологий. Специфика
формирования показателей качества ЭФЭХ технологий.
Тема 2. Общие теоретические основы ФХТ
12час.
Обзор, классификация и применения методов КПЭ. Постановка задачи концентрации
энергии на обрабатываемой поверхности. Взаимодействие с веществом электронных и
ионных потоков. Процессы плавления и испарения материала, физические процессы на
поверхности материала. Модели плавления и испарения материала, температурные
градиенты и термомеханические напряжения. Критические значения поверхностной
плотности мощности. Формулы для нахождения положения изотерм плавления и испарения
при действии КПЭ.
Тема 3 Обзор электроразрядных методов обработки. Физические основы электроразрядных
методов обработки
6час..
Обзор электроразрядных методов обработки таких как: ЭЭО, электроконтактная,
абразивно-контактная, ионно-плазменная, газоплазменная. Виды
и характеристики
электрических разрядов: искровой, дуговой, тлеющий, импульсно-дуговой. Элементарная
теория плазмы электрического разряда.
Тема 4 Теоретические основы, технология и оборудование электроэрозионной обработки.
20час.
Электроэрозионная обработка, определение, способы, области применения, история
изобретения и развития.
Возникновение электрических разрядов в различных средах. Физико-химические,
газодинамические, гидродинамические и тепловые процессы при искровом разряде.
Составляющие энергии, выделяющейся на электродах, эффект полярности
электрической эрозии, гипотезы эвакуации расплава с поверхностей электродов,
термомеханические напряжения в поверхностном слое материала.
Интегральные характеристики ЭЭО: производительность, шероховатость поверхности,
структура и глубина изменённого слоя, зависимость скорости разрушения электродов от
межэлектродного расстояния, силовое действие процесса ЭЭО.
Методы генерирования импульсов для ЭЭО. Эквивалентные электрические параметры
искрового разряда – нагрузки генератора импульсов. Зависимые и независимые генераторы
импульсов, генераторы с трансформаторным выходом, транзисторные и тиристорные
генераторы. Особенности конструкции генераторов.
Технология копировально-прошивочной обработки (КПЭЭО). Подвиды КПЭЭО.
Точность прошивочной обработки. Прямое и обратное копирование. Изготовление
электродов-инструментов. Многопроходная обработка. Вспомогательные движения
электрода-инструмента: вибрация, релаксация, вращение и орбитальное движение. Обзор
моделей станков для КПЭЭО.
Проектирование технологической операции КПЭЭО. Выбор технологической схемы
обработки. Определение числа проходов. Выбор режима генератора. Проектирование
электрода-инструмента.
Вырезная ЭЭО. Особенности и виды ВЭЭО, классы деталей, обрабатываемых с
помощью ВЭЭО, особенности вырезных электроэрозионных станков, обзор моделей станков
для ВЭЭО. Точность обработки и шероховатость поверхности при ВЭЭО, факторы,
влияющие на ширину прорезаемого паза. Влияние сил резания на точность обработки.
Проектирование технологической операции ВЭЭО: выбор оборудования,
технологической схемы и приспособлений, электрода инструмента, определение числа
проходов и электрического режима для каждого прохода.
Задачи управления процессом ЭЭО: задача стабилизации межэлектродного
промежутка и задача управления перемещением электрода-инструмента по заданной
траектории. Автоматизированные системы подготовки управляющих программ. Подготовка
программ для систем ЧПУ, программы корректировки базирования и определения начальной
точки траектории реза.
Тема 5.
Электроконтактная и абразивно-эрозионная обработка. 2час.
Принцип действия, характеристики и области применения.
Тема 6.
Электроискровое легирование металлических поверхностей. 4час.
Явление переноса материала катода на анод при искровом разряде. Закономерности
формирования упрочнённого слоя при искровом легировании. Технология искрового
легирования.
Тема 7. Ионно-плазменная обработка. 2час.
Использование плазмы тлеющего разряда для распыления вещества, нанесения
покрытий и получения плёнок. Области применения, технологические характеристики,
схемы установок. Принципы получения ионных потоков и использование ионных потоков в
технологии.
