Электрофизическая обработка

Электрофизические и электрохимические методы обработки успешно дополняют механическую обработку резанием. Они применяются при обработке очень прочных и очень вязких материалов; хрупких, тонкостенных нежестких деталей, а также пазов, отверстий, имеющих размеры в несколько микрон; при получении поверхностей деталей с малой шероховатостью, с очень малой толщиной дефектного поверхностного слоя и т.д. при электрофизических и электрохимических методах обработки механические нагрузки либо отсутствуют, либо настолько малы, что практически не влияют на погрешность точности обработки.

Эти методы позволяют не только изменять форму обрабатываемой поверхности заготовки, но и влиять на состояние поверхностного слоя. При этом износостойкость и коррозийная стойкость поверхностного слоя повышаются, увеличиваются прочность и другие эксплуатационные характеристики поверхности детали. Технология электрофизических и электрохимических методов обработки проста, что обеспечивает широкие возможности их автоматизации.

Элионная обработка – это размерная обработка конструкционных материалов, основанная на использовании сфокусированных лучей или потоков частиц. Они применяются в тех случаях, когда обработка заготовок традиционными методами резания затруднена или невозможна.

К методам элионной обработки относятся: лазерная, электронно-лучевая, плазменная, электроэрозионная.

Лазерная обработка основана на использовании мощного светового луча, сфокусированного в тонкий пучок с большой концентрацией энергии. Луч выделяет теплоту на поверхности обрабатываемой заготовки, материал заготовки плавится и испаряется. Источником лазерного луча является оптический квантовый генератор (ОКГ), работа которого основана на принципе стимулированного генерирования светового излучения. Рабочим элементом ОКГ является рубиновой стержень, состоящий из окиси алюминия, активированного 0,05% Сr.

Источником света для возбуждения атомов хрома служит импульсная лампа с температурой излучения около 4000 ⁰С. Свет лампы с помощью отражателя фокусируется на рубиновый стержень, в результате чего атомы хрома приходят в возбужденное состояние. Из этого состояния они могут возвратиться в нормальное, излучая фотоны. Вся запасенная в стержне рубина энергия высвобождается почти одновременно в миллионные доли секунды в виде луча диаметром около 0,01 мм.

Системой оптических линз фокусируется на поверхность обрабатываемой заготовки.
мпература луча около 6000-8000 ⁰С. При обработке лазером обеспечивается съем металла со скоростью до 100 мм³/с. Эффективность процесса обработки не зависит от свойств обрабатываемого материала. Этим методом можно обрабатывать, например, отверстия диаметром от 10 до 0,5 мкм и глубиной до 0,5 мм в нержавеющей стали, вольфраме, алмазе и других труднообрабатываемых материалах. Лазерную обработку применяют для разрезания заготовок на части, вырезания заготовок из листового материала, прорезания пазов и т.д.

Электронно-лучевая обработка основана на использовании энергии сфокусированного электронного луча, получаемого в электронной пушке. Электронный луч образуется в результате эмиссии электронов с вольфрамового катода, установленного в вакуумной камере и питаемого от источника накала.

Электроны формируются в пучок и под действием электрического поля, создаваемого высокой разностью потенциалов между катодом и анодом, ускоряются в вертикальном направлении. Затем луч, пройдя через специальную фокусирующую систему, направляется к поверхности заготовки. Диаметр сфокусированного луча составляет несколько микрон. В зоне обработки температура достигает 6000 ^оС.

Достоинства электронно-лучевой обработки следующие:

· Возможность создания локальной концентрации высокой энергии (металл нагревается и испаряется только под лучом);

· Широкое регулирование и управление тепловыми процессами;

· Обработка труднодоступных мест заготовок.

Электронным лучом обрабатывают отверстия диаметром от 10мкм до 1 мм, разрезают заготовки, прорезают пазы, обрабатывают труднообрабатываемые металлы и сплавы.

Сущность плазменной размерной обработки состоит в том, что плазму направляют на обрабатываемую поверхность заготовки. Плазма представляет собой полностью ионизиро­ванный газ, имеющий температуру 10 000 — 30 000 °С. Полу­чают плазму в плазмотронах (плазменных головках) следую­щим образом: между вольфрамовым электродом и медным электродом, выполненным в виде трубы, возбуждают электри­ческую дугу, затем в трубу подают газ (аргон, азот, гелий, во­дород, кислотою или смесь газов (воздух)). Проходя по соплу, газ обжимает электрический разряд, ионизируется и выходит из головки в виде ярко светящейся струи — плазмы.

