Электрические эрозии

Электроэрозионная обрабатываемость. Эффект эрозии   различных металлов и сплавов,    производимый одинаковыми по своим параметрами электрическими  импульсами, различен.  Зависимость интенсивности эрозии от свойств металлов называют электроэрозионной обрабатываемостью.                                                                               Различное влияние импульсных разрядов на металлы и сплавы зависит от их теплофизических констант:  температур плавления и кипения, теплопроводности, теплоемкости. Если принять электроэрозионную обрабатываемость стали  за единицу,    то электроэрозионная обрабатываемость других металлов (при тех же условиях)  может быть представлена в следующих относительных единицах: вольфрам — 0,3; твердый сплав — 0,5; титан — 0,6; никель —0,8; медь— 1,1; латунь—1,6; алюминий — 4; магний— 6  (указанные данные справедливы только при конкретных условиях: энергия

импульса 0,125 Дж, длительность 14-10־⁶ с, частота 1200 1/с, амплитуда тока 250 А).   Рабочая среда. Большинство операций при электроэрозионной обработке производят в жидкости. Она обеспечивает условия, необходимые для удаления продуктов эрозии из межэлектродного промежутка, стабилизирует процесс,  влияет на электрическую прочность межэлектродного промежутка.  Жидкости,  пригодные для электроискровой обработки, должны обладать соответствующей вязкостью, электроизоляционными  свойствами,  химической устойчивостью к действию разрядов и быть безопасными в эксплуатации.

Рис 4.Влияние диэлектрической среды на величину пробивного напряжения и межэлектродный промежуток : 1-воздух; 2-керосин;3-трансформаторное масло                     

 

 На рис. 4 показаны графики влияния свойств диэлектрической среды на величину межэлектродного промежутка и величину пробивного напряжения. При работе жидкость загрязняется металлическими частицами и продуктами ее разложения, что приводит к значительному снижению электрической прочности и к увеличению    среднего значения межэлектродного промежутка. Графики показывают   целесообразность применения  в качестве диэлектрической среды нефтепродуктов.         При  относительно   равной  производительности обработки в среде, например, трансформаторного и веретенного масла предпочтение следует отдать последнему, так как температура его вспышки выше (165"С  по   сравнению  с   135°С).   Керосин

применяют при прошивании отверстий  малого диаметра, когда низкая вязкость среды особенно важна. В ходе обработки увеличиваются зольность и вязкость рабочей жидкости, поэтому ее не обходимо периодически заменять. Так, индустриальные масла необходимо заменять при увеличении зольности до 1,23% (в незагрязненных маслах она равна 0,007%) и вязкости до 20 см²/с.

В табл. 3    приведены характеристики    выполняемых работ и рекомендуемые  рабочие жидкости.

Производительность электроэрозионной обработки зависит от большого числа факторов: электроэрозионной обрабатываемости мощности, реализуемой в межэлектродном промежутке; рабочей среды; правильного выбора материала электрода-инструмента. Термин «производительность», употребляемый в технологии электроэрозионной обработки для характеристики интенсивности процесса по удельному съему металла, не всегда однозначен представлению о производительности в единицах выпуска продукции Так, например, при прошивке отверстия в заготовке полым  сплошным электродом длительность изготовления одной детали и таким образом, производительность в штуках будет различной хотя объем удаленного металла из заготовки может быть одинаковым. Не будет пропорциональным штучной производительности и объем металла, непосредственно разрушенный в электроискровом промежутке.

При большой площади электродов в промежутке между ними всегда оказывается большое количество участков, подготовленных для прохождения импульсов тока, что способствует повышении производительности обработки. При этом необходимо увеличение выходной мощности генератора импульсов. При малой рабочей площади электрода-инструмента высокая производительность недостижима из-за невозможности подведения большой мощности, так как обильное выделение газов и большое число отделившихся частиц разрушающихся электродов прерывают нормальный процесс обработки.

Таблица 3

Рекомендуемые рабочие жидкости.

