Часть I

ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ВВЕДЕНИЕ

В науке и технике само явление электрической эрозии, т. е. раз­рушение контактов под действием электрических разрядов, было известно давно. В частности, искровые и дуговые разряды возни­кают при разрыве или отключении электрических цепей. Электри­ческой эрозии подвержены контакты реле, выключателей, рубиль­ников и других подобных устройств. Электрическая эрозия - очень вредное явление, сокращающее срок службы и снижающее надеж­ность электрических устройств. Много исследований было посвя­щено устранению или хотя бы уменьшению такого разрушения контактов.

Над этой проблемой в годы Великой Отечественной войны ра­ботали советские ученые Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко. По­местив электроды в жидкий диэлектрик и размыкая электрическую цепь, ученые заметили, что жидкость мутнела уже после первых разрядов между контактами. Они установили: это происходит по­тому, что в жидкости появляются мельчайшие металлические ша­рики, которые возникают вследствие электрической эрозии элек­тродов. Ученые решили усилить эффект разрушения и попробовали применить электрические разряды для равномерного удаления ме­талла. С этой целью они поместили электроды (инструмент и заго­товку) в жидкий диэлектрик, который охлаждал расплавленные ча­стицы металла и не позволял им оседать на противолежащий элек­трод. В качестве генератора импульсов использовалась батарея конденсаторов 2, заряжаемых от источника постоянного тока; время зарядки конденсаторов регулировали реостатом 1 (рис. 1.1). Так появилась первая в мире электроэрози­онная установка. Электрод-инструмент 3 перемещали к заготовке 4. По мере их сближения возрастала напряженность поля в пространстве между электродом-инструментом и заготовкой. Это пространство называют межэлектродным промежут­ком (МЭП) или просто промежут­ком. При достижении определенной напряженности поля на участке с минимальным расстоянием между поверхностями элект­родов, измеренным по перпендикуляру к обрабатываемой поверх­ности и называемым минимальным межэлектродным зазором, возникал электрический разряд (протекал импульс) тока, под действием которого происходило разрушение участка заготовки. Продукты обработки попадали в диэлектрическую жид­кость 5, где охлаждались, не достигая электрода-инструмента, и затем осаждались на дно ванны. Через некоторое время электрод-инструмент прошил пластину 4. Причем контур отверстия точно соответствовал профилю инструмента.

Рис. 1.1

Так, явление, считавшееся вредным, было применено для размерной обработки материалов. Изобретение электроэрози­онной обработки (ЭЭО) имело выдающееся значение. К традиционным способам формообразования (резанию, литью, обра­ботке давлением) прибавился совершенно новый, в котором непо­средственно использовались электрические процессы. Б. Р. Лаза­ренко и Н. И. Лазаренко были удостоены Государственной премии СССР. Позднее Б. Р. Лазаренко был избран академиком АН Мол­давской ССР, где и работал до конца жизни (1910 - 1979).

Первоначально для осуществления ЭЭО применялись исключи­тельно искровые разряды, создаваемые конденсатором в так назы­ваемом RC-генераторе (рис. 1.1). Поэтому новый процесс в то вре­мя называли электроискровой обработкой.

В начале 50-х годов были разработаны специальные генераторы импульсов, благодаря которым обработку можно было проводить не только на коротких искровых разрядах, но и на более продол­жительных искро-дуговых и дуговых разрядах. Чтобы отличить новые условия осуществления процесса, его стали называть элек­троимпульсной обработкой.

Поскольку для формообразования во всех случаях применяют одно и то же явление - электрическую эрозию, в настоящее время эти процессы считают разновидностями ЭЭО и используют опреде­ления электроискровой режим ЭЭО и электроим­пульсный режим ЭЭО.

Большой вклад в развитие методов ЭЭО внесли советские уче­ные и инженеры Б. Н. Золотых, А. Л. Лившиц, Л. С. Палатник, М. Ш. Отто и др.

В настоящее время применяют несколько технологических схем электроэрозионной обработки.

1. Прошивание - удале­ние металла из полостей, углублений, отверстий, пазов, с наруж­ных поверхностей. На рис. 1.2 по­казаны схемы изготовления уг­лубления (а) и фасонного стерж­ня (б). Электрод-инструмент 1 поступательно перемещается к заготовке 2 со скоростью аи. Оба электрода помещены в ванну 3, заполненную диэлектриком 4. Продукты обработки 5 выбрасываются в межэлектродный проме­жуток и оседают на дно ванны. Прошиванием можно получать по­верхности как с прямой, так и с криволинейной осью.

Рис. 1.2

Существует два варианта прошивания:

прямое копирование, когда электрод-инструмент находится над заготовкой (рис. 1.2, а);

обратное копирование с расположением заготовки над электро­дом-инструментом (рис. 1.2,6). Движение подачи здесь может осу­ществлять заготовка.

Второй вариант позволяет облегчить удаление продуктов обра­ботки и за счет сокращения числа боковых разрядов через частицы расплавленного металла в межэлектродном промежутке повысить точность обработки детали.

2. Электроэрозионное шлифование, схема которого показана на рис. 1.3. Металлический электрод-инструмент 1 в форме диска совершает вращательное и поступательное движение к за­готовке 2 со скоростью ***. Заготовка может вращаться, как пока­зано на рис. 1.3. Жидкость подают поливом из насадки 3. При небольших габаритах заготовок процесс может протекать в ванне с рабочей жидкостью. Шлифование может быть как встречным, так и попутным.

Рис. 1.3 Рис. 1.4

3. Разрезание профильным или непрофилированным инструментом включает разделение заготовки на части - отрезание - и получение непрямолинейного контура - вы­резание, которое выполняется только непрофилированным электро­дом-инструментом. Профильный электрод-инструмент 1 при раз­резании деталей (рис. 1.4, а) может быть выполнен в форме диска или пластины. Его перемещают к заготовке 2 со скоростью *** и в плоскости его вращения вдоль детали. Обработка выполняется в ванне 3 с диэлектрической жидкостью 4. Если разрезание выпол­няется пластиной с одним поступательным перемещением ее к за­готовке, то это будет прошивание. В случае использования про­филированного электрода (рис. 1.4, б) инструмент 1 выполняют в форме круглой проволоки диаметром 0,02... 0,3 мм или стержня, которые могут перемещаться в различных направлениях со скоро­стью в любой части заготовки 2. Для устранения влияния износа электрода-инструмента на точность прорезаемых пазов проволоку или стержень перемещают (обычно перематыванием) вдоль оси со скоростью v. Разрезание выполняют в ванне с диэлектрической жид­костью.

4. Электроэрозионное упрочнение, включающее ле­гирование и наращивание поверхности, обычно осуществляют на воздухе. Частицы расплавленного металла инструмента на воздухе не успевают остыть и оседают на поверхности заготовки, образуя на ней слой сплава, насыщенного легирующими элементами электрода-инструмента (либо легирующим компонентом из состава рабочей среды). Кроме того, нанесенный на заготовку слой закален до высокой твердости и имеет за счет этого повышенную износостойкость.