Электроэрозионная обработка. Электроискровая обработка

Электроискровая обработка. Электроискровой процесс обра­ботки, предложенный Н. И. и Б. Р. Лазаренко в 1943 г., основан на электрической эрозии металлов. В момент сближения элек­тродов, находящихся под электрическим напряжением, происхо­дит искровой пробой межэлектродного пространства, разрушающий электроды, но преимущественно – анод.

Электродами служат обрабатываемая деталь (анод) и инструмент (катод). Межэлектродное пространство находится в жидкой среде (низковязкие масла, керосин, иногда вода), бла­годаря чему в зоне разряда возникает ударная волна, распыля­ющая частицы расплавленного металла. Разрушение идет в де­сятки раз быстрее, чем на воздухе, когда микрованны расплав­ленного металла успевают вновь затвердеть и лишь небольшая часть металла удаляется испарением. Место разряда ограничено торцовой поверхностью инструмента, поэтому, меняя форму сечения электрода-инструмента, можно изменять форму той пло­щади детали, на которую действуют разряды.

Электрическая схема установки содержит источник тока, ог­раничиваю-щее сопротивление и конденсатор (рис. 20.7). Важным узлом в станках электроискрового действия является также авто­матический регулятор подачи инструмента, поддерживающий необходимое расстояние между инструментом и деталью в процессе обработки

Рис. 20.7. Схема электроискровой обработки

Основная область применения электро­искровой обработки — прошивание отвер­стий и полостей. Характерной особенностью процесса является возможность обработки металлов и сплавов любой твердости, лишь бы они обладали электропроводностью, а также отсутствие силового взаимодейст- вия инструмента и детали.

Электрод-инструмент для образования отверстия представляет собой стержень с профилем, соответствующим профилю отверстия. Для получения больших отверстий применяют пусто­телые стержни и операция приобретает характер вырезания. Ма­териалом для электродов-инструментов служит латунь, медь, медно-графитовые массы и другие материалы.

Производительность обработки, измеряемая количеством ме­талла, удаляемого из детали в единицу времени зависит прежде всего от электрического режима обработки. Она изменяется от 1 до 10 мм³ в минуту, при мягких режимах, до 1000 мм³–при жестких.

Точность отверстий, получаемых электро­искровой обработкой, приблизительно соответст­вует 7-9 квалитетам – по диаметру.

Точность сильно зависит от режима обра­ботки, поэтому для повышения производитель­ности точные отверстия обрабатывают в два пе­рехода: первый выполняют на жестком режиме, а второй на более мягком, применяя либо один комбинирован­ный (ступенчатый) электрод, либо последовательно два с раз­ными размерами. Размеры инструмента выбирают с учетом бо­кового зазора, возникающего между инструментом и стенкой.

Характерным недостатком процесса является неравномерный износ электрода-инструмента, особенно заметный у.электродов- пластинок (прошивание щелей).

Кроме метода прошивания, важное место в электроискровой обработке занимает метод вырезания боковой поверхностью тон­кого проволочного электрода. Электродом служит тонкая (0,03—0,05 мм) вольфрамовая или медная проволока, непрерыв­но перематывающаяся с катушки на катушку. Операция разре­зания или прорезания выполняется так же, как если бы она выполнялась на ленточной пиле, однако круглое сечение элек­трода делает возможной фасонную траекторию прорезания. Бла­годаря весьма мягкому режиму работы (С=0,01…0,3 Мкф; I =0,1 — 1 А; U=0,5—12 В), достигается очень высокая точность ширины разреза (в пределах до 0,05 мм). Поскольку режим работы станка регулируется элект­рическими параметрами, становятся возможными сравнительно простые системы программного управления ходом операций (установки типа ЭКУП).

В настоящее время электроискровой процесс применяется в основном для тонких операций, требующих мягких режимов. Ограничение области его применения было вызвано появлением процесса электроимпульсной обработки, более выгодного при грубой обработке.

Электроимпульсная обработка. Этот процесс начали осваи­вать с 1950 г. По сравнению с электроискровой обработкой его производительность на жестких режимах в несколько раз больше при меньшем износе инструмента и меньшей энергоемкости процесса.

Резкое повышение эффективности процесса в общем схожего – с электроискровым, было обусловлено изменением качества раз­рядов (импульсов), благодаря новому способу получения их – с помощью генераторов импульсов.