Плазменным методом производят строгание и точение заготовок, прошивают отверстия, отрезают часть заготовки. Об­рабатывать можно любые материалы.

Электроэрозионные методы обработки основаны на разрушении электродов из токопроводимых материалов при пропускании между ними импульсного электрического тока.

К электроэрозионным методам обработки относятся электроискровая и электроимпульсная. Впервые эти методы были предложены русскими учеными в 1943 г. При электроэрозионных методах обрабатываемая заготов­ка служит одним на электродов (анод), а инструмент — дру­гим электродом (катод).

Электрический разряд между двумя электродами происходит в газовой среде при заполнении межэлектродного промежутка диэлектрической жидкостью (керосином, минеральным маслом и др.). В жидкой среде электроэрозии происходит интенсивнее. При нали­чии определенной величины разности потенциалов, на электродах межэлектродное пространство ионизируется и становится токопроводящим.

Между электродами возникает импульсный дуговой илу искровой разряд. Время импульса составляет 10 ^-5 — 10 ^—8 сек. Мгновенная плотность тока в ка­нал/проводимости — 8 000 — 10 000 A/мм², в результате чего температура на поверхности обрабатываемой заготовки электрода достигает 10 000 — 12 000 °С.

При такой тёмпеpaтуре мгновенно оплавляется и испаряется элементарный объем металла, и на обрабатываемой поверхности образуется лука. Удаленный металл застывает в виде сферических гранул диаметром 0,01—0,005UM в диэлектрической жидкости, дующий импульс пробивает межэлектродный промежуток, где расстояние между электродами окажется наименьшей.

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 при заданном напряжении импульса. Для продолжения про­цесса эрозии необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Для автоматического сближения электродов при­меняют следящие системы.

Электроэрозионные методы обработки широко применяют при изготовлении штампов, пресс-форм, фильер, режущего ин­струмента, сеток и др. Ими можно получать сквозные и глухие отверстия любой формы, выполнять плоское, круглое и внут­реннее шлифование, разрезать заготовки и т.д. При электроим­пульсной обработке съем металла в единицу временив 8—10 раз больше, чем при электроискровой. Точность размеров деталей и шероховатость поверхности зависят от режима обработки.

В основе электрохимических методов обработки лежит явление анодного растворения при электро­лизе. Обрабатываемая заготовка помещается в электролит,
включается в цепь постоянного тока и служит анодом. При прохождении электрического токи через электролит протекают химические реакции, превращающие поверхностный слой ме­талла в химическое соединение. Продукты электролиза перехо­дят в раствор.

Производительность электрохимической обра­ботки зависит от свойств Обрабатываемого металла, электроли­та и плотности тока.

При электрохимической размерной обработке инструмен­ту, служащему катодом, придается форма, обратная форме обрабатываемой поверхности. Через межэлектродный про­межуток, образуемый обрабатываемой заготовкой-анодом и инструментом-катодом, непрерывно под давлением подается струя электролита, которая растворяет образующиеся на за­готовке продукты анодного растворения и удаляет их из зоны обработки.

При этом одновременно обрабатывается поверх­ность заготовки, находящаяся под воздействием катода, что обеспечивает высокую производительность процесса. Участки заготовки, не требующие обработки, изолируются.

Достоинством данного метода является возможность обрабатывать тонкостенные детали из высокопрочных сплавов и других труднообрабатываемых материалов. Электрохимическая обработка применяется при отделочных операциях (электроалмазная обработка); при этом достигается высокое качество обработанной поверхности.

Анодно-механическая обработка основана на сочетании электротермических и электрохимических процессов и занимает промежуточное место между электроэрозионными и электрохимическими методами.

Суть метода состоит в том, что заготовку подключают к аноду а инструмент — к катоду. В качестве инструмента в зависимости от характера обработки применяют металличес­кие диски, цилиндры, ленты, проволоку. Обработку ведут в среде электролита (водный раствор жидкого натриевого стек­ла).

