Общие сведения об электроискровой обработке

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) объединяет группу методов, основанных на изменении формы, размеров, качества поверхностного слоя заготовки под действием электрических разрядов в результате электричес­кой эрозии — разрушения поверхности электродов при прохождении между ними электрических разрядов. В процессах ЭЭО материал заготовки в зоне обработки плавится и (или) испаряется и удаляется в жидком и (или) парообразном состоянии.

Для осуществления процесса ЭЭО инструмент-электрод и обрабатыва­емую заготовку включают в цепь электрического колебательного контура, преобразующего непрерывный постоянный ток в полярные импульсы тре­буемой мощности и частоты. Основная (прямая) схема ЭЭО предусматривает соединение заготовки с плюсом (+) и инструмента − с минусом (−). Во время разряда происходит разрушение поверхности заготовки и инструмента, при этом процесс эрозии имеет ярко выраженный полярный эффект, который приводит к преимущественному разрушению заготовки.

Во всех случаях электрический разряд происходит в жидкой среде (масло, керосин, этиловый спирт и его водный раствор), которая способствует удалению продуктов разрушения от обрабатываемых поверхностей.

К основным видам ЭЭО относятся электроискровая (ЭИО), электро­импульсная (ЭИМ) и электроконтактная (ЭКО) обработки.

Электроискровая обработка характеризуется короткой длительностью импульсов (10^-5...10^-7 с), сравнительно небольшой их энергией, обычно прямой полярностью подключения электродов (заготовка − (+), электрод − (−)), отсутствием механического касания электродов между собой. Этот метод применяется преимущественно в качестве окончательной чистовой обработки.

Электроимпульсная обработка −разновидность ЭЭО, для которой типичны повышенная длительность импульсов (10^-4...10^-1 с), повышенная энергия импульсов и обратная полярность подключения электродов (заго­товка − (−), электрод − (+)), а также отсутствие их механического кон­такта. При этой обработке достигается более высокая производительность, чем при ЭИО, но вместе с тем и более низкое качество поверхности, поэтому ЭИМ используется для предварительной обработки.

Электроконтактная обработка −также разновидность ЭЭО, но существенно отличающаяся по характеру явлений, протекающих между электродами, которые в течение определенных промежутков времени находятся в соприкосновении друг с другом. Теплота, расплавляющая и (или) испаряющая металл, лишь частично возникает за счет прохождения электрического разряда. Определенная доля теплоты вводится при прохождении тока через сопротивление контакта. Часть теплоты возникает в результате трения. Электроэрозионная обрабатываемость материалов определяется критерием Палаткина:

где С − удельная массовая теплоемкость, кал/г °С);r − плотность, г/см³;  −   теплопроводность, кал/(с см °С); Q — температура плавления.

Электроэрозионная обрабатываемость типовых материалов приведена в табл. 4.1

 

Таблица 4.1

Электроэрозионная обрабатываемость типовых материалов

Металл	Относительная обрабатывае­мость	Металл	Относительная обрабатываемость
Магний	6,0	Бронза алюминиевая	1,7
Магниевые сплавы	2,0	Никель	0,8
Алюминий	4,0	Титан	0,6
Латунь	1,6	Молибден	0,5
Медь	1,1	Твердый сплав	0,5
Сталь	1,0	Вольфрам	0,3

Производительность ЭЭО определяется следующими факторами:

− обрабатываемостью данного материала этим методом (с учетом критерия Р);

− режимами обработки: электрическими (энергия, длительность и частота действия импульса); механическими (кинематика обработки, ре­жимы подачи жидкости);

− свойствами межэлектродной среды (электропроводность, вязкость, насыщенность газами и парами).

Точность обработки при ЭЭО зависит от качества изготовления электрода, его положения относительно заготовки, формирования межэлектродного зазора, способа и скорости удаления продуктов эрозии.

При ЭЭО физико-механические свойства поверхностных слоев изме­няются вследствие термического воздействия и электродинамических яв­лений. На поверхности образуются микротрещины. Глубина дефектного слоя зависит от энергии импульсов (Дж) и составляет 0,01...0,03 мм.

Схема электроискровой обработки представлена на рис.4.1

Рис.4.1. Схема электроискровой размерной обработки: 1 − электрод-инструмент, 2 − ванна, 3 − заготовка, 4 − диэлектрик, 5 − кронштейн

 

В генераторе импульсов конденсатор С заряжается в контуре через резистор R от источника постоянного тока напряжением 100...200 В. Когда напряжение на электродах 1 и 3, образующих разрядный контур, достигает пробойного, образуется канал проводимости, через который осуществляется разряд энергии, накопленной конденсатором. При этом продолжительность импульса составляет 20...200 мкс.

