Электроэрозионная обработка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электроэрозионная обработка -- контролируемое разрушение электропроводного материала под действием электрических разрядов между двумя электродами, то есть обработка через электрическую эрозию.

Один из электродов является обрабатываемой деталью, другой -- электрод инструментом. Разряды производятся периодически, импульсно, так чтобы среда между электродами восстановила свою электрическую прочность. Для уменьшения эрозии электрод-инструмента для разрядов используются униполярные импульсы тока. Полярность зависит от длительности импульса, поскольку при малой продолжительности импульса преобладает эрозия анода, а при большой длительности импульса преобладает эрозия катода. Поэтому на практике используются оба способа подачи униполярных импульсов: с подключением детали к положительному полюсу генератора импульсов (т. н. включение на прямую полярность), и с подключением детали к отрицательному полюсу (т. н. включение на обратную полярность).

Электроэрозионная обработка

Электроэрозионная обработка основана на законах эрозии (разрушения) электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного электрического тока. Она применяется для прошивания полостей и отверстий любой формы, разрезания, шлифования, гравирования, затачивания и упрочнения инструмента. Эрозионный метод позволяет обрабатывать отверстия с криволинейными осями, тонкостенные детали, узкие каналы, соединительные отверстия в корпусах гидро и пневмоаппаратуры. Преимущество этого метода - возможность получения деталей практически любой формы из любых электропроводных материалов вне зависимости от их твёрдости (в том числе деталей из закаленных сталей, твёрдых сплавов), отсутствие заусенцев. В зависимости от параметров импульсов и вида применяемых для их получения генераторов электроэрозионная обработка разделяется на электроискровую, электроимпульсную и электроконтактную.

Электроискровую обработку основана на использовании импульсного искрового разряда. Применяется для изготовления штампов, пресс-форм, фильер, режущего инструмента, деталей двигателей внутреннего сгорания, сеток и для упрочнения поверхностного слоя деталей.

Электроимпульсная обработка основана на использовании импульсного дугового разряда. Применяется как предварительная для штампов, турбинных лопаток, поверхностей фасонных отверстий в деталях из жаропрочных сталей. При электроимпульсной обработке скорость съёма металла в 8...10 раз больше, чем при электроискровой.

Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве заготовки в месте контакта с электродом - инструментом и удалении размягчённого или расплавленного металла из зоны обработки механическим способом (при относительном перемещении заготовки и инструмента). Метод не обеспечивает высокой точности и качества поверхности деталей, но даёт высокую скорость съёма металла, поэтому используется при зачистке отливок, отрезании литниковых систем, зачистке проката из специальных сплавов, черновом шлифовании корпусных деталей машин из труднообрабатываемых сплавов и т.п..

Из этих методов наиболее широкое применение получила электроискровая обработка, открытая советскими учёными Б.Р. и Н. И. Лазаренко в 1943 г. Принципиальная схема этого метода показана на рис. 1.

Рис 1. Принципиальная схема электроэрозионной обработки

Электрод-инструмент 1 и обрабатываемая заготовка 2 погружены в рабочую жидкость 3 и соединены с генератором электрических импульсов 4. Все процессы, вызывающие обработку, протекают в межэлектродном промежутке.

При температуре 10000…12000°С мгновенно оплавляется и испаряется элементарный объём металла и на обрабатываемой поверхности заготовки образуется лунка.

Удалённый металл застывает в виде мелких гранул. Следующий импульс тока пробивает межэлектродный промежуток там, где расстояние между электродами наименьшее. При непрерывном подведении к электродам импульсного тока процесс их эрозии продолжается до тех пор, пока не будет удалён весь металл, находящийся между электродами на расстоянии, при котором возможен электрический пробой (= 5...100 мкм) при заданном на-пряжении. Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Электроды сближаются автоматически с помощью следящего устройства 5. Количество теплоты, выделяющейся на электродах, неодинаково и зависит от их полярности и энергии импульсов. Заготовку 2 соединяют с тем полюсом, на котором выделяется большая доля теплоты. В процессе обработки электрод-инструмент 1 перемещается в направлении подачи S, при этом с помощью специального регулятора 5 поддерживается постоянная величина межэлектродного промежутка (= 5...100 мкм).

Общий съём материала происходит под действием большого числа электрических разрядов, которые являются высококонцентрированными преобразователями электрической энергии в тепловую (объёмная плотность до 30'000 Дж/см3; мощность до 400...600 кВт/мм3). Электрические импульсы поступают на межэлектродный промежуток с определённой частотой . Рабочая жидкость (керосин, масло, вода) при электроэрозионной обработке выполняет следующие функции:

1) способствует разделению продуктов эрозии, образованию гранул шаровидной формы, препятствует осаждению продуктов эрозии одного электрода на другой;

2) обеспечивает стабильное протекание процесса, удаляя продукты эрозии и очищая межэлектродный промежуток;

3) охлаждает электроды.

