Обработка криволинейных отверстий в труднообрабатываемом материале (стр. 3 из 5)
Непосредственный контроль параметров импульса в рабочем промежутке затруднителен; поэтому во многих случаях режимы характеризуются параметрами генераторов. Для обработки применяют генераторы двух типов. Генераторы I типа называются зависимыми или релаксационными; параметры задаваемых ими импульсов (ток, напряжение) определяются нелинейностью сопротивления рабочего зазора. Генераторы II типа называются независимыми или импульсными; задаваемые ими импульсы создаются без использования нелинейных свойств рабочего зазора. При релаксационных схемах параметры импульса характеризуются емкостью конденсаторов, величиной зарядного тока, напряжением; при импульсных – напряжением и силой тока в импульсе, длительностью импульса, частотой их следования.
При электроэрозионной обработке происходит разрушение одновременно и анода, и катода, т. е. заготовки и инструмента. Одним из средств снижения износа инструмента является применение униполярных импульсов, т. е. импульсов, при которых ток не меняет своего направления. Условно принято называть полярность прямой, если происходит преимущественно эрозионное разрушение анода, и обратной, если происходит прежде всего разрушение катода.
Производительность процесса электроэрозионной обработки оценивается отношением объема или массы удаленного металла ко времени обработки.
Если бы удалось вести процесс при постоянной энергии импульсов, производительность можно было бы оценить как произведение энергии импульсов на их частоту. На практике условия протекания отдельного импульса могут отличаться из-за различий в состоянии межэлектродного промежутка и размера зазора, несоответствие между числом импульсов, выработанных генератором и реализуемых в зазоре.
Для получения высокопроизводительного режима необходимо, чтобы как можно больше импульсов участвовало бы в процессе эрозии.
Повысить производительность можно, если подобрать оптимальное сочетание факторов, позволяющих увеличить долю полезной энергии импульса, его мощность и частоту следования рабочих импульсов. Для этого необходимо достичь оптимального соотношения между максимальным значением силы тока в импульсе и его длительностью.
Зависимость: производительность – площадь обработки – мощность. При малой площади обработки число участков, на которых возможен разряд, значительно меньше, чем число импульсов, поступающих от генератора, так как часть площади перекрыта газовыми перекрыта газовыми пузырями от предшествующих разрядов. Время существования газового пузыря в 5…10 раз больше, чем длительность импульса. А разряд через газ возможен только при более высоком напряжении, поэтому часть импульсов генератора не вызывает эрозии. Снижается производительность.
Если увеличивать площадь обрабатываемой поверхности, то скорость съема материала металла будет возрастать, но в дальнейшем произойдет ее снижение. Это объясняется тем, что с течением времени ухудшаются условия удаления продуктов обработки из межэлектродного промежутка. Все большее число импульсов генератора не будет вызывать эрозии из-за накопления газов и металлических частиц в пространстве между электродами.
Количество продуктов обработки зависит также от энергии импульсов, их числа и времени действия, т.е. от мощности, реализуемой в межэлектродном промежутке. При малой мощности количество расплавленного металла невелико, с ростом подводимой мощности оно возрастает, но при этом увеличивается и количество продуктов обработки, которые тормозят процесс съема металла. Для получения высокой производительности необходимо правильно выбрать сочетание площади обрабатываемой поверхности и мощности. Такой выбор выполняют с помощью пространственных диаграмм в координатах силы тока – площадь обработки – производительность.
Зависимость производительности от глубины внедрения электрода-инструмента. По мере углубления отверстия усложняется удаление продуктов обработки и поступление свежей жидкости в межэлектродный промежуток. Наличие большого количества электропроводных капель застывшего металла вызывает импульсы, энергия которых тратится на расплавление таких частиц. Для предотвращения таких (паразитных) импульсов используют принудительную прокачку жидкости через межэлектродный промежуток под давлением 100…200 кПа.
