Параметры режима электроэрозионной обработки и основы их выбора

Режимом электроэрозионной обработки называют совокупность численных значений регулируемых (устанавливаемых при наладке станка) параметров процесса, которые определяют технико-экономические показатели выполнения операции на станке.

Режим электроэрозионного формообразования на станке Sure First ED-203 включает три группы параметров: электрические, механические, гидромеханические.

Электрическими параметрами режима электроэрозионной обработки являются: напряжение на электродах U, их полярность (прямая или обратная), форма и частота прохождения f импульсов, время действия импульсов t_и и время перерыва между импульсами t_п, период действия импульсов Т, скважность импульсов q, средняясила тока I_ср в межэлектродном промежутке.

Механические параметры обработки включают: скорость подачи электрода-инструмента υ_S, межэлектродные зазоры δ (боковой δ_б и торцовый δ_т), частоту и высоту периодического подъёма электрода-инструмента с последующим подводом его в рабочую позицию для интенсификации удаления из зоны обработки продуктов эрозии электродов.

Гидромеханические параметры режима обработки связаны с прокачкой диэлектрической жидкости через межэлектродный промежуток. В качестве диэлектрических жидкостей на станке Sure First ED-203 используют жидкости марок ESSO, CASTROL, CHEVRON, MENTOR, EDM 71, основу которых составляют жидкие масла и керосин. Диэлектрическая жидкость используется при обработке как охлаждающая среда и как средство стимулирования искрового разряда. Она также вымывает продукты эрозии заготовки и электрода-инструмента из межэлектродного промежутка и образует электрический изолятор между заготовкой и электродом.

Диэлектрические жидкости высокой вязкости используют при черновой обработке, характеризующейся большими межэлектродными зазорами. При чистовой обработке, ставящей целью достижение низкой шероховатости обработанной поверхности и высокой точности размеров, используют диэлектрические жидкости с малой вязкостью.

К гидромеханическим параметрам обработки относят: рабочее давление жидкости, расход диэлектрика, скорость прокачки его через межэлектродный промежуток, температуру диэлектрика. Температура диэлектрической жидкости не должна превышать 55 ⁰С. Если она выходит за этот предел, аварийная сигнализация автоматически выключает станок.

Выбор режима электроэрозионной обработки. Экспериментальными исследованиями в области электроэрозионной обработки выработан ряд зависимостей и практических рекомендаций по выбору режимов обработки, являющихся общими для электроэрозионного метода обработки вне зависимости от применяемого оборудования. Эти зависимости и рекомендации, устанавливающие связь между параметрами режима обработки и технико-экономическими показателями процесса, распространяются и на обработку заготовок на станке Sure First ED-203.

В соответствии с ними на выбор режима электроэрозионной обработки влияют:

— выходные параметры обработки, которыми чаще всего являются максимальная производительность процесса П_m, кг/мин, при условии получения заданной точности выполнения размеров и шероховатости обработанных поверхностей. Эти технико-технологические требования в своей совокупности или независимо друг от друга чаще всего и принимают в качестве критериев оптимизации режима обработки;

— марка материалов и физические характеристики заготовки и электрода-инструмента;

— площадь S, мм², и глубина обработки l, мм;

— вид и схема обработки;

— схема и параметры прокачки электролита через межэлектродный промежуток.

Приведём далее некоторые общие рекомендации по выбору режима электроэрозионной обработки.

В зависимости от требуемых точности выполнения размеров и значений параметров шероховатости обработанных поверхностей электроэрозионную обработку разделяют на черновую (предварительную), получистовую и чистовую (окончательную). Границы достигаемых при каждом виде обработки требуемых по чертежу параметров в данном случае, как и при других методах обработки, весьма условны. Так, за чистовую обработку принимают обработку, обеспечивающую 6‑9-й квалитеты точности размеров и шероховатость поверхности по параметру Ra не более 1,25…3,2 мкм. Черновая обработка, в свою очередь, характеризуется 12‒14-м квалитетами точности и высотой микронеровностей профиля обработанных поверхностей Ra, равной12,5 мкм и более. При назначении режимов чистовой, получистовой и черновой электроэрозионной обработки придерживаются следующих рекомендаций.

При чистовой электроэрозионной обработке необходимо осуществлять процесс с низкой энергией импульсов W_и, что обеспечивается применением небольших значений средней силы тока I_ср и выбором короткого времени действия импульсов τ_и (10^-5…10^-7 с) с установкой на электродах прямой полярности. Средняя сила тока по паспортным данным станка Sure First ED-203 может изменяться в весьма широких пределах от 0,5 А до 130 А. Необходимость выбора прямой полярности связана с тем, что при малых длительностях импульсов съём металла происходит преимущественно с анода. Поэтому для обеспечения меньшего износа электрода-инструмента и обеспечения эффективного съёма материала с заготовки целесообразно применить прямую полярность, при которой заготовка является анодом, а электрод-инструмент — катодом.