Рабочая жидкость должна иметь химическую нейтральность к материалу инструмента и детали, небольшую стоимость, невысокую вязкость, быть нетоксичной и безопасной в эксплуатации.

Обычно в качестве рабочей жидкости применяется смесь керосина с индустриальным маслом (1:1 или 1:2). В некоторых случаях (для обработки проволочным электродом) применяется дистиллированная или очищенная вода.

Применяется несколько видов электроискровой эрозионной обработки.

1. Прошивание отверстий и полостей с прямой и криволинейной осью (рис. 2, а).

2. Электроэрозионное шлифование, наиболее эффективное при обработке внутренних фасонных поверхностей (рис. 2, б).

3. Обработка непрофилированный электродом (рис. 2, в) движущейся проволокой (d = 0,05-0,3 мм) обычно по двум или более координатам. Эта схема позволяет вырезать сложноконтурные детали высокой точности при, использовании коротких импульсов малой энергии. Проволока получает непрерывное движение V посредством роликового механизма, об-рабатываемая деталь - поперечную и продольную додачи S (или по криволинейной траектории).

Рис 2. Три вида электроискровой обработки

Электроэрозионные станки

Все электроэрозионные станки делятся на универсальные, специализированные и специальные. Наиболее широко применяются:

1) универсальные прошивочные станки;

2) универсальные вырезные станки.

Работа выполняется на электроискровом копировально-прошивочном станке повышенной точности модели 183 Ленинградского карбюраторного завода. Станок предназначен для обработки полостей и отверстий в металле вне зависимости от твердости последнего. На станке могут выполняться многочисленные операции, например: изготовление отверстий различного диаметра в труднообрабатываемых материалах; одновременная обработка не-скольких отверстий; обработка отверстий вырубных, гибочных и других штампов; обработка небольших полостей кузнечных штампов, пресс-форм и кокилей для литья; вырезание деталей из листовой стали; предварительное профилирование твердосплавных токарных резцов; извлечение обломков инструмента и крепежных деталей; выполнение граверных работ; разрезка закаленных стальных и твердосплавных деталей, прорезание узких глубоких щелей, изготовление твердосплавных фильер.

В станке модели 183 электрическое оборудование и механические узлы представляют единое целое, чем обусловлены компактность станка, удобство монтажа и обслуживания.

Электрическое оборудование находиться внутри корпуса станка, имеющего форму шкафа. Основание - литье чугунное коробчатой формы. Установка электрода - инструмента, закрепленного в инструментальной головке, относительно обрабатываемой детали в нужной точке обеспечивается продольным о поперечным суппортами. Стол для закрепления обраба-тываемых деталей рассчитан на нагрузку до 250 кг. Он электрически изолирован от углового кронштейна станка. На подвижном столе установлена ванна с рабочей жидкостью. Подъем и опускание ванны производиться при помощи винта, приводимого во вращение размещенным на основании станка электродвигателем. Электрод-инструмент при копировально-прошивочных работах может перемещаться прямолинейно или по криволинейной траектории. Прямолинейное движение используется в универсальных копировально-прошивочных станках, а криволинейное - в специальных приспособлениях иди специализированных станках. Вырезные станки пригодны для обработки как цилиндрических, так и конических поверхностей. Разработаны и выпускаются электроэрозионные станки с системами числового программного управления, обеспечивающие взаимосвязанное движение детали относительно инструмента по двум и более (до шести) координатам. На этих станках возможно получение деталей практически любой формы.

Электроэрозионный копировально-прошивочный станок модели 183 (рис. 3) состоит из следующих основных узлов: корпуса станка 1, источника питания - генератора импульсов 2, суппортов продольной 3 и поперечной 4 подачи, вертикального суппорта с регулятором подачи 5, инструментальной головки 6, стола для закрепления электрода-изделия 7, ванны с диэлектрической жидкостью 8, системы снабжения рабочей жидкостью 9.

Рис 3. Электроэрозионный копировально-прошивочный станок модели 183

Износ электрода - инструмента при электроэрозионной обработке

Основное назначение электрода - инструмента при электроискровой обработке - подведение электрических импульсов к месту обработки и направление электрических разрядов на участки заготовки с целью удаления излишнего материала (припуска), оставленного на обработку.

К материалу электрода - инструмента предъявляются следующие требования:

1) эрозионная стойкость.

2) хорошая обрабатываемость для изготовления нужной формы и точности.

3) достаточная прочность.

4) небольшая стоимость материала.