Тема 8 Газо-плазменные технологии 6 час.
Нанесение покрытий, резание материалов. Получение плазмы при продувке
электрического дугового разряда потоком плазмообразующего газа. Основные
характеристики и схемы установок.
Тема 9.
Электрохимические методы обработки
16час.
Теоретические основы электрохимической обработки. Свойства растворов
электролитов. Электродные процессы. Перенос вещества заряда и теплоты при ЭХРО.
Электрохимическое
формообразование.
Выход
по
току.
Локализация
электрохимического процесса. Пассивация обрабатываемой поверхности. Стационарное и
нестационарное формообразование при ЭХРО.
Технологические показатели ЭХРО: точность обработки, качество поверхности,
производительностью Копирование формы электрода-инструмента в заготовке. Способы
регулирования межэлектродного расстояния. Припуск на обработку.
Особенности
ЭХРО импульсным напряжением. Импульсно-циклическая
и
виброимпульсная ЭХРО.
Проектирование технологического процесса ЭХРО. Обзор
существующих
технологических схем обработки и рекомендации по выбору рациональной схемы.
Систематизация исходных данных для проектирования. Составление плана проектирования.
Основные этапы построения технологического процесса ЭХРО.
Проектирование электрода-инструмента. Особенности проектирования, материалы
для ЭИ, покрытия, конструкционные элементы. Методы расчёта формы ЭИ.
Проектирование подачи электролита в зону обработки. Изготовление ЭИ.
Оборудование для ЭХРО. Типовая структура оборудования. Источники питания.
Система подготовки, подачи и очистки электролита. Системы регулирования ЭХРО.
Конструктивные особенности станков для импульсно-циклической и виброимпульсной
обработки. Обзор существующих станков для ЭХРО.
Обзор типовых технологических процессов ЭХРО. Маркирование деталей,
протягивание, изготовление тонких отверстий, обработка лопаток турбин, заточка
инструмента, снятие заусенцев.
Тема 10 Ультразвуковая обработка материалов.
11час.
Распространение ультразвука в различных средах. Акустические свойства среды.
Форма и типы ультразвуковых волн. Основные характеристики УЗ. Поглощение и отражение
УЗ. Роль УЗ в технологических процессах.
Обзор УЗ технологий:
-размерная обработка,
-сварка,
-упрочнение,
-очистка,
-диспергирование,
-эмульгирование,
-интенсификация технологических процессов.
Виды и технологические показатели УЗ резания. Параметры режима УЗ обработки и
их взаимосвязь с технологическими показателями. Средства технологического оснащения
УЗО. Основы проектирования УЗО.
УЗ сварка материалов. Технология и области применения УЗ сварки.
Технологическая оснастка УЗ сварки. УЗ пайка и металлизация изделий.
УЗ колебательные системы. Конструкция магнитострикционных преобразователей,
основные
характеристики.
Пьезоэлектрические
преобразователи.
Стержневые
концентраторы. Крутильно-колебательные системы. Компоновка УЗ станка. Обзор
оборудования для УЗ обработки.
3.2 Понедельный план занятий
Номер
недели
Вид
занятий
рубежный
контроль
1
Л1
1
Л2
2
Л3
3
Л4
3
Л5
Тема занятий
Объём
(час.)
Весенний семестр
Системное описание технологий обработки
материалов. Основные определения.
Понятия
процесса, метода, способа и процедуры
обработки.
Классификация,
общая
характеристика
и
технологические
возможности
физикохимических методов обработки материалов
(ФХТ). Краткая характеристика методов ФХТ.
Выделение
подгрупп
методов
ФХТ:
электроразрядные, методы КПЭ, методы ЭХО,
методы УЗО.
Понятие технологической системы. Структурные
схемы
технологических
систем
физикохимических методов обработки материалов.
Обзор физических и химических явлений ФХТ.
Взаимодействие
веществом.
