4.5. Электроэрозионная обработка металлов. Электроэрозионная обработка металлов
История изобретения технологии электроэрозионной обработки металлов, область применения и типы станков
Электрическая эрозия — это явление переноса вещества электрическими разрядами. Электроэрозионными называются станки, использующие это свойство для обработки заготовок из электропроводящего материала.
В 1938 году советский инженер Л. А. Юткин разработал метод электроискровой штамповки металлов. В 1943 году советские ученые Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко предложили использовать электрические разряды в воздушном промежутке для формообразования и получили патент на изобретение. Таким образом, приоритет в создании технологии электроэрозионной обработки принадлежит советским ученым.
Первый электроэрозионный прошивочный станок производства швейцарской фирмы SHARMILLES TECHNOLOGIES появился на рынке в 1952 г. Первый электроимпульсный станок с числовым программным управлением выпустила швейцарская же фирма AGIE в 1969 году.
Сущность электроэрозионного метода
При обработке электроэрозией заготовка и инструмент присоединяются к разным полюсам источника постоянного тока. Предмет у положительного полюса становится анодом, у отрицательного — катодом. Между ними пропускаются короткие импульсы, вызывающие искровой разряд. Меняя длительность импульсов, можно добиться, чтобы преобладала эрозия катода или анода. Энергия импульсов ограничена, что позволяет избежать перегрева заготовки и добиться очень высокой точности манипуляций.
Как правило, в качестве инструмента применяется проволока, что во много раз уменьшает стоимость по сравнению с механическими станками. К инструменту не прилагается больших усилий, его износ минимален.
Поскольку при эрозии происходит перенос материала, можно не только убирать объем, но и наращивать, восстанавливать поверхность и получать рельефные оттиски. Появляется возможность обработки заготовок из сверхтвёрдых материалов, для которых нельзя подобрать механический режущий инструмент.
Преимущества и недостатки
Любой метод имеет свои сильные и слабые стороны. Основные достоинства технологии:
- Произвольная форма инструмента, возможность исполнения закрытых каналов и полостей.
- Позволяет работать с любым материалом-проводником.
- Высокая степень автоматизации, малая вероятность брака из-за человеческого фактора.
- Точность обработки и повышенное качество получаемой поверхности в сравнении с механическим способом.
При всех своих достоинствах метод имеет и весьма серьезные недостатки. Два основных минуса таковы:
- Низкая скорость электроэрозионной обработки. В современных станках скорость движения инструмента не превышает 10 мм в секунду.
- Очень большое потребление электроэнергии.
По совокупности параметров электроэрозия превосходит многие традиционные методы металлообработки, а в некоторых случаях не имеет альтернативы. На сегодня сфера использования электроэрозии весьма обширна.
Области применения электроэрозионной обработки
Большим плюсом технологии является то, что на одном и том же устройстве можно выполнять самые разные операции. Электроэрозия применяется для следующих операций:
- резки металла;
- сверления;
- фрезеровки;
- шлифовки;
- упрочнения;
- восстановления поверхности;
- гравировки;
- копирования ;
- напыления.
При традиционных методах для выполнения этих работ необходимо использовать несколько разных типов станков.
Типы оборудования для электроэрозии
В промышленности применяют два вида эрозионных станков — проволочный вырезной и прошивочный, принципиальное отличие которых заключается в технологии.
Проволочно-вырезной станок
В качестве инструмента используется очень тонкая, диаметром всего 0,1- 0,2 мм, проволока из тугоплавкого материала, обычно вольфрама или молибдена. Проволока намотана на барабаны и при движении вдоль поверхности заготовки вырезает линии по заданному контуру.
Проволочно-вырезной станок выполняет функции фрезерного оборудования. Однако точность получается намного выше, чем при традиционной механической обработке, в том числе при работе с металлами особой прочности.
Электроэрозионные прошивные станки
Прошивочные станки выпускаются как в стационарном, так и в настольном исполнении. В качестве рабочего инструмента служит электрод заданной формы. Углубление или отверстие в заготовке копирует форму электрода. На таких станках обрабатывают:
- сталь нержавеющих, инструментальных и закаленных марок;
- титан и прочие электропроводные материалы.
На таких станках получают глубокие отверстия очень малого диаметра или сложной формы. С помощью метода электроэрозии можно получать очень точные копии пресс-форм, штампов или иных деталей. Электрод, который в этом случае служит шаблоном, изготавливается из податливого материала, например, графита или меди. Меняя полярность подключения заготовки, можно получить на ее поверхности углубления или выпуклый рельеф с оттиском электрода.
Одной из самых трудоемких операций является нарезка резьбы в тугоплавких и особо прочных материалах. Движением электрода внутри отверстия в этом случае управляет станок с ЧПУ.
