МІНІСТЕРСТВO OCВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГІЇ МАШИНОБУДУВАННЯ

Методичні вказівkи

до виконання практичних робіт

з курсу

"Електрофізичні та електрохімічні методи обробки матеріалів"

для студентів спеціальностей

7090202 «Технологія машинобудування»

та 7090203 «Металорізальні верстати та системи»

Кривий Ріг

2005

Укладач: Н.І. Цивінда

Відповідальний за випуск: М.В. Кіяновський

Рецензент: А.Г.Дербас

Методичні вказівки до виконання практичних робіт з курсу "Електрофізичні та електрохімічні методи обробки матеріалів" для студентів спеціальностей 7.090202 «Технологія машинобудування» та 7.090203 «Металорізальні верстати та системи» вміщують теоретичні матеріали, приклади виконання розрахунків необхідних для оволодіння курсом, а також для самостійної роботи.

Розглянуто на засіданні кафедри ТМ Протокол № 3 від 20 2005 р.

Схвалено на вченій раді ММФ Протокол № 2 від 16.11. 2005 р

Тема 1 електроерозійна обробка

До сучасних методів електроерозійної обробки відносять: електроіскрову,електроімпульсну та електроконтактну обробку. В основі цих методів лежить використання енергії електричного розряду , який збуджується між електродом- інструментом та оброблюємою заготовкою для видалення металу при формоутворенні деталі.

Електроіскрова обробка широко використовується в промисловості при виготовленні деталей з важкооброблюємих струмопровідних матеріалів (обробка порожнин штампів, прес-форм, ливарних форм, одержання отворів різної конфігурації, виготовлення криволінійних щілей і пазів, контурне різання, клеймення, видаленя зламаних інструментів та кріплення з деталі і т.п.)

1.1 РОБОЧЕ СЕРЕДОВИЩЕ

Більшість операцій при електроерозійній обробці проводять у рідині. Вона забезпечує умови , необхідні для видалення продуктів ерозії з міжелектродного проміжку, стабілізує процес, впливає на електричну міцність міжелектродного проміжку. Рідини придатні для електроіскровой обробки, повинні володіти відповідною в'язкістю, електроізоляційними властивостями, хімічною стійкістю до дій розрядів і бути безпечними в експлуатації.

Таблиця 1-Вибір робочої рідини

Вид робочої рідини	Температура спалаху, С		Характеристика робіт	Характеристика імпульсів
1	2		3	4
Гас освітлювальний	40		Точна обробка складнопрофільних поверхонь середніх розмірів, прошивання малих отворів	Мала тривалість, велика скважність при малій і середній потужності.
Гас освітлювальний важкий/ піронафт/	90		Теж, при більших оброблювальних поверхнях	Теж при трохи більшій потужності
Паливо дизельне С та ДС	90		Обробка поверхонь середньої складності	Теж при середній складності
Мастило індустріальне селективного очищення И- 12А, И-20А, И- 3ОА	165-190		Високопродуктивна обробка поверхонь великих розмірів невисокої точності,наступна їхня обробка на доводочних режимах	Велика тривалість, мала скважність висока частота при середньої потужності генератора імпульсів
Вода і водяні емульсії	*		Обробка заготівель., що не допускають забруднень , різання твердих сплавів дротовим інструментом, грубе різання і обдирання обертаючим ЕІ	Мала тривалість, середня скважність при малої потужності генератора імпульсів, обробка на перемінному струмі при великий потужності
мастило индустріальне. марок: трансформаторне, веретенне, машинне	*	Высокапродук-тивність обробка поверхонь великих розмірів невисокої точності, наступна їх обробка на доводочних режимах		Велика тривалість, мала скважність, висока чистота при середній потужності генератора імпульсів

1.2 ВИБІР МАТЕРІАЛУ ЕЛЕКТРОДА-ІНСТРУМЕНТА

Вибір матеріалу електрода-інструмента визначає величину його зносу, припустимий граничний електричний режим обробки , а, отже і швидкість знімання метала і технологічні особливості виготовлення електрода-інструмента.

