Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электроискровая и электроимпульсная обработка металла

Электроискровая и электроимпульсная обработка металла

Библиографическая ссылка на статью:
Савин И.А., Каюмов А.Ф., Гавариев Р.В. Электроимпульсная обработка металлов как незаменимый метод в инструментальном производстве // Современная техника и технологии. 2014. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/10/4678 (дата обращения: 11.09.2020).

В современном инструментальном производстве используются различные методы изготовления деталей для машин и механизмов. Все способы обработки металлов можно разделить на традиционные (литье, обработка давлением, механическая обработка, сварка) и нетрадиционные – это электрофизическая и электрохимическая обработка, их часто называют специальными. Использование нетрадиционных технологий обусловлено физико-химическими свойствами обрабатываемых материалов, а также необходимостью получения сложных поверхностей.

Электроимпульсная обработка (ЭИО) –
вид электроэрозионной обработки, основанный на использовании импульсов дугового разряда для разрушения слоя металла.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) – технологический процесс, при котором геометрические параметры детали формируются посредством контролируемого разрушения электропроводного материала под действием электрических разрядов между двумя электродами, то есть с помощью электрической эрозии.

Эрозия – разрушение поверхностного слоя металла под действием механических ударов и трения или электрическими разрядами.

Суть процесса ЭЭО.

При ЭЭО электрод-инструмент и электрод-деталь погружаются в среду жидкого диэлектрика, и задается напряжение. При сокращении расстояния между электродами, увеличивается напряжение и происходит пробой диэлектрика, возникает разряд, в канале которого образуется плазма с высокой температурой.[1] Выделяется большое количество теплоты, которого достаточно, чтобы расплавить и испарить слой металла. В жидкой среде возникают факторы, необходимые для удаления разрушаемого материала. Наиболее часто в как диэлектрик применяют нефтепродукты: трансформаторное и веретенное масла, керосин.[2] Так как электроимпульсная обработка является разновидностью электроэрозионной, то их схемы (рис.1) не имеют отличий.

Рисунок 1 – Схема электроэрозионной обработки.

Деталь и инструмент при электроэрозионной обработке представляют собой два электрода (инструмент является катодом, обрабатываемая заготовка — анодом), и есть оба подвержены износу, этот фактор значительно проявляется при электроимпульсной обработке. Износ инструмента является нежелательным фактором, снижающим точность обработки и увеличивающим стоимость изделия.

Уменьшить износ электрода-инструмента можно использованием соответствующих материалов для его изготовления, применением апериодических импульсов, подключением электрода-инструмента к тому из полюсов источника тока, на котором его износ будет минимальным.

По виду электрода-инструмента электроимпульсную обработку разделяют на два вида (рис.2): прошивную (а) и вырезную (б).

Рисунок 2 – Виды электроимпульсной обработки (а – прошивная, б – вырезная).

При прошивной обработке профиль инструмента соответствует профилю обрабатываемого контура, при вырезной инструмент представляет собой непрофилированную проволоку. Обеими видами возможно получение различных контуров: в первом случае это достигается изготовлением электрода-инструмента соответствующего профиля, во втором – сложным движением подачи проволоки.

Профилированный инструмент чаще всего изготавливают из меди или графита, вырезную проволоку – из меди или латуни со специальным покрытием.

Преимущества электроимпульсной обработки.

Выделяют следующие достоинства ЭИО:

Преимущества электроимпульсной обработки предопределяют область применения его на практике. Этот специальный метод используется в таких случаях, если применение других технологий ведет к понижению качества, уменьшению производительности, увеличению стоимости или когда альтернативы вовсе нет, то есть если возможно изготовить деталь только электроимпульсной обработкой.

Область применения электроимпульсной обработки металлов.

Стоить отметить, что ЭЭО не исключает механическую и другие виды обработки, а лишь дополняет, но стоит отметить, что в некоторых случаях обойтись без ЭИО невозможно.

Приведем примеры деталей, обрабатываемых электроимпульсным методом, и объясним, чем обусловлено применение ЭИО.

Таблица 1 – Детали, обрабатываемые электроимпульсным методом.

Требования к детали

Детали экструзионных головок для обработки металлов.

Формирование внешнего контура при образовании профиля методом экструзии.

Отверстия малого диаметра с криволинейными контурами, узкие щели сложной конфигурации.

Высокая твердость, износостойкость и точность.

Устойчивость к воздействию высоких давлений и температур.

Получение внутренних контуров в полых профилях.

Тонкие и глубокие канавки простой и сложной формы, полости сложной конфигурации.

Высокая твердость, износостойкость и точность.

Устойчивость к воздействию высоких давлений и температур.

Оказывает давление на обрабатываемый материал при штамповке.

Сложная геометрическая форма, обусловленная конфигурацией изделия.

Наличие пазов и лысок глубиной от 0,15 мм.

Высокая твердость Стойкость на изгиб и сжатие. [5]

Формообразование наружной поверхности изделия.

Сложная геометрическая форма, обусловленная конфигурацией изделия.

Высокая твердость, точность.

Стойкость на изгиб,

Электроэрозионная обработка, как и электроимпульсная, являющаяся ее разновидностью, относится к нетрадиционным технологиям, так как не имеет широкого распространения.

В машиностроении и инструментальном производстве электроэрозионные станки почти, или вовсе незаменимы. При изготовлении некоторых изделий как матрицы, штампы для прессов, обработке отверстий малых диаметров и узких каналов использование уступающих в универсальности фрезерной обработки (невозможно обрабатывать тонкими фрезами на большую глубину) и литья (не обеспечивается необходимая твердость и шероховатость поверхности) нецелесообразно.

Библиографический список

  1. Валетов В. А., Мурашко В.А. Основы технологии приборостроения: Учебное пособие. — СПб: СПбГУ ИТМО, 2006.
  2. Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов. — Л.: Машиностроение, 1983.
  3. Портал Российское Станкостроение. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.rstanok.ru/articles , свободный. Загл. с экрана.
  4. Б. В. Зубков, С. В. Чумаков Энциклопедический словарь юного техника.—2-е изд., испр. и доп. — М.: Педагогика, 1987.
  5. Никитенко В. М. Штампы листовой штамповки. –Ульяновск: УлГТУ, 2010.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:

&copy 2020. Электронный научно-практический журнал «Современная техника и технологии».

Электрофизические методы обработки металлов

Расширенное использование труднообрабатываемых материалов для изготовления деталей машин, усложнение конструкций этих деталей в сочетании с возрастающими требованиями к снижению себестоимости и увеличению производительности послужило причиной разработки и освоения методов электрофизической обработки .

Электрофизические методы обработки металлов основаны на использовании специфических явлений, возникающих под действием электрического тока, для удаления материала или изменения формы заготовки.

Основным преимуществом электрофизических методов обработки металлов является возможность их использования для изменения формы заготовок из материалов, не поддающихся обработке резанием, причём обработка этими методами происходит в условиях действия минимальных сил или при полном их отсутствии.

Важным преимуществом электрофизических методов обработки металлов является независимость производительности большинства из них от твёрдости и хрупкости обрабатываемого материала. Трудоёмкость и длительность этих методов обработки материалов повышенной твёрдости (НВ>400) меньше, чем трудоёмкость и длительность обработки резанием.

Электрофизические методы обработки металлов охватывает практически все операции механической обработки и не уступает большинству из них по достигаемой шероховатости и точности обработки.

Электроэрозионная обработка металлов

Электроэрозионная обработка является разновидностью электрофизической обработки и характеризуется тем, что изменение формы, размеров и качества поверхности заготовки происходит под действием электрических разрядов.

Электрические разряды возникают при пропускании импульсного электрического тока в зазоре шириной 0,01 – 0,05 мм между электродом-заготовкой и электродом-инструментом. Под действием электрических разрядов материал заготовки плавится, испаряется и удаляется из межэлектродного зазора в жидком или парообразном состоянии. Подобные процессы разрушения электродов (заготовок) называют электрической эрозией .

