Электроэрозионные (электроразрядные) методы обработки

Электроэрозионные методы основаны на использовании явления электрической эрозии – направленного локального разрушения электропроводящих материалов в результате теплового действия импульсных электрических разрядов между электродом-инструментом и электродом-заготовкой. Электрод-инструмент 1 (рис. 2) и обрабатываемая заготовка 2 погружены в рабочую жидкость и соединены с генератором электрических импульсов 3. Все процессы, вызывающие обработку, протекают в межэлектродном промежутке (МЭП). При подводе к электродам электрического импульса наибольшая электрическая напряженность будет между наиболее близкими микровыступами: происходит пробой промежутка, возникают проводимость и импульсный разряд, сопровождающийся очень высокой температурой (до 10⁴ °С), вызывающей плавление и испарение металлов. Количество теплоты, выделяющейся на электродах, неодинаково и зависит от их полярности и энергии импульсов. Заготовку 2 соединяют с тем полюсом, на котором выделяется большая доля теплоты. В процессе обработки электрод-инструмент 1 перемещается и с помощью специального регулятора 4 поддерживается постоянная величина МЭП (Δ=5…10 мкм). Рабочий процесс протекает в жидкой диэлектрической среде (керосин, масло, дистиллированная вода).

Рис. 2 – Принципиальная схема электроискровой (электроэрозионной) обработки (ЭЭО).

Рабочая жидкость при электроэрозионной обработке:

1) способствует диспергированию продуктов эрозии, образованию гранул шаровидной формы, препятствует осаждению продуктов эрозии одного

электрода на другой;

2) обеспечивает стабильное протекание процесса, удаляя продукты эрозии и очищая межэлектродный промежуток;

3) охлаждает электроды.

Рабочая жидкость должна иметь невысокую вязкость и безопасность в эксплуатации, химическую нейтральность к материалу инструмента и детали, нетоксичность и невысокую стоимость. Общий съем металла происходит под действием большого числа электроимпульсов, следующих с определенной

частотой.

Величина электрической эрозии определяется химическимсоставом материалов электрода-инструмента и заготовки, составом рабочей жидкости, а также энергетическими характеристиками импульсов.

Процесс эрозии электродов содержит три основные фазы:

1) выделение энергии в канале разряда и передача ее поверхностям электродов;

2) разрушение решетки металла (плавление, испарение);

3) эвакуация продуктов эрозии из зоны разряда.

Обрабатываемость материалов электроэрозионным методом зависит от их теплофизических свойств и условий протекания процесса. Если обрабатываемость нормализованной стали принять за единицу, то для жаропрочных сплавов она равна 1,3…1,4, а для тугоплавких металлов и твердых сплавов лишь 0,4…0,5. Обрабатываемость закаленных сталей на 25…30% выше, чем незакаленных, из-за их меньшей теплопроводности.

Применяются несколько кинематических схем ЭЭО.

1. Прошивание отверстий и полостей с прямой и криволинейной осью – в двух вариантах:

а) прямое копирование, когда электрод-инструмент находится над заготовкой; обработка бывает одно- и многоэлектродная;

б) обратное копирование с расположением заготовки над электродом-инструментом (ЭИ). Движение подачи здесь может осуществляться заготовкой, при этом улучшаются условия эвакуации продуктов эрозии и повышается точность обработки.

2. Электроэрозионное шлифование, наиболее эффективное при обработке внутренних фасонных поверхностей.

3. Обработка непрофилированным электродом 3 – движущейся тонкой проволокой (d= 0,05…0,3 мм) – обычно по двум координатам (рис. 3). Эта схема позволяет вырезать сложноконтурные детали высокой точности при использовании коротких импульсов с малой энергией. Проволока получает непре-

рывное движение посредством роликового механизма 1, 2, 6. Обрабатываемая деталь 4 получает поперечную и продольную подачи (или по криволинейной траектории).

Рис. 3. Схема обработки непрофилированным

электродом-инструментом (проволокой):

1 – катушка с проволокой; 2 – направляющие ролики;

3 – проволока; 4 – обрабатываемая деталь;

5 – подача рабочей жидкости; 6 – катушка.

4. Формообразование путем сочетания взаимного перемещения обрабатываемой детали 1 (рис. 4) и профилированного ЭИ 2 (огибание или обкатка). Такая схема используется при электроэрозионной правке фасонных алмазных кругов, обработке узких канавок (менее 0,5 мм) на стальных и твердосплавных роликах.

Рис. 4. Схема электроэрозионного

формообразования методом обкатки.

Электроэрозионный метод позволяет обрабатывать отверстия с криволинейными осями, тонкостенные детали, узкие каналы, соединительные отверстия в корпусах гидро- и пневмоаппаратуры. Преимущество этих методов – отсутствие заусенцев.

Все станки для физико-химической обработки так же, как и обычные металлорежущие станки, делятся на универсальные, специализированные и специальные. Виды электроэрозионных станков, получивших наибольшее применение:

1) универсальные прошивочные станки, работающие по схемам прямого и обратного копирования (мод. 4Г721М, 4Д721АФ3, 4Д722АФ3, 4П724Ф3М);

2) универсальные вырезные станки (мод. 4531Ф3, 4532Ф3, 4535Ф3);

3) универсальные станки для удаления сломанного инструмента и шпилек (мод. 4Б611);

4) специализированные многопозиционные станки для перфорации лопаток ГТД, обработки роторов ТНА, форсунок и др.;

5) специализированные обкатные станки для обработки кольцевых и винтовых ручьев переменного сечения (МА4730А, МА4727);

6) станки для электроконтактной обработки (МЭ301).