ЕЛЕКТРОДИ-ІНСТРУМЕНТИ З ЧЕРВОНОЇ МІДІ

дають можливість робити електроімпульсну обробку на самих продуктивних режимах, забезпечують найбільш стабільний плин процесу і дозволяють застосовувати нежорсткі електроди малих перетинів. Недоліком цього матеріалу є його дифіцитність, висока вартість і порівняно низька електроерозійна стійкість.

Електроди з міді застосовують для прошивання отворів малого діаметру і вузьких щілин, для обробки трубчастими електродами з малою товщиною стінки, наприклад, при витягуванні зламаного інструмента, при обробці твердих сплавів і чистовій обробці на підвищених частотах.

ЕЛЕКТРОДИ-ІНСТРУМЕНТИ З АЛЮМІНІЮ І ЙОГО СПЛАВІВ

дають більш низькі показники з стабільності процесу й електроерозійної стійкості, ніж мідні. Однак, завдяки дешевизні алюмінію і порівняної легкості одержання литих, штампованих електродів складної форми , алюміній знаходить застосування при попередній електроімпульсній обробці на грубих режимах при обробці порожнин і отворів у деталях з жароміцних сплавів і сталі, наприклад, при попередній обробці кувальних штампів, прес-форм, кокілів.

ЕЛЕКТРОДИ-ІНСТРУМЕНТИ ІЗ СІРОГО ЧАВУНУ

мають ерозійну стійкість, близької до міді, стабільний процес при їхньому застосуванні. спостерігається в порівняно обмеженій області при невеликій потужності, що підводиться до електролітів. Вони застосовуються, наприклад, при обробці твердих сплавів електродом-інструментом,що обертається.

ЕЛЕКТРОДИ-ІНСТРУМЕНТИ З ГРАФІТИЗОВАНОГО МАТЕРІАЛУ

знаходять саме широке застосування при електроімпульсній обробці завдяки їхній високій електроерозійній стійкості, гарній оброблюваності та низкій собівартості. По стабільності процесу електроди марки ЕЕГ трохи поступають мідним , особливо на чистових режимах обробки. Обмеження застосування графітизованого матеріалу диктується головним чином його порівняно низькою механічною міцністю. Він не придатний для прошивання отворів малого діаметра, вузьких щілин. Крім того, застосування матеріалу ЕЕГ накладає згадані вище обмеження на граничні режими електроерозійної обробки, але це обмеження може бути усунуте шляхом використання багатоконтурної обробки.

ЕЛЕКТРОДИ-ІНСТРУМЕНТИ З ВОЛЬФРАМУ

використовуються для прошивання малих отворів і щілин, для вирізання дротовим електродом, що переміщуеться.

ЕЛЕКТРОДИ-ІНСТРУМЕНТИ З ЛАТУНІ

використовуються для шліфування прецизійних деталей, одержання отворів малих розмірів, профілювання зовнішніх поверхонь, прошивання отворів у магнітних сплавах, вирізання дротовим електродом, що переміщається, нарізування різьб у металокерамічних твердих сплавах.

1.3 КОНСТРУКЦІЯ ЕЛЕКТРОДІВ-ІНСТРУМЕНТІВ

Конструкція електродів-інструментів залежить від їхньої форми, розмірів і обраного матеріалу. По конструкції електроди-інструменти бувають суцільні і збірні. Електроди з графітового матеріалу марки «ЕЕГ» виконуються з металевими хвостовиками, призначеними для кріплення збірного електрода-інструмента в патроні верстата. Окремі хвостовики роблять і для алюминіевых і мідних електродів-інструментів з метою спрощення робочої частини, що швидко зношується і підлягає частій зміні. В електродів-інструментів простої форми при малій серійності деталей ( наприклад, в електродів-інструментів для витягування зламаного інструменту ) хвостова і робоча частина виконуються як одне ціле для багатоконтурної обробки робоча частина електроду-інструменту виконується з декількох ( по числу контурів) .елементів закріплених на загальній підставі з ізолятора (наприклад, текстоліту). Підведення струму виконується окремо до кожного контуру.

Непрофілюємі електроди-інструменти виготовляють у вигляді стрижнів, трубок чи з прокату довільних перетинів.