Электроэрозия — современный высокотехнологичный метод обработки металлов. Электроэрозионные станки приходят на замену традиционным механическим там, где необходима высокая точность, создание поверхностей или полостей сложной конфигурации, работа с заготовками из особо прочных металлов, легированных и закаленных сталей.
tokar.guru
Электроэрозионная обработка металлов
За основу электроэрозионной обработки металлов выступает процесс электроэрозии, то есть, разрушение составляющих элементов под действием тока. Данный способ воздействия на изделие был замечен и взят в разработку в начале электротехнического развития. Причиной исследования электрических разрушений послужили случаи износа контактных окончаний приборов, через которые в процессе эксплуатации постоянно проходил ток. Эрозионный эффект появлялся в тех местах где происходил разряд электричества. Наиболее эффективно данная реакция протекала в секторе коммутирования высокого напряжения.
Электроэрозионная обработка металлов осуществляется путем глобальной плавки маленьких частиц металлической основы при помощи воздействия на изделие импульсным электричеством, с высоким напряжением. Импульсное электричество передается от электрода (рабочий инструмент) к обрабатываемой заготовке. При соприкосновении инструмента с поверхностью детали возникает импульс тока высокого напряжения.
Во время электроэрозионной обработки металлов импульсные разряды электричества регулярно повторяются. Благодаря частотному импульсированию тока с поверхности заготовки снимается слой металла, толщина которого установлена параметрами технологического процесса. Параллельно со снятием определенного слоя металлической основы, электродный инструмент постепенно углубляется в заготовку, в итоге образовывая сквозной выход с обратной стороны детали.
Принцип осуществления электроэрозионной обработки металла
При электроэрозионной обработке металлов рабочий инструмент должен быть подсоединен к источнику подачи электротока. Электрод служит проводником электрических импульсов от подающего источника к поверхности обрабатываемой детали. Оба компонента размещаются на определенном расстоянии друг от друга. Свободный участок между компонентами обязательно должен заполняться жидкой массой диэлектрического действия. Для данного процесса можно использовать керосиновые растворы, солярку, трансформаторные смеси.
Наиболее важные показатели качественного уровня технологических операций при электроэрозионной обработке металлов, такие как производительные возможности, точность обработки, качество поверхностного слоя получаемого изделия, обусловливаются объемом расплавленных металлических частиц в полученном на заготовке углублении за одно прохождение импульсного разряда и временной частотой повторения токовых импульсов. В свою очередь, производительные наработки оценивают в соотношении массы удаленных металлических элементов и объема материала к длине временного периода обработки изделия.
Электроэрозионная работа со стальными изделиями пришла на смену электроискровой обработке металлов, которая также подразумевает разрушение поверхности металлической заготовки при воздействии электроразряда, но менее эффективна из-за отсутствия возникновения повторяемого импульсного напряжения. Итогом искрового разряда становится местное повреждение целостности поверхности. В сравнении с электроэрозионным методом, электроискровая обработка имеет более низкую производительность и большой расход рабочего инструмента (электрода). Также огромный расход электрической энергии, при обработке металлов электроискровым методом, делает данный вид технического процесса более дорогим.
Технологии электроимпульсной и электроискровой обработки металла
Электроискровая обработка металлов используется для образования отверстий в поверхности изделия, которые могут отличаться по своей форме и типом осей (прямолинейным, криволинейным). Также при помощи такого вида работ осуществляют деление металлических заготовок на части установленного размера, выполняют процесс доставания поврежденных метчиков, расходников для сверления и разнообразных шпилек. Электроискровым методом обработки можно производить затачивания режущих инструментов, изготовленных из твердых стальных сплавов.
Электроимпульсная обработка металлов не образовывает препятствий для обычной механической обработки. Благодаря возможностям осуществлять обрабатывание электропроводящих компонентов, имеющих разнообразные физические и механические качества, а также получения отпечатка формы рабочих принадлежностей в самом изделии, электроимпульсный метод дополняет виды механического воздействия, занимая в технологии обработки металлической основы определенное место.
Электроимпульсная обработка заготовки, во время осуществления прошивочных и копировальных операций, если сравнивать с искровым методом, увеличивает оперативность снятия металлического слоя, при работе в жестком режиме, в десять раз. При этом затраты энергетических ресурсов снижаются почти в три раза, а износ рабочего инструмента будет меньше в пять-двадцать раз, в зависимости от особенностей обрабатываемых изделий.
promplace.ru
4.5. Электроэрозионная обработка металлов
Электрической эрозией называют процесс разрушения поверх ностей электродов при пробое межэлектродного промежутка электроискровыми разрядами. Процесс электроэрозии открыт в 1943 г. Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко.
Разрушение при этом процессе носит электротермический характер, так как при этом происходит нагревание, расплавление и частичное испарение металла с поверхностей электродов, в результате чего на поверхности металла остаются углубления-лунки.
