Станки для электроэрозионной обработки

Станки для электрофизических и электрохимических методов обработки

Электрофизические методы обработки деталей, основанные на различных процессах энергетического воздействия на твердое тело, получают в настоящее время все большее распространение. Они позволяют обрабатывать заготовки из твердых сплавов, жаропрочных и других материалов, не поддающихся резанию. Характерными свойствами этих методов являются: возможность обработки независимо от твердости материала; возможность копирования по всей поверхности заготовки при простом поступательном движении. Обработка детали производится практически без силового воздействия, автоматизация процесса не вызывает затруднений.
На станках данной группы изготовляют сложные штампы, пресс-формы, фильеры и другие детали, имеющие в том числе малые размеры отверстий (до 0,05 мм).

Электроэрозионная обработка основана на физическом явлении, заключающемся в направленном выбрасывании электронов под действием происходящего между электродами электрического импульсного заряда. При сближении двух электродов и подключении к ним напряжения, достаточного для пробоя образовавшегося межэлектрического промежутка, возникает электрический заряд в виде узкого проводящего столба с температурой, измеряемой десятками тысяч градусов. У основания этого столба наблюдается разрушение (оплавление, испарение) материала электродов. Жидкая среда обеспечивает возникновение динамических сил, необходимых для удаления разрушаемого материала. В качестве среды применяют трансформаторное масло, керосин. Основными разновидностями электроэрозионного способа являются электроискровая, электроимпульсная и анодно-механическая обработка.

Электроискровые станки. Сущность электроискрового метода заключается в том, что под воздействием коротких искровых разрядов, посылаемых источником электрического тока, металл разрушается. При обработке на электроискровом станке для прошивки отверстий (см. рис. 14.1, а) заготовку 2 погружают в бак с жидкостью и соединяют с положительным полюсом, выполняющим функцию анода. Электрод (инструмент) 4 являющийся катодом, соединяют с отрицательным полюсом и укрепляют на ползуне 5, имеющем вертикальное перемещение по направляющим 6. Заготовка 2, стол 1, на котором ее закрепляют, корпус бака и станина станка электрически соединены между собой и заземлены, так что их электрический потенциал всегда равен нулю. Это необходимо для безопасности работы на станке.

    Рис. 14.1. Станок для электроискровой прошивки отверстий – а и соленоидный регулятор – б

В электрическую цепь включен резистор 11. Изменяя сопротивление, регулируют силу тока, контролируя ее по амперметру 10. Для накопления энергии служит конденсаторная батарея 12. При подаче импульса напряжения на электрод и деталь в межэлектродном зазоре возникает дуговой разряд, который создает на поверхности высокую температуру порядка 4000¸5000°С. Воздействие разряда приводит к возникновению на поверхности обрабатываемой детали расплавленного металла, выбрасываемого в межэлектродное пространство.

Между электродом 4 и заготовкой всегда должен поддерживаться небольшой, так называемый, искровой зазор. Это достигается с помощью простого устройства – соленоидного регулятора (рис. 14.1, б). К верхнему концу ползуна 5 прикреплен стальной стержень – сердечник 13, который располагается внутри катушки (соленоида) 14.

Когда электрод 4 касается заготовки, электрическая цепь замыкается. Сердечник 13 намагнитится и втянется в катушку 14, т. е. поднимется вместе с ползуном 5 и электродом 4. Искровой зазор между электродом 4 и заготовкой 2 восстановится. Основная электрическая цепь разрывается – ток в ней исчезает. Одновременно исчезает ток и в катушке 14. Сердечник 13 размагнитится и под действием собственной массы опустится. Вместе с ним опустится ползун 5 и электрод 4. Между электродом и заготовкой снова произойдет электрический разряд. Если электрод выполняет роль инструмента, то соленоидный регулятор служит механизмом подачи.

