УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЙ ОБРАБОТКИ НЕПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B23H1/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к размерной обработке непроводящих конструкционных материалов, и применяется для создания в них отверстий, выполнения разрезов и образования различного рельефа, кроме того, целесообразно использовать для обработки особо твердых диэлектрических материалов, которые трудно поддаются механической обработке режущим инструментом.

Известно устройство для размерной обработки диэлектрика, в котором локальность электроразрядного воздействия на материал достигается сфокусированным лазерным излучением. Узко сфокусированный пучок лазерного излучения в комбинации с СВЧ-разрядом позволяет делать достаточно узкие разрезы и отверстия (Kozyrev S.P. Nevrovsky V.A. et al. Proc. 17 Int. Symp. on Disch. and E1. Insul. in Vacuum. Berkeley, USA, 1996).

Недостатком известного устройства является то, что для локализации зоны удаления материала при обработке детали используют источник высоко- организационной энергии лазерного излучения, что оказывается не всегда экономически и технологически оправданным.

Ближайшим техническим решением является устройство для электроразрядной обработки непроводящих конструкционных материалов путем комбинированного воздействия СВЧ-поля от источника СВЧ-излучения и потока энергии, в частности, в виде сфокусированного лазерного излучения [1] При этом разрушение диэлектрика, помещенного в резонатор, производится электрическим разрядом, созданным СВЧ-полем на поверхности диэлектрика в месте, предварительно нагретом пучком лазерного излучения. Источник СВЧ-излучения и резонатор соединены волноводом. Нагретый участок диэлектрика является зоной повышенного поглощения и диссипации СВЧ-излучения, так как у многих диэлектриков, например у конструкционных керамик, коэффициент поглощения СВЧ-излучения μ возрастает с увеличением температуры, локально усиленное поглощение СВЧ-излучения при определенных условиях приводит к взрывообразному разрушению "помеченного" лазерным излучением участка, которое завершается локальным электрическим разрядом на поверхности обрабатываемой детали, который удаляет материал из зоны обработки диэлектрика, например керамики на основе окиси алюминия с поперечником около 0,06 мм.

Недостатком известного устройства является использование источника лазерного излучения, что не всегда экономически и технологически оправдано. Кроме того, различные керамики имеют различный состав и поэтому характеризуются большим разбросом электрофизических свойств, в том числе зависимости коэффициента m от температуры, поэтому требуется индивидуальная настройка устройства каждый обрабатываемый материал и дополнительный запас мощности СВЧ-источника, причем этот запас редко используется.

Техническим результатом предложенного технического решения является упрощение процесса обработки СВЧ-разрядом диэлектрического материала детали с сохранением достаточной локальности воздействия, но без использования лазерного излучения для выделения обрабатываемого участка.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для электроразрядной обработки непроводящих материалов, состоящем из СВЧ-резонатора, источника СВЧ-излучения, волновода, столика для закрепления детали, механизма перемещения столика с деталью, внутри резонатора напротив обрабатываемого участка детали установлена диэлектрическая трубка с металлическим наконечником, в котором выполнен капиллярный канал, а к трубке с помощью трубопровода подключен насос для подачи рабочей жидкости через капилляр в зону обработки.

На чертеже изображена схема устройства для электроразрядной обработки непроводящих материалов.

Устройство состоит из СВЧ-резонатора 1, источника СВЧ-излучения 2, волновода 3, столика 4 для закрепления детали 5, механизма перемещения 6 столика, диэлектрической трубки 7, металлического наконечника 8 с капиллярным каналом, трубопровода 9, насоса 10 и сосуда 11 с рабочей жидкостью.

Устройство работает следующим образом.

Деталь устанавливают обрабатываемым участком напротив металлического наконечника 8, так чтобы между наконечником и деталью оставалось некоторое расстояние, и включают источник СВЧ-излучения 2, которое по волноводу 3 поступает в резонатор 1. Металлический наконечник вблизи диэлектрика в СВЧ-поле служит концентратором электрического поля, в этом месте возникает электрический разряд у поверхности детали. Усиление поля вблизи диэлектрика при определенных условиях приводит к возникновению электрического разряда у поверхности детали, грубо обозначая таким образом зону обработку детали. Масштаб этой зоны порядка 5 мм. Мощность такого разряда легко регулируется. Затем включают насос 10, который подает в диэлектрическую трубку 7 рабочую жидкость из сосуда 11.

Для струйной обработки детали из диэлектрика устанавливают мощность разряда 1, 2 кВт с длиной волны примерно 12,5 см, т.е. такой, чтобы разряд не разрушал керамику, иначе ширина разреза или диаметр отверстия окажутся слишком большими (несколько мм).

Рабочую жидкость подбирают в зависимости от химического состава обрабатываемого материала. Жидкость должна химически растворять материал, пусть и с малой скоростью при нормальных условиях. Например, для композита Al₂O₃/TiC можно использовать водный раствор щелочи КОН (Готра З.Ю. и др. Зарубежная электронная техника N 6, 1986, с.27-29).

Вытекающая сквозь капилляр наконечника струйка жидкости попадает в СВЧ-разряд, проходя через который нагревается и испаряется и ударяет в материал. Благодаря нагреву, испарению и частичному разложению рабочей жидкости ее химическая активность к материалу резко возрастает. Локально нагретый диэлектрик также становится более реакционноспособным. Материал быстро разрушается в месте попадания в него струи рабочей жидкости из капилляра. Сама струя удаляет продукты разрушения диэлектрика. Передвижение столика с деталью приводит к образованию разреза нужной конфигурации на поверхности детали. Размер площадки, с которой удаляется вещество, и, следовательно, размер разреза определяются поперечником струи, который зависит от диаметра капилляра. Подбором капилляра достигается ширина разреза от 0,1 до 0,4 мм.

Устройство для электроразрядной обработки непроводящих материалов обладает повышенной (приблизительно в 3-5 раз по сравнению с прототипом) производительностью при большей простоте устройства, так как в нем вместо лазера используют более простое и дешевое устройство насос для прокачки рабочей жидкости.

Использование: размерная электрообработка непроводящих конструкционных материалов. Сущность изобретения: устройство для электроразрядной обработки непроводящих материалов состоит из СВЧ-резонатора, источника СВЧ-излучения, волновода, столика для закрепления детали с механизмом перемещения столика. Внутри резонатора напротив обрабатываемого участка детали установлена диэлектрическая трубка с металлическим наконечником, в котором выполнен капиллярный канал. Трубка трубопроводом подключена к насосу с рабочей жидкостью и через капилляр в зону обработки. 1 ил.

Устройство для электроразрядной обработки непроводящих материалов, состоящее из СВЧ-резонатора, источника излучения, волновода, столика для закрепления обрабатываемой детали, механизма перемещения столика, отличающееся тем, что внутри резонатора напротив обрабатываемого участка детали установлена диэлектрическая трубка с металлическим наконечником, в котором выполнен капиллярный канал, причем наконечник обращен к столику с обрабатываемой деталью, трубка присоединена гибким трубопроводом с насосом и сосудом для рабочей жидкости.