Раздел VI. Технология электроэрозионной обработки
Тема 14. Электрофизические и электрохимические методы обработки
14.1. Электроэрозионные методы
Электроэрозионные методы основаны на эрозии (разрушении) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного электротока. Различают электроискровую и электроимпульсную обработки. В обоих случаях используется энергия электрического разряда, который возникает при достижении определенной разности потенциалов на электродах в межэлектродной среде, которой являются диэлектрики (минеральное масло, керосин). Прохождение тока через диэлектрик обеспечивается за счет ионизации среды, в которой образуется канал проводимости. Именно по нему и осуществляется импульсный искровой или дуговой разряд. Плотность тока достигает 8000 ... 10000 А/мм2, а время разряда всего 10-5 ... 10-8 с. При этих условиях на поверхности электродов, одним из которых является заготовка, температура возрастает до 10000 ... 12000 С, что приводит к расплавлению и испарению элементарного объема металла, и на поверхности появляется лунка. Удаленный металл застывает в жидкости в виде гранул диаметром 0,01 ... 0,05 мм. Зазор между инструментом-электродом и деталью для обеспечения пробоя поддерживают 0,01 ... 0,05 мм. По мере испарения металла зазор восстанавливается за счет сближения электродов с помощью следящих приборов, которые входят в состав систем числового программного управления (ЧПУ), которыми оснащаются станки.
Достоинствами метода являются: возможность получения отверстий самой различной формы, отсутствие больших сил взаимодействия между инструментом и обрабатываемой деталью. Поэтому не возникает наклепа, поверхностных дефектов, прижогов. Отсутствие таких дефектов повышает прочность (особенно усталостную), коррозионную стойкость, по сравнению с лезвийным и абразивным резанием. Кинематика станков проста. Обеспечивается точное регулирование и автоматизация процесса, универсальность, возможность обработки очень сложных наружных и внутренних поверхностей.
Эти методы наиболее обоснованно применять для обработки очень прочных, хрупких или вязких материалов, очень тонких (фольга) листов из различных материалов.
Электроискровая обработка (рис. 14.1, а). Источником разряда является генератор импульсов, который состоит из резистора R и конденсатора С, к которым подведено напряжение от источника постоянного тока. Используется ток прямой полярности (электрод – катод, изделие – анод), время импульса 20 ... 200 мкс. Электроды-инструменты изготавливаются из латуни, меди, могут быть меднографитовыми. Для предварительной обработки используют жесткий или средний режимы (ток более 100 А, энергия импульса 0,5…5 Дж). Для окончательной применяют мягкий режим (ток менее 10 А, энергия разряда 0,005…0,05 Дж). Обеспечивается точность обработки по 6…8 квалитетам, шероховатость Rа = 2,5 ... 0,4 мкм, производительность 35 ... 1200 мм3/мин.
Этим методом можно обрабатывать ограниченные поверхности (250…1500 мм2). Хорошо обрабатываются труднообрабатываемые резанием твердые сплавы, неметаллы: алмаз, кремний, германий (полупроводники).
Недостатком является низкая производительность, при жёстких режимах образуется дефектный слой до 0,5 мм.
Кроме размерной обработки, этот метод применяется для упрочнения поверхностей деталей путем нанесения тонкого слоя металла или композита.
Электроимпульсная обработка (рис. 14.1, б). Источником разряда является машинный преобразователь, преобразующий ток промышленной частоты в ток повышенной частоты низкого напряжения. Применяются более мощные разряды по сравнению с электроискровой обработкой, поэтому производительность процесса в 8…10 раз больше. Обработку можно выполнять на больших площадях (до 240 см2) с высокой производительностью (до 5000 мм3/мин). Длительность элекроимпульсов в виде дугового разряда значительно больше = 500 ... 10000 мкс, поэтому шероховатость поверхности на 1…3 класса ниже, чем для электроискровой обработки.
Общим недостатком электроискровой и электроимпульсной обработок является малая стойкость электродов-инструментов. Их приходится заменять после обработки 5…10 деталей.
Электроконтактная обработка (рис. 14.1, в) применяется для обрубки литья, чернового шлифования корпусных деталей. Резание происходит в результате локального нагрева вплоть до плавления заготовки в месте контакта за счет импульсных дуговых разрядов от переменного тока. Диск не расплавляется из-за быстрого вращения (30 ...80 м/с) и охлаждения. Метод имеет высокую производительность, большую мощность, обеспечивает хорошую (для черновой обработки) шероховатость (Rа 50 мкм).
Анодно-механическая обработка основана на сочетании электромехани-ческих и электротермических процессов и занимает промежуточное место между электроэрозионным и электрохимическим методами. Обработку выполняют в среде электролита, подаваемого через сопло. При прохождении постоянного электрического тока происходит процесс анодного растворения, и при соприкосновении инструмента-катода с микронеровностями обрабатываемой поверхности заготовки-анода происходит процесс электроэрозии.
а
б в
г
Рис. 14.1. Схемы
электрофизической обработки:
а – электроискровая;
б – электроимпульсная; в –
электроконтактная;
г – анодно-механическая