На рис. 4.8, а показана схема образования лунки. Когда на катод и анод подают напряжение постоянного тока, то около катода образуется облако положительных ионов, которое создает около него напряженность поля порядка 10 В/м. Такой напряженности достаточно, чтобы вырывать из катода электроны даже при низкой температуре и чтобы произошел электроискровой разряд. При раз за время tp = 10"5... 10"8 с мгновенная плотность тока в канале р да достигает 8000... 10000 МА/м2. Температура в канале раз; возрастает до 30 000... 40 000 °С. Между электродами образуются эл тронные и ионные лавины, которые и разрушают поверхности электродов. В результате ударов частиц, обладающих высокой энергй о поверхность электродов, температура на поверхности обрабаг емой заготовки достигает 8 000... 10000 °С. При таких темпера плавятся и испаряются все известные металлы.
Эрозионная лунка при ^лектроэрозионной обработке (ЭЭО) разуется под действием различных сил, возникающих в разныеч риоды процесса. В момент действия импульса тока удаление ме ла (до 30% всего объема) проходит под влиянием электродина ческих сил, а после прекращения действия импульса тока удале металла способствуют возникающие в этот момент электрос ческие силы. На заключительных стадиях эрозионного цикла талл из лунки эвакуируется за счет действия газов, вырывающие из нагретой до температуры 8000... 10000°С поверхности мет Окончательное формирование лунки происходит при захлог нии кавитационного пузыря (максимальное давление на грай которого достигает 30 МПа) и действии сил сжатия от волны мических напряжений* направленных к центру эрозионной
Полярность тока — прямая, когда инструмент является ка дом, а заготовка — анодом (обратная полярность — когда на
118
Рис. 4.8. Принципиальные схемы методов обработки:
а — схема последовательности возникновения разряда и образования лунки; б — схемы генераторов импульсов: / — для электроискрового метода; II и III — для злектроимпульсного метода; IV — для высокочастотного электроэрозионного метода; в — размещение электродов в процессе обработки; 1 — электрод-инструмент; 2 г- межэлектродный зазор; 3— электрод-заготовка; 4— рабочая жидкость; 5 — ванна; 6 — разряд между наиболее близкими участками поверхности; 7 — расплавление металла и его выброс; 8 — лунка, оставшаяся на поверхности; МГИ — машинный генератор импульсов
рот). Полярность выбирают таким образом, чтобы наибольшая электрическая эрозия возникала на поверхности обрабатываемой заготовки,
Использование униполярных (однополярных) импульсов позволяет осуществить процесс избирательной эрозии, т.е. резко ослабить эрозию одного из электродов. Если электроды изготовлены из одного материала, то при импульсах малой и средней продолжительности преобладает эрозия анода, при импульсах больно длительности преобладает эрозия катода.
Превышение эрозии одного электрода над другим называется полярным эффектом. Предполагают, что полярный эффект обусловлен неравномерностью выделения теплоты на электродах.
Степень эрозии, %, катода по сравнению с эрозией анода оп^ деляется по формуле
где VK -— интенсивность эрозии катода; Va — интенсивность эрозии анода.
Полярность электрической эрозии считается положительной га ΔVK < 100 %, отрицательной при ΔVK > 100 %.
Так как электрическая эрозия проявляется наиболее интенсивно, если межэлектродное пространство заполнено диэлектрической средой, то процесс ЭЭО проводят в ванне 5, заполнение какой-либо жидкостью 4 (рис. 4.8, в): жидкими углеводами (керосином, минеральными маслами), водными растворами электролитов и дистиллированной водой.Удаленный в результате разрядов металл застывает в диэлектрической жидкости в виде гранул сферической формы диаметре 0,005...0,01 мм, а электрическая прочность межэлектродного промежутка восстанавливается вследствие его деионизации. Следующий импульс тока может пробить промежуток в новом месте, где межэлектродное расстояние окажется меньше.
Последовательное действие разрядов, вызывающих электрическую эрозию, приводит к образованию в заготовке выемки, представляющей собой как бы отпечаток электрода-инструмента. Зазор между электродами вследствие эрозионного разрушения металла постоянно увеличивается. Если его величина превысит расстояние, при котором возможно возникновение пробоя (0,01…0,05 мм) при заданном напряжении импульса тока, то для продолжения процесса необходимо либо повысить напряжение, либо сблизить электроды, что обычно и делают за счет подачи электрода-инструмента.
Важной характеристикой ЭЭО является скважность импульса тока
где τ 0— период следования импульсов, с; τ и — длительность импульса, с.
При ЭЭО используют импульсы одной полярности (униполярные), но различной формы (рис. 4.9): прямоугольной, трапецедальной, гребенчатой с поджигомτпж.
