14. Основы электрофизических и электрохимических методов обработки.

Применение электрофизических и электрохимических методов позволяет выполнять размерную формообразующую обработку материалов, которые трудно или вообще невозможно обработать резанием (это, например, материалы с высокой твердостью - твердые сплавы, керамика, алмаз; высокопрочные и др.). Это достигается за счет высокой концентрацией энергии, достаточной для разрушения межатомных связей обрабатываемого материала, и, таким образом, съема (удаления) части металла с заготовки.

Эти технологии позволяют изготавливать детали, нетехнологичные при механической обработке. Это детали очень сложной конфигурации (например, пресс-формы); нежесткие тонкостенные детали, т. к. при обработке практически не возникает механических нагрузок на обрабатываемое изделие; детали с тонкими (сотые доли миллиметра) пазами и др.

14.1. Электрофизическая обработка.

Электроэрозионная обработка основана на явлении электрической эрозии – разрушение поверхности токопроводящих материалов импульсным электрическим разрядом между двумя электродами (электрическим пробоем межэлектродного пространства). Электродами являются инструмент - катодом и обрабатываемая деталь - анодом. Источником электрических импульсов являются генераторы различного типа (электронные, транзисторные, ламповые).

Разряд происходит в среде диэлектрической жидкости (минеральное масло, керосин). Энергия разряда должна быть весьма высокой, необходимой для электрического пробоя диэлектрика. При продолжительности импульса 10^-5…10^-8 с плотность тока достигает 8000…1000А/мм². В результате воздействия такого высококонцентрированного импульса на обрабатываемую деталь, являющуюся анодом, температура на ее поверхности достигает температур - 10000…12000°С. В результате происходит мгновенное оплавление и испарение элементарного объема металла анода и на его поверхности образуется лунка. Эрозия продолжается до тех пор, пока не будет удалена часть металла заготовки, расположенного напротив катода.

Такая технология позволяет получать сквозные или глухие отверстия любого поперечного сечения, определяемого формой инструмента – катода; вырезание заготовки из листа и т.п.

В электроэрозионных станках используют следящие системы, контролирующие и поддерживающие расстояние между электродами, таким образом, чтобы обработка не прекращалась.

В зависимости от энергии импульса и подачи инструмента-катода, режимы обработки делят на жесткий или средний (для предварительной обработки) и мягкий или особо мягкий (для отделочной обработки). Шероховатость поверхности составляет: при жестком режиме R_z 320…80, при среднем - R_z 40…20, при мягком R_а – 1,6…0,8, при очень мягком R_а – 0,4…0,02.

Ультразвуковая обработка основана на разрушении обрабатываемого материала абразивными зернами под действием инструмента, колеблющегося с ультразвуковой частотой. Источником энергии служат ультразвуковые генераторы тока с частотой 16…30 кГц. Инструмент получает колебания от ультразвукового преобразователя с сердечником из магнитострикционного материала.

Обработка заключается в том, что инструмент, колеблющийся с ультразвуковой частотой, ударяет по зернам абразива, которые скалывают частицы материала заготовки.

Ультразвуковым методом обрабатывают заготовки из хрупких твердых материалов: стекла, керамики, кремния, кварца, алмазов.

Электронно-лучевая обработка позволяет осуществлять размерную обработку заготовок вследствие расплавления и испарения материала с локального участка за счет высокой плотности энергии сформированного и сфокусированного (диаметр несколько мкм) в электронной пушке электронного луча. Процесс осуществляется в вакууме (5·10^-2…10^-3 Па).

Лазерная обработка отличается от электронно-лучевой только источником энергии. Источником светового излучения является лазер оптический квантовый генератор.

Для механической обработки используют твердотельные лазеры. Энергия светового импульса невелика (20…100 Дж), но она выделяется в миллионные доли секунды и сосредоточивается в луче диаметром около 0,01 мм. В фокусе диаметр светового луча составляет всего несколько микрометров, что обеспечивает температуру 6000…8000 °С. В результате этого поверхностный слой материала заготовки, находящийся в фокусе луча, мгновенно расплавляется и испаряется.

Формообразование при электронно-лучевой и лазерной обработке осуществляется системой ЧПУ, управляющей перемещением заготовки, установленной на столе. Области применения этих технологий практически одинаковы: получение сквозных и глухих отверстий диаметром 1…10 мкм, резки заготовок, вырезания заготовок из листового материала, прорезания пазов и т. д.