корпускулярных
потоков
с
2
2
2
2
2
4
Л6
5
Л7
5
Л8
6
Л9
7
Л10
7
Л11
8
Л12
9
Л13
9
Л14
10
Л15
11
Л16
11
Л17
12
Л18
Взаимодействие потоков излучения с веществом.
Постановка задачи концентрации потоков энергии
на обрабатываемой поверхности.
Характеристика тепловых
термодинамических
процессов в материале при действии КПЭ.
Основные модели источников тепла при действии
КПЭ на материал, температурные поля, процессы
плавления и испарения материала.
Критические значения поверхностной плотности
мощности. Формулы для нахождения положения
изотерм плавления и испарения при действии
КПЭ.
Обзор электроразрядных методов обработки таких
как:
ЭЭО,
электроконтактная,
абразивноконтактная, ионно-плазменная, газоплазменная.
Виды и характеристики электрических разрядов:
искровой, дуговой, тлеющий, импульсно-дуговой.
Газо-плазменная резка и размерная обработка.
Возможности, физические основы процесса,
технологические
характеристики,
режимы
обработки.
2
Элементарная теория плазмы электрического
разряда.
Электроэрозионная
обработка,
определение,
способы,
области
применения,
история
изобретения и развития.
Возникновение
электрических разрядов в
различных
средах.
Физико-химические,
газодинамические, гидродинамические и
тепловые процессы при искровом разряде.
Составляющие энергии, выделяющейся на
электродах, эффект полярности электрической
эрозии,
гипотезы
эвакуации
расплава
с
поверхностей электродов, термомеханические
напряжения в поверхностном слое материала.
Интегральные
характеристики
ЭЭО:
производительность, шероховатость поверхности,
структура и
глубина изменённого слоя,
зависимость скорости разрушения электродов от
межэлектродного расстояния, силовое действие
процесса ЭЭО.
Методы генерирования импульсов для ЭЭО.
Эквивалентные
электрические
параметры
искрового разряда – нагрузки генератора
импульсов. Зависимые и независимые генераторы
импульсов, генераторы с трансформаторным
выходом,
транзисторные
и
тиристорные
генераторы.
Особенности
конструкции
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
генераторов.
13
Л19
13
Л20
14
Л21
15
Л22
15
Л23
16
Л24
17
Л25
1
Л1(26)
Технология
копировально-прошивочной
обработки (КПЭЭО). Подвиды КПЭЭО. Точность
прошивочной обработки. Прямое и обратное
копирование.
Изготовление
электродовинструментов.
Многопроходная
обработка.
Вспомогательные
движения
электродаинструмента: вибрация, релаксация, вращение и
орбитальное движение. Обзор моделей станков
для КПЭЭО.
Проектирование
технологической
операции
КПЭЭО.
Выбор
технологической
схемы
обработки. Определение числа проходов. Выбор
режима генератора. Проектирование электродаинструмента.
Вырезная ЭЭО. Особенности и виды ВЭЭО,
классы деталей, обрабатываемых с помощью
ВЭЭО, особенности вырезных электроэрозионных
станков, обзор моделей станков для ВЭЭО.
Точность обработки и шероховатость поверхности
при ВЭЭО,
факторы, влияющие на ширину
прорезаемого паза. Влияние сил резания на
точность обработки.
2
Проектирование
технологической
операции
ВЭЭО: выбор оборудования, технологической
схемы и приспособлений, электрода инструмента,
определение числа проходов и электрического
режима для каждого прохода.
Задачи управления процессом ЭЭО: задача
стабилизации межэлектродного промежутка и
задача управления перемещением электродаинструмента
по
заданной
траектории.
Автоматизированные
системы
подготовки
управляющих программ. Подготовка программ
для систем ЧПУ, программы корректировки
базирования и определения начальной точки
траектории реза.
Электроискровое легирование металлических
поверхностей. Явление переноса материала катода
на анод при искровом разряде. Закономерности
формирования упрочнённого слоя при искровом
легировании. Технология искрового легирования.
Осенний семестр
Электроконтактная
и
абразивно-эрозионная
обработка. Принцип действия, характеристики и
области применения.