Заготовке и инструменту сообщают движение так же, как и при обычных методах механической обработки резани­ем (скорость резания и подачу), а в зону обработки через сопло подают электролит. При пропускании через электролит постоянного электрического тока, происходит процесс анодно­го растворения. При соприкосновении инструмента (катода) с микронеровностями обрабатываемой поверхности заготовки (анода) происходит процесс электроэрозии. Под действием проходящего через заготовку электрического тока металл последней размягчается. Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются из зоны обработки в результате отно­сительных движений инструмента и заготовки.

Анодно-механическим методом обрабатывают все токопроводящие материалы, высокопрочные и труднообрабатывае­мые металлы и сплавы, твердые сплавы, вязкие материалы. Сущность химических методов размерной обработки деталей состоит в травлену и их в крепких растворах кислот и щелочей. Перед травлением заготовки предвари­тельно тщательно очищают от окалины и масла.

Поверхности заготовок, не подлежащие обработке, покрывают химически стойкими защитными покрытиями (лаками, красками, эмуль­сиями, применяют гальванические покрытия, резиновые за­щитные покрытия). После этого заготовки опускают в ванну с раствором кислоты или щелочи — в зависимости от мате­риала, из которого они изготовлены. Незащищенные метал­лические поверхности травятся.

Для повышения интенсивности процесса травильный раствор подогревают до температуры 40 — 80 °С. По окончании травления заготовки промывают, нейтрализуют, повторно промывают в горячей содовой воде, сушат и снимают защитные покрытия.

Химическое травление применяют для обработки ребер жесткости деталей, получения/извилистых канавок и щелей, обработки труднодоступных для режущего инструмента по­верхностей и т.д.

Химико-механическая обработка применяется для раз­резания и шлифования пластинок из твердого сплава, при доводке твердосплавного инструмента. В качестве инструмен­та используют чугунные диски или пластины. Обработка про­исходит в ваннах; заполненных суспензией; состоящей из раствора серно-кислой меди и абразивного порошка. Заготов­ке и инструменту сообщаются относительные движения.

В результате обменных химических реакций кобальтовая связ­ка твердого сплава переходит в раствор в виде соли, а зерна карбидов титана и вольфрама удаляются инструментом и присутствующим в растворе абразивным порошком.

Источник: helpiks.org

Виды электрохимической обработки[править | править код]

Электрохимическое объемное копирование — Электрохимическая обработка, при которой форма электрода-инструмента отображается в заготовке

Электрохимическое прошивание — Электрохимическая обработка, при которой электрод-инструмент, углубляясь в заготовку, образует отверстие постоянного сечения

Струйное электрохимическое прошивание — Электрохимическое прошивание с использованием сформированной струи электролита

Электрохимическое калибрование — Электрохимическая обработка поверхности с целью повышения её точности

Электрохимическое точение — Электрохимическая обработка, при вращении заготовки и поступательном перемещении электрода-инструмента

Электрохимическая резка — Электрохимическая обработка, при которой заготовка разделывается на части

Электрохимическое удаление заусенцев (ЭХУЗ, Electrochemical debuting) — Электрохимическая обработка, при которой удаляются заусенцы заготовки

Электрохимическое маркирование

Многоэлектродная электрохимическая обработка — Электрохимическая обработка осуществляемая электродами, подключенными к общему источнику питания электрическим током и находящимися во время обработки под одним потенциалом

Непрерывная электрохимическая обработка — Электрохимическая обработка при непрерывной подаче напряжения на электроды

Импульсная электрохимическая обработка — Электрохимическая обработка при периодической подаче напряжения на электроды

Циклическая электрохимическая обработка — Электрохимическая обработка, при которой один из электродов перемещается в соответствии с заданной циклограммой,

а также другие смешанные виды электрофизикохимической обработки (ЭФХМО) включающие ЭХО:^{[источник не указан 561 день]}

• анодно-механическая обработка;
• электрохимическая абразивная обработка;
• электрохимическое шлифование;
• электрохимическая доводка (ЭХД);
• электрохимическое абразивное полирование;
• электроэрозионнохимическая обработка (ЭЭХО);
• электрохимическая ультразвуковая обработка и др.