В целях интенсификации электрической эрозии зазор между заготовкой и электродом заполняют диэлектрической жидкостью (керосин, минеральное масло, дистиллированная вода). При достижении на электродах напряжения, равного напряжению пробоя, в среде между электродом и заготовкой образуется канал проводимости в виде заполненной плазмой цилиндрической области малого сечения с плотностью тока 8000 – 10000 А/мм2. Высокая плотность тока, поддерживаемая в течении 10-5 – 10-8с, обеспечивает температуру на поверхности заготовки до 10000 — 12000˚С.

Удаленный с поверхности заготовки металл охлаждается диэлектрической жидкостью и застывает в виде сферических гранул диаметром 0,01 – 0,005 мм. В каждый последующий момент времени импульс тока пробивает межэлектродный зазор в том месте, где промежуток между электродами оказался наименьшим. Непрерывное подведение импульсов тока и автоматическое сближение электрода-инструмента с электродом-заготовкой обеспечивают продолжение эрозии до тех пор, пока не будет, достигнут заданный размер заготовки или не будет удален весь металл заготовки в межэлектродном зазоре.

Режимы электроэрозионной обработки делятся на электроискровые и электроимпульсные.

Электроискровые режимы характеризуются использованием искровых разрядов с малой длительностью (10-5…10-7с) при прямой полярности подключения электродов (заготовка “+”, инструмент “-”).

В зависимости от мощности искровых разрядов режимы делятся на жесткие и средние (для предварительной обработки), мягкие и особо мягкие (для окончательной обработки). Использование мягких режимов обеспечивает отклонение размеров детали до 0,002 мм при параметре шероховатости обработанной поверхности Rа=0.01 мкм. Электроискровые режимы используют при обработке твердых сплавов, труднообрабатываемых металлов и сплавов, тантала, молибдена, вольфрама и т.д. Обрабатывают сквозные и глубокие отверстия любого поперечного сечения, отверстия с криволинейными осями; используя проволочные и ленточные электроды, вырезают детали из листовых заготовок; нарезают зубья и резьбы; шлифуют и клеймят детали.

Для проведения обработки на электроискровых режимах используют станки (см. рис.), оснащенные RC-генераторами, состоящего из заряженного и разряженного контура. Зарядный контур включает конденсатор С, заряжающийся через сопротивление R от источника тока с напряжением 100 – 200 В, а в разрядный контур параллельно конденсатору С включены электроды 1 (инструмент) и 2 (заготовка).

Как только напряжение на электродах достигает пробойного, через межэлектродный зазор происходит искровой разряд энергии, накопленной в конденсаторе С. Производительность эрозионного процесса может быть увеличена уменьшением сопротивления R. Постоянство межэлектродного зазора поддерживается специальной следящей системой, управляющей механизмом автоматического движения подачи инструмента, изготовленного из меди, латуни или углеграфитных материалов.

Наиболее целесообразной областью применения электроимпульсных режимов является предварительная обработка заготовок сложнопрофильных деталей (штампы, турбины, лопатки и т.д.), изготовленных из труднообрабатываемых сплавов и сталей.

Электроимпульсные режимы реализуются установками (см рис), в которых на электроды 1 и 2 подаются униполярные импульсы от электромашинного 3 или электронного генератора. Возникновение Э.Д.С. индукции в намагниченном теле движущимся под некоторым углом к направлению оси намагничивания позволяет получать ток большей величины.

Лучевая обработка металлов

Разновидностями лучевой обработки в машиностроении является электронно-лучевая или светолучевая обработка.

Электронно-лучевая обработка металлов основана на тепловом воздействии потока движущихся электронов на обрабатываемый материал, который в месте обработки плавится и испаряется. Столь интенсивный нагрев вызывается тем, что кинетическая энергия движущихся электронов при ударении о поверхность обрабатываемой заготовки почти полностью переходит в тепловую, которая будучи сконцентрирована на площадке малых размером (не более 10 мкм), вызывает её разогревание до 6000˚С.

При размерной обработке, как известно, происходит локальное воздействие на обрабатываемый материал, что при электроннонно-лучевой обработке обеспечивается импульсным режимом потока электронов с продолжительностью импульсов 10-4…10-6 с и частотой f = 50 … 5000 Гц.

Высокая концентрация энергии при электронно-лучевой обработке в сочетании с импульсным воздействием обеспечивают условия обработки, при которых поверхности заготовки, находящиеся на расстоянии 1 мкм от кромки электронного луча, разогреваются до 300˚С. Это позволяет использовать электронно-лучевую обработку для резки заготовок, изготовления сеток из фольги, вырезания пазов и обработки отверстий диаметром 1 – 10 мкм в деталях из труднообрабатываемых материалов.

В качестве оборудования для проведения электронно-лучевой обработки используют специальные электровакуумные устройства, называемые электронными пушками (см рис). Они генерируют, ускоряют и фокусируют электронный луч. Электронная пушка состоит из вакуумной камеры 4 (с разрежением 133·10-4), в которой установлен питаемый источником высокого напряжения 1 вольфрамовый катод 2, обеспечивающий эмиссию свободных электронов, которые разгоняются электрическим полем, созданным между катодом 2 и анодной диафрагмой 3.

Далее электронный луч проходит через систему магнитных линз 9, 6, устройство электрической юстировки 5 и фокусируется на поверхности обрабатываемой заготовки 7, установленной на координатном столе 8. Импульсный режим работы электронной пушки обеспечивается системой состоящей из импульсного генератора 10 и трансформатора 11.

Метод светолучевой обработки основан на использовании теплового воздействия светового луча высокой энергии, излучаемого оптическим квантом генератором (лазером) на поверхность заготовки.

Размерная обработка с помощью лазеров заключается в образовании отверстий диаметром 0,5…10 мкм в труднообрабатываемых материалах, изготовлении сеток, вырезании из листа сложнопрофильных деталей и т.д.

2.2. Электроимпульсная обработка металлов

Электроимпульсная обработка металлов представляет собой разновидность электроэрозионной обработки. По сравнению с электроискровой обработкой процесс характеризуется увеличением мощности единичных разрядов, длительностью импульсов, обратной полярностью (анод-инструмент, катод-заготовка), применением пониженных напряжений и относительно большими значениями средних токов. В результате производительность процесса по сравнению с электроискровой обработкой во многих случаях в 8…10 раз выше. Этот метод позволяет производить обработку на больших площадях (до 240 см 2 ) с высокой производительностью (до 5000 мм 3 /мин); шероховатость обработанной поверхности на 1…3 класса ниже, чем при обработке электроискровыми методами (рис. 3).

Рис. 3. Схема электроимпульсной обработки.

На рис. 3 приведена одна из схем электроимпульсного метода обработки металлов. Электрод-инструмент 3 и электрод-деталь 4, погруженные в ванну 5 с жидкостью, присоединяются к импульсному генератору постоянного тока 2, приводимому в действие от электродвигателя 1. Жидкой средой служат масла низкой вязкости (индустриальное, трансформаторное), керосин и др. В межэлектродном пространстве возникают электрические разряды определенной длительности, сопровождающиеся выделением теплоты. Под воздействием теплоты происходит разрушение металла на поверхности электродов. Электрические режимы назначают в зависимости от характера обработки и от площади обрабатываемой поверхности. При площади обрабатываемой поверхности 20…240 см 2 черновую обработку осуществляют при токе 50…500 А, а чистовую – при 5…50 А. Верхнее значение напряжения составляет 24…26 В, а нижнее – 11…12 В.

Недостатком электроискрового и электроимпульсного методов обработки является малая стойкость электрода-инструмента, который приходится заменять после обработки 5…10 деталей.

Электроимпульсную обработку проводят на специальных электроимпульсных станках, на которых обрабатывают пресс-формы, вырубные просеченные и чеканочные штампы и прошивают отверстия любой конфигурации в закаленных деталях.