Прокачку можно применять и при периодическом прекращении процесса с выведением электрода-инструмента из заготовки; используют также вибрацию электродов, их вращение и др.
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.
Под точностью обработки деталей понимается степень соответствия ее формы и размеров чертежу. Отклонения от формы и размеров называется погрешностью.
Также как и при механической обработке, на размеры погрешности оказывают влияние состояние технологической системы, погрешности установки, базирования инструментов, внутренние напряжения в материале заготовки, ее нагрев при обработке.
В процессе обработки форма и размеры электрода-инструмента нарушаются из-за износа. Износ на различных участках инструмента различен. Так, на участках инструмента, имеющих вогнутость, число разрядов меньше, следовательно, износ на них будет выражен слабее. Если учесть условия выноса продуктов обработки из промежутка, то различия в износе различных участков еще более возрастут.
Чтобы снизить влияние износа электродов-инструментов на точность изготовления, а) изготовляют инструмент из материала, стойкого к эрозии, например из вольфрама, меднографита, коксографитовых композиций; б) используют так называемые безизносные схемы, при которых часть материала заготовки или из рабочей среды осаждают на инструменте, компенсируя тем самым его износ; в) заменяют изношенные участки инструмента путем продольного перемещения, или заменяют весь инструмент; г) производят правку и калибровку рабочей части инструмента.
В результате электроэрозионной обработки поверхность приобретает характерные неровности, а приповерхностные слои металла притерпевают физико-химические изменения. Это оказывает влияние на эксплуатационные показатели обрабатываемых деталей.
Поверхностный слой формируется за счет расплавленного металла, оставшегося на поверхности лунки, и прилегающего к ней слоя металла, подвергнутого структурным изменениям от быстрого нагрева и охлаждения металла. Поверхностный слой состоит из так называемого белого слоя, в котором наблюдаются химико-термические превращения, переходного слоя, в котором имели место только термические изменения и под которым находится неизмененный металл заготовки. Измененная зона, образуемая белым слоем, содержит продукты диэлектрической среды, в частности углерод и элементы, входящие в состав электрода-инструмента. У остальных заготовок в этой зоне образуются карбиды железа, которые способствую упрочнению поверхности.
Состояние поверхностного слоя определяет износостойкость, прочность и другие свойства детали в механизме. После электроэрозионной обработки поверхностный слой приобретает свойства, по-разному влияющие на эксплуатационные характеристики деталей. Положительными являются повышение твердости поверхности при сохранении вязкости середины, большое количество лунок на поверхности, плавное их сопряжение. К недостаткам следует отнести возможность появления трещин, растягивающих напряжений, трудность получения поверхности с малой шероховатостью.
Схема электроэрозионной обработки криволинейного отверстия: 1 – обрабатываемая заготовка; 2 – электрод-инструмент.
2. Электрохимическая обработка
Электрохимический метод обработки создан советскими инженерами В. Н. Гусевым и Л. П. Рожковым в 1928 г.; особенностью его по сравнению с обычной электролитической схемой является наличие в зазоре интенсивного движения электролита при высоких плотностях тока (от десятков до сотен ампер на 1 см2 обрабатываемой поверхности). Электрохимическая обработка является перспективным методом изготовления деталей из труднообрабатываемых материалов; она обеспечивает шероховатость поверхности до 1,25 – 0,16 мкм и точность обработки до ±20 мкм, а также большую производительность (до 1500 –2000 мм3/мин). Электрохимическую обработку осуществляют следующим образом (рис. 5): заготовку 1 соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока (анод); инструмент 2 (катод) является отрицательным полюсом; при этом профиль катода соответствует профилю поверхности, которую необходимо получить в результате обработки. Заготовку и инструмент помещают в камеру, изготовленную из неэлектропроводного материала. Подача электролита в зазор между анодом и катодом приводит к замыканию электрической цепи и в результате этого к растворению поверхности анода, т. е. обрабатываемой заготовки.