Электроэрозионная обработка
Электроэрозионная обработка основана на тепловом действии импульсных электрических разрядов, возбуждаемых между электродами-инструментами и обрабатываемой заготовкой.
Обрабатываемость металла и сплавов зависит от их теплофизических свойств и электрических параметров процесса. Механические характеристики обрабатываемых металлов не влияют на интенсивность его съема.
Рис. 1. Схема процессов электроискровой и электроимпульсной обработки: ГИ - генератор импульсов: балластное сопротивление; Э - инструмент-электрод; s - подача электрода-инструмента; Д - обрабатываемая деталь
Электроэрозионная обработка металлов в зависимости от вида применяемых разрядов, их параметров и способов генерирования, взаимосвязи генератора и нагрузки, а также рабочей среды подразделяется на четыре основные разновидности: электроискровую, электроимпульсную, анодно-механическую и электроконтактную. Из них первые три получили широкое применение.
Электроискровая обработка
Электроискровая обработка основана на использовании искровых или искродуговых разрядов малой длительности (от долей микросекунды до нескольких сот микросекунд), которые следуют с большой скважностью; обрабатываемая деталь погружена в диэлектрическую жидкость. Схема электроискровой обработки показана на рис. 1.
Для получения наименьшего износа электрода-инструмента и наибольшей скорости съема металла с заготовки электрод-инструмент подключается к отрицательному полюсу электрического зависимого или ограниченно зависимого генератора импульсов, а обрабатываемая заготовка - к положительному. Максимальная мощность, вводимая в зону обработки, достигает 1 -1,5 квт, наибольшая энергия импульсов 4-5 дж, затраты электроэнергии на съем 1 кг металла 40-50 квт-час.
Электроимпульсная обработка
Электроимпульсная обработка основана на использовании импульсных дуговых разрядов малой скважности, большой энергии и длительности (до десятка тысяч микросекунд) при предварительной обработке и малой энергии при высокой частоте и малой скважности при чистовой обработке. Возбуждение разрядов осуществляется электрическим независимым генератором; рабочей средой является жидкий диэлектрик.
Съем металла осуществляется, в основном, в капельно-жидком состоянии, что снижает энергоемкость процесса до 3-12 квт-час/кг. Полярность - обратная по отношению к электроискровому процессу (анод - электрод, катод - обрабатываемая заготовка); более заметно относительное влияние теплофизических свойств металлов на их обрабатываемость. Наибольшая вводимая в зону обработки мощность достигает в этом случае десятков киловатт и ограничена мощностью имеющихся в настоящее время источников питания, а энергия импульсов - 300 дж и выше.
Pиc. 2. Схемы электроэрозионного формообразования, применяемые при электроимпульсной обработке: а - с прямолинейным поступательным перемещением электрода-инструмента; б - с круговыми поступательными перемещениями электрода-инструмента; в - нитевидным электродом-инструментом; г - обкаткой заготовки электродом-инструментом; д - вращающимся электродом-инструментом; е - электродом-инструментом, совершающим винтовые движения; ж - электродом-инструментом, охватывающим часть поверхности вращающейся заготовки; з - нитевидным электродом-инструментом, конец которого совершает поступательное движение вдоль поверхности заготовки
Электроискровой и электроимпульсный методы принципиально позволяют осуществлять обработку по всем схемам формообразования, которые встречаются при обработке на металлорежущих станках. Однако наиболее часто применяется схема обработки при прямолинейном поступательном движении электрода-инструмента (или заготовки) по принципу прошивания с объемным копированием формы электрода (рис. 2, а). На чистовых режимах схема прошивания часто применяется в измененном виде (рис. 2, б).
Перспективны применяемые схемы вырезания электродом-проволокой (рис. 2, в) и огибания фасонным электродом обрабатываемой поверхности (рис. 2, г). Применяется также электроэрозионная обработка вращающимся электродом, выполненным в виде тела вращения (рис. 2, д); электродом-инструментом, получающим винтовые движения (рис. 2, е); электродом-инструментом, рабочая поверхность которого охватывает вращающуюся заготовку (рис. 2, ж); электродом-инструментом в виде нити (проволоки), конец которой совершает поступательное движение вдоль образующей вращающейся заготовки (рис. 2, з).