2
2
2
2
2
2
1
У1
2
Л2(27)
2
У2
3
Л3(28)
3
У3
4
Л4(29)
4
У4
5
Л5(30)
5
У5
6
Л6(31)
6
У6
Практические
вопросы
проектирования
технологической операции КПЭЭО. Определение
числа проходов и выбор режимов генератора.
Ионно-плазменная обработка. Использование
плазмы тлеющего разряда для распыления
вещества, нанесения покрытий и получения
плёнок. Области применения, технологические
характеристики, схемы установок. Принципы
получения ионных потоков и использование
ионных потоков в технологии.
Практические
вопросы
проектирования
технологической
операции
КПЭЭО.
Конструктивные особенности и разновидности
электроэрозионных
электродов-инструментов.
Износ электрода-инструмента в процессе ЭЭО.
Расчет размеров электрода-инструмента и методы
корректировки.
Газо-плазменные
технологии:
нанесение
покрытий. Получение плазмы при продувке
электрического
дугового
разряда
потоком
плазмообразующего
газа.
Основные
характеристики и схемы установок.
Практические
вопросы
проектирования
технологической
операции
ВЭЭО.
Выбор
оборудования, выбор инструмента, определение
режима генератора.
Газо-плазменная резка и размерная обработка.
Возможности, физические основы процесса,
технологические
характеристики,
режимы
обработки.
Практические
вопросы
проектирования
технологической
операции
ВЭЭО.
Выбор
оборудования, выбор инструмента, определение
режима генератора.
Теоретические
основы
электрохимической
обработки. Свойства растворов электролитов.
Электродные процессы. Перенос вещества заряда
и теплоты при ЭХРО.
Практические
вопросы
проектирования
технологической
операции
ВЭЭО.
Выбор
оборудования, выбор инструмента, определение
режима генератора.
Электрохимическое формообразование. Выход по
току. Локализация электрохимического процесса.
Пассивация
обрабатываемой
поверхности.
Стационарное
и
нестационарное
формообразование при ЭХРО.
Практические
вопросы
проектирования
технологической
операции
ВЭЭО.
Выбор
оборудования, выбор инструмента, определение
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
режима генератора.
7
Л7(32)
7
У7
8
Л8(33)
8
У8
9
Л9(34)
9
У9
10
Л10(35)
10
У10
11
Л11(36)
11
У11
12
Л12(37)
Технологические показатели ЭХРО: точность
обработки,
качество
поверхности,
производительностью
Копирование
формы
электрода-инструмента в заготовке. Способы
регулирования межэлектродного расстояния.
Припуск на обработку.
Практические
вопросы
проектирования
технологической операции ВЭЭО. Подготовка
управляющих программ.
Особенности ЭХО в проточном электролите при
высокой
плотности
тока.
Импульснопериодическая ЭХО и вибрационная ЭХО,
режимы и технологические характеристики.
Практические
вопросы
проектирования
технологической операции ВЭЭО. Подготовка
управляющих программ.
Технология и оборудование ЭХ нанесение
покрытий. Виды гальванических покрытий,
применения. Особенности технологии нанесения
покрытий их свойства.
Проектирование
технологической
операции
ЭХРО.
Анализ
исходных
данных
для
проектирования. Выбор технологической схемы.
Проектирование
технологического
процесса
ЭХРО. Обзор существующих технологических
схем обработки и рекомендации по выбору
рациональной схемы. Систематизация исходных
данных для проектирования. Составление плана
проектирования. Основные этапы построения
технологического процесса ЭХРО.
Проектирование
технологической
операции
ЭХРО.
Анализ
исходных
данных
для
проектирования. Выбор технологической схемы.
Оборудование для ЭХРО. Типовая структура
оборудования. Источники питания. Система
подготовки подачи и очистки электролита.
Системы регулирования ЭХРО. Конструктивные
особенности станков для импульсно-циклической
и виброимпульсной обработки. Обзор
существующих станков для ЭХРО.
Проектирование
технологической
операции
ЭХРО.
Подбор
электролита.
Определение
электрического режима.