    Рис. 14.2. Универсальный электроискровой станок  

Универсальные электроискровые станки обычно имеют вертикальную компоновку (рис. 14.2). Автоматический регулятор подач 7 сообщает вертикальные перемещения электроду – инструменту 8.

Ванну 4 с заготовкой 9, установленной на столе 3, можно перемещать в вертикальном направлении с помощью электродвигателя. Суппорт 5 при обработке отверстий с криволинейной осью поворачивается вокруг горизонтальной оси. Поперечный суппорт 6 перемещается по направляющим продольного суппорта. Продольный суппорт 5 установлен на направляющих 2 станины. Электроискровая обработка характеризуется широким диапазоном режимов обработки – от черновой производительностью 1,5¸10 мм³/с при R _z = 160¸40 мкм до отделочных производительностью около 0,001 м³/с при R _а = 1,25¸0,16 мкм. Характерные черты этого процесса: сравнительно низкая производительность обработки, большой износ электродов, образование на обработанной поверхности тонкого дефектного слоя толщиной 0,2¸0,5 мм на черновых и 0,02¸0,05 мм на чистовых режимах.

Электроискровые станки используют при обработке отверстий малого диаметра, узких щелей и других поверхностей из труднообрабатываемых материалов.

Электроимпульсные станки. Электроимпульсная обработка является более производительным процессом по сравнению с электроискровой обработкой и требует меньшего расхода электроэнергии.

В электрической схеме (рис. 14.3) электроимпульсного станка отсутствуют конденсаторы, которые используются в электроискровом станке для получения импульсных разрядов. В электроимпульсном станке импульсные разряды, необходимые для электрической эрозии, создаются (генерируются) в специальном генераторе импульсов. Роль генератора импульсов играют преобразователь 1 и селеновый выпрямитель 2. Преобразователь 1 преобразует напряжение и частоту переменного тока. Питается преобразователь от заводской сети (напряжение 380 В, частота тока 50 Гц).

    Рис. 14.3. Станок для электроимпульсной обработки  

На выходных зажимах преобразователя получают ток с более низким напряжением. Селеновый выпрямитель 2 пропускает ток только в одном направлении. В течение одной секунды получают до 500 импульсов. При этом между электродом 3 и заготовкой 4 происходят электрические разряды. В отличие от электроискровых станков, в электроимпульсных станках обрабатываемая деталь соединяется с катодом, а инструмент – с анодом.

Электрод-инструмент изготовляют из материалов с высокой теплопроводностью, таких как медь, алюминий и его сплавы, специальные графитизированные материалы, вольфрам. Обработку ведут в жидкой среде. Процесс электроимпульсной обработки основан на расплавлении малых объемов металла электродов в тех местах, где между ними проскакивают электрические разряды. Каждый разряд снимает очень небольшое количество металла, но так как разряды происходят часто, один за другим, то общий объем металла достаточно велик. Электроду-инструменту сообщается подача.

Обработку металлов ведут со скоростью углубления инструмента в деталь 0,35¸0,6 мм/мин, независимо от размеров обрабатываемой поверхности. Шероховатость по стали медным электродом R _а = 2,5¸0,05 мкм. Возможно получение точности до 0,08¸0,2 мм при обработке поверхностей и 0,01¸0,03 мм при обработке отверстий.

Электроимпульсный метод используется при обработке средних и крупных штампов, пресс-форм и их деталей из закаленных и труднообрабатываемых материалов.

  Рис. 14.4. Схема электроконтактной резки  

Станки для электроконтактной обработки. Электроконтактная обработка является разновидностью электроэрозионной обработки и относится к числу перспективных методов высокопроизводительного изготовления деталей из высокопрочных конструкционных материалов при использовании относительно несложных оборудования и технологий. Область применения электроконтактной обработки – разрезание заготовок, отрезка литниковых прибылей, заточка режущих инструментов, можно эту обработку использовать и для чистовой доводки поверхностей.