Рис. 4.9. Формы импульсов при электроэрозионной обработке:
а — прямоугольная; б — трапецеидальная; в — гребенчатая с поджигом; Unp — напряжение пробоя; х$ — период следования импульсов; хи — длительность импульса; t^ — время поджига; /кз — ток короткого замыкания; U — напряжение питания; t — время обработки
Для ЭЭО выпускают специальные станки, можно модернизировать для этой цели сверлильные станки.
Электроэрозионную обработку проводят с применением различных генераторов: RС-генераторов импульсов (электроискровая обработка), электромашинных генераторов импульсов (электроимпульсная обработка), ВЧ-генераторов импульсов (высокочастотная электроискровая обработка).
Электроискровая обработка. На схемах (см. рис. 4.8, б, в) источник/униполярных импульсов постоянного тока периодически возбуждает кратковременные разряды между электродом-инструментом1 и электродом-заготовкой3.
Энергия источника тока через сопротивление R заряжает конденсатор С до некоторого напряжения, равного напряжению пробоя межэлектродного промежутка, и между электродами возникает электроискровой разряд. Происходит быстрое выделение энергии, накопленной конденсатором.
Источником питания обычно служат генераторы постоянного тока напряжением 30... 220 В, создающие силу тока зарядного контура в пределах 1 ...5 А. Сила тока в разрядном контуре достигает при этом 100 А и более.
Чтобы межэлектродное расстояние (или разрядный промежуток) поддерживать при обработке постоянным, станки снабжают регуляторами, автоматически меняющими положение одного из электродов и регулирующими подачу.
Продолжительность интервалов между импульсами должна обеспечивать деионизацию межэлектродного промежутка и удал из него продуктов эрозии и газовых пузырьков, препятствую повторению процесса разряда. Поэтому частота повторения пульсов при увеличении их энергии снижается.
Производительность электроэрозионной обработки определяется количеством металла, снятого с обрабатываемого изделия единицу времени, и измеряется в мм3/мин или сН/мин. Производительность
Q=CP; P = Af,
где С — коэффициент, зависящий от теплофизических свой материала; Р — мощность, Вт; А — энергия импульсов, Вт ·с; частота, имп/с.
Производительность процесса зависит от того, с какой частотой следуют разряды и какое количество, металла выброшено каждом разряде. Максимальная производительность при обработке стали — 330 мм3/мин.
Большое влияние на производительность оказывает материал электрода. Основное требование к нему — высокая эрозионная стойкость. Этим требованиям лучше всего отвечают латунь Л63, красная медь и меднографитовая композиция. Форма электрода должна полностью соответствовать форме прошиваемого отверстия, но иметь несколько меньшие размеры. Величина зазора, образование которого происходит из-за возникновения разряда между электродом и боковой стенкой прошиваемого отверстия колеблется в пределах 0,02...0,25 мм в зависимости от режима, материалов электрода и обрабатываемой заготовки.
Шероховатость получаемой поверхности, точность и производительность зависят от режимов обработки, которые делят на четыре группы (табл. 4.2 и 4.3): жесткий, средний, мягкий, особо мягкий.
Точность обработки зависит главным образом от выбрани режима, способа подвода рабочей жидкости, точности станка типа электрода и не зависит от размеров обрабатываемой загс
studfiles.net
Электроэрозионная обработка | Двигатель прогресса
May 22, 2015
Электроэрозия – контролируемый процесс разрушения поверхности проводящего материала под воздействием электрического разряда. Электроэрозионная обработка (ЭЭО) – производственный процесс, при котором между обрабатываемой деталью и электродом-инструментом генерируется электрический разряд, который и вызывает разрушение материала. Обрабатываемый материал и электрод должны быть проводниками.
История электроэрозии началась в далеком 1770 году, когда английский ученый Джозеф Пристли обнаружил эрозивный эффект электрических разрядов. Намного позже, при проведении научных исследований по устранению этого явления, советским ученым – супругам Борису и Наталье Лазаренко пришла идея сделать деструктивное влияние электрических разрядов контролируемым и применить его для обработки металлов. С 1943 года по 1946 это изобретение было запатентовано во многих странах мира. Первая машина для электроэрозионной обработки была представлена в 1955 году на выставке European Machine Tool в Милане.
ЭЭО широко применяется для всевозможной обработки металлических изделий из твердых сплавов: получение отверстий и полостей, профильных канавок, шлифования, упрочнения материала, резки и др.
В схеме электроэрозионной обработки напряжение от источника питания через реостат подается на конденсатор параллельно, подключена цепь с электродом-инструментом и обрабатываемой деталью, которые помещены в емкость, заполненную жидкостью с низкой диэлектрической проницаемостью (изоляционное масло или деионизированная вода). Между электродом и деталью существует разрядный промежуток. При обработке, разряды производятся импульсивно. Это необходимо для восстановления электрической прочности среды между электродами.