Консультации по
курсовой работе.
Распространение ультразвука в различных средах.
Акустические свойства среды. Форма и типы
ультразвуковых волн. Основные характеристики
УЗ. Поглощение и отражение УЗ.
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
12
У12
13
Л13(38)
13
У13
14
Л14(39)
14
У14
15
Л15(40)
15
У15
16
Л16(41)
16
У16
17
Л17(42)
17
У17
Проектирование
технологической
операции
ЭХРО.
Подбор
электролита.
Определение
электрического режима.
Консультации по
курсовой работе.
Роль УЗ в технологических процессах. Обзор УЗ
технологий, таких как: размерная обработка,
сварка, упрочнение, очистка, диспергирование,
эмульгирование,
интенсификация
технологических процессов.
Проектирование электрода-инструмента. Выбор
материала для ЭИ, Расчёт формы ЭИ.
Проектирование подачи электролита в зону
обработки.
Виды и технологические показатели УЗ резания.
Параметры режима УЗ обработки и их
взаимосвязь с технологическими показателями.
Средства технологического оснащения УЗО.
Основы проектирования УЗО.
Проектирование электрода-инструмента. Выбор
материала для ЭИ, Расчёт формы ЭИ.
Проектирование подачи электролита в зону
обработки. Консультации по курсовой работе.
Применения
УЗ
сварки,
технологические
характеристики и режимы оборудование.
Примеры расчёта колебательной системы для УЗ
размерной обработки Консультации по курсовой
работе.
Обзор технологий, совмещающих различные
физические и химические явления их
классификация и применения.
Примеры расчёта колебательной системы для УЗ
размерной обработки Консультации по курсовой
работе.
УЗ
колебательные
системы.
Конструкция
магнитострикционных
преобразователей,
основные характеристики. Пьезоэлектрические
преобразователи. Стержневые концентраторы.
Крутильно-колебательные системы. Компоновка
УЗ станка. Обзор оборудования для УЗ обработки.
Примеры расчёта колебательной системы для УЗ
размерной обработки Консультации по курсовой
работе.
4. Лабораторный практикум.
№
п./п.
№ раздела
дисциплины
Наименование лабораторных работ
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
1
14
2
16
3
17
4
18
Изучение технологии ЭЭ прошивки тонких
отверстий и пазов.
Исследование технологических характеристик
ВЭЭО.
Проектирование технологии ВЭЭО и изготовление
пробной детали.
Изучение технологии электроискрового нанесения
покрытий.
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
5.1 Рекомендуемая литература
а) основная литература:
1. Елисеев Ю.С., Крымов В.В., и др., Физико-химические методы в производстве
газотурбинных двигателей. Под редакцией прфессора Б.П. Саушкина., Москва, 2002.
2. Артамонов Б.А., Вишницкий А.Л., Волков Ю.С., Глазков А.В. Размерная
электрическая обработка металлов. Москва, «Высшая школа» 1978.
3. Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В. И.. Электрофизические и
электрохимические методы обработки материалов. М. «Высшая школа» 1983.
4. Каундас С.П., Ланин В. Л., и др. Ультразвуковые процессы в производстве изделий
электронной техники. Минск Беспрнт 2002.
б) дополнительная литература:
1. Попилов Л.Я. Основы электротехнологии и новые её разновидности. Ленинград,
«Машиностроение», 1971.
2. Лившиц А.Л. и др. Электроэрозионная и электрохимическая обработка. М. 1980.
3. Левинсон Е.М., Лев В.С., и др. Электроразрядная обработка материалов. Ленинград,
«Машиностроение», 1971.
4. Б.А. Агранат, В.И. Башкиров, Ю.И. Китайгородский Ультрозвуковая технология. М.
«Металлургия», 1974
6. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Электроэрозионный комплекс А207.92. Система числового программного управления ДГТ735
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 210100
"Электроника и наноэлектроника"
подготовки специалиста
Программу составил:
наноэлектроника"
Овсянников
Б.Л.
–
к.т.н.,
доцент
каф.
"Электроника
и