У профілюємому електроді-інструменті для прокачування робочої рідини усередині його створюється порожнина чи отвір, що за допомогою штуцера з'єднується зі шлангом подачі робочої рідини. З цієї порожнини робоча рідина через ряд отворів малого діаметра / 1-2,5 мм/ подається в робочу зону.

Профілювання робочої частини електроду-інструменту має рішуче значення для забезпечення необхідної точності обробки. Для чорнових електродів розміри робочої частини профілю зменшують з урахуванням величини міжелектродного зазору і припуску на наступну обробку, котра служить для видалення більшої частини дефектного шару., забезпечення точних розмірів оброблюваної порожнини й одержання необхідного класу чистоти оброблюваної поверхні. На остаточні розміри обробленої порожнини впливає зношення електроду-інструменту.

При прошиванні наскрізних отворів застосовується так назване калібрування. Після того як отвір отриманий, процес продовжується. Електрод-інструмент подається на значну глибину, і в оброблений отвір входить його частина доти поки отвір не матиме вірну циліндричну форму і розряди не припиняться.

1.4 РОЗРАХУНОК РОЗМІРІВ ЕЛЕКТРОДІВ- ІНСТРУМЕНТІВ

(При прошиванні отворів невеликої глибини, постійного, круглого перетину.)

Діаметр електроду-інструменту разраховують по формулі:

Dr=D_д2S₆, (1.l)

де D_д-розмір отвору в деталі, мм

S_б - бічний зазор, що залежить від режимів обробки, мм

На чорнових режимах S_б-0, 15-0,5 мм, на чистових S_б=0,005-0,05 мм.

Довжина електрода-інструмента розраховується по формулі:

L=L1+ L2 +L3 +L4 (1.2)

де L1- глибина отвору, мм

L2- ділянка закріплена у электротримачі,

L2 >(2-3)d ,мм ; (1.3)

L3-ділянка для компенсації зношення електроду-інструменту, мм.

L₃=L₁Y /100 (1.4)

Y- питоме зношення, яке визначається по нормативних матеріалах, котрий залежить від матеріалу електрода-інструмента, оброблювального матеріалу і режимів обробки.

Lз- довжина ділянки, необхідна для калібрування отвору, мм.

L4=(1,2-1,8)L2 –якщо отвір наскрізь (1.5)

Якщо отвір глухий -L4 відсутнє.

Таблиця 1. 2- Питоме зношення у %, в залежності від марки оброблюваного матеріалу і марки електроду-інструменту

Матеріал деталі	Матеріал електрода-інструмента	Питоме зношення
Вуглецева, легована сталь, магнітний сплав	Мідь Алюміній Вольфрам латунь	10 15 10 10
Алюміній	Мідь Вольфрам латунь	5 5 5
Титановий сплав	Мідь ЕЕГ	5 15
Мідь	Мідь Латунь ЕЕГ	30 25 20
Твердий сплав	Мідь чавун	60 60

1.5 ВИГОТОВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОДІВ-ІНСТРУМЕНТІВ

Виготовлення електродів-інструментів відбувається механічною і слюсарно-механічною обробкою, литтям у земляні опоки, по виплавляємим моделям, у кокіль, рідким штампуванням, ковкою в штампах, карбуванням і прокаткою на вальцах.

Мідні електроди -інструменти можна виготовляти всіма зазначеними способами, але варто уникати методів лиття, тому що при цьому погіршуються властивості електродів (знижується стабільність процесу електроімпульсної обробки).

Алюмінієві електроди можуть виготовлятися кожним зі згаданих способів. Найбільш вигідні є методи лиття. Електроди з графітизованного матеріалу марки ЕЕГ виготовляються механічною обробкою на металорізальних верстатах: фрезерних, копіювально-фрезерних і токарних (при обробці електродів циліндричної і конічної форми). Остаточна обробка електродів складної форми відбувається слюсарно-механічним способом.

1.6 ПРОДУКТИВНІСТЬ ОБРОБКИ.

Оцінюється відношенням чи обсягу маси вилученого метала до часу обробки.

Q=V/t, (1.6)

де V- обсяг знятого матеріалу

t- час обробки.

