CC BY
20
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА ЦИРКОНИЕВОГО СПЛАВА Э110
© Бобков Н.В.1
Омский государственный технический университет, г. Омск
В машиностроении помимо традиционных материалов (сталей, алюминиевых и латунных сплавов) требуется применение редких металлов, таких как цирконий, ниобий и ванадий.
Циркониевые сплавы широко применяются в ядерной энергетике, а также цирконий используется для формирования многофункциональных, в том числе биосовместимых покрытий, что обусловливает актуальность проблемы экономичной обработки и минимизации отходов при производстве ответственных изделий из дорогостоящих сплавов циркония.
Для производства тепловыделяющих элементов (рис. 1) и дистан-ционирующих решеток (рис. 2), используемых в ядерных реакторах ВВЭР-1000, используются три основных циркониевых сплава - Э635, Э110 и Э125.
Рис. 1. Тепловыделяющий элемент Рис. 2. Дистанционирующая решетка
Кроме того, цирконий применяется в качестве катодов в установках магнетронного напыления (рис. 3), для получения многофункциональных покрытий. Наряду с цирконием, в качестве катодов (рис. 4), так же используются другие редкоземельные металлы, такие как ниобий и ванадий.
В статье рассматривается возможность использования по назначению деталей, изготовленных из циркониевого слава Э110 с помощью электроэрозионной обработки. Осуществляется попытка сформулировать зависимость влияния режимов проволочной электроэрозионной обработки (ЭЭО) на поверхностный слой изготавливаемых изделий из циркония и его сплавов.
1 Аспирант кафедры «Технология машиностроения».
Рис. 3. Установка Рис. 4. Катоды из циркония,
магнетронного напыления ниобия, ванадия и меди
Наряду с формообразованием, производительностью и качеством, себестоимость изделий машиностроения является одним из основных критериев эффективности их производства, поэтому при изготовлении деталей из редких (и как следствие дорогих) металлов необходимо стремиться к минимизации количества отходов. Например, можно уменьшить ширину реза, тем самым, сократив количество стружки. Значительные результаты в решении этой проблемы были достигнуты посредством применения метода проволочной ЭЭО, при которой ширина реза превышает диаметр проволочного электрода не более чем в полтора раза.
С помощью электроэрозионного оборудования возможна обработка любых электропроводных металлов. Однако производители оснащают свои станки набором режимов обработки только для наиболее распространенных материалов (рисунок 5). В случае, когда необходима обработка металлов не входящих в базу данных станка (таких как цирконий, ниобий и ванадий), подбор режимов осуществляется экспериментально, что приводит к снижению производительности. Как видно из рисунка 5 в стандартной комплектации станки оснащаются только режимами для обработки стали, меди, алюминия, твердого сплава и графита (ISO 63).
Несмотря на все преимущества электроэрозионной обработки материалов по сравнению с другими методами, негативное влияние на характеристики и свойства обрабатываемой поверхности оказывает диффузия материала электрода и диэлектрической среды в поверхностный слой обрабатываемого изделия. В частности, авторы работы [2] сообщают о высокой степени наводораживания поверхности циркониевого сплава Zr-2,5Nb при его электроэрозионной обработке в углеводородном диэлектрике. Особенно
высокие требования к характеристикам поверхности циркониевой мишени предъявляются при формировании биосовместимых покрытий методом магнетронного распыления [3, 4, 5]. Таким образом, одним из наиболее важных критериев качества электроэрозионной обработки является оценка глубины и фазового состава дефектного слоя, образующегося за счет переноса материала электрода и продуктов разложения диэлектрической среды в поверхностный слой изделий, что является основной целью исследования.
Рис. 5. База данных для расчета режимов обработки
Рис. 6. Образец из ванадия, обработанный на станке 8оШск У2300Ь.
При обработке редкоземельных материалов на несоответствующих им режимах возникает ряд проблем. Во-первых, в ходе эксперимента необходим постоянный контроль работы станка, фиксация результатов, а так же анализ и исправление ошибок выявленных опытным путем. Во-вторых, при завышенных режимах, инструмент (в нашем случае это латунная проволока) быстрее приходит в негодность, что увеличивает время на наладку и затраты на инструмент. Так же стоит отметить, что при заниженных режимах уменьшается скорость обработки, что приводит к увеличению машинного времени и как следствие увеличение стоимости детали.
Для более детального изучения был проведен ряд экспериментов по обработке циркония, ниобия и ванадия на проволочном электроэрозионном станке 8оШск У2300Ь (рис. 6).
В ходе эксперимента были подобраны режимы обработки в один, два, три и четыре прохода [1] (рисунок 7, 8).
Рис. 7. Режимы резания Рис. 8. Режимы резания
для 3 проходов для 4 проходов
Полученные режимы показали стабильную обработку. Однако, с помощью датчика контроля, установленного на станке (рисунок 9), была выявлена неточность в расчетах, что требует ввода не учтенных данных, повторного пересчета и влечет за собой повторное проведение экспериментов.
Рис. 9. Показания датчика контроля обработки.
Учитывая вышесказанное можно заключить, что обработка металлов, не учтенных базой данных электроэрозионного станка (как в рассматриваемом случае), возможна после подбора режимов. Однако для стабильной и наиболее производительной обработки, необходимы расчеты, которые позволят получить оптимальные режимы резания. Поэтому естественно предположить, что для предприятий, занимающихся производством деталей из редкоземельных металлов, существует необходимость приобретения высо-
копроизводительного и высокоточного оборудования, имеющего в своей базе данных режимы, подходящие для обработки этих материалов.
Список литературы:
1. Руководство пользователя к станку Sodkk VZ3GGL.
2. Lyon, D., Chevalier, J., Gremillard, L., & Cam, C. a D. (2G11). Zirconia as a Biomaterial. Comprehensive Biomaterials, 2G, 95-1G8. doi:1G.1G16/B978-G-G8-G55294-1.GGG17-9.
3. Brown, I. G. (n.d.). A high voltage pulser r&d for plasma immersion ion implantation applications, 219.
4. Rabiee, S. M., Azizian, M., & Nourouzi, S. (2G12). Influence of zirconia on microstructure of bioactive glass coated on stainless steel for biomedical application. 2G12 International Conference on Biomedical Engineering, ICoBE 2G12, (February), 1G9-113. doi:1G.11G9/ICoBE.2G12.6178965.
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ НА ОПЕРАЦИОННОМ УСИЛИТЕЛЕ
© Богачев Н.Е.1
Кубанский государственный университет, г. Краснодар
На базе операционного усилителя 544УД18 сконструирован и исследован макет специализированного усилителя низкой частоты. Описан принцип работы разрабатываемого усилителя на примере его структурной схемы.
Как известно, при обработке сигналов в радиотехнических аналоговых электронных устройствах в большинстве случаев необходимо их предварительное усиление, для чего используют усилители различных типов [l]. Усилители применяются как в приемной и передающей аппаратуре, так и во вспомогательных устройствах преобразования сигналов. Помимо основных параметров (номинальная выходная мощность, чувствительность, КПД и т.д.) важной характеристикой усилителей является степень надежности и допустимые режимы эксплуатации. Эти режимы определяют предельно допустимые климатические, механические, биологические и многие другие факторы, при которых оборудование должно сохранять свое функциональное назначение [2]. Другими словам они должны обладать характеристиками, заданными жесткими рамками режимов эксплуатации при высоком уровне надежности и при этом вносить минимальные искажения для всего диапазона усиливаемых частот, т.е. в точности воспроизводить на выходе форму входного сигнала.
1 Магистрант 2 курса кафедры Оптоэлектроники.
