Тема 6. 9 понятие об электрических способах обработки материалов

 

Электрическая и ультразвуковая обработка позволяет выполнять операции в ряде случаев недоступные обработке резанием, например, получение отверстий очень малых диаметров с криволинейными осями, различных канавок, в том числе в заготовках из твердых сплавов, закаленных сталей и других материалов.

К наиболее распространенным видам элктрообработки относятся электроискровая и анодно-механическая обработка. Электроискровая обработка металлов осуществляется при их эрозии под действием искрового электрического разряда. Эта обработка применима только для материалов – проводников тока, т.е. практически для всех технических металлов и сплавов, в том числе твердых.

Установка работает на постоянном токе от генератора. Заготовка подключается анодом, а электрод – катодом. Параллельно электродам в цепь включают конденсатор, зарядка которого осуществляется через реостат, служащий регулятором зарядного тока. Между электродом-инструментом и электродом-заготовкой поддерживается зазор от нескольких сотых до нескольких десятых миллиметра; через этот зазор электрическим напряжением пробивается искровой разряд, накопленный в конденсаторе. Искровой заряд длится 10^-4 с и менее и сопровождается отрывом от анода частиц металла.

 

 

Для предотвращения перехода искрового разряда в электрическую дугу и для лучшего отвода выработанных частиц металла электроды помещают в жидкий диэлектрик или полупроводник (керосин, минеральное масло и пр.). Разряженный мгновенным искровым пробоем конденсатор затем вновь заряжается, накопленная энергия снова переходит в искровой заряд и т.д. Так, импульсы тока вызывают постепенное разрушение электрода-заготовки в месте действия электрода-инструмента, причем форма получаемой в заготовке полости соответствует контуру инструмента.

Производительность электроискровой обработки повышается с усилением тока, однако вместе с тем ухудшается качество обработки. Практически сила тока колеблется от 0,2 до 300 А. При малых токах может быть достигнута точность обработки до 0,02 мм и шероховатость поверхности R_a до 0,01 мкм. Электроды – инструменты делают из меди, латуни, чугуна, стали. Способом электроискровой обработки получают полости и отверстия всевозможных штампов, пресс-форм, кокилей; затачивают и доводят режущие инструменты, а также упрочняют их.

 

Анодно-механическая обработка применяется для разрезания заготовок, затачивания и доводки твердосплавных инструментов. Установка работает на постоянном токе низкого напряжения. Обрабатываемую заготовку подключают к аноду, а инструмент (режущий диск) – к катоду. При обработке диск вращается, а заготовка подается на него. При этом в рабочую зону подается жидкость, образующая на заготовке пленку, плохо проводящую ток (водные растворы силикатов натрия). В зависимости от плотности тока обработка происходит вследствие оплавления частиц в месте реза или вследствие их электрохимического растворения. При высоких плотностях тока частицы заготовки разогреваются, оплавляются и, перемещаясь к катоду, попадают в пленку, откуда центростремительной силой вращающегося диска выбрасываются. При небольших плотностях тока разогревание незначительно, и диск, вращаясь, удаляет продукты электрохимического растворения заготовки и вносит в рез свежую рабочую жидкость. Таким образом, диск постепенно внедряется в заготовку.

Из сказанного ясно, что диск может иметь меньшую твердость, чем обрабатываемая заготовка. Диски делают из меди, стали, чугуна.

Рабочее напряжение при анодно-механической обработке составляет 10 – 30 В; плотность тока колеблется в широких пределах от 1 – 2 А/см² при доводке режущего инструмента до 300-400 А/см² при резке заготовок; окружная скорость диска 8 – 20 м/с, удельное давление диска на обрабатываемую поверхность 50 – 150 кПа. При небольших плотностях тока можно получить поверхность с малой шероховатостью (R_a = 0,2¸0,3 мкм).

Ультразвуковая обработка с частотой колебаний 16 – 30 кГц пригодна для всех материалов, в том числе и непроводящих электрический ток. Ее применяют для получения отверстий (в том числе с криволинейной осью), канавок и резьбы в твердых сплавах, закаленных сталей, стекле, алмазе, кварце. Кроме того, ультразвуком очищают и отделывают поверхности (ультразвуковое шлифование и полирование). Точность ультразвуковой обработки достигает 3 мкм при малой шероховатости (R_a до 0,1 мкм).

Вибратор 1 (рисунок 71), изготовленный не сплошным, а из тонких пластин (чтобы уменьшить потери на вихревые токи и гистерезис), помещается в обмотке возбуждения 2, подключенной к генератору ультразвуковой частоты. Переменное магнитное поле определяет пульсирующую (соответственно частоте) деформацию, ферромагнитного вибратора, называемую магнитострикционным эффектом. Для усиления вибрации на переменное магнитное поле накладывается постоянное магнитное поле (катушка 3). Таким образом, электромагнитные колебания, поступающие от генератора, преобразуются в механическую вибрацию с амплитудой, измеряемой сотыми долями миллиметра; вибрация через стержень (концентратор) 4 передается инструменту 5. К рабочему торцу инструмента, изготовленного по форме наружного для заготовки 7 отверстия, подводится струя суспензии 6, содержащая абразивные зерна (мельчайшие частицы карбида бора, алмаза, карборунда). Действием вибрирующей рабочей поверхности инструмента абразивные зерна получают большое ускорение и бомбардируют заготовку с силой, в десятки тысяч раз превосходящую силу, адекватную массе этих зерен в состоянии покоя, что и определяет эрозию обрабатываемого материала в направлении движения инструмента.