Для снижения эрозии электрода-инструмента применяются униполярные импульсы тока. Полярность зависит от продолжительности импульса. Частота и длительность импульсов назначается в зависимости от технологических требований к выходной детали. Средняя сила тока во время обработки определяется в зависимости от площади поверхности детали. При небольшой продолжительности импульса (не более 10-3 с) преобладает эрозия анода и наоборот, эрозия катода увеличивается при большей длительности (больше 10-3 с). На практике используются обе полярности импульсов: с подключением на прямую полярность генератора импульсов (положительному полюсу) и на обратную полярность (подключение к отрицательному полюсу генератора). В первом случае обрабатываемая деталь является анодом, а во втором катодом.
Режим электроискровой обработки
При электроискровом режиме обработки анод (обрабатываемая заготовка на которую подается положительный заряд) плавится под действием электронного потока. Во избежание разрушения электрода-инструмента ионным потоком импульсы напряжения кратковременные. Металл обрабатываемой заготовки плавится в виде лунки, причем его съем достаточно невелик. Такой режим применяется для точной, чистовой обработки деталей.
Режим электроимпульсной обработки
При электроэрозионной обработке в электроимпульсном режиме обрабатываемая деталь является катодом. Длительность отрицательного импульса, подаваемого на катод, превышает 10-3 с. В этом режиме между электродами возникает дуговой разряд и деталь обрабатывается ионным потоком. Съем металла производится с достаточно большой скоростью, при этом чистота обработки значительно грубее.
Разряд между инструментом и деталью проходит в несколько этапов. Когда напряжение на конденсаторе достигает необходимого для разряда уровня, совершается электрический пробой жидкости. Такой пробой обычно сопровождается искровыми разрядами. При этом происходит нагрев среды до температуры кипения и образования из паров газового пузыря. Под действием электрического разряда в газовой среде устанавливается дуговой разряд и происходит усиленный локальный разогрев детали, приповерхностные слои которой плавятся. Продукты расплава при этом застывают в проточной жидкости и вымываются из зоны обработки.
Физические процессы, проистекающие в разрядном промежутке достаточно сложны, но можно описать простейший процесс удаления металла посредствам ЭЭО. Электроды подключены к источнику питания. В межэлектродном промежутке создается электрическое поле, в котором при сближении электродов возникает электрический разряд. Электроды помещены в диэлектрическую среду, что способствует усилению интенсивности разряда. Поверхности электродов имеют микронеровности. Электрическое поле будет наиболее сильным между двумя самыми близкими друг к другу выпуклостями и именно между ними образуются проводящие мостики. Ток, проходящий по мостикам, нагревает жидкость до температуры кипения, что приводит к образованию газового пузыря, внутри которого образуется мощный разряд. В зависимости от стримера (положительный или отрицательный) возникают потоки электронов и ионов, которые бомбардируют электроды. В зоне разряда концентрируется большое количество энергии, а температура может достигать несколько десятков тысяч градусов.
Все эти процессы приводят к процессу расплавки и испарению металла электродов. Капли расплавленного металла подхватываются потоком жидкости и выводятся за пределы зоны разряда в окружающую электроды жидкость, где они застывают в виде мелких частиц. В результате взаимодействия жидкости с участками электродов на границах плазменного канала образуется газ. В образовавшейся газовой среде выделяется углерод, который отлаживается на поверхностях электродов в виде тонкой графитовой пленки. Под действием импульса тока на поверхностях электродов образуются лунки – мелкие углубления, образовавшиеся в результате удаления разрядом некоторого количества металла.
lab-37.com
Электроэрозионная обработка металла. Технология электроэрозионной обработки.
Электроэрозионная обработка металла
Методы электроэрозионной обработки металла основаны на явлении эрозии электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними импульсного электрического тока. Разряд между электродами происходит в газовой среде или при заполнении межэлектродного пространства диэлектрической жидкостью – керосин, минеральное масло.
При наличии разности потенциалов на электродах происходит ионизация межэлектродного пространства. При определенном значении разности потенциалов – образуется канал проводимости, по которому устремляется электроэнергия в виде импульсного искрового или дугового разряда.
Технология электроэрозионной обработки
На поверхности заготовки температура возрастает до 10000…12000 0C. Происходит мгновенное оплавление и испарение элементарного объема металла и на обрабатываемой поверхности образуется лунка. Таким образом осуществляется электрическая эрозия токопроводящего материала, показанная на примере действия одного импульса тока на рисунке, и образование одной эрозионной лунки.
Схема электроэрозионной обработки
1 — источник тока; 2 — электрод-заготовка; 3 — электрод-инструмент; 4 — гранулы удаленного металла; 5 — удаленный металл; 6 — лунка; 7 — импульсный разряд; 8 — рабочая жидкость
Удаленный металл застывает в диэлектрической жидкости в виде гранул диаметром 0,01…0,005 мм.
