Обработка криволинейных отверстий в труднообрабатываемом материале (стр. 2 из 5)

Следовательно, решающее значение в эрозионном разрушении имеет теплота, выделяемая в процессе разряда. Она приводит к интенсивному газовыделению, возникновению силы сжатия при действии тепловой волны и появлению термокапиллярных сил. Наряду с этим при эрозионном разрушении действует большое число других физических процессов. Например, раскаленное днище анода вступает в химическое взаимодействие с раскаленной плазмой, образуя химические соединения; последние под действием электрического тока диффундируют глубоко в толщину анода. В результате этих процессов обрабатываемая поверхность при электроэрозионной обработке представляет собой ряд лунок отвердевшего металла; на нее накладываются сфероидальные оплавленные выступы, представляющие собой приваренные диспергированные частицы металла. Поверхность покрывается темной пленкой из осевших и спекшихся с металлом электрода мельчайших частиц продуктов пиролиза керосина, имеющей следы оголенных оплавленных участков. Эрозионностойкая пленка, постепенно покрывая рабочую поверхность электрода, защищает его от термического воздействия разряда. Поэтому, подбирая оптимальные режимы, можно осуществить электроэрозионную обработку с пониженным износом инструмента. В этом случае необходимо получить динамическое равновесие, с тем, чтобы среднее количество образующейся пленки равнялось ее убыли за счет эрозии. Рассмотрение строения пленок показывает, что продукты пиролиза и образующаяся на аноде пленка имеют кристаллическую структуру. Образование этой пленки вызвано распадом рабочей среды под действием электродов после окончания разряда. В зависимости от свойств среды образование пленки протекает преимущественно или на аноде, или только на катоде. Структурная схема электроэрозионной обработки показана на рис. 3.

Электроэрозионная обрабатываемость является определенным свойством данного материала, так как при изменении параметров импульса изменяется абсолютное число импульсов, необходимых для выброса 1 см3 обрабатываемого материала; однако относительный порядок их расположения остается неизменным. Интенсивность эрозионного разрушения определяется: 1) теплофизическими параметрами обрабатываемого материала (температурой и теплотой плавления и испарения, теплоемкостью и теплопроводностью); 2) режимами обработки – электрическими (энергией, длительностью и частотой действия импульса) и механическими (кинематикой обработки, режимами подачи, жесткости) и 3) свойствами межэлектродной среды (электропроводностью, текучестью, вязкостью, насыщенностью газами и парами).

Электроэрозионной обработке поддаются только токопроводящие материалы; электроэрозионная обрабатываемость материалов определяется критерием Палатника:

где с – теплоемкость в кал·г/град;

g – плотность в г/см3;

l – теплопроводность в кал·см2/град·г;

Т – температура плавления металла в °С.

Рис. 3. Структурная схема электроэрозионной обработки

Производительность электроэрозионной обработки характеризуется количеством снятого металла в единицу времени (измеряется в мм3/мин, г/мин); помимо обрабатываемости материала она зависит от режимов обработки и в первую очередь от мощности N, реализуемой в межэлектродном промежутке:

W = CN,

где

N = Аf,

С – коэффициент, определяющий влияние всех других факторов и прежде всего теплофизических свойств материала;

А – энергия единичного импульса в Вт·с;

f – частота действия импульсов в Гц.

Рис. 4. Способы улучшения эвакуации продуктов обработки из межэлектродного промежутка: а – нагнетанием жидкости сквозь полый обрабатывающий электрод: б – созданием разрежения, выбрасыванием жидкости из сопла; в – нагнетанием жидкости через полый электрод и вокруг создаваемого отверстия; г – нагнетанием и отсасыванием жидкости; д – использованием ступенчатого электрода; 1 – диск для черновой обработки; 2 –диск для чистовой обработки.

Способ и скорость удаления продуктов разрушения из зоны обработки оказывает решающее влияние на производительность и точность обработки. При электроэрозионной обработке удаление продуктов разрушения может быть естественным и искусственным. В первом случае удаление продуктов происходит под действием динамических сил электрического поля, а также давления выделяющихся газов. При изготовлении деталей с достаточно глубокими полостями во многих случаях этого оказывается недостаточно. Поэтому применяется искусственная система удаления продуктов разрушения в виде специальных систем (рис. 4).