Физико-химическая сущность метода[править | править код]

Механизм съёма (растворения, удаления металла) при электрохимической обработке основан на процессе электролиза. Съём металла происходит по закону Фарадея, согласно которому количество снятого металла пропорционально силе тока и времени обработки. Один из электродов (заготовка) присоединен к положительному полюсу источника питания и является анодом, а второй (инструмент) — к отрицательному; последний является катодом.

Особенностями электролиза являются пространственное окисление (растворение) анода и восстановление (осаждение) металла на поверхности катода. При ЭХО применяют такие электролиты, катионы которых не осаждаются при электролизе на поверхности катода. Этим обеспечивается основное достоинство ЭХО перед электроэрозионной обработкой — неизменность формы электрода-инструмента. Для стабилизации электродных процессов при ЭХО и удаления из межэлектродного промежутка продуктов растворения (шлама) применяют принудительную подачу в рабочую зону электролита, то есть прокачивают его с определенным давлением.

История развития электрохимической обработки (ЭХО)[править | править код]

• 1911 г. Приоритет открытия методов электрохимической обработки металлов принадлежит русским учёным. Своё начало электрохимическая обработка берёт от процесса электрохимического полирования, предложенного ещё в 1911 г. известным русским химиком Е. И. Шпитальским.
• 1928 г. Первые опыты В. Н. Гусева по интенсификации обработки деталей машин привели к тому, что ещё в 1928 г. удалось осуществить электрохимическую обработку станин крупных металлорежущих станков. Тогда-то и было предложено В. Н. Гусевым (в соавторстве с Л. А. Рожковым) вести процесс ЭХО на узких МежЭлектродныхПромежутках (до десятых долей миллиметра) с принудительной прокачкой электролита (А. С. № 28384 от 21.03.28г.).
• 1941-1945 гг. В. Н. Гусеву, его сотрудникам Е. А. Дрозду, И. Я. Богораду и другим удалось разработать анодно-механический метод обработки.
• 1947-1950 гг. В эти годы определились три разновидности обработки металлов, использующей электрохимические явления: размерная электрохимическая, анодно-механическая и анодно-абразивная. В 1948 г. в лаборатории В. Н. Гусева была создана электрохимическая установка для обработки в потоке электролита, которая впервые была применена для изготовления отверстий в броневой стали. Тогда же были проведены первые опыты по обработке турбинных лопаток. Через несколько лет в нашей стране впервые в мировой практике было осуществлено промышленное внедрение операций электрохимического формообразования.
• 1962 г. Создание технологического процесса снятия заусенцев разработанного в ЭНИМСе В. Ю. Вероманом, И. А. Байсуповым и др.
• 1963 г. А. Н. Голдобиным, Ю. И. Коптеевым и др. было предложено сложно-контурное вырезание электродом- проволокой.
• 60-е гг. В СССР была создана гамма электрохимических станков для снятия заусенцев, плоскошлифовальных, для двусторонней обработки и копировально-прошивочных, работающих на постоянном токе. (Каталог-справочник. Электрофизические и электрохимические станки. М. 1969 г.)
• 65-68 гг. В 1965 г. начал выходить журнал «Электронная обработка материалов», а с 1968 г. «Электрофизические и электрохимические методы обработки».
• 70-80-е гг. Появилась возможность перейти на импульсные и импульсно-циклические методы обработки. В эти годы в Советском Союзе работали научные центры по развитию ЭХО на базе академической науки, отраслевых НИИ, высших учебных заведений, крупных промышленных предприятий в городах: Москве, Кишинёве, Туле, Ленинграде, Иваново, Казани, Куйбышеве, Ереване, Уфе, Новосибирске и т. д. Регулярно проводились Отраслевые, Всесоюзные и Международные конференции по электрофизическим и электрохимическим методам обработки. В Советском союзе были созданы и внедрены в производство электрохимические копировально-прошивочные станки: 4412, 4412ФЦ, 4420, 4420Ф4, 4420ФЦ, 4420Ф11, 4А420/Ф11, 4А420/Ф3, 4а420/Ф3М, 4421, 4421ФЦ, 4422, 4423, 4423ФЦ, МА4423, 4А423ФЦ, 4424, МА4424, АГЭ-10, АГЭ-11, АТ-80, АТ-90, СЭП902, СЭП902М, СЭП902МА, СЭП902П, СЭП902А, СЭХО-4А, СЭХО-41, Э-402, Э-460, Э-468, ЭГС-2, ЭГС-29, ЭКУ-150, ЭКУ-151, ЭКУ-152, ЭКУ-400, ЭКУ-1503, ЭРО-120, ЭХС-12М и др. В 1986 году в СССР вышел новый каталог-справочник «Электрофизические и электрохимические станки» В Советском Союзе были проведены глубокие исследования теории процесса ЭХО (Ф. В. Седыкин, Ю. Н. Петров, В. Д. Кащеев и др.) Значительные успехи в разработке теоретических основ и совершенствовании технологии получены также В. П. Смоленцевым, И. И. Морозом, Д. З. Митяшкиным, Д. Т. Васильевым, Л. Б. Дмитриевым, Г. Н. Знигерманом, В. В. Бородиным, Г. Н. Зайдманом, В. А. Шманёвым, Ю. В. Головачёвым, В. Г. Филимошиным, А. К. Журавским, Д. Я. Длугачем, Г. А. Алексеевым, В. В. Любимовым, В. Ф. Орловым, Б. И. Чугуновым, Б. Н. Кабановым, Я. М. Колотыркиным, А. Г. Атанасянцем, А. И. Дикусаром, Г. С. Доменте, Г. Р. Энгельгардтом и др. В этот период разработкой электрохимических станков занимались во многих странах мира: США (Chem-Form Ex-Cell-0, Cincinnati Milling Co, Anocut Eng), Великобритании (Mechem), Франции (Qualitex), Чехословакии (Vuma), Нидерландах (Philips), Японии (Mitsubishi Electric Co, Hitachi Ltd), Швейцарии (Chamilles), ФРГ (R. Bosch, AEG-ELOTHERM).
• 1986 г. В городе Туле прошла последняя в Советском Союзе VI Всесоюзная научно-техническая конференция «Электрохимическая размерная обработка деталей машин». При этом на внешне благополучном фоне «громом среди ясного неба» прозвучала информация во вступительном слове председателя Я. М. Колотыркина о том, что на Западе сворачиваются все разработки, связанные с электрохимической размерной обработкой, и усилия направляются на эрозионную обработку, так как на Западе увлеклись обработкой на постоянном токе, а электрохимическое оборудование оставалось громоздким, энергоёмким и зачастую уже не соответствовало возросшим требованиям по точности формообразования.
• 1988 г. Создание и внедрение в производство электрохимического станка ЭС-4000 с площадью обработки до 40 см², конкурентоспособного по точности обработки по отношению к электроэрозионным станкам.
• 90-е гг. Сотни станков ЭС-4000 внедрены в производство в России и за рубежом. Работа на Международных выставках серии ЕМО (Милан, Ганновер, Париж) показала отсутствие на рынке подобного оборудования.
• 1998 г. Разработка нового электрохимического станка ЭС-80 с площадью обработки до 80 см².
• В 80-е — 90-е годы развитие получили более совершенные схемы импульсной и импульсно-циклической обработки в пассивирующих кислородосодержащих электролитах (водные растворы NaNO₃, KNO₃, NaClO₃, Na₂SO₄, и т. п.), позволившие снизить погрешность обработки до 0,02…0,05 мм и шероховатость до Ra 0,2…0,4 мкм.