Наиболее широкое применение получили универсальные прошивочные и вырезные станки.

Электрохимические методы обработки (ЭХО)

Общие сведения. Все разновидности ЭХО основаны на использовании процесса электролитического полирования, разработанного в 1911 г. русским химиком Е.И. Шпитальским. Электрохимическая обработка использует процессы электролиза, т.е. химические превращения на поверхности электродов в среде электролита. Заготовка является анодом, а инструмент – катодом.

В основе ЭХО лежит процесс анодного растворения металла заготовки. В рабочей среде – электролите – молекулы вещества распадаются на электрически заряженные частицы – ионы, каждый из которых переносит один или несколько электрических зарядов, и без внешнего электрического поля ионы в электролите движутся хаотически. Если заготовку и инструмент соединить с источником постоянного тока (напряжением 6…12 В), то в электролите возникает направленное движение ионов: положительные ионы (катионы) двигаются к катоду, а отрицательные (анионы) – к аноду. Вблизи электродов постепенно повышается концентрация ионов противоположного знака, и на катоде начнется восстановление катионов, а на аноде – окисление металла, т.е. анодное растворение.

Характер электрохимических реакций зависит от состава, концентрации и температуры электролита. Наиболее распространенным электролитом при обработке сталей и жаропрочных сплавов является 10…20%-ный водный раствор NaCl. Применяются и 5…15%-ные водные растворы азотнокислого натрия (Na2NO3) при обработке жаропрочных сплавов, алюминиевых и медных сплавов. Хорошие результаты при ЭХО аустенитных сталей дает раствор сернокислого натрия, а при обработке вольфрама, молибдена, ниобия и тантала – растворы

щелочей. Известны также более сложные системы, содержащие лимонную кислоту, бром, фтор и другие компоненты.

Для обеспечения стабильности процесса необходимо поддерживать в определенных пределах величину водородного показателя pH. При pH=7 раствор химически нейтрален; при pH<7 он обладает кислотными свойствами, при pH>7 – щелочными. В настоящее время применяется большое количество разновидностей ЭХО. Обработка при малых плотностях тока и в неподвижном электролите называется электрополированием.

Схема электрополирования простая: обрабатываемую деталь помещают в электролит и соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока. Катодом служит пластина из металла, не вступающего в химическую реакцию с электролитом. При прохождении тока наиболее интенсивно растворяются

вершины микронеровностей, появляется блеск и достигается эффект полирования.

Электрополирование используют перед проведением гальванических процессов, для снятия тонких слоев металла при изучении остаточных напряжений, для удаления наклепанного слоя после процессов резания и др. Наряду с электрополированием применяется и чисто химический процесс – размерное травление («химическое фрезерование»), сплошное и избирательное. При избирательном травлении места, не подлежащие обработке, защищают слоем лака. Травление ведется в водных растворах щелочей и кислот. Глубина травления не превышает нескольких миллиметров, а производительность – невысокая (0,4...1,2 мм/ч). Этот процесс наиболее эффективен при обработке рельефных поверхностей на деталях из алюминиевых сплавов, а также сталей и титановых сплавов с большими площадями: вафельных панелей, створок, обшивок гондолы двигателя и др. По сравнению с процессами резания трудоемкость снижается в 2-3 раза.

Электрополирование характеризуется невысокой интенсивностью съема металла из-за низкой плотности тока на аноде (i менее 0,1 А/см²) и постепенным замедлением процесса вследствие пассивации анода неэлектропроводными частицами гидроксидов металла.

Различают следующие разновидности ЭХО.

1. Анодно-гидравлическая обработка ведется в условиях интенсивного проточного движения электролита и малого зазора между электродами (Δ<0,5...1 мм).

2. Анодно-механическая обработка, при которой продукты анодного растворения удаляются за счет механического воздействия вращающегося диска или движущейся ленты. Применяется в заготовительных цехах для разрезки заготовок из труднообрабатываемых металлов.

3. Электроабразивная (электроалмазная) обработка ведется абразивным или алмазным кругом на металлической связке. Применяется в инструментальных цехах для изготовления фасонного инструмента.

Наиболее широкое развитие получила первая разновидность – ЭХО в поточном электролите. Она используется при выполнении следующих работ:

1) при неподвижных электродах:

а) калибрование; б) контурная обработка;

в) удаление заусенцев; г) скругление кромок; д) маркировка.

2) при поступательном перемещении электрода:

а) копирование; б) прошивка отверстий; в) протягивание; г) калибрование; д) острение.

3) при вращении катода:

а) обработка плоских и фасонных поверхностей; б) отрезка; в) кольцевая вырезка.

4) при вращении анода:

а) обработка фасонных поверхностей (наружных и внутренних); б) обработка канавок (прямых и спиральных); в) отрезка.

5) при сложном движении электрода:

а) вырезка проволокой (стержнем); б) вырезка трубчато-контурным методом.

Наибольшее промышленное применение в настоящее время получили процессы копирования фасонных поверхностей и прошивки глухих и сквозных отверстий различного профиля, калибрование шлицевых отверстий после термообработки, удаление заусенцев, в которых используется ЭХО в проточном

электролите. Точность обработки составляет 0,2...0,3 мм.

Дата добавления: 2014-01-04