30. Физико-химические методы размерной обработки. Электроэрозионная обработка и электрохимическая обработка.

Физико-химические методы размерной обработки

В настоящее время широко применяются конструкционные и инструментальные материалы (металлокерамика и минералокерамика, тугоплавкие сплавы на основе вольфрама, ситаллы и др.), которые трудно обрабатываются резанием. Поэтому в машиностроении и приборостроении применяются физико-химические методы размерной обработки, получившие большое развитие в последние годы. К ним относятся электроэрозионный, электрохимический, ультразвуковой, электронно-лучевой, светолучевой и химический методы. В этих способах разрушение поверхностных слоев обрабаты­ваемого материала обычно происходит не за счет больших пласти­ческих деформаций (как это имеет место при резании), а путем химической или электрической эрозии. Химическая эрозия — это местные разрушения металла под действием химических или электрохимических процессов. Электрическая эрозия — это на­правленный выброс металла под действием импульсных электри­ческих разрядов.Все физико-химические методы размерной обработки не исклю­чают, а дополняют существующие процессы резания. Обычные процессы резания являются основным методом изготовления большинства деталей. Новые методы наиболее эффективны в тех случаях, когда на обычных металлорежущих станках трудно, а иногда и невозможно изготовить деталь сложной формы, а также при необходимости уменьшить отходы в стружку при обработке деталей из дорогих и дефицитных материалов.

Электроэрозионная обработка. Электроэрозионные методы основаны на использовании явле­ния электрической эрозии — направленного разрушения токопроводящих материалов в результате теплового действия импульсных электрических разрядов. Электроэрозионные методы наиболее эффективны при изготовлении деталей сложной конфигурации из труднообрабатываемых материалов: пресс-форм, кокилей, про­катных валков, отверстий в форсунках, цельнометаллических сит и сеток (с перемычками до 8 мкм), прецизионных деталей электровакуумной аппаратуры, обработки отверстий сложной формы в маложестких деталях, клеймении деталей, поверхностном упрочнении (легировании) и др. Электрическая эрозия происходит в результате испарения, плавления и гидродинамического выброса расплавленного ме­талла. Кроме того, при коротких импульсах тока для тугоплав­ких материалов с малой пластичностью из-за термических напря­жений может происходить хрупкое разрушение поверхностных слоев.

На рис. XI.1 показана принципиальная схема электроэрозион­ной обработки. Электрод-инструмент 1 и обрабатываемая деталь 2 погружены в рабочую жидкость (обычно неэлектропроводную — керосин, масло) и соединены с генератором электрических импуль­сов 3. Все процессы, вызывающие электроэрозионную обработку, протекают в межэлектродном промежутке (МЭП). При подводе напряжения в МЭП возникает электрическое поле. Максимальная напряженность будет между наиболее близкими микровыступами на поверхностях инструмента и детали. При определенном зна­чении напряженности поля электрическая прочность рабочей жидкости нарушается, происходит электрический пробой проме­жутка и образуется канал проводимости. Возникает импульсный разряд, и в канале разряда выделяется тепловая энергия, вслед­ствие высокой плотности которой материал плавится и испаряется. Количество тепла, выделяющегося на каждом из электродов, неодинаково и зависит от их полярности, а также параметров разряда (энергии, частоты и длительности импульсов). Обрабатываемую деталь соединяют с тем полюсом, на котором выделяется большая доля тепла. В процессе обработки электрод-инструмент перемещается и с помощью специального регулятора поддержи­вается постоянная величина МЭП (обычно в пределах 5—100 мкм). В результате единичного электрического разряда на обрабатываемой детали образуется лунка. Размеры лунки пропорциональны энергии импульса.

Рис. XI. 1. Принципиальная схема электроэрозионной обработки:

При воздействии на металл серии импульсов обработанная поверхность формируется в результате перекрытия отдельных лунок. Обрабатываемость материалов электроэрозионным методом за­висит от их теплофизических свойств, электрических параметров импульсов и свойств межэлектродной среды. Стали и жаропроч­ные сплавы имеют примерно одинаковую обрабатываемость. При обработке алюминия и его сплавов производительность на 30— 50% выше, чем сталей. Твердые сплавы обрабатываются в 5— 6 раз хуже, чем стали.