При электроэрозионной обработке

Стадии нагрева и охлаждения поверхностного слоя

Многочисленные исследования качества поверхностного слоя показали, что после электроэрозионной обработки его структура и свойства близки к получаемым после термической обработки. В связи с этим качество поверхности будет определяться не только параметрами импульса, но и свойствами применяемой рабочей жидкости, условиями нагрев, охлаждения поверхности единичной лунки.

С точки зрения образования в поверхностном слое дефектов (сетки микротрещин) и значительных внутренних напряжет представляют интерес тепловые режимы, при которых поверхностный слой имеет температуру не выше 500° С. Для большинства сталей и сплавов состояние при более высокой температуре считается пластичным, и в материале не должно быть внутренних напряжений, несмотря на возможные структурные изменения, даже если они происходят с изменением объема.

При нагреве в процессе электроэрозионной обработки поверхностного слоя его качество будет определяться величиной внутренних напряжений, возникающих в результате значительного градиента температур, и структурными превращениями. В определенных условиях напряжения могут превышать предел прочности обрабатываемого металла, что приведет к образованию сетки микротрещин. При заданных параметрах импульса возможности управления величиной внутренних напряжений при нагреве поверхностного слоя весьма ограничены и сводятся в основном к обработке предварительно нагретой заготовки и обработке с принудительным относительным перемещением электродов с большой скоростью.

При охлаждении поверхностного слоя заготовки в процессе электроэрозионной обработки существенно изменяются его структура и свойства. Возможности воздействия на качество поверхности при этом сравнительно широки и определяются подбором состава рабочей жидкости, а также условиями ведения процесса.

При ЭЭО можно выделить, несколько тепловых режимов нагрева и охлаждения (I-VI) (см. рис. 2.2).

Тепловой режим I связан с образованием плоского мгновенного источника тепла, действующего в течение t £ t _и за это время происходит интенсивный нагрев поверхностных слоев электродов вплоть до их расплавления и испарения. Тепловой режим II охватывает время t _и £ t = (3÷5) t _и, т.е. с момента окончания импульса тока до момента дополнительного выброса металла из лунки. В этот период поверхность лунки покрыта перегретым металлом с температурой, превышающей его температуру плавления.

Тепловой режим III начинается после дополнительного выброса металла из лунки и заканчивается, как можно условно считать, при, при t = Т _гп = (5÷10) t _и, т.е. одновременно с началом ликвидации газовой полости. Температура поверхности лунки близка Т _пл обрабатываемой заготовки. В это время еще сохраняется значительный градиент температур в поверхностном слое заготовки.

Ускоренный процесс охлаждения поверхности лунки (тепловой режим IV)начинается с t > Т _гп, т.е. после окончания дополнительного выброса металла из лунки, и особенно в момент, когда диаметр газовой полости приближается к минимальному. В это время газовая полость постепенно уменьшается, и ее граница перемещается к центру лунки. Затем наступает момент, когда граница газовой полости, представляющая собой парожидкостную смесь, соприкоснется с периферийной частью поверхности лунки, имеющей высокую температуру. В результате часть рабочей жидкости газовой полости превращается в пар. Появление пузырьков пара приводит к пульсации размеров газовой полости. Можно допустить, что размер образовавшегося парового пузырька, даже единичного, будет соизмерим с объемом газовой полости.

Границы существования этого режима и стадию охлаждения поверхности установить сложно, однако в условиях электроэрозионной обработки, учитывая ограниченные размеры межэлектродного промежутка, можно охлаждение поверхности уподобить на этой стадии пленочному кипению. Начало стадии определяется свойствами используемой рабочей жидкости. Так при обработке в веретенном масле пленочное кипение начинается при температуре поверхности около 750º С и обеспечивает скорость охлаждения 50-600º С/c, а при обработке в воде – при температуре 700º С, обеспечивая скорость охлаждения 150-200º С/c.

Учитывая специфику условий протекания процесса электроэрозионной обработки, сомнительно утверждать, что пленочное кипение жидкости в межэлектродном промежутке переходит в пузырьковое, как это имеет место при охлаждении открыты поверхностей. Однако можно утверждать, что с понижением температуры поверхности лунки рабочая жидкость все чаще соприкасается с ней и, испаряясь, интенсивно отводит тепло. Эта стадия охлаждения (тепловой режим V)происходит с наибольшей скоростью; начало стадии и скорость охлаждения определяются свойствами рабочей жидкости. Например, при использовании веретенного масла этот режим начинается ориентировочно при охлаждении поверхности до 500º С и может протекать со скоростью около 200º С/c, а при использовании воды он начинается при охлаждении поверхности до 380º С и имеет скорость в пределах 600-770ºС/c.

По мере охлаждения поверхности лунки до температуры кипения рабочей жидкости газовая полость ликвидируется, и жидкость начинает омывать всю поверхность лунки. Наступает последняя стадия охлаждения (тепловой режим VI),которая характеризуется конвективным теплообменом поверхности лунки с рабочей жидкостью, вступивших в непосредственный контакт. Скорость теплообмена на этой стадии весьма умеренная (см. рис. 2.2) и определяется в основном свойствами рабочей жидкости, величиной температурного перепада между поверхностью лунки и рабочей жидкостью, а также скоростью перемещения рабочей жидкости в межэлектродном промежутке.

Дата добавления: 2017-02-01