Электрофизические методы обработки
Электрофизические методы обработки относятся к физико-химическим методам размерной обработки (ФХО) материалов, которые обеспечивают съем обрабатываемого материала в результате физико-химических процессов. По механизму разрушения и съема материала все физико-химические процессы обработки подразделяют на три группы: электрофизические методы обработки (ЭФО), электрохимическиеметоды обработки (ЭХО) и комбинированные. Каждый из методов ФХО обладает уникальными технологическими возможностями, но все они более энергоемки и менее производительны в сравнении с методами механообработки. По этой причине использование методов ФХО оправдано только в следующих случаях:
- для обработки конструкционных материалов, имеющих низкую обрабатываемость лезвийным и абразивными инструментами, в т.ч. высоколегированных сталей, твердых сплавов, ферритов, керамики, полупроводников, ситаллов и др.;
- для обработки деталей сложной геометрической формы из труднообрабатываемых материалов (пресс-формы, детали лопаток турбин и т. п.);
- для обработки миниатюрных тонкостенных нежестких деталей, а также деталей сложной формы с пазами и отверстиями.
Основным видом ЭФО является электроэрозионная обработка (ЭЭО), которая основана на использовании явления электрической эрозии — разрушения материала электродов при электрическом пробое межэлектродного промежутка. На рис.1 приведена схема процесса ЭЭО.
Рис.1 - Условная схема процесса ЭЭО: 1-электроинструмент; 2 — заготовка; 3 — генератор электрических импульсов, 4 — электрический разряд; 5 — газовый пузырь; б — продукты эрозии (шлам); 7 — эрозионная лунка; 8 — рабочая жидкость; 9 —изолятор
Размерная ЭЭО состоит в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки путем съема материала припуска за счёт управляемого процесса электрической эрозии. Изолированный электрод-инструмент 1 и обрабатываемая заготовка 2 погружены в рабочую диэлектрическую жидкость и соединены с генератором электрических импульсов 3. Между электродом и деталью электрическим пробоем межэлектродного промежутка (МЭП) возбуждается импульсный разряд 4, который мгновенно нагревает микроучастки электродов и контактирующую с ними жидкость. В результате в зоне разряда формируется газовый пузырь 5. В конце каждого импульса происходит схлопывание пузыря. При этом продукты эрозии — шлам — в виде гранул 6 удаляются из МЭП рабочей жидкостью 8, а на поверхности электрода-заготовки образуется эрозионная лунка 7. За время паузы происходит восстановление электрической прочности МЭП до исходного значения. Затем, при подаче следующего импульса напряжения, весь процесс повторяется, но пробой происходит уже там, где напряженность примет максимальное значение, — в зазоре между наиболее близкими микровыступами поверхности заготовки и инструмента. Процесс эрозии заготовки продолжается до полного удаления металла, находящегося на расстоянии электрического пробоя (0,01—0,15 мм),
При многообразии кинематических схем ЭЭО все схемы условно можно распределить на три группы.
1. Получение требуемой формы и точности поверхности заготовки копированием формы профильного инструмента͵ представляющего собой обратное отображение формы детали. По этой схеме электрод-инструмент внедряется в заготовку при поступательном перемещении по мере электроэрозии металла заготовки. Эта схема наиболее широко применяется в практике ЭЭО. Операции, выполняемые по первой схеме, называются копировально-прошивочными (рис.2 а, б, в).
2. Заданная форма детали обеспечивается взаимным перемещением заготовки и непрофилированного инструмента. По этой технологической схеме ЭЭО производят с использованием в качестве электрода-инструмента проволоку или металлический вращающийся диск (рис.2. г, д ).
3. Получение требуемой формы обеспечивается взаимным перемещением профилированного инструмента и заготовки. Эти операции получили наименьшее распространение. Οʜ используются для правки фасонных электроалмазных кругов, изготовления фигурных канавок и шлифования (рис. 2 е).
Применяемый при ЭЭО разряд возбуждается электрическим пробоем. Электрический пробой при подаче импульса напряжения 50—250 В происходит между микровыступом электрода-заготовки и обработанной поверхностью электрода-инструмента. В результате при ЭЭО разрушаются именно выступы, выравнивая поверхность заготовки по всему межэлектродному зазору.
По форме импульсы подразделяются на знакопеременные; асимметричные; униполярные синусоидальные; униполярные прямоугольные; униполярные гребенчатые.
