Электрофизические и электрохимические методы обработки

Электрофизические и электрохимические методы обработки используют для изготовления сложного рабочего контура прессовых матриц, матриц и пуансонов вырубных, пробивных и обрезных штампов, а также инструмента для горячей объемной штамповки. Они характеризуются рядом следующих особенностей: возможность обработки независимо от физико-механических свойств обрабатываемых материалов; небольшие механические усилия при осуществлении процесса обработки; отсутствие необходимости в более твердых инструментах, чем обрабатываемый материал; значительное уменьшение расхода обрабатываемого материала; высокая точность обработки; высокая производительность.

Для размерной обработки при изготовлении деформирующего инструмента широкое применение нашли электроискровая, электроимпульсная, электрохимическая и ультразвуковая обработка. Суть электроискрового метода состоит в следующем (рисунок 35, а). Конденсатор С заряжается через сопротивление R

от источника постоянного тока. По достижении на конденсаторе напряжения, равного напряжению пробоя, через зазор между электрод-инструментом и деталью происходит раз­ряд. После этого конденсатор заряжается, и процесс повторяется. В результате воздействия, электрического разряда происходит разрушение обрабатываемой детали. Электрический удар, обрушивающийся на электроды в виде эффекта торможения электронов на аноде и ионов на катоде, создает на электродах кратковременно действующие источники тепла, распределенные в области ограниченных размеров. Нестационарный процесс распространения тепла от этих источников вызывает локальное плавление и частичное испарение металла поблизости от источника. Связи пораженных разрядом участков электродов с основной массой металла резко ослабляются, и под действием сил ударной волны расплавленный металл выбрасывается в мёжэлектродное пространство, где и застывает.

С целью увеличения интенсивности электрической эрозии между электродами помещается жидкий диэлектрик (обычно керосин или минеральное масло).

Длительность искрового электрического разряда составляет около тысячной доли секунды. Температура разряда — свыше 10000^СС. Съем металла 400—12000 мм/мин. Чистота поверхности—5-7 класс частоты. Материалом для электрода-инструмента мо­гут служить латунь, медь, графит или меднографитовая композиция.

Причины, сдерживающие развитие электроискрового метода, следующие:

форма инструмента-электрода должна соответствовать форме наружного контура обрабатываемой детали или отверстия, а изготовление электрода сложной конфигурации трудоемко;

электрод должен изготавливаться точнее обрабатываемой детали;

одним электродом изготовить несколько деталей невозможно вследствие быстрого износа электрода.

Более производительной по сравнению с электроискровой является электроимпульсная обработка инструмента (рисунок 35, б).

При этом резко уменьшается износ электрод-инструмента (примерно в триста раз). Полярность тока изменена на обратную (катодом является обрабатываемая деталь). Длительность импульса увеличивается до 500...10000 мкс. Температура разряда значительно снижается. Съем обрабатываемого металла проис­ходит не в парообразном, а, в основном, в капельно-жидком состоянии.

Контуры отверстий в матрицах вырезают с помощью электрода в виде тончайшей медленно движущейся проволочки из латуни. Таким образом получают поверхность любого профиля с точностью 0,002 мм и обеспечивают шероховатость поверхности R_a = 1,б...0,8мкм и точность размеров по 7—9 квалитету.

Схема вырезания показана на рисунке 36. Заготовку закрепляют на столе станка, имеющем форму скобы. Заготовка должна иметь предварительно обработанное отверстие для пропускания через него электрода-проволоки. Электрод-проволока вводится в отверстие и во время работы станка сматывается е барабана на барабан, который вращается двигателем через редуктор. Скоба может перемещаться в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью суппортов, которые приводят в действие автоматические регуляторы подачи.

Автоматические регуляторы работают по программе и обеспечивают вырезание детали требуемого контура.

Электрохимический метод основан на явлении анодного растворения, благодаря которому на изделии воспроизводится профиль катода инструмента в негативной форме (рисунок 37). Специфической особенностью метода является высокая скорость движения электролита (преимущественно раствора NaCl) в зазоре между электродами, величина которого изменяется в пределах 0,1...0,5 мм. Движение электролита обеспечивает удаление про­дуктов анодного растворения, образующихся в большом количестве, и его охлаждение.

Электроды-инструменты изготавливают из меди, латуни или коррозионно-стойкой стали. Метод характеризуется высокой производительностью и нулевым износом электрода-инструмента, но требует применения источников тока большой силы. При его использовании возникают трудности по вымыванию осадков и образующихся газов. Отмечаются также затруднения управлением процесса при обработке сложнопрофилированных инструментов высокой точности.

Освоение электрохимической обработки профильного инструмента позволило в 15—18 раз сократить время их изготовления и уменьшить стоимость обработки.

При ультразвуковом методе изготовления электрические колебания высокой частоты 16...25 кГц передаются на торец мастер-инструмента (рисунок 38). Одновременно в зону обработки под торец инструмента поступает суспензия зерен абразива в воде. Колеблющийся с ультразвуковой частотой мастер-инструмент ударяет по зернам абразива, последние выкалывают частицы металла штампа, осуществляя на нем копирование формы мастер-инструмента. В качестве абразива применяют карбид бора, карбид кремния или корунд. Этот метод используется для обработки хрупких материалов с точностью до 0,08 мм и чистотой поверхности R_a = 0,32 мкм.