В начале XXI века наблюдается возросший интерес к электрохимическому формообразованию. Появляются фирмы, как в России, так и за рубежом по разработке нового оборудования. В связи с появлением высокотехнологичных отраслях промышленности (точного приборостроения, медицины и медицинской техники, авиадвигателестроения и др.) новых групп высокопрочных и твёрдых материалов (в том числе наноструктурированных), усложнением формы деталей и ужесточением требований к качеству поверхностного слоя, возникла потребность в новых технологиях электрофизической и электрохимической обработки. Реакцией на этот запрос технического прогресса явилось появление в 1998—2011 годах целого комплекса новых способов биполярной микросекундной ЭХО вибрирующим электродом, предложенных авторским коллективом ООО «ЕСМ» (г. Уфа, Россия). Особенностью этих способов состоит в том, что они осуществляются на сверхмалых (3…10 мкм) межэлектродных зазорах с использованием групп импульсов тока высокой плотности (порядка 10²…10⁴ А/см²). При их реализации становится достижимым обеспечение малых погрешностей (0,001..0,005 мм) обработки, создание на поверхностях деталей регулярных макро- и микрорельефов с в микронном и субмикронном диапазоне, и получение оптически гладких поверхностей (Ra 0,1..0,01 мкм). И все это при существенно более высокой (в сравнении с конкурирующим технологиями) производительностью на финишных операциях.