Однак, цей критерій не можна брати для процесу відрізання, тому що велика частина матеріалу віддаляється у вигляді цілого шматка. У цьому випадку продуктивність визначається згідно з формулою:

Q= S/t, (1.7)

де S- площа поперечного перерізу, мм

Якщо вести процес обробки при постійній енергії імпульсів, то продуктивність можна оцінювати як добуток імпульсів на їхню частоту.

У табличних додатках приводиться продуктивність визначеного виду електроерозійної обробки в залежності від використовуваного устаткування.

1.7 ОСНОВНИЙ ЧАС ОБРОБКИ

t=Z/Vи, хв (1.8)

де Z - розмір припуску на обробку, береться рівним поглибленню електрода-інструмента в напрямку подачі., мм

V_H -швидкість подачі електрода-інструмента, мм/хв, визначається по формулі;

V_H=Q/S (1.9)

де Q -продуктивність верстата,мм/хв

S - площа проекції оброблювальної поверхні, що знаходиться перпендикулярно руху подачі.

Таблиця 1.3- Деякі технологічні дані електроерозійної обробки

Найменування оброблюваного матеріалу	Матеріал электродуінструменту	Генератор імпульсів	Область застосування	Технологічн характеристики результатів обробки
1	2	3	4	5
Вуглецева та легована інструментальна сталь	Латунь, мідь	RC, RCL RLCL,СС	Прошива- ння отворів і порожнин у штампах і пресформахфільтрах і ситах	Якісна завершальна обробка. Висота мікронерівностей 8-12 мкм. Точність обробки 0,03-0,05 мм Продуктивність обробки 10-15 мм3 /хв.
Вуглецева та легована сталь інструментальна сталь	Теж	RC,RCL	Калібрування отворів, чистова обробка порожнин чеканочних штампів,клеймення, прецизійні деталі	Якісна завершальна обробка .Висота мікронеровностей 2-5 мкм. Продуктивність обробки 0,2-1 мм3/хв. Точність обробки 0,01-0,02мм.
Вуглецева та легована інструментальна стал сталь	Мідь, графит, ЕЕГ	МГИ-2, МГИ-3	Одержання порожнин ковальських штампів	Попередня обробка. Висота мікро нерівностей 150-250 мкм Продуктивність обробки. 2000-6000 мм3/хв
Вуглецева та легована інструментальна сталь	Мідь	ВГ-3В ГІТ 1М	Прошива- ння отворів і порожнин невеликого обсягу дрібних вирубних штампів	Завершальна якісна обробка .Висота микронерів ностей 7- 15мкм. Продуктивність обробки 20-50 мм3/хв. Точність обробки 0,02-0,05 мм
Вуглецева та легована конструкційна сталь	Латунь, вольфрам	RC	Прошива ние малих отворів і щілин	Завершальна якісна обробка .Висота нерівностей 7-15 мкм. Продуктив ність обробки 0,03- 0,05 мм3/хв. Точність обробки 0,01-0,03 мм
Вуглецева та легована конструкційна сталь, неіржавію та сталь жароміцні сплави	Латунь	RC	Шліфування	Попередня і завершальна обробка Висота мікронерів ностей 15- 35 мкм. Продуктивність обробки 0,3-1,5 мм3/хв. Точність обробки 0,02-0,005мм
Вуглецева- та легована конструкційна та інструментальна сталь	Сталь.	Вентильний (однона півперіод ний випрямляч)	Розрізування заготівок	Попередня обробка Висота мікронерів-- ностей до 0,5 мм. Продуктивність 30 г/ хв Точність обробки 1-2 мм .Закалювання поверхні на глибину 1-2 мм.
Вуглецева- конструкційна сталь	Латунь	RC	Вирізання методом трепанації панелів пристроїв	Завершальна обробка Висота мікронеров- ностей 45- 75 мкм. Продуктивність обробки 300 мм3/хв. Точність 0, 3 мм
Вуглецева- інструментальна та легована- конструкційна сталь	латунь вольфрам	RC	Вирізання проволко- вим електродом, який переміщуєть ся,шаблонів, кулачків,деталей складної форми	Попередня і завершальна обробка Висота мікронеров ностей 12- 20 мкм. Продуктивність обробки 4-8 мм3/ хв. Точність обробки 0,01-0,02мм.
Жароміцні сплави	Мідь, ЕЕГ	МГИ-2, МГИ-3	Одержання порожнин, обробка зовнішніх поверхонь при поступальному русы ЕІ лопаток газових та ін. турбін	Попередня обробка Висота микронеров ностей 50- 20 мкм. Продуктивність обробки 2000- З000мм3/хв . Точність обробки 0,5-1мм. Спостер. сітка мікротріщин глибиною 0,3-0,5 мм
Жароміцні сплави, неіржавіючі сталі	Мідь, латунь , вольфрам	RC	Одержання Отворів діаметром 0,15- 2 мм у розпилю вачів,форсуно, діафрагм, сит	Завершальна обробка Висота нерівностей 80-120 мкм Точність обробки 0,02-0,05 мм. Продуктивність обробки 0,05- 0,2 мм3/хв
Металокерамічні тверді сплави Металокерамічні тверді сплави	Латунь, чавун	RC , високочастотні ГІТ-1м, ГІТ-2	Обробка отворів, профілювання зовнішніх поверхонь, елементів вирубних штампів, філ'єр, профільних різців	Попередня обробка з послідуючим доведенням робочих поверхонь абразивними і алмазними порошками. Висота мікронерівностей 3-5 мкм. Точність обробки 0,01-0,02мм. Продуктивність обробки 10-30 мм3/хв. Дефектний шар 0,03-0,2 мм.
Металокерамічні тверді сплави	Чавун, мідь	RC, ГІТ-1м, ГІТ-2	Обробка плоских поверхонь шліфуванням,штампів, різців. обробка тіл обертання	Попередня обробка з послідуючим доведенням робочих поверхонь абразивними і алмазними порошками. Висота мікронерівностей 3-5 мкм. Точність обробки 0,01-0,02мм. Продуктивність обробки 10-30 мм3/хв. Дефектний шар 0,03-0,2 мм.
Металокерамічні тверді сплави	Латунь, чавун	RC	Нарізання різьб в матрицях штампів	Кріпильні різьби невисокої точності (завершальна обробка). Попередня обробка з послідуючим алмазним шліфуванням та доведенням.
Металокера- мічні тверді сплави	Латунний дріт	RC	Вирізання проволковим електродом інструмент ом,який перемыщуіться матриці вирубних філєри	Продуктивність обробки 4-7 мм3/хв. Высота мікронеров ностей 5- 8мкм. Точність обробки 0,01
Магнітні сплави	Латунь	RC	Прошивання отворів в деталях приборів та апаратів	Продуктивність Обробки 100 мм3/хв. Висота мікронерів- ностей 45- 50 мкм. Точність обробки 0,1 мм. Використовується для кріпильних отворв