2.3. Ультразвуковая обработка

Ультразвуковая обработка основана на хрупком разрушении мате- риала зерном абразива, которое внедряется в обрабатываемый материал под ударами специального акустического концентратора-инструмента, колеблющегося с частотой 18…30 кГц. Обработка называется ультразвуковой в связи с частотой колебаний концентратора-инструмента, которая лежит в нижней части ультразвукового диапазона частот. Способ обработки был запатентован в Англии Ферером в 1945 году.

Начиная с 1951-1953 гг. начались интенсивные исследования физической сущности процесса ультразвуковой обработки, разработка технологии и создание оборудования.

При ультразвуковом методе обработки материалов инструменту придают колебания вышеуказанной частоты с небольшой амплитудой (0,01…0,06 мм). Жидкость (чаще вода), омывающая инструмент и обрабатываемую деталь, содержит большое количество мелких абразивных зерен зернистостью 150…180 мкм. Массовое соотношение абразива к воде от 1 : 1 до 1 : 2. Эти зерна под воздействием ультразвуковых колебаний попадают в пространство между электродами и осуществляют съем металла. В качестве абразивных зерен используют абразивные частицы карбида бора, карбида кремния и другие материалы. Инструменты, имеющие форму в соответствии с формой обрабатываемой поверхности, обычно изготовляют из инструментальной стали.

Читать еще:  Проволока стальная, навивка пружин, сталь пружинная

Для получения ультразвуковых колебаний применяют пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразова­тели. Применение пьезоэлектрических преобразователей основано на способности некоторых материалов (кварца, турмалина) изменять свои геометрические размеры (сжи­маться и расширяться) под воздействием электрических зарядов. В основу магнитострикционного преобразователя положено использование свойств некоторых материалов (никеля, кобальта, пермалоя и др.) деформироваться (сжи­маться и расширяться) под воздействием магнитного поля. Трубку из указанных материалов помещают в катушку, через которую проходит переменный ток высокой частоты. Под воздействием магнитного поля геометрические размеры трубки меняются с ультразвуковой частотой. Этот метод чаще используют при обработке сверлением и фрезеровани­ем деталей из стекла и кварца, полупроводников, алмазов, реже из твердых сплавов и труднообрабатываемых сталей.

Ультразвуковая обработка стальных деталей обеспечивает получение шероховатости поверхности до 9-го класса (Ra= 0,32 мкм) и 6-го квалитета точности.

На рис. 4 приведена схема установки с магнитострикционным преобразователем.

Рис. 4. Схема ультразвуковой установки.

Электрические колебания от звукового генератора 1 усиливаются усилителем 2 и поступают в катушку 6 вибратора 4, который, создавая переменное магнитное поле, заставляет сердечник и инструмент 7 колебаться с высокой частотой. Постоянные магниты 5 получают питание от селенового выпрямителя 3.

Производительность ультразвуковой обработки зависит от обрабатываемого материала и мощности установки. Так, удельная производительность при обработке стекла составляет до 4000, а твердого сплава – до 40 мм 3 /мин кВт.

Электроимпульсная обработка металлов

Электроэрозионными способами обработки металла называют такие, в основу которых положено действие законов эрозии – при прохождении через электроды импульсов электрического тока происходит разрушение таких электродов.

Электроимпульсная обработка металлов относится к одному из электроэрозионных методов. Многие семинары выставки «Металлообработка» посвящены именно этому.

Различают такие электроэрозионные методы:

  • электроискровой,
  • электроимпульсный,
  • высокочастотный электроискровой,
  • высокочастотный электроимпульсный,
  • электроконтактная обработка.

Во время проведения электроимпульсной обработки металлов получают дуговой разряд от применения электрических импульсов очень большой длительности (500 – 10 000 мкс).

Следует обратить внимание на то, что на соблюдение точности параметров и шероховатости поверхностей, которые обрабатываются, влияет выбранный метод обработки.

Так, например, для обработки штампов целесообразнее применять электроимпульсную обработку. В ходе этой обработки снятие металла осуществляется в десятки раз быстрее, чем во время электроискровой обработки. Однако максимально эффективен электроимпульсный метод при выполнении работ по обработке небольших отверстий сложной формы.

Отличительной особенностью электроимпульсной обработки металлов является использование однополярной формы импульсов, что способствует концентрации всей энергии исключительно на процессе разрушения металла обрабатываемой детали.

Это позволяет повысить активность процесса обработки, снизить расход электродов, а также существенно снижает температуру межэлектродного пространства, а значит, дает возможность применить графитированные электроды, которые обеспечивают высокий уровень обработки. В этом можно убедиться после ознакомления с тематическими выставочными стендами.

В целом, электрическая обработка металлов подразделяется на такие группы:

1. Контактная подача энергии – это электромеханическая обработка. Недостатком этой группы является то, что снимание металла осуществляет резец, у которого режущая кромка выступает одновременно и поверхностью контакта. Это приводит к тому, что незначительный спад напряжения на месте контакта требует ввода больших токов, которые позволят создать необходимый нагрев. Но в этой ситуации резец вынужден работать в условиях, которые тяжелее, чем у детали. В результате режущая кромка разогревается, а стойкость резца снижается.

2. Подача энергии по каналу разряда – это разновидности электроискровой и электроимпульсной обработок.

3. Комбинированная подача энергии – объединяет диодно-механическую и электро-контактную обработку.

Характеристика и область применения электроимпульсной обработки металла

Сегодня электроискровые и электроимпульсные методы успешно используются в прошивочно-копировальных станках универсального типа, что осуществляют такие виды работ:

  • прошивка отверстий,
  • образование внутренних полостей,
  • обработка внешних поверхностей деталей.

Кстати, именно непростая форма заготовок и большие трудности механической обработки требуют проведения этих работ с использованием электроэрозионных станков.

Иногда используют станки переносного типа и исправляют ими образовавшийся в деталях брак, а также выполняют несложные копировальные операции.

Однако для осуществления отрезных операций с заготовками разных сечений или резания листового металла разного фасона целесообразнее использовать универсальные отрезные станки.

Среди всего разнообразия операций есть и такие, что наилучшим образом выполняются только на электроэрозионных станках узкой специализации. Это, например, работы, связанные с извлечением поломанного инструмента, а также производство сеток и разной формы щелей в листовом металле.

Таким образом, применение электроимпульсного способа позволило повысить производительность операций по обработке металла с одновременным достижением уменьшения износа рабочих инструментов и увеличения качества изготовления и ремонта изделий.

Больше о методах электроимпульсной обработки металлов можно узнать на ежегодной выставке «Металлообработка».

Особенности электроискровой и электроимпульсной обработки

В зависимости от условий обработки, применяемых режимов, оборудования и технологических приемов, а также получаемых технологических характеристик эрозионную обработку электрическими разрядами подразделяют на электроискровую и электроимпульсную, а в зависимости от частоты повторения разрядов на низко-, средне- и высокочастотную.

Электроискровая обработка основана на использовании электрических импульсных разрядов малой длительности (от долей мкс до нескольких сотен мкс) и малой энергии (до 4-5 Дж), следующих с большой скважностью и высокой частотой (до 1,5×106 кГц). Обработку производят при сравнительно невысоких напряжениях, обычно не превышающих 250 В. При этих напряжения расстояние между электродами невелико и составляет несколько сотых долей миллиметра. Затраты энергии на съем 0,1 кг металла составляет 4-5 кВт×ч.

Этот вид обработки применяется преимущественно для прецизионной обработки небольших деталей радиоэлектронной промышленности, топливной аппаратуры (мелкие отверстия, шлифовальные операции), вырезка фасонных контуров твердосплавных вырубных штампов непрофилированным (проволочным) электродом. При этом способе обработки достигается относительно низкая шероховатость Ra = 1; 2; и высокая точности обработки. Для получения наибольшей производительности при съёме металла с заготовки и наименьшего износа инструмента электрод-инструмент подключают к отрицательному полюсу генератора катоду, а заготовку – к положительному полюсу – аноду.

Электроимпульсная обработка представляет собой разновидность электроэрозионной oобработки. Она характеризуется большей скоростью съема металла при относительно высокой шероховатости обработанной поверхности. Соответственно и режимы обработки, форма используемых при обработке импульсов имеют существенные различия. В результате увеличения вводимой в зону импульсной обработки электрической мощности скорость съема металла по сравнению со скоростью съема при электроискровой обработке повышается в 8-10 раз.

