2.5.4 Вакуумні дугові печі

Для підвищення якості металу, одержаного в інших

уста­новках (наприклад у ДСП), Його переплавляють за низького тиску у вакуумних дугових печах (ВДП), у результаті чого в металі зменшується вміст шкідливих домішок і розчинених газів. ВДП застосовують в основному для виплавки зливків високореакційних металів (титану, вольфраму, ніобію, цирконію, танталу, молібдену), а також для переплавлення спеціальних високоякісних сталей, в результаті чого вони не тільки очищаються, але і отримують більш густу структуру. Робочі тиски в камері печі можуть складати 1.0‒0.001 Па залежно від вимог до металу. З допомогою сучасних ВДП

одержують зливки масою від сотень кілограмів до 50‒60 т, з

діаметром до 1.5 м.

Для виготовлення електродів ВДП використовують різні продукти металургійної переробки. Так для переплаву сталей в якості електродів застосовують прокат або спеціальні штанги, які одержують методом неперервного розливання чи кування. У деяких установках застосовують нерозплавні електроди, а метал, що переплавляється, кусками, або у вигляді шихти подають у кристалізатор. Схема вакуумної дугової печі з нерозплавним електродом приведена на рис. 2.20. Електрод 5 з вольфрамовим наконечником, який поміщений у камеру печі 4 через ущільнення 2, має підвід струму І. Між електродом і металічною ванною 6 кристалізатора 8 горить дуга.

50

глибина її залежать від параметрів імпульсного розряду. Для

електроіскрової обробки ця стадія є завершальною.

У момент закінчення другої стадії падіння напруги складає біля 30 В, тобто нижня межа співпадає з падінням напруги на дуговому розряді, що робить іскрову стадію початковою для електроімпульсної обробки.

Третя стадія - дуговий розряд великої енергії з великою кількістю знятого металу. В цій стадії одночасно проходять електричні процеси у дуговому розряді, теплові процеси на електродах, які обумовлюють знімання металу і гідродинамічні

процеси на електродах, що очищають проміжок

4.1.2 Види і параметри імпульсних розрядів

Параметри імпульсів струму є однією з найважливіших

характеристик процесу, яка визначає всі технологічні показники обробки.

Під імпульсом, у загальному випадку, розуміють таку дію на

об'єкт, тривалість t_і якого співпадає з часом t_пер викликаного ним

перехідного процесу; для періодичного процесу час t_пер не повинен бути більшим паузи t_п між імпульсами, тобто повинно

виконуватись співвідношення

t_i t_ïåð ; t_ïåð t_ï .

Електричний імпульс визначається струмом і напругою, що

діють в електричному колі - навантаження (об'єкта), лінія зв'язку і генератор періодичної ЕРС.

Основними параметрами періодичних імпульсів різної форми є шпаруватість, тривалість, амплітуда і частота.

Шпаруватістю імпульсів називають відношення періоду Т

повторення до тривалості t_i імпульсу:

Розрізняють запаси за ЕРС і за струмом.

Діапазон запасів, які використовують у електроерозійній

обробці є а межах від 1,1 до 25-30, у - електроіскровій, q_і > 5-10, в

електроімпульсній - q _і£ 5.

Тривалість імпульсу t_i визначають за часом дії імпульсу ЕРС

93

переважно в теплову і механічну з об'ємною густиною до 30000

Дж/мм2 і об'ємною потужністю до сотні кіловат у кубічному метрі. Полярність вибирають так, щоб найбільша електрична ерозія виникала на поверхні оброблюваного виробу 2.

Електрична ерозія найбільш інтенсивно проявляється у рідкому середовищі (рідке середовище забезпечує виникнення динамічних зусиль, необхідних для видалення зруйнованого металу; стабілізує процес, охолоджує електроди; збільшує електричну міцність проміжку). Тому обробку проводять у ванні, заповненій рідким вуглеводнем (часом, мінеральними маслами) водним розчином електроліту або дистильованої води.

Електричні процеси у розрядному проміжку залежно від виду обробки проходять у три стадії.

Перша стадія - підготовка і утворення каналу наскрізної провідності між найбільш близько розміщеними дільницями (мікровиступами) інструменту і виробу. Провідні частинки, які знаходяться в міжелектродній рідині у завислому стані, з ростом напруги витягуються вздовж силових ліній електричного поля. За певної критичної напруги пробою скачкоподібно руйнується діелектрична міцність плівки рідини, що виділяє окремі частинки одну від другої, і весь "мостик" стає провідним. Струм у "мостику" стрімко наростає, що викликає подальше зменшення опору до тих пір, поки "мостик" не вибухає, залишаючи іонізований, добре провідний канал-шнур, здатний пропускати струм великої сили (опір міжелектродного проміжку знижується від декількох

Кристалізатор з водяним охолодженням приєднаний до нижньої

частини робочої камери. Система відпомповуванням підтримує в камері печі і кристалізаторі вакуум 0,1‒0,01 Па. Зверху із бункера 3 подають шихту, яка переплавляючись, утворює в кристалізаторі злиток 7.

Рисунок 2.20 ‒ Схема ВДП з нерозплавним

електродом

Джерело електроживлення приєднано до електрода (мі­нус) і кристалізатора (плюс). Вакуумні дугові печі в основному працюють на постійному струмі, так як, внаслідок швидкого

мільйонів до десятих ч-асток7 ома). Формування каналу розряду

проходить на протязі І0 ⁹-10^- с. У цій стадії проходить нагрівання

каналу, бурхлива іонізація і збільшення його діаметра від 0,1-0,2 до 1-1,5 мм з швидкістю, що, відповідає швидкості розповсюдження ударної хвилі; переростання затягнутого іскрового розряду в іскродуговий.

Друга стадія - електричний розряд; вид його визначається характером обробки. В електроіскровій обробці основним перетворювачем енергії електричного поля в тепло є іскровий розряд. Енергія із каналу розряду виділяється переважно на аноді внаслідок бомбардування його електронами. Висока концентрація енергії в імпульсі (струм складає сотні ампер, напруга - від десятків до декількох сот вольт) приводить до випаровування металу мікровиступу і утворення на його місці виступу; діаметр і

92

охолодження металу в кристалізаторі дуга на змінному струмі

нестійка.

ВДП працюють на порівняно низьких напругах (30‒50 В та

напруги неробочого стану 65‒75 В), оскільки робочі струми печей у даному випадку великі (12.5; 25; 37.5; 50 і навіть 100 кА).