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 (0,01…0,05 мм) при заданном напряжении.
Для продолжения процесса необходимо сблизить электроды до указанного расстояния. Электроды сближаются автоматически с помощью следящих систем.
Материалы, из которых изготавливается электрод-инструмент, должны иметь высокую эрозионную стойкость. Наилучшие показатели в отношении эрозионной стойкости ЭИ и обеспечения стабильности протекания электроэрозионного процесса имеют медь, латунь, вольфрам, алюминий, графит и графитовые материалы.
Операции, производимые с помощью электроэрозионной обработки:
- Электроэрозионное прошивание отверстий — прошивают отверстия на глубину до 20 диаметров с использованием стержневого электрода-инструмента и до 40 диаметров — трубчатого электрода-инструмента. Глубина прошиваемого отверстия может быть значительно увеличена, если вращать электрод-инструмент, или обрабатываемую поверхность, или и то и другое с одновременной прокачкой рабочей жидеости через электрод-инструмент или с отсосом ее из зоны обработки. Скорость электроэрозионного прошивания достигает 2-4 мм/мин.
- Электроэрозионное маркирование — выполняется нанесением на изделие цифр, букв, фирменных знаков и др. Электроэрозионное маркирование обеспечивает высокое качество, не вызывает деформации металла и не создает зоны концентрации внутреннего напряжения, которое возникает при маркировании ударными клеймами. Глубина нанесения знаков может колебаться в пределах от 0,1 до 1 мм. Операция может выполняться одним электродом-инструментом и по многоэлектродной схеме. Производительность составляет около 3-8 мм/с. Глубина знаков зависит от скорости движения электрода. При скорости движения электрода более 6 мм/с четкость знаков ухудшается. В среднем на знак высотой 5 мм затрачивается около 4 с.
- Электроэрозионное вырезание — в основном производстве применяют при изготовлении деталей электровакуумной и электронной техники, ювелирных изделий; в инструментальном производстве при изготовлении матриц, пуансонов, пуансонодержателей и других деталей, а также вырубных штампов, копиров, шаблонов, цанг, лекал, фасонных резцов и др.
- Электроэрозионное шлифование — этот процесс шлифования применяют для чистовой обработки труднообрабатываемых материалов, магнитных и твердых сплавов. Отклонение размеров профиля после электроэрозионного шлифования находится в пределах от 0,005 до 0,05 мм, шероховатость Ra = 2,5..0,25, производительность — 260 мм2/мин.
www.mtomd.info
Электроэрозионная обработка металлов: электроды и станки, методы
Электроэрозионная обработка – это еще один способ изменения размеров и форм заготовок из металлов и сплавов. Чаще всего с помощью такой обработки формируют сквозную или глухую перфорацию в теле заготовки.
Причем может быть буквально любой: от классического круга, сложного многоугольника. А еще с электроэрозионной обработки можно ускорить процесс формирования пазов под шпонку, канавок любой формы, фасонных плоскостей и прочих элементов, которые невозможно (или крайне затруднительно) сформировать с помощью традиционной обработки резанием.
Словом, в некоторых обстоятельствах электроэрозионная обработка металлов является единственно возможной технологией. И в данной статье мы познакомим наших читателей с нюансами этого технологического процесса, коснувшись и перечня оборудования, необходимого для его реализации.
Электроэрозионные методы обработки металлов
Суть электроэрозионного «резания» заключается в использовании разрушительной энергии дугового «пробоя» между катодом и анодом. Проскакивая между электродами, электрическая дуга буквально разъедает кристаллическую решетку обрабатываемой заготовки (отсюда и аналогии с эрозией). Причем частота такого «проскакивания» изменяется в пределах от 5 кГц до 0,5 МГц. А чем больше частота импульсов, тем, соответственно, выше качество обработанной поверхности.
При этом процесс электрической «эрозии» контролируется на 100-процентов, что позволяет гарантировать, и высокую производительность, и высокую точность такой обработки (электроэрозионные станки используются даже в ювелирном деле).
Ведь одним из электродов является сама деталь. Впрочем, качество и производительность процесса электроэрозионной обработки зависит от мощности и частоты импульсов, подаваемых на пару электродов.
Поэтому в процессе металлообработки задействуют несколько вариантов интересующего нас процесса, а именно:
Электроимпульсную разновидность дуговой эрозии. Этот процесс характеризуется максимальной производительностью, но не гарантирует высокого качества обработанной поверхности. Поэтому электроимпульсное оборудование используют только для черновой обработки металлов.- Электроискровую методику, которая используется в процессе высокоточной эрозийной обработки самых мелких деталей из металлов.