1	2	3	4	5
Магнітні сплави	Чавун	RC МГИ-2, МГИ-3	Шліфування площин в деталях приборів та апаратів	Попередня обробка по зняттю ливарного припуску Продуктивніст- обробки до 10 г/хв Завершальна обробка, абразивне шліфування для зняття дефектного шару і зглажування поверхонь
Магнітні сплави	Чавун	Генератор з сковзаючою дугою	Шліфування тіл обертання в роторах генераторів, магніти для приборі в і апаратів	Попередня обробка по зняттю ливарного припуску Продуктивніст- обробки до 30 см3 /хв. Висота мікронерівностей 0,2 0,4 мм.
Магнітні сплави	Латунь	RC	Прошивання малих творів в деталях вимірювальних приборів	Продуктивніст- обробки 0,5-2 мм3 /хв.Точність 0,01-0,02 мм.
Магнітопроводи з листової електротехнічної сталі ,персмалоя, ХВП	Чавун	RC	Шліфування площин та тіл обертання стрычкових трансформаторів,роторів,статорів ел.машин	Завершальна обробка з метою усунення замикань між пластинами магнітопроводів. Продуктивність обробки 10-30 мм3/хв Точність 0,005-0,1 мм
Вольфрам	Латунь, мідь	ГКИ	Вирізання методом трепанації	Попередня обробка. Продуктивністьобробки до 100 мм3 /хв. Висота мікронерівностей 10 20 мкм.
Вольфрам	Трубка латунна	ГКИ	Прошивання глибоких отворів	Теж, нагнітаня робочої рідини через електрод-інструмент