Питання для поточного самоконтролю та контролю знань по не 2.1:

1. Опишіть стадії процесу при нагріві струмопровідних матеріалів в електроліті.

2. Перелічіть переваги та недоліки методу нагріву струмопровідних матеріалів в електроліті.

3. Наведіть приклади операцій які виконуються за допомогою методу нагріву струмопровідних матеріалів в електроліті.

Тестові завдання до не 2.1.

1) Нагрів струмопровідних матеріалів в електроліті оснований на виділенні на катоді енергії:

1. світлової

2. електромагнітної

3. електричної

4. теплової

2) У результаті електролізу води при нагріві струмопровідних матеріалів в електроліті на катоді виділяється

1. кисень

2. азот

3. вуглекислий газ

4. водень

3) При збільшенні напруги на ділянці 1, при нагріві струмопровідних матеріалів в електроліті, струм

1. зменшується

2. зростає

3. спочатку зростає, а потім зменшується

4. не змінюється

4) При збільшенні напруги на ділянці 2, при нагріві струмопровідних матеріалів в електроліті, струм

1. зменшується

2. зростає

3. спочатку зростає, а потім зменшується

4. не змінюється

5) Швидкість і температура нагріву при нагріві струмопровідних матеріалів в електроліті залежать від

1. величини струму

2. тривалості проходження струму

3. температури електроліту

4. величини і тривалості проходження струму

6) Певна глибина нагріву при нагріві струмопровідних матеріалів в електроліті забезпечується при

1. поверхневому нагріві

2. об’ємному нагріві

3. не забезпечується

7) У якості електроліту при нагріві струмопровідних матеріалів в електроліті найчастіше використовуються водні розчини

H2SO4	K2CO3
NaCl	Ca2CO3
NaOH	HCl
Na2CO3	KNO3
KOH	NaNO3

Навчальний елемент 2.2. "Електроерозійна обробка металів" Лекція 11 і 12.

Тема 10. Електроерозійна обробка металів.

.

1. Електроіскровий, електро-імпульсний, високочастотний електроіскровий методи обробки (загальна характеристика).

2. Блок-схеми станків для електроерозійної обробки.

3. Приклади застосування.Електроіскрова обробка. Електроімпульсна обробка.

4. Високочастотна електроіскрова (електроерозійна) обробка.

5. Електрод-інструмент, робочі рідини, параметри якості та характеристики процесу.

Лекція 11, 12.

Тема 10. Електроерозійна обробка металів (еео).

Електроерозійний метод (Рис. 4) оснований на фізичному явищі при якому обидва електроди руйнуються в наслідок проходження між ними електроімпульсного розряду і на їх поверхні утворюються характерні ямки. Причиною виникнення ямок являється локальний нагрів, плавлення, вибухове випаровування матеріалу. При повторенні імпульсів, які проходять в різних точках між інструментом і заготівкою – інструмент занурюється у заготівку, утворюючи заглибину, яка являється відбитком поверхні і контуру інструмента.

Механізм проходження процесу.

Стадія 1 – пробій міжелектродного проміжку, в процесі якого в діелек-тричному середовищі утворюється канал суцільної провідності (Рис. 5.).

На стадіях 2 і 3, формується канал розряду, що є зоною крізної провідності, який швидко розширюється, заповнюється плазмою з електронів і іонів з дуже високою температурою.

Рис. 4. Схема електроерозійної обробки.

Це приводить до часткового випаровування, а також розплавлення поверхонь анода і катода, а за рахунок стиснення практично нестискуваної діелектричної рідини. В каналі створюється високий тиск (десятки Мпа), а також газовий пузир, що розширюється з великою швидкістю.

Стадія 4. У газовому пузирі, тиск набагато перевершує атмосферний. Це приводить до перегріву розплавленого металу вище температури плавлення. Після закінчення розряду тиск в газовому пузирі падає нижче атмосферного і відбувається його захлопування. Тиск газу в порожнині падає нижче атмосферного. Це призводить до викиду розплавленого матеріалу який застигає у робочій рідині у вигляді крапель.

Рис. 5. Стадії проходження процесу електроерозійного руйнування.

Перегрітий струмопровідний матеріал вибухоподібно скипає, що приводить до його викиду з поверхонь електродів. Розряд утворює на поверхнях електродів лунки, які збільшують на локальній ділянці розмір міжелектродного проміжку. Велика кількість таких лунок, розміри яких визначаються енергією і тривалістю одиничних розрядів, формує геометрію міжелектродної порожнини.

Після розряду протягом деякого часу відбувається охолодження стовпа каналу і деіонізація речовини плазми в міжелектродному проміжку. Електрична міцність міжелектродного проміжку відновлюється. Час деіонізації рідкого діелектрика складає 10^-6 .÷.10^-2 с. Він залежить від енергії попереднього розряду. Наступний розряд зазвичай виникає вже в новому місці, між двома іншими найближчими точками електродів. Тривалість інтервалів між імпульсами має бути достатньою для видалення із зони розряду продуктів ерозії, а також газової порожнини, яка являється головною перешкодою для виникнення і повторення наступних розрядів. У зв'язку з цим частота розрядів із зростанням їх енергії знижується.

Методи електроерозійної обробки матеріалів можна розділити на електроіскровий, електроімпульсний та високочастотний електроіскровий методи обробки (загальна характеристика).

Електроіскровий метод – характеризується короткою тривалістю імпульсів ( 10^-5÷10^-7с ), відносно невеликою енергією імпульсів, прямою полярністю підключення (+ заготовка, – електрод).