Увеличение длительности импульсов при низкой скважности и устранении обратной полуволны напряжения приводит к резкому снижению износа электрода-инструмента. В отличии от электроискровой обработки здесь применяется обратная полярность: анод-инструмент, катод-деталь. Благодаря высоким скоростям съема металла при снижении относительного износа инструмента становится возможной обработка фасонных поверхностей большой площади, требующих значительного съёма металла. Высокий КПД генератора импульсов, применяющегося при импульсной обработке, обеспечивает проведение обработки при пониженном удельном расходе электрической энергии.

Процесс импульсной обработки, как и все электроэрозионные процессы, основан на расплавлении малых частиц металла в зоне электрических разрядов. Чем выше частота разрядов, тем ниже (при прочих равных условиях) шероховатость поверхности. Поэтому при электроимпульсной обработке используют токи повышенной частоты, получаемые от специальных генераторов.

Режимы электроимпульсной обработки отличается от режимов электроискровой обработки применением пониженных на­пряжений и относительно большими значениями средних токов. Так, для генераторов импульсов типа МГИ верхний предел регулирования напряжения составляет 24-26 В, а нижний 11-12 В. При напряжении менее 11 В производительность и стабильность процесса резко снижаются. Скорость съема металла при электроимпульсной обработке зависит главным образом от силы тока. При достаточной мощности источника питания величину тока ограничивают в соответствии с размерами обрабатываемой поверхности, так как повышение силы тока сверх оптимальной приводит к оплавлению заготовки, быстрому износу электрода-инструмента и потере стабильности процесса.

Технологические схемы электроэрозионной обработки.Электроэрозионная обработка может осуществляться профилированным или не профилированным электродом-инструментом. В первом случае его размеры и форма рабочих поверхностей определяются в соответствии с заданной поверхностью изготовляемой детали (рис.4.3). Во втором – электрод-инструмент имеет простейшую конфигурацию (проволока, диск или стержень), а его размеры лишь частично связаны с размерами электрода-детали (рис.4.4).

Рис.4.3. Схемы электроэрозионной обработки профилированным электродом: 1 – заготовка; 2 – электрод-инструмент; 3 – диэлектрическая жидкость; Sпp – направление подачи инструмента; методы прямого (а-г) и обратного (д) копирования; е – прошивание отверстий с криволинейной осью

Рис.4.4. Схемы электроэрозионной обработки непрофилированным электродом: а – вырезание сложнопрофильных деталей; б – резка заготовки; в – вырезка паза; г – электроэрозионное шлифование; д – растачивание; 1 – заготовке; 2 – не профилированный электрод; 3 – диэлектрическая жидкость

Формообразование обрабатываемой детали электроэрозионным методом можно осуществить по трем схемам.

1. Копирование формы электрода-инструмента, представляющего собой обратное отображение формы детали. При этой схеме обработки путём поступательного движения электрод-инструмент внедряется в заготовку по мере удаления металла под воздействием импульсов электрической энергии.

2. Взаимное перемещение заготовки и электрода-инструмента по определенному закону. Схема формообразования имеет сходные черты с некоторыми процессами механической обработки. Съем металла с заготовки, в отличие от механических процессов, осуществляется за счет эрозии удаляемого металла под действием подводимых импульсов электрической энергии.

3. Сочетание обеих схем формообразования. Осуществляя взаимное перемещение специального инструмента и заготовки по определенному закону, получают изделие сложной формы. Эта схема требует сложного оборудования и электродов-инструментов. Наиболее широкое распространение в практике получила первая схема формообразования, а выполняемые с её помощью операции называют копировально-прошивочными. Электроэрозионное прошивание круглых отверстий сплошным электродом-инструментом — одна из наиболее широко применяемых в машиностроении операций. Ее частным случаем является прошивание отверстий с криволинейной осью. Принципиальные схемы этих операций показаны на рис.4.3. Последнюю из этих операций производят аналогично первой, но электрод-инструмент, являющийся катодом, имеет криволинейную форму, повторяемую в изделии.

По второй технологической схеме электроэрозионной обработки проводят резание с использованием в качестве электрода инструмента металлического диска или проволоки. Обработка проволочным электродом-инструментом позволяет вырезать детали со сложным контуром высокой точности. Для нее характерны доступность и относительная несложность автоматизации движе­ния подачи по заданной программе. Недостатком операций по этой схеме является ограничение их использования только вырезными или отрезными работами.

Операции третьей схемы электроэрозионной обработки получили наименьшее распространение. Они используются при обкатке (рис.4.5), электроэрозионной правке фасонных электроалмазных кругов, образовании в стальных и твердосплавных роликах и валиках, узких (менее 0,5 мм) канавок и т.д.

Рис.4.5. Схема формообразования обкатыванием: 1 – заготовка; 2 – электрод-инструмент; 3 – диэлектрическая жидкость; Sпр, Sкр – направление подачи

Электроэрозионное шлифование используется для обработки заготовок из труднообрабатываемых металлов и твёрдых сплавов. Удаление металла при электроэрозионном шлифовании происходит под воздействием импульсных разрядов между вращающимся электродом-инструментом и обрабатываемой заготовкой, а не в результате механического воздействия. Электроэрозионное шлифование подразделяется на круглое (наружное торцевое в внутреннее) и плоское шлифование. Оно осуществляется по схеме обычного абразивного шлифования. В связи с этим для электроэрозионного шлифования могут быть применены дисковые чашечные, цилиндрические и брусковые электроды-инструменты. Обработку производят при напряжении постоянного тока 25-30 В и ограничении тока до 300 А. Ток изменяется в пределах 5-300 А в зависимости от режима процессе.

Элементы электроэрозионного станка. Процесс электроэрозионной обработки происходит при объединении в одно целое генератора импульсов, системы автоматического регулирования межэлектродного промежутка, в также электроэрозионного станка. Последний должен обеспечить необходимое взаимное расположение обоих электродов, их закрепление и относительное перемещение, подвод к ним питания от генератора импульсов, заданные условия для протекания электрических разрядов в рабочей жидкости, условия наблюдения за процессом обработки с соблюдением правил безопасности.

Генератор импульсов располагают в станине станков. Если этого не позволяют размеры генератора импульсов, то его выполняют как отдельный агрегат и располагают возможно ближе к станку. Электрическую цепь между генератором импульсов и электродами делают, по возможности короче и выполняют ее многожильными коаксиальными проводами для уменьшения влияния поверхностного эффекта.

Электроэрозионные станки снабжены специальными ваннами для обеспечения условий протекания электрических разрядов в рабочей жидкости. У одного тапа станков имеются стол, служащий для установки и закрепление детали, и рабочая головка с несущим элекгрод-инструментом, закрепленном в электродержателе. Стол и рабочая головка смонтированы на общем угловом кронштейне. После закрепления и выверки взаиморасположения электрода-заготовки и электрода-инструмента кронштейн перед началом электроэрозионной обработки вместе с деталью и электродом-инструментом погружают в заполненную рабочей жидкостью ванну. У станков этого типа имеется недостаток – при опускания кронштейна в ванну может возникнуть дополнительная погрешность. У станков другого типа, лишенных указанного недостатка, кронштейн с закрепленным на нем электродом-инструментом и деталью остается неподвижным, а перед электроэрозионной обработкой поднимается заполненная рабочей жидкостью ванна.

Необходимое движение электрода-инструмента обеспечивается приводом его подачи. Контроль электрических параметров процесса электроэрозионной обработки проводится по показаниям электрических приборов (вольтметра и амперметра). Кроме регулирования электрического режима в установках электроэрозионной обработки необходимо осуществлять автоматическое регулирование перемещения электрода-инструмента. Для этого существует система автоматического регулирования межэлектродного промежутка. Она должна удовлетворять следующим основным требованиям: точно поддерживать заданное значение управляемой величины, определяющей установленный зазор; обладать малой инерционностью всех своих элементов; быть малогабаритной, экономичной, недорогой в изготовлении, простой и надежной в работе.