Производительность электроэрозионной обработки зависит также от сочетания видов металлов обоих электродов, площади и относительной глубины обработки. При малой площади или большой относительной глубине прошиваемого отверстия обильное газовыделение и образующиеся продукты разрушения не позволяют задавать в рабочем зазоре значительные мощности. Поэтому увеличение площади до определенного предела ведет к росту производительности. При очень больших площадях происходит снижение производительности вследствие ухудшения условий удаления продуктов эрозии из рабочего зазора; при этом скопления металлических частиц затрудняют бесперебойное повторение импульсов. Поэтому во всех случаях применяют системы принудительного циркулирования жидкости в рабочем зазоре, а также выполняют один электрод вибрирующим или вращающимся.

Интенсивность эрозионного разрушения определяется количеством выделяемой за один разряд энергии, а также временем разряда: чем оно меньше, тем больше энергии концентрируется в одном разряде; вследствие чего разряд имеет большую температуру и интенсивность съема металла. Передача теплоты внутрь обрабатываемой поверхности требует некоторого времени. Это определяет оптимальное соотношение энергии и продолжительности разряда; оно зависит от теплопроводности материала заготовки и его склонности к образованию поверхностных разрушений при локальном нагреве. Продолжительность интервалов между импульсами определяется временем, необходимым для деионизации межэлектродного зазора и удаления из него продуктов эрозии и газовых пузырьков. Большое значение при этом имеют гидро- и газодинамические процессы. Таким образом, основными параметрами периодических импульсов определенной формы являются продолжительность импульса, скважность, амплитуда и частота.

Энергия импульса W (измеряется в Дж) определяет количество материала, удаляемого при электроэрозионной обработке единичным разрядом, т. е. размеры лунки.

Длительность импульса tи (измеряется в мкс) определяет время действия импульса по току или э. д. с. При электроискровой обработке tи<10-4 с, при электроимпульсной tи>10-4 с. Значение длительности импульса определяет условия электроэрозионного разрушения и прежде всего тепловой режим, а также надежность удаления материала. При малых tи (до десятков микросекунд) энергия выделяется в течение очень короткого времени; поэтому температуры очень высоки и вместе с тем теплота не успевает распространиться внутрь детали. В этом случае происходит надежное удаление продуктов разрушения. Поэтому малые длительности импульса применяются для электроэрозионной обработки материалов с высокой температурой плавления или склонных к образованию микротрещин (например, металлокерамических). Большие длительности импульса (до нескольких тысяч микросекунд) применяются для обработки обычных сталей и сплавов; в этом случае теплота проникает на большую глубину и тем самым лучше расплавляет металл. Этот процесс электроэрозионной обработки энергетически более выгоден.

Скважность импульса q определяется как отношение времени (периода) повторения импульса Т к длительности импульса tи, т. е. q=T/tи; иногда применяется обратный термин – коэффициент заполнения 1/q.

Следует различать скважность импульсов по току и по э. д. с; первая характеризует скважность импульсов под нагрузкой, вторая – на холостом ходу. Для электроискровой обработки q>5–10, а для электроимпульсной q<5. При малой скважности ухудшаются условия удаления продуктов разрушения.

Амплитуда А определяет максимальные значения тока и напряжения, получающиеся при каждом импульсе; при электроэрозионных методах обработки амплитуды импульсов тока составляют от долей до десятков тысяч ампер, а амплитуды импульсов напряжения – от десятков до нескольких сотен вольт.

Частота импульсов f определяется периодом, т. е. временем между началом действия смежных импульсов Т, т. е.

f=1/T Гц.

При электроэрозионной обработке f=0,5·102 – 2·106 Гц.

Рассмотренные параметры электроэрозионной обработки, связаны между собой следующими зависимостями:

С повышением частоты при той же энергии импульса растет производительность электроэрозионной обработки. Пределы роста частоты определяются условиями деионизации рабочего зазора и удаления из него продуктов разрушения.