Электроэрозионные методы обработки

1. Общие сведения. Электроэрозионная обработка металлов основана на воздействии электрических разрядов (импульсов) на отдельные участ­ки обрабатываемой поверхности. Непосредственно в зоне обработки энер­гия разрядов между анодом (инструментом) и катодом (заготовкой) преоб­разуется в энергию тепловую. В зоне действия электрических разрядов

температура достигает нескольких тысяч градусов, что приводит к оплав­лению и даже испарению отдельных участков обрабатываемой поверхно­сти, т. е. к так называемой эрозии металла. Так как электрические раз­ряды возникают в последовательности, определяемой минимальными рас­стояниями между взаимодействующими поверхностями электродов, на электроде — заготовке отображается форма электрода — инструмента. Это разрешает эффективно обрабатывать изделия сложной формы.

2. Электроискровой метод разработан в 1943 г. советскими учеными Б. Р. и Н. И. Лазаренко. Он основан на явлении разрушения металла в цепи постоянного тока под действием искрового разряда. При сближении металлических электродов в момент достижения пробойного зазора от катода к аноду проскакивают в начале отдельные электроны. Благодаря этому образуется канал проводимости и в результате возникает кратко­временный мощный искровой разряд, при котором температура в ка­нале проводимости достигает 6000— 11 ООО °С. При этом происходит концентрированное выделение энергии, приводящее к мгновенному рас­плавлению, испарению, взрывам и выбрасыванию частиц анода, которые направляются к катоду. Процесс ведется в жидкой диэлектрической сре­де (масло, керосин), в которой оторвавшиеся от анода частицы охлаждают­ся и оседают. В связи с тем что обработка ведется без соприкосновения за­готовки и инструмента, представляется возможным обрабатывать токо-проводящий металл любой твердости инструментом из мягкого металла (латуни, алюминия). Электроискровая обработка получила наибольшее распространение для прошивки отверстий любой формы в труднообраба­тываемых материалах, включая твердые сплавы. На рис. VI.91, а приведе­на" схема станка для прошивки отверстий. На основании 8 установлена ванна 5 с диэлектрической жидкостью, в которой находится установлен­ная на приспособлении 7 обрабатываемая заготовка 6. От зажима гене­ратора импульсов 1 постоянный ток идет к катоду (инструменту) 4, через зазор б — к аноду (заготовке) 6 и возвращается к другому зажиму ге­нератора /. Сопротивление Я предназначено для регулирования силы тока и напряжения цепи, которые контролируются амперметром Л и вольтмет­ром V. Для образования одного за другим импульсных разрядов большой

а б

Рис. V 1.92. Схема установки для электронмпульсной обработки и колесо турбины, обработанное этим методом.

силы в электрическую цепь параллельно заготовке 6 и электроду — ин­струменту 4 включена конденсаторная батарея К.

Как только инструмент — электрод приблизится к заготовке на ве­личину пробивного зазора б, возникает электрический разряд, на который затрачивается вся энергия, накопленная в батарее конденсаторов С. После разрядки конденсаторов, чтобы их зарядить, ток надо прервать. Таким образом, инструменту нужно сообщить колебательные перемещения (по­дачу в). Это осуществляют с помощью различных устройств, например, соленоидного регулятора 2, обеспечивающего замыкание и размыкание электрической цепи и автоматическое постепенное опускание инструмен­та, форма которого должна отвечать форме обработанной поверхности заготовки. Точность и шероховатость обработанной поверхности зависят от электрического режима обработки. При черновом режиме достигается

, а при чистовом — ';⁵/ +*^.

Электроискровой метод обработки используется при изготовлении штампов, пресс-форм, кокилей, твердосплавных фильер, при извлечении поломанного инструмента и в некоторых иных случаях. Применение его ограничивается малой производительностью и довольно быстрым из­носом инструмента вследствие высокой температуры при разряде. На рис. VI.91, б, в показаны принципиальные схемы прошивки фа­сонной полости и образования стружколомательной канавки на твердо­сплавном резце.