Существующие станки для электроэрозионной обработки условно делят на два типа: копировально-прошивочные и для обработки непрофилированным инструментом. Первые предназначены для создания полостей сложной формы, прошивания сложно-контурных окон фасонных и прямолинейных щелей, отверстий цилиндрической и более сложной конфигурации и др.

Электроэрозионный копировально-прошивочный станок включает в себя станину, рабочий стол для крепления детали, ванну с рабочей жидкостью, устройства вертикального, поперечного и продольного перемещений электрода-инструмента, генератор импульсов, блок управления станком, бак с рабочей жидкостью и вспомогательные устройства.

В станках для обработки непрофилированным инструментом тонкая медная, латунная или вольфрамовая проволока перематывается с одной катушки на другую. Электрод-заготовка крепится на рабочем столе, который может перемещаться по координатам X и Y соответствующими приводами, работающими по командам от системы управления. Электродная проволока используется однократно.

Читать еще:  Заточка стамесок для резьбы по дереву Татьянка

Станки для электроэрозионной обработки

Станки для электрофизических и электрохимических методов обработки

Электрофизические методы обработки деталей, основанные на различных процессах энергетического воздействия на твердое тело, получают в настоящее время все большее распространение. Они позволяют обрабатывать заготовки из твердых сплавов, жаропрочных и других материалов, не поддающихся резанию. Характерными свойствами этих методов являются: возможность обработки независимо от твердости материала; возможность копирования по всей поверхности заготовки при простом поступательном движении. Обработка детали производится практически без силового воздействия, автоматизация процесса не вызывает затруднений.
На станках данной группы изготовляют сложные штампы, пресс-формы, фильеры и другие детали, имеющие в том числе малые размеры отверстий (до 0,05 мм).

Электроэрозионная обработка основана на физическом явлении, заключающемся в направленном выбрасывании электронов под действием происходящего между электродами электрического импульсного заряда. При сближении двух электродов и подключении к ним напряжения, достаточного для пробоя образовавшегося межэлектрического промежутка, возникает электрический заряд в виде узкого проводящего столба с температурой, измеряемой десятками тысяч градусов. У основания этого столба наблюдается разрушение (оплавление, испарение) материала электродов. Жидкая среда обеспечивает возникновение динамических сил, необходимых для удаления разрушаемого материала. В качестве среды применяют трансформаторное масло, керосин. Основными разновидностями электроэрозионного способа являются электроискровая, электроимпульсная и анодно-механическая обработка.

Электроискровые станки. Сущность электроискрового метода заключается в том, что под воздействием коротких искровых разрядов, посылаемых источником электрического тока, металл разрушается. При обработке на электроискровом станке для прошивки отверстий (см. рис. 14.1, а) заготовку 2 погружают в бак с жидкостью и соединяют с положительным полюсом, выполняющим функцию анода. Электрод (инструмент) 4 являющийся катодом, соединяют с отрицательным полюсом и укрепляют на ползуне 5, имеющем вертикальное перемещение по направляющим 6. Заготовка 2, стол 1, на котором ее закрепляют, корпус бака и станина станка электрически соединены между собой и заземлены, так что их электрический потенциал всегда равен нулю. Это необходимо для безопасности работы на станке.

Рис. 14.1. Станок для электроискровой прошивки отверстий – а и соленоидный регулятор – б

В электрическую цепь включен резистор 11. Изменяя сопротивление, регулируют силу тока, контролируя ее по амперметру 10. Для накопления энергии служит конденсаторная батарея 12. При подаче импульса напряжения на электрод и деталь в межэлектродном зазоре возникает дуговой разряд, который создает на поверхности высокую температуру порядка 4000¸5000°С. Воздействие разряда приводит к возникновению на поверхности обрабатываемой детали расплавленного металла, выбрасываемого в межэлектродное пространство.

Между электродом 4 и заготовкой всегда должен поддерживаться небольшой, так называемый, искровой зазор. Это достигается с помощью простого устройства – соленоидного регулятора (рис. 14.1, б). К верхнему концу ползуна 5 прикреплен стальной стержень – сердечник 13, который располагается внутри катушки (соленоида) 14.

Когда электрод 4 касается заготовки, электрическая цепь замыкается. Сердечник 13 намагнитится и втянется в катушку 14, т. е. поднимется вместе с ползуном 5 и электродом 4. Искровой зазор между электродом 4 и заготовкой 2 восстановится. Основная электрическая цепь разрывается – ток в ней исчезает. Одновременно исчезает ток и в катушке 14. Сердечник 13 размагнитится и под действием собственной массы опустится. Вместе с ним опустится ползун 5 и электрод 4. Между электродом и заготовкой снова произойдет электрический разряд. Если электрод выполняет роль инструмента, то соленоидный регулятор служит механизмом подачи.

Рис. 14.2. Универсальный электроискровой станок

Универсальные электроискровые станки обычно имеют вертикальную компоновку (рис. 14.2). Автоматический регулятор подач 7 сообщает вертикальные перемещения электроду – инструменту 8.

Ванну 4 с заготовкой 9, установленной на столе 3, можно перемещать в вертикальном направлении с помощью электродвигателя. Суппорт 5 при обработке отверстий с криволинейной осью поворачивается вокруг горизонтальной оси. Поперечный суппорт 6 перемещается по направляющим продольного суппорта. Продольный суппорт 5 установлен на направляющих 2 станины. Электроискровая обработка характеризуется широким диапазоном режимов обработки – от черновой производительностью 1,5¸10 мм 3 /с при Rz = 160¸40 мкм до отделочных производительностью около 0,001 м 3 /с при Rа = 1,25¸0,16 мкм. Характерные черты этого процесса: сравнительно низкая производительность обработки, большой износ электродов, образование на обработанной поверхности тонкого дефектного слоя толщиной 0,2¸0,5 мм на черновых и 0,02¸0,05 мм на чистовых режимах.

Электроискровые станки используют при обработке отверстий малого диаметра, узких щелей и других поверхностей из труднообрабатываемых материалов.

Электроимпульсные станки. Электроимпульсная обработка является более производительным процессом по сравнению с электроискровой обработкой и требует меньшего расхода электроэнергии.

В электрической схеме (рис. 14.3) электроимпульсного станка отсутствуют конденсаторы, которые используются в электроискровом станке для получения импульсных разрядов. В электроимпульсном станке импульсные разряды, необходимые для электрической эрозии, создаются (генерируются) в специальном генераторе импульсов. Роль генератора импульсов играют преобразователь 1 и селеновый выпрямитель 2. Преобразователь 1 преобразует напряжение и частоту переменного тока. Питается преобразователь от заводской сети (напряжение 380 В, частота тока 50 Гц).

Рис. 14.3. Станок для электроимпульсной обработки

На выходных зажимах преобразователя получают ток с более низким напряжением. Селеновый выпрямитель 2 пропускает ток только в одном направлении. В течение одной секунды получают до 500 импульсов. При этом между электродом 3 и заготовкой 4 происходят электрические разряды. В отличие от электроискровых станков, в электроимпульсных станках обрабатываемая деталь соединяется с катодом, а инструмент – с анодом.

Электрод-инструмент изготовляют из материалов с высокой теплопроводностью, таких как медь, алюминий и его сплавы, специальные графитизированные материалы, вольфрам. Обработку ведут в жидкой среде. Процесс электроимпульсной обработки основан на расплавлении малых объемов металла электродов в тех местах, где между ними проскакивают электрические разряды. Каждый разряд снимает очень небольшое количество металла, но так как разряды происходят часто, один за другим, то общий объем металла достаточно велик. Электроду-инструменту сообщается подача.

Обработку металлов ведут со скоростью углубления инструмента в деталь 0,35¸0,6 мм/мин, независимо от размеров обрабатываемой поверхности. Шероховатость по стали медным электродом Rа = 2,5¸0,05 мкм. Возможно получение точности до 0,08¸0,2 мм при обработке поверхностей и 0,01¸0,03 мм при обработке отверстий.