В зависимости от количества энергии, расходуемой в импульсе, которая зависит от емкости конденсатора, режим обработки делят на жесткий, средний и мягкий. Жесткий режим характеризуется повышенной производительностью, пониженной точностью и увеличением шероховатости обрабатываемой поверхности − используется для предварительной обработки. Мягкий режим позволяет получать размеры с точностью до 2 мкм при шероховатости поверхности 0,15... 0,60 мкм.

Обработку ведут в ваннах, заполненных диэлектрической жидкостью, которая охлаждает электроды и продукты их разрушения, локализует их выбросы, а также уменьшает величину боковых разрядов между электродами, что повышает точность обработки электрода-заготовки.

Чтобы усилить эффект разрушения для равномерного удаления металла, электроды (инструмент и заготовку) помещают в жидкий диэлектрик, который охлаждает расплавленные частицы металла и не позволяет им оседать на противолежащий электрод. В качестве генератора импульсов используется батарея конденсаторов, заряжаемых от источника постоянного тока; время зарядки конденсаторов регулируется реостатом. Электрод-инструмент перемещается к заготовке. По мере их сближения возрастает напряженность поля в пространстве между электродом-инструментом и заготовкой. Это пространство называется межэлектродным зазором (рис.4,2) Величина зазора S неодинакова по всей поверхности электрода-инструмента и заготовки, т.е. обе поверхности есть совокупность макро- и микрорельефа. Зазор зависит от высоты h_B. Напряженность поля в районе выступа будет наибольшей, что повышает вероятность пробоя межэлектродного промежутка в этой точке. Если электроды сблизить на расстояние до нескольких десятков микрометров, то в отдельных местах возникает электрический разряд. Под действием разряда происходит ионизация промежутка, через который между электродами начинает протекать электрический ток. Образуется канал проводимости − узкая цилиндрическая область, заполненная плазмой. На границах канала происходит плавление металла, образуются лунки.

Рис.4.2 Схема формирования зазора

Под точностью обработки деталей понимают степень соответствия ее формы и размеров чертежу. Электроэрозионному процессу также присущи систематические случайные погрешности, как и при механической обра­ботке. При ЭЭО на точность изготовления детали влияют:

− точность изготовления электрода-инструмента;

− износ электрода-инструмента вследствие эрозии;

− погрешности формы и размеров углубления в заготовке относительно электрода-инструмента.

Окончательный профиль углубления формируется неизменным элек­тродом-инструментом, поэтому его изготавливают на 1...2 квалитета точ­нее, чем обрабатываемую деталь. Допуск на изготовление электрода-инст­румента − 0,015...0,1 мм.

При ЭЭО шероховатость поверхности определяется характером неров­ностей, формируемых совокупностью сферических впадин. Шероховатость электроискрового режима − R_a = 0,2...0,3 мкм, сталей − R_a = 0;3...0,6 мкм, в электроимпульсном режиме R_a =20...40 мкм, при шлифовании в жидкости R_a = 0,5...0,8 мкм, при разрезании R_z =80...200 мкм, при упрочнении и легировании R_z =20...200 мкм в зависимости от толщины слоя.

Кроме электроискровых станков с профилированным электродом-инструментом существуют также станки с проволочным электродом -инструментом, который непрерывно разматывается и приводится в движение специальным устройством. При этом движение заготовки относительно проволочного электрода осуществляется по программе, записанной на перфоленте.

Электроискровым методом можно получить сквозные и глухие отверстия любой формы поперечного сечения и отверстия с криволинейными осями с помощью профилированного инструмента-электрода, вырезать заготовки из листа при использовании проволочного электрода-инструмента, выполнять плоское, круглое и внутреннее шлифование, клеймить детали. Это позволяет использовать данный метод для изготовления штампов, пресс-форм, режущего инструмента, различных сеток и сит.

Производительность Q электроискровой обработки измеряется объемом металла, удаленного с поверхности детали за одну минуту. Она может быть в общем виде выражена следующей формулой:

 

.

Мощность, реализуемая в межэлектродном промежутке, зависит от частоты и энергии импульсов:

,

где А − энергия отдельного импульса [Дж]; f − частота следования импульсов [имп/сек].

Энергия импульса, запасенная рабочим конденсатором равна

,

где С - емкость конденсатора, мкф; U - напряжение постоянного тока, питающего разрядный контур, В.

В табл. 4.2. приведены параметры режимов обработки для станка ЛКЗ-57.

Таблица 4.2.

 

 

 

№ пп	Параметр	Единица измерения	Режим №