Электроэрозионные методы обработки

Эти методы основаны на явлении эрозии (разрушении) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними им­пульсного электрического тока.

Разряд между электродами происходит в газовой среде или при за­полнении межэлектродного пространства диэлектрической жидкостью (керосин, минеральное масло и т. д.).

При наличии разности потенциалов на электродах происходит ио­низация межэлектродного пространства. При определенном значении разности потенциалов в среде между электродами образуется канал проводимости, по которому устремляется электрическая энергия в виде импульсного искрового или дугового разряда. Благодаря высокой кон­центрации энергии, реализуемой во времени за 10~⁵ 10" с, мгновен­ная плотность тока достигает 8000 10000 А/мм², в результате чего на поверхности заготовки температура возрастает до 10000 12000 °С.

При этой температуре происходит мгновенное оплавление и испа­рение элементарного объема металла и на обрабатываемой поверхно­сти образуется лунка. Удаленный металл застывает в диэлектрической жидкости в виде гранул диаметром 0,01 0,005 мм.

При непрерывном подведении к электродам импульсного тока процесс эрозии продолжается до тех пор, пока не будет удален весь металл, находящийся между электродами на расстоянии, при котором возможен электрический пробой (0,01 0,05 мм) при заданном напря­жении импульса. Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Электроды сближаются автома­тически с помощью следящих систем.

Электроискровая обработка. Эта обработка основана на исполь­зовании импульсного искрового разряда между двумя электродами, один из которых является обрабатываемой заготовкой (анод), а другой - инструментом (катод). Принципиальная схема электроискрового станка с генератором импульсов RC приведена на рис. 3.1.

Конденсатор С заряжается через резистор R от источника постоян­ного тока напряжением 100 200 В. Когда напряжение на электродах 1 и 3 достигает пробойного образуется канал сквозной проводимости, через который осуществляется искровой разряд энергии, накопленной конденсатором. Продолжительность импульса 20 200 мкс.

При обработке заготовок на мягких режимах достигают размеров с точ­ностью до 0,002 мм, при шероховатости поверхности Rz 0,63 0,16 мкм.

Заготовки обрабатывают в ваннах, заполненных диэлектрической жидкостью, которая исключает нагрев электродов (инструмента и за­готовки), охлаждает продукты разрушения, уменьшает величину боко­вых разрядов между инструментом и заготовкой, что повышает точ­ность обработки.

Электроискровым методом обрабатывают все токопроводящие ма­териалы. Целесообразно обрабатывать твердые сплавы, труднообраба­тываемые металлы и их сплавы, тантал, вольфрам, молибден и др.

Данным методом получают сквозные отверстия любой формы по­перечного сечения, глухие отверстия и полости, отверстия с криволи­нейными осями, вырезают заготовки из листа при использовании про­волочного или ленточного инструмента-электрода, выполняют плос­кое, круглое и внутреннее шлифование, разрезают заготовки и т. д.

Электроискровую обработку широко применяют для изготовления штампов, пресс-форм, фильер, режущего инструмента, деталей топ­ливной аппаратуры, сеток и сит, нарезания резьбы и т. д.

Схемы электроискровой обработки представлены на рис. 3.2.

а) б)

Рисунок 3.2 – Схемы электроискровой обработки: а - прошивание отверстия с криволинейной осью; б - шлифование внутренней поверхности фильеры

Электроискровую обработку применяют для упрочнения поверх­ностного слоя металла. На поверхность изделия наносят тонкий слой металла или композиционного материала. Подобные покрытия повы­шают твердость, износостойкость, жаростойкость, эрозионную стой­кость и так далее.

К достоинствам метода следует отнести простоту обработки и неслож­ность оборудования. Однако метод имеет сравнительно низкую производи­тельность; кроме того, быстро разрушаются инструменты-электроды.

Электроимпульсная обработка. Этот метод основан на том, что полярный эффект при импульсах малой и средней продолжительности приводит к повышенной эрозии анода, что используется при электро­искровой обработке. При импульсах большой продолжительности (ду­говой разряд) значительно быстрее разрушается катод. Поэтому при электроимпульсной обработке применяют обратную полярность включения электродов и обрабатывают при действии импульсов, соз­даваемых электромашинным (рис. 3.3) или электронным генератором.

Продолжительность импульсов в зависимости от типа генератора составляет 500 10000 мкс. Большие мощности импульсов от электрон­ных генераторов обеспечивают высокую производительность обработки.

При электроимпульсной обработке инструменты-электроды изна­шиваются значительно меньше, чем при электроискровой обработке.

Электроимпульсную обработку целесообразно применять при предварительной обработке штампов, турбинных лопаток, фасонных отверстий в деталях из твердых, коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов. Точность размеров и шероховатость обработанных поверхно­стей зависят от режима обработки.

При электроимпульсной обработке съем металла в единицу време­ни в 8…10 раз больше, чем при электроискровой обработке.

Рисунок 3.3 – Схема электроимпульсной обработки:

1 - электродвигатель; 2 - импульсный генератор постоянного тока;

3 - инструмент-электрод; 4 - заготовка-электрод; 5 - ванна

Электроконтактная обработка. Этот метод основан на локаль­ном нагреве заготовки в месте контакта с электродом-инструментом и удалении размягченного или расплавленного металла из зоны обра­ботки механическим способом за счет относительного движения заго­товки и инструмента. Источником теплоты служат импульсные дуго­вые разряды.

Инструментом-электродом является чугунный или медный диск, имеющий вращательное движение. Обрабатывают на постоянном или переменном токе напряжением 10…40 В. В процессе обработки диск охлаждается (рис. 3.4).

Этот вид обработки рекомендуется для крупных деталей из углеро­дистых и легированных сталей, чугуна, цветных сплавов, тугоплавких и специальных сплавов.

Рисунок 9.4 – Схема электроконтактной обработки плоской поверхности: 1 - обрабатываемая заготовка; 2 - инструмент-электрод; 3 - трансформатор

Электроконтактную обработку применяют при точении, сверлении и других заготовительных операциях: разрезании слитков, обдирке сложных фасонных и плоских поверхностей, очистке деталей от ока­лины, зачистки отливок от заливов, отрезки литниковых систем, зачи­стки проката, шлифования коррозионных деталей из труднообрабаты­ваемых сплавов.

Метод не обеспечивает высокой точности низкой шероховатости, но высокопроизводителен вследствие использования больших элек­трических мощностей.