18.1. Электроэрозионные методы обработки

Эти методы применяются для обработки токопроводящих материалов любой прочности, твердости и вязкости. Они основаны на явлении электрической эрозии, то есть направленном разрушении материала под действием тепла, вызываемого электрическими импульсными разрядами. Эти разряды возбуждаются между обрабатываемой деталью и электродом-инструментом.

Для всех этих методов характерно наличие жидкой диэлектрической среды (керосин, соляр) между деталью и электродом. Жидкая среда исключает нагрев электродов и способствует концентрации тепловой энергии разряда на малом участке поверхности. Она впоследствии удаляет (смывает) продукты эрозии из зоны обработки.

Производительность обработки зависит от обрабатываемого материала, рабочей среды, материала электрода, технологических режимов обработки, а также площади и формы обрабатываемой поверхности. Интенсивность и длительность искрового разряда меняется в зависимости от емкости, силы тока и напряжения. Сила тока и напряжение устанавливаются в зависимости от вида обработки и изменяются в очень широких пределах. Емкость служит для накопления энергии, которая затем выделяется в виде сильного электрического разряда.

Скорость съема материала достигает 0,2…12 мм/мин. Обработку можно вести с точностью размеров до 0,1…0,2 мм.

Электроэрозионную обработку применяют для изготовления рабочих поверхностей штампов, литейных форм, рабочих колес турбин, точных отверстий, фасонных ручьев прокатных валков и других изделий. При этом для формирования сложных поверхностей применяют копировально-прошивочные операции, шлифованные, вырезание электродом-проволокой и другие операции.

В настоящее время более 30% всех штампов и пресс-форм изготовляют электроэрозионной обработкой, что позволяет в 2…3 раза снизить трудоемкость их обработки. В отдельных случаях, при изготовлении, например, ковочных штампов можно на 20…30% повысить их стойкость.

Разновидностями электроэрозионной обработки являются электроискровая, электроконтактная и электроимпульсная.

Схема электроискровой обработки представлена на рис.82. Обработка основана на использовании импульсного искрового разряда между двумя электродами – катодом и анодом. Катодом в разрядном контуре является инструмент 1, анодом – обрабатываемая деталь 2. Длительность искрового импульса 10…200мкс, частота импульсов 2…5 кГц. Мгновенная плотность тока в канале проводимости достигает 8…10 тыс. А/мм?, в результате чего температура на поверхности обрабатываемой детали-электрода возрастает до 10…12 тыс.?С. Благодаря кратковременности процесса теплота не может распространиться по объему всего электрода, а поэтому происходит мгновенное плавление и испарение элементарного объема металла анода.

Следующий импульс тока пробивает межэлектродный промежуток там, где расстояние между электродами будет наименьшее. В современных станках для электроискровой обработки (рис.83) это расстояние постоянно контролируется автоматически и выбирается таким, чтобы обработка не прекращалась. Оптимальная величина межискрового промежутка обычно находится в пределах 0,03…0,05 мм.

Формообразующий инструмент имеет форму обратную форме поверхности обрабатываемой детали. Изготавливают его из латуни или медно-графитовой композиции.

Станок для электроискровой обработки (рис.83) имеет металлическую ванну 3 с жидкостью, куда погружается обрабатываемая деталь 2. Деталь соединяется с положительным полюсом 8 источника постоянного тока и является анодом. Инструмент 4 соединен с отрицательным полюсом 7 и выполняет функцию катода. Он закреплен в ползуне 5, совершающим вертикальные перемещения вверх и вниз в направляющих 6, и изолирован от ползуна. Металлическая ванна изолирована от стола станка прокладками из винипласта, резины и других электроизоляционных материалов. Электрический ток идет от отрицательного полюса 7 к электроду 4 и далее через заполненный жидкостью (керосином) промежуток (зазор) к детали 2, расположенной на подставках 1, и к положительному полюсу 8. При опускании электрода 4 и приближении его к поверхности детали (без касания) между ними возникает электрический разряд, проскакивает искра. Сила тока регулируется реостатом 9. Для получения мощных импульсных разрядов, непрерывно следующих один за другим, в электрическую цепь параллельно детали и электроду - инструменту включена батарея конденсаторов 10.

Современные станки для электроискровой обработки позволяют обрабатывать отверстия диаметром до 0,15 мм с точностью до 0,01 мм.

Наиболее целесообразно обрабатывать этим методом заготовки из твердых сплавов, вольфрама, молибдена и других труднообрабатываемых материалов и их сплавов.

Режимы обработки в зависимости от мощности импульсов могут быть жесткими – для предварительной черновой обработки и мягкими – для отделочной чистовой обработки. При этом качество полученной поверхности будет различным.

Недостатками электроискровой обработки является сравнительно высокий износ инструмента, низкая производительность при работе на чистовых и отделочных операциях, высокая энергоемкость процесса.

Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве заготовки в месте контакта с электродом-инструментом. Эта обработка осуществляется вращающимся с большой скоростью (30…80 м/с) диском 1 (рис.84). Источником образования теплоты в зоне обработки являются прерывистые дуговые разряды, возбуждаемые между диском и обрабатываемой заготовкой 2. Они размягчают или даже оплавляют слой металла, который затем удаляется из зоны обработки механическим способом. Обработку обычно ведут на переменном (реже на постоянном) токе на воздухе (при постоянном токе – в воде). Напряжение питания до 50 В.

Применяют электроконтактную обработку для прошивания отверстий металлической трубкой, прорезания пазов вращающимся диском, для зачистки отливок и проката из спецсплавов, а также при шлифовании корпусных заготовок деталей машин из труднообрабатываемых сплавов.

Этот способ обработки отличается достаточно высокой производительностью, однако не обеспечивает высокую точность и качество поверхности.

При электроимпульсной обработке используют электрические импульсы большой длительности (500…1000 Мкс), в результате чего происходит дуговой разряд. Большие мощности импульсов, получаемых от электронных генераторов, обусловливают высокую производительность обработки.

Станок для электроимпульсной обработки (рис.85) в отличие от электроискрового (рис.83) не имеет конденсатора. Импульсные разряды создаются в специальном генераторе импульсов, состоящем из преобразователя 1 и селенового выпрямителя 2. Преобразователь включается в сеть трехфазного тока с напряжением 380 В и с частотой 50 Гц и преобразует ток до напряжения 50 В и частоты примерно 500 Гц. Селеновый выпрямитель позволяет получить импульсы одного направления. Между электродом-инструментом 4 и деталью 3 возникают электрические разряды. В отличие от электроискровой обработки деталь подключается к отрицательному полюсу источника питания (катоду) а инструмент – к положительному (аноду).

Электроды-инструменты для электроимпульсной обработки изготавливают из меди, алюминия и его сплавов, чугуна и других материалов. Наилучшими являются углеграфитовые электроды. Обработка ведется в трансформаторном масле или в воде.

Электроимпульсная обработка на средних и жестких режимах имеет более высокую производительность по сравнению с электроискровой. Максимальная скорость съема металла на жестких режимах составляет 5000…6000 мм?/мин. Процесс электроимпульсной обработки производится при напряжении тока 20…50 В и силе 3…200 А. Объемный износ инструментов составляет до 25 % от объема снятого металла.

Наиболее целесообразно электроимпульсную обработку применять для предварительной обработки штампов, турбинных лопаток, фасонных отверстий в деталях из жаропрочных сталей и других труднообрабатываемых металлов и сплавов.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008