Электроэрозионная обработка в машиностроении

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                 

                                             Содержание

Введение……………………………………………………………………3

1. Общая характеристика процесса электроэрозионной обработки……5

2. Разновидности электроэрозионной обработки......................................9

3. Область применения (ЭЭО)....................................................................17

Заключение……………………………………………………....………...21

Список литературы……………………………………...……………...…23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                           

                                               Введение

     Еще в конце 18в. английским ученым Дж. Пристли было описано явление эрозии металлов под действием электрического тока. Было замечено, что при разрыве электрической цепи в месте разрыва возникает искра или более продолжительная электрическая дуга. Причем искра или дуга оказывает сильное разрушительное воздействие на контакты разрываемой цепи, называемое эрозией. Электрической эрозии подвержены контакты реле, выключателей, рубильников и других подобных устройств. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению такого разрушения контактов.

     Над этой проблемой в годы Великой  Отечественной Войны работали советские ученые Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко. Поместив, электроды в жидкий диэлектрик и размыкая электрическую цепь, ученые заметили, что жидкость мутнела уже после первых разрядов между контактами. Они установили: это происходит потому, что в жидкости появляются мельчайшие металлические шарики, которые возникают вследствие электрической эрозии электродов. Ученые решили усилить эффект разрушения и попробовали применить электрические разряды для равномерного удаления металла. С этой целью они поместили электроды (инструмент и заготовку) в жидкий диэлектрик, который охлаждал расплавленные частицы металла и не позволял им оседать на противолежащий электрод. В качестве генератора импульсов использовалась батарея конденсаторов, заряжаемых от источника постоянного тока; время зарядки конденсаторов регулировали реостатом. Так появилась первая в мире электроэрозионная установка. Электрод-инструмент перемещали к заготовке. По мере их сближения возрастала напряженность поля в межэлектродном промежутке (МЭП). При достижении определенной напряженности поля на участке с минимальным расстоянием между поверхностями электродов, измеряемым по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности и называемым минимальным межэлектродным зазором, возникал электрический разряд (протекал импульс) тока, под действием которого происходило разрушение участка заготовки. Продукты обработки попадали в диэлектрическую жидкость, где охлаждались, не достигая электрода-инструмента, и затем осаждались на дно ванны. Через некоторое время электрод-инструмент прошил пластину, Причем контур отверстия точно соответствовал профилю инструмента.

     Так, явление, считавшееся вредным, было применено для размерной обработки  материалов. Изобретение электроэрозионной  обработки (ЭЭО) имело выдающееся значение. К традиционным способам формообразования (резанию, литью, обработки давлением) прибавился совершенно новый, в котором непосредственно использовались электрические процессы.

     Первоначально для осуществления ЭЭО применялись  исключительно искровые разряды, создаваемые конденсатором в так называемом RC-генераторе. Поэтому новый процесс в то время называли электроискровой обработкой.

     В начале 50-х годов были разработаны специальные генераторы импульсов, благодаря которым обработку можно было проводить также на более продолжительных - искро-дуговых и дуговых разрядах. Процесс в новых условиях стали назвать электроимпульсной обработкой.

     Поскольку для формообразования во всех случаях  применяют одно и то же явление - электрическую эрозию, в настоящее время используют определения электроискровой режим (ЭЭО) и электроимпульсный режим (ЭЭО). 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Общая характеристика процесса электроэрозионной обработки. 

                   Описание процесса электроэрозионной обработки

  Снятие материала с поверхности обрабатываемой детали при      электроэрозионной обработке осуществляется импульсами тока, которые формируются специальным генератором.

   Потенциальная энергия импульса образуется за счёт напряжения, приложенного к электродам деталь-инструмент, размещённых в рабочей жидкости (например, в керосине). Между электродами всегда присутствует межэлектродный зазор. Потенциальная энергия импульса накапливается в конденсаторе, который периодически разряжается, образуя электрический

искровой  или дуговой разряд между инструментом и деталью, как показано на рисунке 1.

ЭИ – электрод-инструмент; ЭД – электрод-деталь; МЭЗ – межэлектродный зазор

Рисунок 1 – Схема, поясняющая принцип электроэрозионной обработки изделий. 

    Параметры искрового или дугового электрического разряда задаются приложенным напряжением, длительностью импульса, межэлектродным зазором и состоянием рабочей жидкости. Под действием напряжения, приложенного к электродам, на поверхности инструмента накапливается электрический заряд (рисунок 1, а и б). Под действием заряда в зазоре между инструментом и деталью образуется стример – электропроводный канал (рисунок 1,в), появление которого определяет начало образования сквозной проводимости в зазоре между электродами. Частицы рабочей жидкости ионизируются под действием внешнего напряжения и устремляются от поверхности детали в сторону инструмента (рисунок 1, г). Происходит формирование канала сквозной электропроводности, создаётся электрическое поле, обеспечивающее возможность прохождения разряда по наименьшему расстоянию между поверхностями инструмента и детали. Как только стример достигнет поверхности обрабатываемой детали и, соответственно, завершится формирование электропроводного канала, накопленный конденсатором заряд разрядится на поверхности детали (рисунок 1, д). Под действием энергия электрического разряда произойдёт вырывание частиц материала с поверхности обрабатываемой детали в области, охватываемой стримером (рисунок 1, е).