Электроимпульсный метод используется при обработке средних и крупных штампов, пресс-форм и их деталей из закаленных и труднообрабатываемых материалов.

Рис. 14.4. Схема электроконтактной резки

Станки для электроконтактной обработки. Электроконтактная обработка является разновидностью электроэрозионной обработки и относится к числу перспективных методов высокопроизводительного изготовления деталей из высокопрочных конструкционных материалов при использовании относительно несложных оборудования и технологий. Область применения электроконтактной обработки – разрезание заготовок, отрезка литниковых прибылей, заточка режущих инструментов, можно эту обработку использовать и для чистовой доводки поверхностей.

При электроконтактной резке (рис. 14.4) электрод – инструмент выполняют обычно в виде диска, быстро вращающегося вокруг своей оси. В пространство между обрабатываемой заготовкой 1 и вращающимся электродом – диском 2 подается по трубе 3 электролит. В качестве электрода-инструмента применяют диски, изготовленные из чугуна, углеродистых сталей, графита, меди, композиционных материалов на основе вольфрама и никеля. В отличие от электроискровой обработки жидкость, которая находится между электродами проводит электрический ток. При электроконтактной резке диск получает медленную поперечную подачу.

Сущность процесса заключается в следующем. Жидкость-электролит, подаваемая в пространство между диском 1 и заготовкой 2, растворяет под действием тока металл, образуя на поверхности заготовки тонкую пленку 3 (рис. 14.5, а). Тонкая пленка соскабливается быстровращающимся диском.

Вершины неровностей на поверхности заготовки (рис. 14. 5, б) отделены от диска очень небольшим промежутком, через который легко проскакивает разряд, и подвергаются электрической эрозии: они расплавляются и частички выносятся вращающимся диском из места разреза в виде снопа искр. При электроконтактной обработке происходят одновременно два процесса: электрохимическое разъедание поверхности и электрическая эрозия. В качестве рабочей жидкости-электролита применяют водный раствор жидкого стекла.

Рис. 14.5. Процессы, происходящие при электроконтактной обработке: а – электрохимическое растворение; б – электрическая эрозия

Для электроконтактной резки применяют станки различных конструкций. Разрезаемый пруток 10 (см. рис. 14.6) зажимают в тисках 9. Стальной диск 3 укреплен на оси, расположенной в маятнике 4, который может поворачиваться вокруг оси 6. Поворотом маятника обеспечивается необходимая подача. Подачу регулируют гидравлическим регулятором 5. Диск вращается от электродвигателя 7 через ременную передачу 8. Рабочая жидкость подается насосом 11 к соплу 2. Отработанная жидкость собирается в коробке 1. Скорость вращения диска обычно равна 15¸25 м/с, напряжение тока 20¸30 В.

Рис. 14.6. Станок для электроконтактной обработки

Силу тока выбирают в зависимости от диаметра разрезаемого прутка. При диаметре 40 мм сила тока равна 80 А, а при диаметре 200¸300 мм – 300¸350 А.

Если использовать бесконечную стальную ленту вместо диска толщиной 0,8¸1,2 мм и шириной 12¸20 мм, то можно осуществить фигурную резку.

Электроконтактная заточка производится быстровращающимся диском 1 (см. рис. 14.7) в зону соприкосновения затачиваемого инструмента с диском через сопло 2.

Электроконтактную заточку и доводку производят за три перехода: обдирка, шлифование и доводка. Все эти переходы выполняют на одном и том же станке за одну установку затачиваемого инструмента, изменяют только электрические режимы обработки. Обдирку ведут при напряжении 20 В, шлифование – при напряжении 15 В; при доводке напряжение снижают до 10 В. В результате изменения напряжения меняется и характер обработки.

Рис. 14.7. Схема электроконтактной заточки инструмента

При обдирке снимается большой слой металла (1¸1,5 мм). Это необходимо для того, чтобы придать инструменту требуемую форму. При шлифовании глубина снимаемого слоя не превышает 0,1 мм. Доводкой снимается незначительный по толщине слой, составляющий всего 0,01¸0,03 мм.

Производительность электроконтактной обработки составляет порядка 100¸200 см 3 /мин, шероховатость обработанной поверхности от Rz = 1000 мкм до Rz = 20 мкм. Толщина дефектного слоя при этом может достигать от 10 мкм до 5 мм. Электроэрозионные явления при электроконтактной обработке снижают удельные затраты мощности по сравнению с обычным резанием в 3,3 раза.

Дата добавления: 2014-12-29 ; Просмотров: 1057 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Электроискровая и электроимпульсная обработка металла.

К электротехнологии относятся электрические способы обработки металлов, получившие большое развитие за последнее десятилетие.

Электрическими способами обработки называются такие виды обработки, при осуществлении которых съем металла или изменение структуры и качества поверхностного слоя детали являются следствием термического, химического или комбинированного действия электрического тока, подводимого непосредственно (гальваническая связь) к детали и инструменту. При этом преобразование электрической энергии в другие виды энергии происходит в зоне обработки, образованной взаимодействующими поверхностями инструмента и обрабатываемой детали. Электрическая обработка включает в себя электроэрозионные, электрохимические, комбинированные электроэрозионно-химические и электромеханические способы обработки.

При электроэрозионных способах обработки съем металла и изменение свойств поверхности детали являются результатом термического действия электрического тока.

В свою очередь, электроэрозионные способы обработки металлов по назначению различаются на способы, при помощи которых осуществляется:

а) электроэрозионная размерная обработка металлов (съем металла и придание заготовке заданной формы и размера);

б) электроэрозионное упрочнение или покрытие (изменение свойств поверхностного слоя).

В настоящее время известны и применяются следующие основные способы электроэрозионной обработки: электроискровой, электроимпульсный и электроконтактный. Практически к этой же группе следует отнести и анодно-механический способ, так как электрохимический съем металла (анодное растворение) применяется лишь на доводочных режимах и притом не во всех случаях использования этого метода.

Электроэрозионные способы не исключают механическую обработку, а дополняют ее, занимая свое определенное место, соответствующее их особенностям, а именно: возможности обработки токопроводящих материалов с любыми физико-механическими свойствами и отображения формы инструмента в изделии. Следовательно, использование электроэрозионных способов обработки будет развиваться с повышением твердости и вязкости обрабатываемых материалов, с усложнением формы детали и обрабатываемых поверхностей (полости сложной конфигурации, отверстия с криволинейной осью, отверстия весьма малого диаметра, тонкие и глубокие щели простой и сложной формы и т. п.), наконец, с улучшением технико-экономических показателей электроэрозионных способов обработки — повышением производительности, чистоты поверхности, точности, стойкости инструмента и снижением энергоемкости процесса.

Особо перспективным является использование электрических способов для обработки деталей из твердых сплавов, жаропрочных сталей и специальных трудно обрабатываемых сплавов, получающих все большее применение в связи с повышением давлений, температур и скоростей в машинах и аппаратах.

Электроимпульсный способ обработки при осуществлении прошивочно-копировальных работ позволил по сравнению с электроискровым способом повысить скорость съема металла на жестких режимах в 5-10 раз при наличии возможности ее дальнейшего увеличения, снизить износ инструмента в 5-20 раз и энергоемкость в 2-3 раза.

Приводимые в данной работе сведения характеризуют в целом современное состояние техники, технологии и производственного использования электроэрозионной обработки металлов. Наибольшее внимание уделяется при этом электроимпульсному способу обработки, обладающему лучшими технико-экономическими показателями и более широкой областью применения, чем электроискровой. Из различных применений электроимпульсной обработки излагаются, в основном, более исследованные прошивочно-копировальные работы, представляющие наибольшую трудность для осуществления и более универсальные по технологическим возможностям.

Электрическая обработка металлов и ее разновидность — электроэрозионная обработка — представляют самостоятельную отрасль электротехнологии, находящуюся на начальной ступени развития.