Рабочая жидкость			Характеристика
вид	Вязкость При 50ºС, м²\с	Темпе- ратура вспышки, С	Выполняемых работ	импульсов
Керосин осветительный           Керосин осветительный тяжелый(пиронафт).   Топливо дизельное С и ДС.   Масла индустриальные марок: трансформаторное, веретенное, машинное.         Масло индустриальное селективной    очистки :   И-12А; И-20А, И-30А Вода и водные эмульсии	                    (2,5-8,0)*10-4   (10-30)*10-4                            	40             90       90                        165-190         	Точная обработка сложнопрофильных поверхностей средних размеров, прошивка малых отверстий.   То же, при больших обрабатываемых поверхностях.   Обработка поверхностей средней сложности.     Высокопроизводительная обработка  поверхностей больших размеров невысокой  точности, последующая их обработка на доводочных режимах.        То же         Обработка заготовок, не допускающих  загрязнений, резка твердых сплавов  проволочным инструментом, грубая резка  и обдирка вращающимся электродом-инструментом	Малая длительность, большая скважность при малой и средней мощности. То же, при несколько большей  мощности. То же, при средней сложности. Большая длительность, малая скважность, высокая частота при средней  мощности генератора импульсов  То же         Малая длительность, средняя скважность при малой мощности генератора импульсов; обработка на переменном токе при большой мощности

 

Увеличение вязкости рабочей жидкости замедляет выведение из межэлектродного промежутка продуктов эрозии и снижает производительность. Уменьшение вязкости, по сравнению рекомендуемой также снижает производительность, так как снижается захват жидкостью продуктов эрозии и вынос их из межэлектродного промежутка. В табл. 4 показано изменение производительности обработки в зависимости от выбранных режимов и мощности обработки (материал заготовки — сталь 45, материал инструмента — графит    марки    ЭЭГ,    рабочая    среда — керосин, импульсы — гребенчатой формы).

 

 

Таблица   4. Изменение производительности   в   зависимости от выбранных   режимов обработки

 

Режимы обработки					Производительность, Мм3\мин	Площадь обработки, мм3
Частота, кГц	Рабочий ток,   А	Среднее напряжение холостого хода,В	Среднее рабочее напряжение, В	Скважность
8	40	88	30	1,6	180	1500
22	20	105	35	2,0	150	1500
66	10	135	35	3,5	128	1000
88	10	150	40	3,5	46	500
200	5	145	45	3,5	35	250

С  повышением частоты  импульсов  и  снижением  рабочего тока стабильность рабочего процесса ухудшается. Это  вызывает необходимость увеличить  скважность импульсов. Применение прямо  угольных импульсов существенно  повышает  производительность. Производительность обработки  можно повысить,  если применять принудительное удаление продуктов эрозии из межэлектродного промежутка. Для этого в межэлектродный промежуток под давлением нагнетают жидкость (рис. 5). Хорошие результаты дает наложение вибраций на электрод-инструмент, а также вращение одного или обоих электродов. Давление жидкости зависит от глубины отверстия и величины    межэлектродного промежутка.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Схема подвода жидкости в межэлектродный промежуток через полый электрод при прошивании отверстия

 

Скорость внедрения электрода-инструмента  в заготовку с увеличением глубины обработки здесь не  снижается,  как при обработке без принудительной подачи жидкости. Создание вибраций прямолинейно перемещающегося электрода-инструмента также      способствуем удалению продуктов эрозии, но в меньшей степени, чем нагнетание жидкости. Вибрации особенно необходимы при    электроискровой обработке глубоких    отверстий малого диаметра и узких щелей. Большинство электроэрозионных  станков  снабжено специальной вибрационной головкой.

 Качество поверхности   и точность   обработки.  Металл электродов подвергается хотя и локальному, кратковременному, но весьма интенсивному электротермическому воздействию. Наивысшая температура   существует  на  обрабатываемой поверхности и  быстро    уменьшается на  некотором    расстоянии от поверхности.  Большая часть расплавленного металла и его паров удаляется из зоны разряда, но некоторая часть остается в лунке (рис 6 ).

Рис. 6.    Лунка,    полученная в результате воздействия единичного импульса:

1 — пространство, оставшееся после  выплавления металла; 2 — белый  слой; 3 — валик вокруг лунки; 4 — обрабатываемая заготовка; D л, H л — диаметр и глубина лунки

 

При застывании     металла на поверхности лунки образуется     пленка,  по  своим свойствам отличающаяся от основного металла.  Поверхностный  слой  в  расплавленном    состоянии активно вступает в химическое взаимодействие с парами и продуктами разложения рабочей жидкости, образующимися в зоне высоких температур. Результатом этого взаимодействия является интенсивное насыщение металла   компонентами,   содержащимися   в жидкой среде, а также веществами, входящими в состав электрода-инструмента. Таким образом, в поверхностный слой могут быть внесены титан, хром, вольфрам и т. д. При электроэрозионной обработке стальных заготовок в среде, состоящей из жидких углеводородов (керосин, масло), поверхностный слой насыщается углеродом, т. е. образуются карбиды железа.