Електоімпульсний метод – характеризується підвищеною тривалістю імпульсів (10^-4 ÷ 10^-1с), оберненою полярністю підключення (– заготовка, + електрод).

Високочастотний метод – характеризується застосуванням імпульсів спеціальної форми. Завдяки цьому він має ряд особливостей.

Мала енергія імпульсів → висока частота обробленої поверхні.

Велика частота слідування імпульсів → висока продуктивність процесу.

Мала тривалість імпульсів → відсутність мікротріщин на поверхні обробленого матеріалу.

Постійність амплітуди імпульсів → зростає точність обробки.

Уніполярність імпульсів → мале зношування електрод-інструменту.

Інтенсивність процесу електроерозії визначається в основному теплофізичними параметрами матеріалу (температура, теплота плавлення і випаровування, теплоємність, теплопровідність, теплоємкість) та електричними параметрами імпульсів (енергія, тривалість імпульсів, амплітуда, частота).

Приклади застосування.

1. Прошивка глухих і наскрізних отворів, як з прямолінійною так і з криволінійною віссю (електрод може бути суцільний).

Рис. 6. Прошивка глухих і наскрізних отворів електроерозійним методом.

1 – заготівка, 2 – електрод-інструмент.

2. Копіювання як пряме так і обернене.

3. Різання, розрізання деталей (диском, стрічкою, дротиною).

4. Шліфування, як диском так і стрічкою.

5. Точіння і розточування.

6. Відновлення матриць і штампів.

7. Видалення зламаного інструменту чи елементів кріплення.

Рис. 7. Приклади застосування ЕЕО

Електрод інструмент.

Матеріал електрод-інструменту повинен мати високу ерозійну стійкість, механічну міцність, мати малий електричний опір, добре оброблятися механічними методами.

Для обробки високовуглецевих інструментальних сталей і жароміцних сплавів на нікелевій основі рекомендується графіт, мідь, композиційні матеріали типу МНБ – 3(~10% Cu, ~3% BN

Для непрофільованого інструменту використовують мідні і латунні диски, тонкий дріт діаметром 0,2 0,13мм з міді, латуні, вольфраму, молібдену.

Зношуваність інструменту складає для міді і латуні 40÷60% від маси знятого матеріалу, а для мідно-графітових композицій 14÷22%.

Робочі рідини.

При електроерозійній обробці в якості робочої рідини використовуються низькомолекулярні вуглеводні різної в'язкості: гас, солярове масло, трансформаторне, індустріальне масло та їх суміші, вода, кремнійорганічні рідини, водні розчини двохатомних спиртів. Для зменшення корозії, при використанні води, добавляють ~4% кальцинованої соди Ca₂CO₃. Також в якості добавок можуть застосовуватись поверхнево активні речовини.

При однаковій продуктивності перевага надається веретенному маслу, порівняно з трансформаторним, бо його температура спалаху більша (165⁰ на відміну від 135⁰ у трансформаторного).

Параметри якості та характеристики процесу.

Продуктивність Q:

k − коефіцієнт, який залежить від теплофізичних констант матеріалу (теплопровідність, питома теплота плавлення і пароутворення, та ін.).

Р – потужність імпульсу (Вт);

w − енергія одиночного імпульсу (Вт·с);

f − частота слідування імпульсів (с^-1).

Термін “продуктивність”, як критерій інтенсивності процесу по видаленню матеріалу, не завжди однозначний. При прошивці круглого отвору суцільним і пустотілим електродом (Рис. 8.) інтенсивність видалення металу однакова (мм³/хв), але швидкість виготовлення отвору у першому випадку менша (видаляється більше матеріалу).

Рис. 8. Варіанти вирізки деталі пустотілим електродом.

Оброблюваність матеріалів при електроерозійній обробці оцінюється як відношення об’ємів видаленого матеріалу заготівки до сталі 45 за тих же умов. Для типових конструкційних матеріалів він складає: W − 0,7; Mo − 0,8

Al – 1,5; Cu – 1,3; Mg – 2,5; Fe – 1; жароміцні сталі – 1,3÷1,8.

Шорсткість поверхні:

β − коефіцієнт перекриття ямок (1≤ β ≤ 2). Він залежить від частоти імпульсів; k – коефіцієнт який визначається матеріалом заготівки (ХН77ТЮР – 6÷7, ВК6 – 1,5÷2); W – енергія імпульсу.

Глибина дефектного шару (h_деф.):

чи

λ – коефіцієнт теплопровідності; τ – тривалість імпульсу; с – теплопровідність; ρ – густина матеріалу; а – температуропровідність; R_z – шорсткість поверхні.

В залежності від режимів обробки на поверхні створюється різна шорсткість, формується дефектний шар різної товщини, появляються залишкові напруги (Таблиця 1).

Таблиця 1.

Характеристики типів обробки електроерозійним методом.

Тип боробки	Режим	Шорсткість (мкм)	Глибина дефектного шару (мм)	Рівень залишкових напруг в металі
чорнова	жорсткий	Rz 80 – 320	0,3− 0,2	високий
напівчорнова	середній	Rz 20 – 40	0,2− 0,1	середній
чистова	м’який	0,8−1,6	0,1− 0,05	низький
доводка	дуже м’який	0,2− 0,4	0,05−0,001	дуже низький

Рекомендована література до НЕ 2.2.: [1–С.83-101, 3–С.175-193]