3. Электроимпульсный метод обработки, принципиальная схема ко­торого показана на рис. VI.92, а, заключается в последовательном воз­буждении разрядов между инструментом 5 и заготовкой 8, которая на специальном приспособлении 7 размещена в ванне с диэлектрической жидкостью 6. От приводного электродвигателя / движение передается генератору импульсов 2, который дает импульсы только одного направле­ния (униполярные). Между электродом — инструментом 5 и заготовкой 8 возникают электрические разряды. Колебательное движение инстру­менту в направлении подачи 5 сообщает регулятор подачи 4. Для регу­лирования силы тока в цепь включено сопротивление 3. При предвари­тельной обработке используются машинные генераторы, дающие импульсы большой длительности и энергии, а при чистовой — ламповые или тран-

аисторные генераторы, дающие импульсы малой энергии, но высокой частоты. В отличие от электроискровой обработки при электроимпульс­ной заготовка является катодом, а инструмент — анодом. Температура в рабочей зоне (до 4000—5000 °С) значительно ниже, чем при электроиск­ровой обработке, поэтому и инструмент срабатывается меньше. Электро­ды-инструменты изготавливают из меди, алюминия и его сплавов, чугуна, но наилучшими являются углеграфитовые электроды. Низкочастотная электроимпульсная обработка с питанием от машинных генераторов дает грубую поверхность с шероховатостью до . ^а высокочастотная (с частотой 7—25 кГц) — ^ ^ . Применяется электроимпульсная обработка преимущественно при трехкоординатной обработке штампов, пресс-форм, турбинных лопаток, ручьев в валках периодического про­ката и др. На рис. VI.92, б показано обработанное электроимпульсным методом колесо турбины, обработка которого на металлорежущих стан­ках чрезвычайно сложна.

4. Анодно-мехаиическая обработка (предложена в 1943 г. В. Н. Гу­севым). Она основана на одновременном действии электромеханического и электроискрового процессов, протекающих в среде электролита, кото­рым является водный раствор жидкого стекла. При пропускании через ванну постоянного тока на поверхности заготовки — анода образуются пленки продуктов растворения металла, которые механически удаляют­ся инструментом (катодом). Так как вершины шероховатостей на обраба­тываемой поверхности анода отделены от катода небольшим промежутком, через него проходит кратковременный дуговой разряд. При этом микро­скопический участок поверхности детали оплавляется и расплавленные частицы также удаляются движущимся анодом, т. е. происходят электро­эрозионные процессы. Заготовке или инструменту сообщается движение подачи. При мягком режиме, когда плотность тока меньше 15 А/см³, обработка осуществляется в основном за счет электрохимического рас­творения и механического удаления пленки. Таким способом осуществляют так называемое анодно-механическое шлифование и достигают шеро­ховатости поверхности ^0,$^/. При более жестком режиме удаление металла из зоны обработки осуществляется за счет алектроэрозии и ше­роховатость обработанной поверхности отвечает '^^^т%/.

Этот метод эффективно используется при отрезании заготовки из труднообрабатываемых высокопрочных сплавов. На рис. VI.93, а показа­на схема анодно-механического отрезания. Инструмент — катод 2, ко­торым служит тонкий диск из мягкой стали, вращающийся с большой

скоростью, соприкасается с заготовкой — анодом /. В зону контакта по трубе 3 подается жидкое стекло. Диск и заготовка подключаются к генера­тору постоянного тока. Процесс ведут на жестких электрических режимах, поэтому наряду с анодным растворением и механическим воздействием существенную роль играют электротермические процессы.

5. Электроконтактная обработка основана на электромеханическом
разрушении металла под воздействием электродуговых разрядов быстро пе-
ремещающимся инструментом. Съем металла с заготовки / (рис. VI. 93, б)
осуществляется в воздушной среде вращающимся диском — электродом 2,
который служит рабочим инструментом. Диск и заготовка соединены
с источником питания — понижающим трансформатором 3. При вращении
диска, к которому заготовка прижимается под давлением 2 • 10* Па —
5 • 10* Па, происходит периодический разрыв контактов, возникают
электродуговые разряды, под воздействием которых и разрушается ме-
талл заготовки. Соприкосновение под небольшим давлением двух металли-
ческих электродов (инструмента и заготовки) приводит к образованию
в месте контакта повышенного переходного сопротивления. Проходящий
через место контакта электрический ток вследствие выделения джоуле-
вого тепла нагревает, размягчает и плавит металл заготовки, облегчая его
удаление. Во избежание сильного разогрева и плавления инструмента —
электрода его вращают со скоростью, превышающей 30 м/с, при которой
длительность соприкосновения контактирующего участка диска с заготов-
кой ничтожно мала. Вращающийся диск выбрасывает частицы раскален-
ного металла в виде снопа искр. Так как к инструменту и заготовке мо-
жно подвести ток большой мощности, интенсивность процесса достаточно
велика и в ряде случаев может превзойти по производительности обычную
обработку резанием. В то же время он не обеспечивает высокой точности
и шероховатость поверхности не превосходит . Кроме того,,

при большом съеме металла в поверхностном слое происходят значитель­ные фазовые изменения, могут возникнуть трещины и другие пороки. Поэтому электроконтактная обработка используется главным образом для выполнения грубых и неответственных операций, например зачистка отливок и штамповок из труднообрабатываемых сплавов.