Выбор материала электрода - инструмента зависит не только от того металла, из которого он изготовлен, но и от того, каким генератором импульсов оснащен станок. При обработке твердых сплавов наибольшая производительность обеспечивается при использовании латунных, вольфрамовых, меднографитовых электродов, а также вольфрамомедных, молибденомедных и омедненной меднографитовой композиции. Непригодны для приготовления электродов - инструментов при обработке твердых сплавов - сталь, алюминий и графит. В процессе обработке имеет место не только разрушение детали, но и разрушение инструмента, сопровождающееся искажением его профиля, что в конечном счете приводит к искажению геометрической формы обрабатываемой поверхности.

В первоначальный момент времени разряды, протекая между поверхностью детали и торцом инструмента, не вызывают заметного изменения формы электрода - инструмента. При углублении инструмента в тело детали на некоторую величину наряду с износом его торцевой поверхности начинается износ и боковых поверхностей. По мере дальнейшего углубления инструмента профиль его все более искажается, и при выходе торца инструмента с противоположной стороны детали геометрическая форма обработанной поверхности резко отличается от требуемой. Для приближения полученной формы к требуемой обработку продолжают до тех пор, пока торец инструмента не выйдет за пределы детали на величину, равную примерно 1,5…2,0 глубины обработки.

Износом электрода - инструмента называется отношение убыли обрабатывающего электрода к количеству материала, снятого с обрабатываемой детали, и выражается в процентах.

На величину износа инструмента при прочих равных условиях сильно влияет химический состав материалов электрода - инструмента и изделия.

Режим электроэрозионной обработки: 1 - электроды, 2 - жидкость, 3 - лунки, 4 - газовый пузырь, 5 - продукты эрозии

электроэрозионная обработка электрод

После разряда в течение некоторого времени происходит остывание столба канала и деионизация вещества плазмы в межэлектродном промежутке. Электрическая прочность межэлектродного промежутка восстанавливается. Время деионизации жидкого диэлектрика составляет 10⁶-10^-2 с. Следующий разряд обычно возникает уже в новом месте, между двумя другими ближайшими точками электродов.

Длительность интервалов между импульсами должна быть достаточной для удаления из зоны разряда продуктов эрозии, а также газового пузыря, являющегося главным препятствием для возникновения следующего разряда. В связи с этим частота разрядов с возрастанием их энергии снижается.

Так происходит до тех пор, пока разряды не удалят с поверхности электродов все участки металла, которые находятся на расстоянии пробоя при величине приложенного напряжения. Когда расстояние между электродами превысит пробивное, для возобновления разрядов электроды должны быть сближены. Обычно электроды сближают в течение всего времени обработки так, чтобы электрические разряды не прекращались.

Основные преимущества электроэрозионной обработки:

· чрезвычайно высокое качество получаемых поверхностей (точность, чистота, однородность), не требующее дальнейшей финишной обработки;

· возможность получения различных текстур поверхности;

· обрабатывать можно поверхности с очень высокой твердостью, свыше 60 единиц;

· тонкостенные детали не деформируются, т.к. нет механической нагрузки;

· износ анода (инструмента) сведен к минимуму (3-10% объема металла, убираемого с катода (заготовки));

· обработка ведется на станках с ЧПУ, поэтому возможно получение самых разнообразных по геометрии форм поверхностей;

· отсутствие шума, свойственного для участков механической обработки.

Способ электроэрозионной обработки металла, включающий предварительное образование механической обработкой поверхности формы изделия с последующей закалкой и электроэрозионной обработкой электродом с образованием на поверхности от электроэрозионной обработки слоя с измененной структурой металла, отличающийся тем, что после предварительного образования формы изделия механической обработкой в заготовке детали оставляют припуск «д» на электроэрозионные обработки и полировку, затем при помощи черновой электроэрозионной обработки снимают слой металла, равный 50-70% от предусмотренного припуска, с образованием слоя металла с измененной структурой, затем поверхность изделия подвергают чистовой электроэрозионной обработке путем выглаживания со снятием поверхностного слоя металла с измененной структурой глубиной 25-30,0% от предусмотренного припуска, оставляют на поверхности изделия 45-65% толщины слоя металла с измененной структурой, после чего поверхность изделия подвергают полировке.

Заключение

Электроэрозионная установка представляет собой помещенные в жидкий диэлектрик электроды, один из которых является заготовкой, другой - инструментом. В зоне взаимодействия электродов возникает электрический разряд (импульс) тока, вследствие чего происходит мгновенное закипание жидкости и под действием микровзрывов пара рабочей среды происходит направленное разрушение участка заготовки. При коротких импульсах интенсивнее разрушается материал анода, а при длинных - материал катода. Определенным образом выбранные полярности пары инструмент-заготовка позволяют уменьшить эрозию электрод-инструмента и увеличить скорость обработки деталей. В качестве инструмента чаще всего применяют графит, тонкая латунная или вольфрамовая проволока.

Список использованной литературы

1. Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов

2. Космачев И. Г. Технология машиностроения

3. Смоленцев В.П. Технология электроэрозионной и электрохимической обработки: Учебное пособие

Размещено на Allbest.ru