В установке искрового действия электрический заряд накап­ливается в конденсаторе. Получающийся знакопеременный им­пульс (искровой разряд) зависит от межэлектродного простран­ства, но главное – он отличается очень малой длительностью (10^-4 с), по сравнению с которой период между импульсами (время восстановления заряда в конденсаторе) – велик (превышает более чем в 10 раз длительность импульса). В отличие от этого при электроимпульсной обработке применяют генератор (обычно машинный), который вырабатывает униполярные (од­ного направления), независимые (от межэлектродного простран­ства) импульсы большой длительности (в десятки раз большей, чем длительность разрядов при электроискровой обработке) и постоянной частоты (например, генераторы МГИ-2 и т. п. дают 400 импульсов в секунду). Полярность при такой обра­ботке обратная (по отношению к электроискровой), т. е. деталь служит катодом, а инструмент – анодом.

В результате такого изменения характера импульсов тока (увеличение продолжительности импульсов и уменьшения пауз между ними) процесс теряет характер искрового – получается процесс обработки как бы прерывистой электрической дугой. Причины разрушения материала остаются прежними, но эффек­тивность обработки на жестких и средних режимах значитель­но возрастает (на мягких режимах она падает и становится меньшей, чем при электроискровом процессе). Благодаря мень­шей температуре дугового разряда и использования электродов- инструментов из медио-графита (температура плавления 3700°С) удалось уменьшить износ инструмента до 1 %.

В необходимых случаях (обработка больших полостей, глу­боких отверстий и т. п.) предусматривают особые меры для устранения продуктов эрозии из зоны обработки (прокачивание жидкости через отверстия в электроде, вибрации электрода).

Появившиеся высокочастотные ламповые генераторы импуль­сов (например, генератор ВГ-ЗВ дает 8000 и 22000 импульсов в секунду) допускают выполнение не только грубых, но и чисто­вых сравнительно точных операций, приближая точностные воз­можности процесса к возможностям электроискрового процесса.

Электроконтактная обработка. Этот процесс конкурирует с грубым обдирочным точением и фрезерованием. Инструментом, служит быстро вращающийся (скорость до 80 м/с) металлический диск. Зона обработки находится на воздухе, но к ней под­водится очень большая электрическая мощность (50—200 кВт). Снимаемый в один проход слой металла может быть очень боль­шим (20—30 мм по толщине и 30—40 мм по ширине) при про­изводительности, достигающей до 500 кг снятого металла в час.

Основная область применения процесса – обдирка крупных слитков поковок. Глубина оплавленного поверхностного слоя при обработке обычных сталей достигает 1—1,5 мм, однако у жаропрочных сталей и сплавов она снижается до 0,3—0,2 мм.

Анодно-механкческая обработка. Этот процесс, предложенный в 1943 г. В. Н. Гусевым, применяют для разрезания металлов, трудно поддающихся резанию, а также для затачивания инструментов из твердых сплавов. При обработке деталь служит ано­дом в цепи постоянного тока (U = 15–30 В), а инструмент – катодом.

На рис. 20.8 показана принципиальная схема операции разре­зания. Разрезаемый материал 1 закреплен в тисках или другом зажимном устройстве. Ин­струментом служит тон­кий (0,8- 2 мм) из мало­углеродистой стали диск 2 (в станках типа ленточ­ных пил используют лен­ту), вращающийся с боль­шой скоростью (15— 20 м/с). К месту резания подается при помощи сопла 3 рабочая жидкость, выполняющая роль электролита (разбавленное водой жидкое стекло).

Рис. 20.8. Схема анодно-механического раз­резания

Сущность процесса заключается в следующем. При протека­нии тока через электролит на аноде-детали образуется пленка продуктов растворения металла, обладающая высоким электри­ческим сопротивлением и поэтому прекращающая течение тока, однако постоянным нажатием диска-инстру-мента часть пленки срывается. Главным в процессе является то, что вследствие ше­роховатости обрабатываемой поверхности и сравнительно высо­кой механической прочности пленки, пленка срывается толь­ко с вершин гребешков и остается во впадинах. Соответственно и ток течет лишь через вершины гребешков.

Если в таких условиях плотность тока велика, то вершины неровностей расплавляются и выбрасываются вращающимся диском. Получается процесс, используемый для разрезания металлов и чернового затачивания инструментов. Производитель­ность его может быть достаточно большой. Например, для раз­резания стальных прутков диаметром от 20 до 100 мм требует­ся не более 0,5—6 мин. Если же плотность тока мала, то снятие металла происходит только вследствие электрохимического (анодного) растворения гребешков поверхности. Получается процесс, который используется для точной доводки инструмента.

Дата добавления: 2014-01-07