При черновой обработке заготовки (Ra более 12,5 мкм) необходимо обеспечить большую производительность процесса. Это требует применения импульсов большой мощности (большие значения средней силы тока I_ср) и высокой продолжительности действия τ_и. С увеличением длительности разряда съём металла с катода становится выше, чем с анода. Именно поэтому при черновой обработке целесообразно устанавливать обратную полярность, при которой электрод-инструмент принимают анодом, а заготовку — катодом.

Получистовую обработку проводят, как правило, в режиме обратной полярности со средними по отношению к чистовой и черновой видам обработки значениями плотности тока ρ_I, А/мм².

Еще одной важной характеристикой обрабатываемой заготовки, влияющей на значения параметров режима обработки, является площадь обработки S, мм². Зависимость производительности электроэрозионной обработки от площади обрабатываемой поверхности при постоянной средней силе тока I_ср носит экстремальный характер. При малых площадях обработки в межэлектродном зазоре создается обильная парогазовая фаза, которая значительно снижает производительность обработки. Повышение при тех же условиях обработки I_ср приводит к уменьшению этой фазы, а соответственно, к повышению производительности съёма материала. Но после достижения некоторого значения площади обработки, являющегося оптимальным в условиях принятых значений других параметров режима, дальнейшее её увеличение приводит к затруднённому удалению продуктов эрозии из межэлектродного промежутка, что вновь начинает снижать производительность обработки. При этом площадь обработки S, при которой достигается экстремум производительности, при изменении средней силы тока меняется также по экстремальной зависимости.

В соответствии с паспортными данными станка рекомендуемые значения силы тока в зависимости от обрабатываемой площади заготовки S можно определить через плотность тока , А/мм², по таблице 1.32.

 

Таблица 1.32

Рекомендуемые значения плотности тока

Материал электрода-инструмента	Полярность	Материал заготовки	Плотность тока, ρI, А/мм^2
Площадь обработки, S, мм^2
до 1500	свыше 1500
Медь	Обратная	Сталь	0,03	0,08‒0,15
Медно-графитовая композиция	Обратная		0,03‒0,08	0,08‒0,12
	Прямая		‒	0,06‒0,18
Медно-вольфрамовая композиция	Обратная	Твёрдый сплав	‒	0,05‒0,07
Прямая	‒	0,15

Сложные зависимости между производительностью обработки по массе П_m, кг/мин, с одной стороны, и средней силой тока I_ср и площадью обработки S, с другой стороны, находят экспериментально и представляют применительно к каждой модели станка в виде номограмм или таблиц. В ходе таких экспериментов устанавливаются и другие зависимости технико-экономических параметров обработки от выбранного режима, в частности, достигаемые параметры точности обработки, шероховатости поверхности, глубины дефектного слоя и др.

Номограммы и таблицы, позволяющие непосредственно устанавливать оптимальные режимы обработки на электроэрозионном станке Sure First ED-203, отсутствуют. В связи с этим установку режима обработки при изготовлении каждой конкретной детали выполняют в два этапа. На первом этапе проводят установку параметров режима обработки на пульте управления станка, руководствуясь общепринятыми рекомендациями, содержащимися в справочниках, например, в работе [9]. Второй этап содержит действия оператора по отладке режима обработки на основе визуальной и звуковой информации, поступающей с приборов панели управления в процессе изготовления первой детали с выходом на оптимальный режим.

В целом выбор режима обработки при заданных геометрических характеристиках детали и партии изготовления предполагает:

1. Выбор критерия оптимизации: производительности процесса по массе П_m (или по объёму П_v), шероховатости поверхности Ra, точности размеров (погрешности обработки).

2. Выбор марки материала электрода-инструмента и диэлектрической жидкости, схемы её поступления в зону обработки.

3. Выбор полярности напряжения на электродах (прямой или обратной).

4. Выбор средней силы тока I_ср, А.

5. Определение длительности импульса t_и как функции заданной шероховатости обработки Ra.

6. Задание времени перерыва между импульсами тока t_п.

7. Выбор напряжения на электродах U_ср, которое обеспечивает оптимальную величину межэлектродного зазора (конкретное значение зазора на приборах не устанавливается). Напряжение, используемое при черновой обработке, может регулироваться в диапазоне 40‒45 В, а при чистовой обработке — 50‒60 В. Большие значения напряжения на электродах соответствуют более высоким требованиям к точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

8. Выбор высоты и времени подъёма пиноли станка с электродом-инструментом из зоны обработки и возвращения её в исходную позицию. Время отвода – подвода может регулироваться в диапазоне от 0,5 до 10 с.

Большие значения используются для обработки при использовании токов большой силы или при черновой обработке. Более короткое время подъема электрода-инструмента принимается при обработке с использованием токов малой силы (менее 3 А), при чистовой обработке или при прошивке глубоких отверстий. Обычная высота подъёма электрода-инструмента устанавливается в пределах от 0,3 до 1,5 мм.