- Электроконтактный способ формирования нового рельефа детали, который реализуется в жидкой среде, что дает технологам дополнительные преимущества, связанные с возможностью контролировать температуру в зоне электроэрозионного разрушения.
- Анодно-механическую разновидность электроэрозии, основанную на дуговом резании с параллельным удалением отходов процесса из рабочей зоны. С помощью данной технологии можно не только резать заготовку, но и шлифовать ее поверхность или затачивать кромки под нужным углом. Данный способ дуговой обработки используется в процессе производства классического металлорежущего инструмента.
Кроме того, все четыре способа обработки дают еще один положительный результат – они повышают поверхностную твердость обработанной заготовки, не меняя прочие характеристики металла.
Электроды для электроэрозионной обработки
В процессе электроэрозионной обработки участвуют два электрода – сама детали и стержень из тугоплавкого материала, неподверженного процессу электрической эрозии. В большинстве случаев тугоплавкие электроды производят из вольфрама, сдобренного различными присадками, или из технически чистого графита. Впрочем, к работе допускаются и электроды из меди, латуни и даже алюминия.
Схема подключения полярности в паре заготовка и режущий электрод может быть прямой и обратной. В первом случае (прямая полярность) на заготовку подают положительный заряд, во втором случае – отрицательный.
Такая избирательность объясняется неравномерностью распределения энергии в паре анод-катод: на больших частотах плавится катод, а на меньших частотах – анод. Регулируя схему подключения тока и частотные характеристики импульса можно добиться большей производительности при достаточно высоком качестве обработанной поверхности.
Кроме того, обратная или прямая полярность позволяет сберечь материал «режущего» электрода, снижая, тем самым, себестоимость процесса электроэрозионной обработки.
Станки для электроэрозионной обработки
Первые образцы электроэрозионных станков появились в середине сороковых годов, в СССР. Ну а первый станок с числовым программным управлением создали вначале 60-х, в Швейцарии.
Современные станки позволяют решать, как массовые, так и мелкосерийные или единичные задачи, как эстетического (шлифовка, декорирование и прочее), так и практического (перфорация сквозных и глухих отверстий, формирование пазов, заточка режущего инструмента) характера. Причем и с теми и с другими целями электроэрозионные станки справляются с одинаковой эффективностью.
К тому же, себестоимость обработки на подобном оборудовании намного ниже аналогичного показателя, характерного для классических, металлорежущих станков.
А качество поверхности – иногда просто недостижимо для станков из обычной группы.
Поэтому аппараты электроэрозионной обработки используются для создания высокоточных деталей, применяемых в аэрокосмической отрасли, приборостроении, станкостроении, автомобилестроении и прочих отраслях, испытывающих потребность в подобных изделиях.
steelguide.ru
Электроэрозионная обработка металлов статья www.Equipnet.ru
Автор: Александр Гуща, специально для EquipNet.ru Фотографии с сайтов p-p-k.narod.ru, antifabrika.ru
Согласно статистике: 90% отечественного производства все еще базируется на механических методах обработки – шлифовании и полировании, фрезеровании и расточке. И вопрос тут даже не в качестве и прецизионности процесса, а в количестве отходов в виде стружки и угара. В некоторых случаях проблема металлического мусора решается штамповкой и использованием порошковой проволоки, но это лишь способ временно уйти от проблемы. Настоящим решением стала электрофизическая обработка, включающая в себя помимо ультразвуковой и электроннолучевой технологии еще и электроэрозионную.
Электроэрозионная обработка
По сути, электроэрозионная обработка является своего рода победой над природой. Ни для кого не секрет, насколько разрушительной бывает атмосферное электричество. Именно молния натолкнула ученых на серию экспериментов, доказавших, что электрический разряд при особых условиях способен, словно инструмент скульптора, создавать детали повышенной сложности.
Рабочим инструментом в большинстве случаев служит латунная тонкая проволока, способная многократно изгибаться под нужным углом. Мягкий материал находится под высоким напряжением, показатели которого выбираются таким образом, чтобы нагрев из-за собственного сопротивления не расплавил проволоку. При съемке на высокоскоростную камеру легко заметить многочисленные искры, появляющиеся в месте контакта проволоки и металла заготовки. Даже при очень высоком квалитете шероховатости соприкосновение будет неполным: образуются проводящие мосты субмикронного сечения, нагревающиеся из-за наличия сопротивления. Разогрев до 10000 градусов происходит мгновенно, поэтому некоторые металлы не просто испаряются, а сублимируют. С точки зрения физической химии высокое термическое воздействие разрушает кристаллическую решетку, и ионы металла отрываются от поверхности. Визуально же кажется, что латунная проволока «разъедает» основной металл, словно кислота. Это и дало название методу, ведь с латинского «разъедание» звучит, как «эрозия». Т.о. проволока медленно погружается в заготовку, отверстие в которой в точности повторяет контур латунного инструмента.