Каждому значению энергии при электроискровой и электро- импульсной обработке соответствует своя оптимальная площадь обработки, на которой получают наилучшее сочетание стойкости электрода-инструмента, качества обработанной поверхности и производительности.
Обработку электроискровым методом с оптимальным сочетанием вводимой энергии и площади можно осуществлять для поверхностей размером до 0,5-5 см2, а при электроимпульсной обработке до 260-300 см2. При этом скорость углубления электрода-инструмента в обрабатываемую заготовку (прошивание) составляет 0,3-0,8 мм/мин. Максимальная скорость съема при электроискровой обработке стали прошиванием составляет 500-600 мм3/мин, твердого сплава -100 мм3/мин. Электроимпульсный метод позволяет получать скорость съема при обработке стальных заготовок до 10 000-12 000 мм3/мин, твердосплавных - 150-220 мм3/мин. Максимальная скорость вырезания электродом-проволокой составляет 10-12 мм2/мин.
При обработке небольших поверхностей (до 2-3 см2) электроискровым способом можно получить у стальных деталей шероховатость поверхности 6-7, твердосплавных - 7-8. В некоторых случаях обработки на режимах с низкой производительностью (до сотых долей мм3/мин) получают поверхности стальных деталей с шероховатостью 8 и твердосплавных - до 9. При электроимпульсной обработке стальных заготовок площадью до 200-300 см2 шероховатость поверхности 5-6.
Относительный износ инструмента электроискровых станков при обработке стали составляет 25-100%, электроимпульсных- 0,05-0,5%.
Электроискровой метод применяется преимущественно для прецизионной обработки небольших деталей, особенно изготовляемых из тугоплавких металлов и сплавов, твердых сплавов, цветных металлов и их сплавов.
Электроимпульсный метод используется для обработки поверхностей площадью до 1000 см2 у стальных деталей и деталей, изготовляемых из жаропрочных сплавов, а также для обработки деталей из магнитных сплавов, титана и его сплавов, предварительного профилирования некоторых твердосплавных деталей и т. п.
Благодаря применению новых широкодиапазонных генераторов характеристики электроимпульсной и электроискровой обработки синтезируются в одном станке.
Анодно-механическая обработка
Анодно-механическая обработка представляет собой комбинированный процесс анодного растворения и электроэрозионного воздействия на обрабатываемую заготовку при движущемся относительно обрабатываемой поверхности электроде-инструменте. Схема этого процесса показана на рис. 3. Рабочей средой служит электролит, дающий пассивирующую пленку на аноде (обычно водный раствор жидкого стекла). Источник питания - выпрямитель с рабочим напряжением на выходе 22-26 в. Электрод-инструмент подключается к отрицательному, а обрабатываемая деталь - к положительному полюсу.
Электрод-инструмент выполняется в виде диска или бесконечной ленты из низкоуглеродистой стали. Мощность, вводимая в зону обработки, до 20 квт, затраты электроэнергии на съем 1 кг металла 7-8 квт-час.
Рис. 3. Схема анодно-механической обработки: Е - источник постоянного напряжения; R - токоограничивающее сопротивление; 1 - инструмент (катод); 2 - деталь (анод); 3 - подача электролита
Анодно-механическая обработка применяется в основном для разрезания заготовок из высоколегированных сталей и труднообрабатываемых сплавов толщиной до 1000 мм, а также находит некоторое применение для шлифования твердосплавных деталей типа втулок.
Скорость разрезания диском - до 15-35 см2/мин, лентой - до20 см2/мин; шероховатость поверхности соответствует 1-3 при разрезании и до 7-8 при шлифовании; относительный износ инструмента 15-25%.
Ширина прорези на дисковых станках 1,5-3 мм, на ленточных- 1-2 мм. Величина измененного слоя на поверхности реза при различных условиях обработки колеблется от 0,05 до 0,6 мм.