1989-2003 гг. производство серийных станков ЭС-4000, ЭС-80.

2003 г. Запущены в серийное производство электрохимические прошивные станки SFE-4000M и SFE-8000M

• 2008—2012 Гамма прецизионных электрохимических копировально — прошивочных станков: ЕТ500, ЕТ1000, ЕТ3000, ЕТ6000-3D (трёхкоординатный станок)
• 2010: системы ЕТ-ЕСО экологической чистоты электрохимической технологии для всех типов электрохимических станков
• 2011—2012 специальные электрохимические станки sET8000-2D и sET6000-3D для обработки лопаток авиационных двигателей и блисков
• 2014 г. Серийное производство электрохимических копировально-прошивных станков SFE-5000M
• 2017 г. Серийное производство электрохимических копировально-прошивных станков SFE-12000M с площадью обработки до 120 кв.см.^{[источник не указан 561 день]}

Электрохимический станок[править | править код]

Технологические установки для реализации процесса ЭХО как правило являются узкоспециализированными под определенный технологический процесс, в связи с низкой производительностью (в сравнении с другими методами формообразования: механическая обработка, электроэрозионная обработка) и сложностью процесса. Однако ЭХО обладает рядом уникальных технологических свойств (постоянство формы обрабатывающего электрода, обработка твёрдых и хрупких токопроводящих сплавов, обработка которых механическими методами резания и шлифования невозможна, или низко производительна, минимальные нагрузки на обрабатываемую заготовку позволяют обрабатывать тонкостенные, ажурные детали, отсутствие измененного слоя в детали после обработки (оплавление, наклёп, термоупрочнение) поверхностного слоя, возможность подвода исполнительного органа (электрода) в труднодоступные полости и отверстия деталей) которые позволяют осуществлять обработку деталей, неосуществимую другими известными методами обработки.

Широкое распространение электрохимические станки получили в авиационной промышленности. Распространены установки для получения рабочей поверхности пера лопатки турбореактивных двигателей (лопаточные станки), данные станки позволяют получать готовые изделия с минимальным применением доводочных, слесарных операций, требующих больших затрат времени и высококвалифицированного персонала. Именно по этим причинам большинство специализированных электрохимических установок уникально и изготавливается в единичном числе.

Однако, распространены и универсальные электрохимические станки, выпускаемые серийно, как правило, это копировально-прошивочные станки, позволяющие обрабатывать широкую номенклатуру деталей прямым копированием. Данные станки обладают одной координатой Z (которая осуществляет формообразование) иногда снабжаются дополнительными координатами (X и Y) для настройки и базирования взаимного расположения электрода и обрабатываемой поверхности в заготовке. Данные станки широко применяются в инструментальной промышленности для обработки штампов, пуансонов и других твёрдосплавных формообразующих технологических элементов.^{[источник не указан 561 день]}

Литература[править | править код]

• Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки//Г. Л. Амитан, И. А. Байсупов, Ю. М. Барон и др.; Под общ. ред. В. А. Волосатова.-Л.: Машиностроение. Л, 1988.-719с.: ил. ISBN 5-217-00267-0
• Житников В. П., Зайцев А. Н. Импульсная электрохимическая размерная обработка.-М.: Машиностроение, 2008- 413с.ISBN 978-5-217-03423-9
• ГОСТ 25330-82 Обработка электрохимическая. Термины и определения

Ссылки[править | править код]

• Электрофизические и электрохимические методы обработки — статья из Большой советской энциклопедии

Источник: ru.wikipedia.org

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.

Электроимпульсные режимы характеризуются применением импульсов большой длительности (0,5…10 с), соответствующих дуговому разряду между электродами и более интенсивному разрушению катода. В связи с этим при электроимпульсных режимах катод соединяется с заготовкой, что обеспечивает более высокую производительность эрозии (в 8-10 раз) и меньшей, чем при электроискровых режимах, износ инструмента.

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.

Источник: energoboard.ru