Электроэрозионная технология применяется, когда обработка на традиционных механических станках затруднена или нерентабельна из-за отходов, повышенной твердости материала основы
В некоторых случаях в электроэрозионной обработке используются источники тока импульсного типа с частотой от 50 герц до сотен килогерц, при этом каждый импульс удаляет некоторое приблизительно одинаковое количество ионов. Увеличение частоты означает снижение мощности и, как следствие, меньшую скорость обработки в обмен на повышающийся квалитет шероховатости обработанной поверхности. Выбор латуни обусловлен высоким уровнем теплопроводности (в некоторых случаях используются более дорогие эрозионные материалы из тугоплавких металлов и сплавов). Длительность разряда выбирается минимальной, чтобы испаренные ионы не осаждались обратно. Получить кратковременный разряд можно посредством подачи импульсов, но это накладывает определенные ограничения на источники питания, поэтому обычно используется скоростное изменение положения инструмента, инициирующее образование новых проводящих мостов. Для гарантированного охлаждения испаряемого металла и его удаления из зоны контакта используются диэлектрические жидкости – керосин или машинное масло – в которые и погружается заготовка. Жидкий диэлектрик влияет на расстояние пробоя, снижая его до 150 мкм и меньше, чем ограничивает зону контакта.
Станки для электроэрозионной обработки
Очевидно, что использовать для снижения длительности разряда импульсные источники тока выходит дороже, нежели спроектировать автоматизированный модуль перемещения эрозионного инструмента относительно заготовки. Устройство перемещения снабжается дополнительной системой мониторинга расстояния между проволокой и металлом заготовки: при большом расстоянии, когда не происходит образования достаточного количество проводящих мостов, инструмент приближается. Если же расстояние пробоя слишком низкое – резко возрастает вероятность активного распределения разряда, что влечет за собой слабый нагрев и, как следствие, неэффективность метода.
Для некоторых электроэрозионных техпроцессов используется не латунная и тугоплавкая проволока, а толстый стержень, объем которого позволяет получать оттиски на металле заготовки, или диск, вращение которого позволяет прорезать глубокие щели или обрабатывать чрезмерно прочные материалы. Электроэрозионные станки отечественного производства отличаются широким модельным рядом и рассчитаны на обработку деталей различного размера.
Катод-анодная и анодно-механическая системы
Электроэрозионная технология включает в себя несколько методов, одни из которых позволяют выполнять сложнофасонные прожиги и вырезать отверстия, другие – разделять заготовки, выполненные из жаропрочных аустенитных сталей или титановых соединений.
В основе метода электроискровой обработки лежит образование катод-анодной системы, где заготовка заряжается положительно, а эрозионный инструмент – отрицательно. При этом в месте контакта возникает дуговой разряд короткой продолжительности. Температура в середине дуги минимально достигает 8 тысяч градусов. Поскольку расстояние пробоя достаточно низкое, разница в температуре поверхности металла в зоне контакта и в центре дуги небольшая.
Другой разновидностью электроэрозионной обработки в системе катод-анод является анодно-механическая технология, когда отрицательно заряжена не проволока, а диск или замкнутая лента. Диэлектрическая пленка в местах контакта вращающегося инструмента временно разрушается. В местах же открытия чистого металла образуются дуговые разряды, испаряющие тонкий поверхностный слой.
При электроимпульсной обработке сменяется полярность системы катод-анод. Образуемые дуговые разряды прерываются перемещением инструмента и отключением тока. Средняя температура разряда достигает 5000 градусов.
Электроэрозионные станки на практике
Электроэрозионная технология применяется, как правило, когда обработка на традиционных механических станках затруднена или нерентабельна из-за отходов, повышенной твердости материала основы.
После изобретения электроэрозионной технологии она сразу же получила широкое распространение, как экономичная и производительная, но вскоре из-за сложности автоматизации техпроцесса популярность метода упала, уступив место механической обработке на ЧПУ. Сегодня, когда производственники ощутили, что отечественная промышленность не может себе позволить массово проектировать высокопрецизионные техпроцессы с использованием современных плазменных или лазерных технологий, многие снова обратились к электроэрозионным станкам. Несмотря на возраст технологии, она до сих пор зачастую оказывается более удобной для создания объемных деталей сложной формы, например лопастей турбин, валов или пресс-форм, поскольку стоимость электроэрозионного станка намного ниже. Кроме того, установки лазерной и плазменной обработки, как правило, рассчитаны на заготовки небольших размером, что резко ограничивает их применение к тяжелой промышленности. Т.о. возрождение электроэрозионной обработки стало своего рода ответом отечественной промышленности зарубежным технологиям. Часть I
www.equipnet.ru