При электроконтактной резке (рис. 14.4) электрод – инструмент выполняют обычно в виде диска, быстро вращающегося вокруг своей оси. В пространство между обрабатываемой заготовкой 1 и вращающимся электродом – диском 2 подается по трубе 3 электролит. В качестве электрода-инструмента применяют диски, изготовленные из чугуна, углеродистых сталей, графита, меди, композиционных материалов на основе вольфрама и никеля. В отличие от электроискровой обработки жидкость, которая находится между электродами проводит электрический ток. При электроконтактной резке диск получает медленную поперечную подачу.

Сущность процесса заключается в следующем. Жидкость-электролит, подаваемая в пространство между диском 1 и заготовкой 2, растворяет под действием тока металл, образуя на поверхности заготовки тонкую пленку 3 (рис. 14.5, а). Тонкая пленка соскабливается быстровращающимся диском.

Вершины неровностей на поверхности заготовки (рис. 14. 5, б) отделены от диска очень небольшим промежутком, через который легко проскакивает разряд, и подвергаются электрической эрозии: они расплавляются и частички выносятся вращающимся диском из места разреза в виде снопа искр. При электроконтактной обработке происходят одновременно два процесса: электрохимическое разъедание поверхности и электрическая эрозия. В качестве рабочей жидкости-электролита применяют водный раствор жидкого стекла.

  Рис. 14.5. Процессы, происходящие при электроконтактной обработке: а – электрохимическое растворение; б – электрическая эрозия

Для электроконтактной резки применяют станки различных конструкций. Разрезаемый пруток 10 (см. рис. 14.6) зажимают в тисках 9. Стальной диск 3 укреплен на оси, расположенной в маятнике 4, который может поворачиваться вокруг оси 6. Поворотом маятника обеспечивается необходимая подача. Подачу регулируют гидравлическим регулятором 5. Диск вращается от электродвигателя 7 через ременную передачу 8. Рабочая жидкость подается насосом 11 к соплу 2. Отработанная жидкость собирается в коробке 1. Скорость вращения диска обычно равна 15¸25 м/с, напряжение тока 20¸30 В.

    Рис. 14.6. Станок для электроконтактной обработки

Силу тока выбирают в зависимости от диаметра разрезаемого прутка. При диаметре 40 мм сила тока равна 80 А, а при диаметре 200¸300 мм – 300¸350 А.

Если использовать бесконечную стальную ленту вместо диска толщиной 0,8¸1,2 мм и шириной 12¸20 мм, то можно осуществить фигурную резку.

Электроконтактная заточка производится быстровращающимся диском 1 (см. рис. 14.7) в зону соприкосновения затачиваемого инструмента с диском через сопло 2.

Электроконтактную заточку и доводку производят за три перехода: обдирка, шлифование и доводка. Все эти переходы выполняют на одном и том же станке за одну установку затачиваемого инструмента, изменяют только электрические режимы обработки. Обдирку ведут при напряжении 20 В, шлифование – при напряжении 15 В; при доводке напряжение снижают до 10 В. В результате изменения напряжения меняется и характер обработки.

    Рис. 14.7. Схема электроконтактной заточки инструмента  

При обдирке снимается большой слой металла (1¸1,5 мм). Это необходимо для того, чтобы придать инструменту требуемую форму. При шлифовании глубина снимаемого слоя не превышает 0,1 мм. Доводкой снимается незначительный по толщине слой, составляющий всего 0,01¸0,03 мм.

Производительность электроконтактной обработки составляет порядка 100¸200 см³/мин, шероховатость обработанной поверхности от R _z = 1000 мкм до R _z = 20 мкм. Толщина дефектного слоя при этом может достигать от 10 мкм до 5 мм. Электроэрозионные явления при электроконтактной обработке снижают удельные затраты мощности по сравнению с обычным резанием в 3,3 раза.

Дата добавления: 2014-12-29