Рис. 2 - Кинематические схемы процессов ЭЭО:
а — копирование; б — прошивание полостей с прямой осью; в — прошивание отверстий с криволинейной осью; г — отрезка вращающимся диском; д — отрезка проволокой (лентой); е — шлифование; 1- обрабатываемая деталь; 2 — инструмент; 3 — подача рабочей жидкости
Обрабатываемость различных материалов при электроэрозионной обработке оценивается коэффициентом обрабатываемости. Числовое значение коэффициента обрабатываемости равно, как и при обработке резанием, отношению экспериментально установленной скорости съема данного материала к скорости съема стали 45 при тех же параметрах ЭЭО. Коэффициент обрабатываемости стали 45 принимается за единицу, тогда коэффициент обрабатываемости составляет: для жаропрочных и нержавеющих сталей — 1,4; для алюминия — 2,4; для меди — 0,9; для титана — 0,6; для вольфрама — 0,5; для твердых сплавов — 0,3.
Сопутствующим явлением при ЭЭО является разложение рабочей жидкости под действием высоких температур — пиролиз. В жидких углеводородах, имеющих температуру кипения 150—200 °С, в зоне дугового разряда образуются пары. При соприкосновении паров с нагретыми участками электродов происходит разложение паров с осаждением на поверхности углерода и выделением водорода. Взаимодействуя с поверхностями электродов, углерод и водород могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние. Так, взаимодействие с обрабатываемой поверхностью детали ведет к изменению химического состава поверхностного слоя, что в большинстве случаев нежелательно. В то же время взаимодействие с поверхностью инструмента ведет к образованию на его поверхности слоя пирографита͵ компенсирующего его эрозию в процессе обработки. Это явление используется для повышения стойкости инструмента.
Профилированный электрод инструмент задает конфигурацию обрабатываемой поверхности детали. Материал электрода-инструмента должен обладать высокой эрозионной стойкостью, прочностью, малым омическим сопротивлением и высокой обрабатываемостью методами резания.
Эрозионный износ электрода при ЭЭО не является локальным, как при механической обработке, а охватывает всю рабочую поверхность и оценивается отношением израсходованного объёма электрода к объёму удаленного металла.
В качестве материала для электродов при обработке высокоуглеродистых инструментальных сталей и жаропрочных сплавов на никелевой базе рекомендуются графит, медь и композиционный материал МНБ-3 (9,7% меди и 3% нитрида бора). Наименьшему износу подвержен медный электрод, так как его электроэрозия компенсируется углеродом, откладывающимся в результате пиролиза углесодержащих рабочих жидкостей.
В качестве непрофилированного инструмента при ЭЭО наибольшее распространение получили медные или латунные диски и тонкая проволока диаметром 0,02—0,3 мм из меди, латуни, вольфрама и молибдена. Для обеспечения точности обработки и снижения износа проволока-электрод в процессе обработки перематывается с одной бобины на другую, испытывая усилие растяжения.
В качестве рабочих жидкостей используют низкомолекулярные углеводороды различной вязкости (керосин, индустриальное масло И12А, трансформаторное масло и их смеси), воду, кремнийорганические жидкости и водные растворы двухатомных спиртов.
Для уменьшения коррозии электродов в воду добавляют 4% кальцинированной соды. Повышение технологических свойств обеспечивается введением поверхностно-активных веществ (ПАВ), к примеру композиций элементорганических соединений Ва, Са и ароматических веществ.
Процесс следует проводить за несколько проходов. При первом, черновом, проходе на жестком режиме снимается до 90% припуска, а последующие чистовые проходы на мягких и очень мягких режимах обеспечивают высокую точность, низкую шероховатость и высокое качество поверхности. Черновая и чистовая обработки ведутся сменным инструментом, точность чистового инструмента должна быть на 1—2 класса выше требуемой точности обработки детали.
Технологические операции ЭЭО. Заготовительные операции используют для получения заготовок из молибдена, вольфрама, никелевых сплавов, сплавов на базе титана, металлокерамики, нитинола и других труднообрабатываемых материалов.
Отрезку заготовок из проката и металлокерамики выполняют дисковыми ЭИ из меди, латуни. Разрезание точных малогабаритных заготовок выполняют на вырезных станках.