Для обеспечения качественной размерной обработки металлов за счет использования теплового действия электрического тока необходимо соблюдение следующих трех основных условий:

Энергия электрического тока должна подводиться к обрабатываемому участку в виде импульса достаточно малой продолжительности (локализация элементарного съема металла во времени).

При непрерывном подводе энергии теряется точность обработки, появляется дефектный оплавленный подслой, ухудшается чистота поверхности и теряется одно из основных технологических качеств электрических способов обработки — свойство отображения (копирования) формы инструмента в детали. Примером обработки при непрерывном подводе энергии может служить разрезка или выжигание отверстий электрической дугой; в этом случае точность и чистота поверхности в месте реза неприемлема для размерной обработки.

Участок детали, к которому подводится импульс энергии, должен быть достаточно мал (локализация элементарного съема металла в пространстве).

Для того, чтобы произвести при подводе импульса энергии к большому участку съем металла, необходимо соответственно увеличить энергию импульса, что приведет к увеличению элементарного съема. Чем больше элементарный съем металла, тем хуже, естественно, чистота поверхности и ниже точность обработки.

Читать еще:  Какая Шлифмашина Лучше Эксцентриковая Или Вибрационная

Если сохранить при увеличенном элементарном участке импульс энергии неизменным, то съем металла может вообще не произойти, так как подведенной энергии будет недостаточно для расплавления элементарного съема.

Импульсы энергии должны подводиться к элементарным участкам объема металла, подлежащего удалению, непрерывно и с достаточной частотой (локализация процесса обработки во времени). Это условие обеспечивает непрерывность процесса и получение требуемой производительности.

Указанным трем условиям удовлетворяют в разной степени электрические способы обработки, основанные на тепловом действии электрического тока.

Электрическую обработку металлов можно разделить на три группы.

К первой группе, основанной на чисто контактном подводе энергии, относится электромеханическая обработка.

Так как чисто контактный подвод энергии не удовлетворяет трем условиям размерной обработки, вследствие чего съем металла не достигается, при электромеханическом способе съем металла осуществляется резцом, режущая кромка которого является в то же время контактирующей поверхностью.

К резцу и обрабатываемой детали подводится переменный ток, производящий в месте контакта нагрев детали. Электрический контактный нагрев служит лишь целям уменьшения усилий резания и может быть заменен другими источниками тепла — дугой, пламенем ацетиленовой горелки, высокочастотным нагревом и т. п.

Как показывает расчет и опыт, с энергетической точки зрения введение электрического тока через резец в общем случае является нецелесообразным и не дает повышения производительности и увеличения стойкости инструмента. Последнее объясняется тем, что ввиду малых падений напряжения в месте контакта, для создания сколько-нибудь существенного нагрева необходимо вводить весьма большие токи; при этом резец оказывается, с точки зрения отвода тепла, в значительно более тяжелых условиях, чем обрабатываемая деталь. Поэтому происходит разогрев режущей кромки и снижение стойкости резца.

При малых же токах нагрев изделия настолько ничтожен, что практически не оказывает влияния на величину усилия механического резания.

Вторая группа включает способы обработки, применяющие подвод энергии через канал разряда. К этой группе относится электроискровой и электроимпульсный способы и промежуточные разновидности, например, такие, как обработка апериодическими импульсами на релаксационном генераторе, включающая в себя элементы обоих способов.

Третья группа, объединяющая диодно-механический и электроконтактный способы со всеми разновидностями, основана на применении комбинированного контактно-дугового подвода энергии.

Области применения размерной электроэрозионной обработки.

Рассмотрим основные технологические характеристики и области преимущественного применения разновидностей электроэрозионной обработки металлов.

Электроискровой способ. Скорость съема металла на максимальных режимах при обработке стали составляет в среднем 600 мм3/мин и близка к предельно возможной для этого способа обработки металлов. Удельный расход энергии на жестких режимах составляет 20-50 кВтч/кг диспергированного металла. Износ инструмента по отношению к объему снятого металла достигает 25-120 и более процентов. Чистота поверхности на мягких режимах достигает 4-го класса при скорости съема 10-15 мм3/мин. Дальнейшее повышение чистоты поверхности сопровождается резким уменьшением скорости съема. Так, при получении 5-го класса чистоты поверхности, производительность электроискрового способа обработки меньше 5 мм3/мин. Удельный расход энергии на мягких режимах в десятки и сотни раз выше, чем на жестких.

При обработке твердого сплава производительность процесса на мягких режимах, примерно, в два-три раза меньше, чем при обработке стали, однако при этом получается несколько лучшая чистота поверхности. Применение более жестких режимов при обработке твердых сплавов лимитируется образованием на них трещин.

Электроискровой способ преимущественно применяется в настоящее время для прошивочных работ, изготовления полостей сложной конфигурации и т. п. операций, а также для шлифования тел вращения.

Электроимпульсный способ. Ряд характеристик этого способа изложен выше. Электроимпульсная обработка имеет значительные преимущества по сравнению с электроискровой. Улучшение технологических характеристик нового способа обработки обусловлено применением специальных независимых генераторов импульсов. Сообщаемые ниже технологические характеристики способа отражают итоги первых работ и далеко не полностью характеризуют возможности электроимпульсного способа.

Производительность на жестких режимах электроимпульсного прошивочно-копировального станка КБ МСиИП с ламповым генератором импульсов превышает 5000 мм3/ мин при получении чистоты поверхности вне класса. Указанная производительность может быть повышена на соответствующей площади до нескольких десятков кубических сантиметров в минуту при увеличении импульсной мощности. Энергоемкость на жестких режимах составляет 8-12 кВтч/кг диспергированного металла, относительный износ инструмента достигает 0,2 — 20%. Чистота поверхности, получаемая на указанном станке на мягких режимах, соответствует 4-му классу при производительности: по стали 6-8 мм3/мин, по твердому сплаву, примерно, в 2-3 раза меньше. Дальнейшее снижение режима обработки для получения большей чистоты поверхности приводит к еще большему падению производительности и увеличивает энергоемкость. Приведенные технологические характеристики мягких режимов в настоящее время значительно улучшены путем применения новых моделей машинных генераторов импульсов, разработанных Харьковским политехническим институтом имени Ленина, ЭНИМС и КБ МСиИП, но все же проблему резкого повышения производительности процесса обработки на мягких режимах нельзя считать еще решенной, хотя принципиальные пути решения этой задачи намечены.

Область преимущественного применения электроимпульсного способа та же, что и электроискрового, но, учитывая более высокие технико-экономические показатели, возможно более широкое его применение.

Схема работы электроэрозионного станка для контурного вырезания отверстий сложных профилей. Нужную работу здесь производит электрический разряд, возникающий между инструментом — латунной проволокой и деталью. При электроэрозионной обработке заготовку детали и инструмент из тугоплавкого или хорошо проводящего тепло материала присоединяют к источнику электрического тока. Чтобы действие разрядов тока было кратковременным, их периодически прерывают либо отключением напряжения, либо быстрым перемещением инструмента относительно поверхности обрабатываемой заготовки. Необходимое охлаждение выплавляемого и испаряемого металла, а также его удаление из рабочей зоны достигаются погружением обрабатываемой заготовки в токонепроводящую жидкость — обычно машинное масло, керосин. Отсутствие токопроводимости у жидкости способствует тому, что разряд действует между инструментом и обрабатываемой заготовкой при очень малых расстояниях (10-150 мкм), т. е. только в том месте, к которому подведен инструмент и которое мы хотим подвергнуть действию тока.

Электроэрозионный станок обычно имеет устройства для перемещения инструмента в нужном направлении и источник электрического питания, возбуждающий разряды. В станке, имеется также система автоматического слежения за размером промежутка между обрабатываемой заготовкой и инструментом; она сближает инструмент с заготовкой, если этот промежуток чрезмерно велик, или отводит его от заготовки, если он слишком мал.

Как правило, электроэрозионный способ применяют в тех случаях, когда обработка на металлорежущих станках затруднена или невозможна. из-за твердости материала или когда сложная форма обрабатываемой детали не позволяет создать достаточно прочный режущий инструмент.