Интенсивный теплоотвод из зоны разряда через прилегающие к ней массы холодного металла и рабочую жидкость создает условия для сверхскоростной закалки, что одновременно с науглероживанием приводит к образованию очень твердого слоя. Закаленный поверхностный слой стали обладает повышенной стойкостью истирание и меньшим, чем у нетермообработанной стали, коэффициентом  трения.  Структура поверхностного слоя  существенного отличается  от структуры основного металла  и  схожа со структурой отбеленного слоя, возникающего на поверхности некоторых чугунов.     Поэтому этот слой получил название «белый слой».Глубина белого слоя зависит от энергии импульсов, их длительности и теплофизических свойств обрабатываемого  материала. При длительных импульсах тока большой энергии глубина белого слоя  равна десятым долям  миллиметра,  а при  коротких импульсах — сотым долям миллиметра и микрометрам.

Вследствие хрупкости и неравномерной плотности белого слоя в большинстве случаев     он  является  дефектным. Он  снижает прочностные свойства основного металла, так как при знакопеременных нагрузках в нем легко возникают трещины, которые могут распространиться в глубь детали.

В поверхностном слое заготовки возможно возникновение остаточных напряжений, обусловленное тепловыми процессами на поверхности. Величина и глубина  распространения  остаточных напряжений зависят от параметров импульсов, теплофизических свойств обрабатываемого материала и физико-химических свойств, оплавленного  поверхностного слоя.

 

рис 7. Профиль поверхности, обработанной импульсами тока.

 

 

 

 Остаточные напряжения  возрастают с увеличением  энергии импульсов или их      длительности. При определенных режимах обработки в зависимости от материала заготовки остаточные напряжения могут превышать предел его прочности, вызывая    образование сетки микротрещин. Поэтому при изготовлений деталей, предназначенных    для работы с большими нагрузками, следует удалять дефектный слой. Для полного   восстановления прочности и выносливости  деталей необходимо удалять припуск, равный примерно удвоенной глубине оплавленного слоя. Но  нет необходимости всегда     полностью удалять поверхностный слой после электроэрозионной обработки. Во многих случаях удаляют только ту его часть, которая непосредственно снижает    эксплуатационные    характеристики, например, слой, в котором образуется сетка микротрещин. Различные виды обработки, последующей после электроэрозионной обработки, например, электрополирование, виброгалтовка, термообработка и др. могут существенно уменьшить остаточные напряжения в поверхностном слое или даже изменить их знак, благодаря чему усталостная прочность детали может быть получена практически такой же, как и при обработке резанием.

Износостойкость деталей, полученных электроэрозионной обработкой, благодаря  наличию белого слоя повышается и значительно превышает (до 1,5 раз) износостойкость деталей, полученных механической обработкой резанием. Это имеет существенное значение, например, для получения стальных штампов, Усталостная прочность деталей, полученных электроэрозионной обработкой, несколько снижается.

Профиль обработанной поверхности представляет собой результат наложения друг на друга лунок, образованных под действием единичных электрических разрядов, разрушающих материал заготовки (рис. 7). Таким образом, обработанная поверхность, будет иметь большую или меньшую шероховатость. Геометрические размеры образованных при обработке лунок можно определить по следующим эмпирическим формулам:

Dл=К₁W^⅓ ;  Нл=К₂W^⅓

где Dл — диаметр лунки, мкм; Нл — глубина лунки, мкм;: W — энергия импульса, мкДж; К₁, К₂— коэффициенты, зависящие от материала электродов и состава рабочей среды (при медных, электродах при обработке в керосине К₁ = 4, К₂=0,45). Среднюю высоту неровностей, образующихся в результате воздействия на поверхность заготовки серии импульсов тока, определяют по формуле:

 

Rz≈⅓Нл.

Для достижения наивысшей производительности и получения требуемой шероховатости обработку следует  производить  в  несколько переходов.  Сначала импульсами  большой  энергии удаляют основную массу металла. Затем при постепенном снижении ни  импульсов  осуществляют сглаживание и окончательную отделку поверхности.  Режимы обработки по своим технологическим  показателям принято разделять на черновые или   обдирочные, истовые и отделочные. Диапазоны режимов, применяемых для обработки, очень широки. В табл. 5 приведены обобщенные  данные о режимах электроэрозионной обработки стали и получаемой шероховатости обработанной поверхности.