2.3. Якість поверхні при електроерозійній обробці

В процесі електроерозійної обробки видалення металу з заготовки відбувається за рахунок серії імпульсів, що впливають на ділянки поверхні. При цьому форма і розміри лунки будуть відрізнятися від параметрів поглиблення після одиничного розряду. На рис. 1.16 показано зміна діаметра d_л і глибини h_л лунки в порівнянні з тими ж параметрами (d₁, h₁) після одиничного розряду. Ця різниця буде залежати від відстані l між центрами сусідніх лунок. Для оцінки взаємного впливу імпульсів користуються коефіцієнтом перекриття  = l/d_л.

Розміри отриманих на оброблюваній поверхні лунок зростають з підвищенням енергії імпульсів і зменшенням частоти їх слідування.

Рисунок 16. Схема формування шорсткості поверхні при електроерозійній обробці

Встановлено (рис. 16), що висота нерівностей залежить від ступеня перекриття лунок і визначаться наступним чином:

де - середня глибина однієї з п'яти лунок в межах базової довжини.

Якщо допустити, що розміри всіх лунок на ділянці поверхні, де вимірюють шорсткість, однакові, то можна вважати . Так як розмір лунки залежить від енергії імпульсу, то висоту нерівностей на оброблюваній поверхні можна визначити так:

де - коефіцієнт, що залежить від режиму обробки, матеріалу електродів, їх розмірів, виду і стану робочого середовища (так, на чистових режимах при обробці твердих сплавів = 1 ... 5 при обробці сталей = 2... 12; на чорнових режимах =10...50); р - показник степені, який характеризує форму лунки; в розрахунках приймають р = 1/3.

В залежності від режиму і оброблюваного матеріалу електроерозійна обробка забезпечує наступну шорсткість поверхні: 0020При зміцненні і легуванні висота нерівностей підвищується зі збільшенням товщини шару, що наноситься та становить Rz = 10 ... 200 мкм.

При електроерозійній обробці порушений поверхневий шар формується за рахунок частини розплавленого металу, що залишився на поверхні лунки, і прилеглого до неї шару металу зі структурними змінами через швидке нагрівання та охолодження матеріалу.

На рис. 17 показана схема будови поверхневого шару після електроерозійної обробки. Він складається з так званого білого шару 1, в якому мають місце хіміко-термічні перетворення; перехідного шару 2, в якому відбуваються лише термічні зміни і під яким розташовується метал 3 заготовки, що не зазнав змін. Змінена зона, утворена білим шаром, містить продукти діелектричного середовища, а саме вуглець і елементи, що входять до складу електрода-інструменту. У заготовок із сталі в цій зоні утворюються карбіди заліза, що сприяють зміцненню поверхні. Якщо обробка ведеться імпульсами високої енергії, то на початку розряду нагрівається і плавиться метал на поверхні, після чого теплота розповсюджується вглиб. Тому для нагріву внутрішніх шарів потрібен якийсь час. Так як час розряду малий, а потужність його значна, то виникає велика різниця температур по глибині. Зовнішні шари як більш нагріті розширюються більше. Однак на початку розряду метал у зоні лунки не володіє достатньою пластичністю, тому в ньому можуть виникнути значні внутрішні напруження. В кінці імпульсу в результаті різкого охолодження нагрітого металу робочим середовищем знову виникає великий перепад температур під лункою і з'являються внутрішні напруги, які призводять до утворення мікротріщин. Особливо дане явище проявляється при обробці твердих сплавів. У цьому випадку товщина зміненого шару значно перевищує висоту нерівностей.

Рисунок 17. Схема будови поверхні шару після електроерозійної обробки

Товщину Н зміненого шару можна умовно визначити розрахунковим шляхом з урахуванням граничної температури, глибини одиничної лунки h₁ і відстані h₂ від поверхні до межі, де мають місце зміни оброблюваного металу, тобто де спостерігається температура початку фазових перетворень матеріалу заготовки. Як показано на рис. 18, Н = h_1- h₂ .При цьому товщину зміненого фазового шару розраховують для донної частини лунки, що дозволяє визначати справжню його величину без урахування впливу сусідніх імпульсів.

Для розрахунку глибини зміненого шару використовують залежність

де В - коефіцієнт, що залежить від фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу, приймається .

У випадках обробки в повітряному середовищі тривалість імпульсів більше, ніж при роботі в рідини, тому глибина зміненого шару виявляється значно більше. Після електроконтактного розрізання в повітряному середовищі на заготовці формується лита структура.

Нижче наведена глибина Н (в міліметрах) зміненого шару сталевих заготовок в залежності від технологічної схеми обробки.

Чорнова обробка (на електроімпульсному режимі) 0,1 ... 0,4

Чистова обробка (на електроіскровому режимі) 0,004 ... 0,1

Шліфування в рідини 0,005 ... 0,08

Розрізання в рідини 05…0,1

Електроконтактна обробка на повітрі 5.

Слід зазначити, що у всіх сплавів при Н0,1мм, як правило, спостерігаються мікротріщини.

Одним із способів зниження товщини зміненого шару в декілька разів є попередній підігрів заготовки. Однак його використання вимагає застосування негорючих робочих середовищ, що ускладнює конструкцію верстатів та їх експлуатацію.

Стан поверхневого шару визначають експлуатаційні показники матеріалу деталей (зносостійкість, циклічна міцність, корозійна стійкість). При електроерозійній обробці позитивним є збільшення міцності поверхні при збереженні в'язкої серцевини, що підвищує зносостійкість поверхні. Наявність на поверхні великої кількості лунок і їх плавне сполучення сприятливо позначається на умовах утримання мастила, так як ц лунки виконують роль мікрокишень.