3. Якість поверхні
У результаті електроерозійної обробки поверхня здобуває характерні нерівності, а приповерхневі шари металу фізико-хімічно змінюються. Це впливає на експлуатаційні показники оброблюваних деталей.
Оброблювана поверхня формується з перекриваючих одне одного довільно розташованих поглиблень. Розміри поглиблень залежать від енергії імпульсу і матеріалу електродів. Вони зростають з ростом енергії імпульсів і зменшенням частоти їхнього проходження. Висота нерівностей hл залежить від степені перекриття заглиблень. Висота нерівностей профілю
де hлі –глибина однієї з п'яти лунок у межах базової довжини.
Якщо допустити, що розміри всіх лунок на ділянці поверхні, де проводяться виміри шорсткості, однакові, то можна вважати Rz~ hл. Оскільки розмір лунки залежить від енергії імпульсу, то можна висоту нерівностей виразити через енергію імпульсу:
де kн – коефіцієнт, що залежить від режиму обробки, матеріалу електродів, їхніх розмірів, виду і стану робочого середовища;
р = 0,3...0,04 – показник ступеня, що характеризує форму заглиблення.
При чистових режимах для твердих сплавів kн=1...5, для сталей kн=2...12; при чорнових режимах kн =10...50. При вимірі висоти нерівностей варто враховувати специфіку поверхні після електроерозійної обробки.
Шорсткість після обробки в електроіскровому режимі твердих сплавів Ra= 0,2...0,3 мкм; після обробки сталей Ra =0,3...0,6 мкм.
Після обробки в електроімпульсному режимі Rz = 20...40 мкм; при шліфуванні в рідині Ra = 0,5...0,8 мкм; при розрізуванні Rz = 80... 200 мкм; при електроконтактному обдирному шліфуванні і розрізуванні на повітрі Rz = 150 ... 400 мкм. Висота нерівностей при зміцненні і легуванні зростає зі збільшенням товщини нанесеного шару: Rz = 10 ... 200 мкм.
4. Поверхневий шар
Поверхневий шар формується за рахунок частини розплавленого металу, що залишився на поверхні заглиблення, і прилягаючого до нього шару металу, зі структурним змінам від швидкого нагрівання й охолодження матеріалу. Поверхневий шар складається з так називаного білого шару 1, в якому спостерігаються хіміко-термічні перетворення, перехідного шару 2, у якому мали місце тільки термічні зміни і під яким знаходиться незмінений метал 3 заготовки (рис. 1.19).
Рисунок 1.19 Структура поверхневого шару
Змінена зона, утворена шаром 1, містить продукти діелектричного середовища, зокрема вуглець і елементи, що входять до складу електрода-інструменту. У сталевих заготовок у цій зоні утворюються карбіди заліза, що сприяють зміцненню поверхні.
Якщо метал обробляють імпульсами високої енергії, то на початку розряду нагрівається і плавиться метал на поверхні; потім теплота проникає всередину. Для нагрівання внутрішніх шарів потрібно якийсь час. Оскільки час розряду невеликий, а потужність його значна, то виникає велика різниця температур по глибині. Зовнішні шари, як більш нагріті, розширюються більше, внутрішні – менше. Однак метал у зоні заглиблення на початку розряду не має достатню пластичність, тому в ньому виникають значні внутрішні напруження, що викликають розрив. Наприкінці імпульсу під дією різкого охолодження нагрітого металу рідким робочим середовищем знову виникає великий перепад температур під заглибленням і з'являються внутрішні напруження, що теж викликають тріщиноутворення. Особливо схильні до розтріскування крихкі матеріали, наприклад тверді сплави. Товщина зміненого шару після серії імпульсів значно перевищує висоту нерівностей. Вона залежить від теплофізичних властивостей матеріалу заготовки, температури, при якій відбуваються фазові перетворення оброблюваного металу, і інших причин.
При обробці в повітряному середовищі тривалість імпульсів звичайно більше, ніж при процесі в рідині, тому глибина зміненого шару виходить значно більше. Після электроконтактного розрізування в повітряному середовищі на заготівлі спостерігається лита структура.
Глибина Н (мм) зміненого шару для сталевих заготовок у залежності від виду обробки складає:
Чорнова обробка (в електроімпульсному режимі) 0,1...0,4 мм
Чистова обробка (в електроіскровому режимі) 0,004... 0,1 мм
Шліфування в рідині 0,005 ... 0,08 мм
Розрізування в рідині 0,5...0,1 мм
Електроконтактна обробка на повітрі 5 мм і більше
Підігрів заготовки перед обробкою дозволяє знизити товщину зміненого шару в кілька разів, однак при цьому необхідно використовувати негорючі робочі середовища, що ускладнює конструкцію верстатів і їхнє обслуговування.
Стан поверхневого шару визначає зносостійкість, міцність і інші властивості деталі в механізмі. Після електроерозійної обробки поверхневий шар здобуває властивості, що по-різному впливають на експлуатаційні характеристики деталей. Позитивними є підвищення твердості поверхні при збереженні в'язкості серцевини, велика кількість заглиблень на поверхні, плавне їхнє сполучення. До недоліків варто віднести можливість появи тріщин, напруженості, труднощі одержання поверхні з малою шорсткістю.