     В результате работы импульса тока энергия импульса, локально приложенная к поверхности детали, приводит к нагреву участка поверхности материала до температуры, превосходящей температуру его плавления. В области стримера происходит расплавление металла, и под действием электродинамических сил капля расплавленного металла выбрасывается в пространство межэлектродного зазора (рисунок 1, ж). Поток рабочей жидкости удаляет из зазора образовавшийся шлам (застывшие частицы металла обрабатываемой детали).

   В процессе вырывания частиц металла и термодинамических явлений образуется атомарный спектр всех веществ, участвующих в процессе электроэрозионной обработки (рабочая жидкость, инструмент и деталь). На поверхности детали появляется лунка, форма которой соответствует конфигурации инструмента и направлению его движения (рисунок 1, и).

   После окончания импульса напряжение между электродами отсутствует, и происходит деионизация рабочей жидкости. Последующий импульс напряжения вновь ионизирует жидкость и создаёт предпосылки для следующего электрического разряда, под действием которого лунка на поверхности обрабатываемой детали увеличивается до заданных размеров.

   Многочисленными исследованиями установлено, что наибольшая производительность при электроэрозионной обработке достигается при поддержании оптимального значения межэлектродного зазора, что определяется качеством управления приводом электроэрозионного станка и надёжностью системы его программного управления.

              

                                     Рабочая среда

    Рабочие жидкости (РЖ) должны удовлетворять следующим требованиям:

     – обеспечение высоких технологических  показателей ЭЭО;

     – термическая стабильность физико-химических свойств при воздействии электрических разрядов с параметрами, соответствующими применяемым при электроэрозионной обработке;

     – низкая коррозионная активность к материалам ЭИ и обрабатываемой заготовки;

     – высокая температура вспышки  и низкая испаряемость;

     – хорошая фильтруемость;

     – отсутствие запаха и низкая токсичность.

     При электроэрозионной обработке применение получили низкомолекулярные углеводородистые жидкости различной вязкости; вода и в незначительной степени кремнийорганические жидкости, а также водные растворы двухатомных спиртов.

     Для каждого вида ЭЭО применяют рабочие  жидкости, обеспечивающие оптимальный режим обработки. На черновых режимах рекомендуется применять рабочие жидкости с вязкостью (смесь керосин-масло индустриальное), а на чистовых (керосин, сырье углеводородное).

     Влияние на производительность свойств рабочей  среды. В зависимости от свойств  рабочей среды изменяются доля полезного  использования энергии импульса, его предельная мощность. Для каждого вида обработки применяют оптимальные диэлектрические среды. Так, при электроэрозионном процессе с малой энергией импульсов высокую производительность обеспечивает дистиллированная и техническая вода, керосин; при грубых режимах на электроимпульсном режиме применяют тяжелые фракции нефти (масла, дизельные топлива и др.) с высокой температурой вспышки (до 450 К).

     В процессе обработки жидкая рабочая  среда загрязняется, из-за чего снижается  производительность. Загрязненность оценивают в процентном отношении массы продуктов обработки к массе жидкости. При загрязненности 4..5 % для черновых и 2..3 % для чистовых процессов производительность остается практически одинаковой по сравнению с чистой средой. Дальнейшее возрастание содержания продуктов обработки, особенно на чистовых режимах приводит к снижению числа рабочих импульсов и производительности.

     В процессе остывания частицы металла  вызывают испарение части жидкости, изменение ее вязкости и зольности. Для поддержания высокой производительности необходимо периодически заменять рабочую среду.

     Для повышения производительности на обрабатываемой площади может быть параллельно  размещено несколько электродов-инструментов. Если они подключены к одному генератору импульсов, то такая обработка называется многоэлектродной. При подключении каждого электрода к своему источнику энергии обработку называют многоконтурной.

                
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                2. Разновидности электроэрозионной обработки.

     В зависимости от параметров импульсов и используемого оборудования ЭЭО подразделяют на электроискровую, электроимпульсную, высокочастотную и электроконтактную. 

                                Электроискровая обработка

   Была предложена советскими учёными H. И. и Б.Р. Лазаренко в 1943. Она основана на использовании искрового разряда. При этом в канале разряда температура достигает 10000 °С, развиваются значительные гидродинамические силы, но сами импульсы относительно короткие и, следовательно, содержат мало энергии, поэтому воздействие каждого импульса на поверхность материала невелико. Метод позволяет получить хорошую поверхность, но не обладает достаточной производительностью. Кроме того, при этом методе износ инструмента относительно велик (достигает 100 % от объёма снятого материала). Метод используется в основном при прецизионной обработке небольших деталей, мелких отверстий, вырезке контуров. Твердосплавных штампов проволочным электродом.

     При электроискровой обработке используют прямую полярность, т. е. ЭИ подсоединяют к катоду, а ЭЗ – к аноду. Генератор импульсов настраивают на соответствующие режимы обработки. Продолжительность импульса составляет 20…200 мкс. Величина энергии импульса регулируется подбором емкости конденсаторов.