В качестве инструмента может использоваться не только проволочка, но и стержень, диск и др. Так, используя инструмент в виде стержня сложной объемной формы, получают как бы оттиск его в обрабатываемой заготовке. Вращающимся диском прожигают узкие щели и режут прочные металлы.

Учебные материалы

Электроэрозионные методы обработки основаны на явлении эрозии 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). При наличии разности потенциалов на электродах происходит ионизация межэлектродного пространства. При определенном значении разности потенциалов – образуется канал проводимости, по которому устремляется электроэнергия в виде импульсного искрового или дугового разряда. На поверхности заготовки температура возрастает до 10000 – 12000°C. 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. Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Электроды сближаются автоматически с помощью следящих систем.

Электроискровая обработка

Электроискровую обработку применяют для упрочнения поверхностного слоя металла (рисунок 4.7). На поверхность изделия наносят тонкий слой металла или композиционного материала. Подобные покрытия повышают твердость, износостойкость, жаростойкость и эрозионную стойкость.

При электроискровой обработке – используют импульсные искровые разряды между электродами: обрабатываемая заготовка (анод) – инструмент (катод). Конденсатор заряжается через резистор от источника постоянного тока напряжением 100200 В. Когда напряжение на электродах и достигает пробойного образуется канал, через который осуществляется искровой разряд энергии, накопленной конденсатором. Продолжительность импульса 20200 мкс. Точность обработки до 0,002 мм.

Получают сквозные отверстия любой формы поперечного сечения, глухие отверстия и полости, отверстия с криволинейными осями, вырезают заготовки из листа, выполняют плоское, круглое и внутреннее шлифование. Изготовляют штампы и прессформы, фильеры, режущий инструмент.

Рисунок 4.7 – Схема электроискрового станка:

Для обеспечения непрерывности процесса станки снабжаются следящей системой и системой автоматической подачи инструмента.

Электроимпульсная обработка

При электроимпульсной обработке используют электрические импульсы большой длительности (510 мс), в результате чего происходит дуговой разряд.

Большие мощности импульсов от электронных генераторов обеспечивают высокую производительность обработки.

Электроимпульсную обработку целесообразно применять при предварительной обработке штампов, турбинных лопаток, фасонных отверстий в детали из коррозионностойких и жаропрочных сплавов (рисунок 4.8).

Рисунок 4.8 – Схема электроимпульсной обработки:

1 – электродвигатель; 2 – импульсный генератор постоянного тока;
3 – инструмент – электрод; 4 – заготовка – электрод; 5 – ванна

Электроконтактная обработка

Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве заготовки в месте контакта с электродоминструментом и удалении размягченного или расплавленного металла из зоны обработки механическим способом: относительным движением заготовки или инструмента. Источником теплоты служат импульсные дуговые разряды. Этот вид обработки рекомендуется для крупных деталей из углеродистых и легированных сталей, чугуна, цветных сплавов, тугоплавких и специальных сплавов.

Оборудование для электроэрозионной обработки металлов

В металлообработке существует много задач, которые трудно выполнить механическими методами. Это работа со сверхтвёрдыми сплавами, выполнение отверстий и сложных контурных выемок в материалах, изготовление деталей с высокой точностью, не требующих дополнительной механической обработки. Помощь в решении этих задач оказывает электроэрозионный метод. Кроме того, при электроэрозии улучшается качество поверхности заготовки.

Электроэрозионная обработка металлов — это метод размерной обработки при использовании электрического разряда. Метод позволяет изменять размеры заготовки, степень шероховатости, увеличить твёрдость поверхности. При применении электроэрозии можно подвергать воздействию тугоплавкие металлы, обработка которых другими методами невозможна или затруднена. Метод электроэрозии металла позволяет делать отверстия и выемки разной формы в материалах повышенной твёрдости без физического воздействия на них.

Суть и характеристика метода

Электроэрозия — это изменение формы и структуры поверхности детали, при воздействии электрического разряда. Одним из электродов является инструмент, другим — деталь из проводящих материалов. При сближении их образуется электрический разряд. Разряды производятся импульсно, для этого используется генератор импульсов. Работа производится в среде жидкого диэлектрика, который повышает силу разряда. В качестве диэлектрика применяются различные минеральные масла и керосин. В результате разряда образуется электрическая дуга. Для электродов можно выбирать разные материалы:

  • вольфрам;
  • уголь;
  • медь;
  • латунь.

Ток нагревает электрод, происходит испарение диэлектрика и образование газового пузыря. При действии разряда большой мощности температура в газовом пузыре повышается до тысяч градусов, происходит расплавление электродов и выброс металла.

Электроэрозионная обработка применяется в следующих процессах:

  • Абразивное шлифование. Состоит в разрушении металлической заготовки с помощью абразивной обработки и электроэрозии.
  • Электроэрозионно-химическое шлифование — применение электроискровой эрозии и анодного растворения в среде электролита.
  • Анодно-механический способ электрообработки характеризуется комплексным электрохимическим и механическим способами воздействия, при котором растворяется материал заготовки, а образующаяся окисная плёнка удаляется механическим способом.
  • Прошивание — способ прошивки отверстий в твёрдых материалах электроэрозионным методом.
  • Электроэрозионное упрочнение позволяет улучшить прочностные характеристики поверхности заготовки.
  • Объёмное копирование позволяет производить копирование формы электрода-инструмента.
  • Электроэрозионная резка металла позволяет получить высокую точность.

Электрообработка производится с прямой и обратной полярностью.

Электроискровая обработка металлов

При электроискровой обработке деталь является анодом, а инструмент — катодом. При этой полярности сильно разрушается электрод-инструмент. Для предотвращения разрушения на него подаётся короткий отрицательный импульс с длительностью не более 0,001 сек. Метод используется в основном для чистовой обработки. Он позволяет прошивать отверстия, производить очистку поверхностей и шлифовать детали из материалов повышенной твёрдости.

Электроимпульсная обработка

При электроимпульсной обработке применяется обратная полярность. Деталь является катодом. При образовании дугового разряда обработка детали осуществляется ионным потоком, направляющимся в сторону детали. Это обеспечивает хорошую производительность при съёме металла, но значительно меньшую точность. Используется этот метод при черновой обработке заготовок.

Электроэрозионная резка применяется при необходимости изготавливать сложные по конфигурации детали из высокопрочных сплавов. Установки для резки используются при необходимости серийного изготовления изделий с высокой точностью.

Промышленное оборудование

В промышленности применяются проволочно-вырезные и прошивочные станки. В проволочно-вырезных станках к детали присоединён отрицательный полюс, а к инструменту положительный. Намотанная на барабан проволока, двигаясь вверх и вниз и по контуру заготовки, выжигает деталь нужной конфигурации и размеров.

Прошивочные станки предназначены для получения мелких отверстий и точных сквозных контуров. Полости изготавливаются прошиванием с объёмным копированием формы электрода-инструмента. Применяются они в производстве инструментальных штампов, различных мелких сеток и резьбовых отверстий в тугоплавких материалах.

В промышленности применяются автоматизированные станковые приспособления для крепления и заготовок и электрода-инструмента. Существуют унифицированные захватные устройства транспортных средств (промышленных роботов, манипуляторов) для доставки заготовок и электрода-инструмента, а также установочные станочные приспособления.

Во многих отраслях электрообработка является неотъемлемой частью технологического процесса. Она находит применение в двигателестроении, производстве радиотехнических изделий, в энергетическом и транспортном машиностроении. Наряду с большим количеством преимуществ, у метода имеются и недостатки. К ним можно отнести:

  • невысокую производительность станкового оборудования;
  • большое энергопотребление;
  • сложный технологический процесс, управлять которым должен специалист.

Но несмотря на эти недостатки, метод электроэрозии нашёл своё применение в промышленности и успешно развивается. В перспективе ожидаются разработки, связанные с электрообработкой интерметаллических сплавов и керамики и применением современных композиционных материалов для электродов-инструментов.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×