Прошивание отверстий на глубину до 20 диаметров выполняют стержневым ЭИ, до 40 диаметров — трубчатым ЭИ, при прошивке желательно вращать ЭИ.
Формирование рабочих полостей штампов, пресс-форм и вырубных штампов. Обычно ЭЭО штампов выполняют после операции фрезерования, обеспечивающей съем основной массы металла. Штампы после ЭЭО имеют повышенную износостойкость по сравнению со штампами, изготовленными обработкой резанием.
Прямое и обратное копирование позволяет изготавливать пуансон по изготовленной матрице и наоборот, что значительно упрощает технологию их изготовления и исключает слесарную доводку. Обработка по методу копирования ведется на копировально-прошивочных станках с ЧПУ.
Обработка криволинейных каналов газовых турбин аэродинамического профиля осуществляют прошивкой с криволинейной осью.
Вырезание используют при изготовлении деталей электронной техники, вырубных штампов, шаблонов, лекал, фасонных резцов и т. д. Обработка ведется на вырезных станках проволокой.
Изготовление сеток, решеток и пазов проводят методом копирования групповым ЭИ, одновременно обрабатывая до 800 отверстий и более диаметром 0,2—2,0 мм, глубиной 2 мм с точностью ±0,002 мм.
Электроэрозионное шлифование применяют при чистовой обработке наружных и внутренних поверхностей труднообрабатываемых материалов, магнитных и твердых сплавов и т. п. Точность и качество поверхности при обработке на чистовых и доводочных режимах соответствуют чистовым режимам, выполняемым шлифованием. При этом зона термического влияния при доводочных режимах не превышает 0.003 мм.
Учитывая зависимость от длительности импульса, вырабатываемого источником тока и способа его формирования различают электроискровой, электроимпульсный и электроконтактный способы обработки.
К достоинствам электроэрозионной обработки относятся: возможность обрабатывать токопроводящие материалы любой твердости, вязкости, хрупкости; возможность обрабатывать заготовки сложных форм, даже таких, которые невозможно получить другими способами (к примеру, прошивание отверстий с криволинейной осью); отсутствие крайне важно сти в высокой прочности и твердости инструмента; отсутствие механических воздействий на заготовку и инструмент; возможность получать поверхности с различными параметрами качества; значительное снижение трудоемкости обработки сложных поверхностей заготовок из труднообрабатываемых материалов. К недостаткамэлектроэрозионной обработки можно отнести: обратную зависимость между производительностью и качеством обработанной поверхности; крайне важно сть вести обработку при погружении заготовки в жидкость; относительно низкую производительность при обработке материалов невысокой твердости (сталь, цветные сплавы). Удаление материала при размерной электрохимической обработке происходит под действием электрического тока в среде электролита без непосредственного контакта между инструментом и заготовкой. В корне этого процесса лежит явление анодного растворения металлов в движущемся (проточном) электролите.
Для чистовой обработки, осуществляемой обычно в электроискровом режиме, чаще всего используют инструменты из обычной и пористой меди, латуни. Для черновых операций, выполняемых в электроимпульсном режиме, для изготовления электродов-инструментов применяют; графитовые и медно-графитовые композиции, алюминий, цинковые сплавы. Для изготовления мелких отверстий часто используют инструменты из вольфрама или молибдена, которые обладают высокой абразивной стойкостью, но дороги. Для электроконтактной обработки применяют инструменты из меди, латуни, чугуна или стали. Серый чугун имеет удовлетворительную эрозионную стойкость при обработке на всех режимах.
Для каждого вида обработки применяют оптимальные диэлектрические среды. Так, при электроэрозионной обработке с малой энергией импульса высокую производительность обеспечивает дистиллированная и технически чистая вода, при грубых режимах (электроимпульсная обработка) применяют масла.
В процессе обработки рабочая среда загрязняется, что снижает производительность. Допустимая загрязненность для черновых режимов — 4,..5% по массе, а для чистовых — 2...3%. При электроконтактном режиме импульсы тока формируются непосредственно в промежутке между инструментом и заготовкой вследствие их относительного движения и наличия микровыступов на рабочей поверхности инструмента. Напряжение применяемого источника постоянного или переменного тока и = 1...20 В.
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Электроискровое легирование. | | | Основные характеристики, пищевая ценность, требования к качеству, условия и сроки хранения домашней птицы. |
Дата добавления: 2020-04-12; просмотров: 544;