6.2 Установки електроерозійної обробки металів
6.2.1 Фізична сутність процесу
Рис.
67. Схема розвитку електроерозійного
розряду
1
–
електрод-інструмент;
2–
електрод-виріб;
3
– робоча рідина;
4
–
електричний розряд; 5
–
газова бульбашка навколо розряду; 6
–
об’єм металу, який випаровується;
7–
кульки металу, які випарувалися
Якщо між двома електродами, які знаходяться на невеликій відстані, існує рідке середовище, та до електродів імпульсно прикласти певну різницю потенціалів, відбувається пробій міжелектродного проміжку, при цьому зважаючи на шорсткість поверхні електродів пробій відбувається в найвужчому місці (рис. 67). В області розряду має місце значна концентрація енергії, в результаті чого температура мікроповерхні електродів досягає 5-40 тис. градусів Кельвіна, що сприяє випаровуванню металу з виступів електродів, утворюючи на електродах в місцях випаровування ямки. У зоні розряду утворюється із парів металу та рідини газова бульбашка підвищеного тиску, яка обумовлює викид металу, який випарувався, з зони розряду та його охолодження в вигляді дрібних кульок. При наступному імпульсі, який повинен подаватися після деіонізації міжелектродного проміжку, пробій буде відбуватися в іншому місці. Таким чином, в результаті імпульсної дії буде відбуватись знімання металу з електродів. Чим більша енергія імпульсів, тим більше знімання металу за один імпульс (вища продуктивність установки), однак і шорсткість поверхні електродів буде більшою.
В результаті вказаного процесу підлягають ерозії (руйнуванню) два електроди. В процесі різних технологічних операцій необхідно піддавати електроерозійній обробці один електрод, інший залишаючи без змін, перший в цьому випадку буде іменуватися електрод-виріб, другий – електрод-інструмент.
Зниження або відсутність ерозії електроду можуть бути забезпечені використанням спеціальної форми імпульсів, їх тривалості та матеріалу електрода. При наданні імпульсам уніполярного вигляду зношування одного з електродів значно зменшується, при цьому менше зношується катод, тому електрод-інструмент в більшості установок підключають до від’ємного полюсу генератора імпульсів. При збільшенні тривалості розрядів відбувається зниження температури в зоні розряду за рахунок теплопровідності електрода, в результаті ерозійний ефект обробки знижується. З точки зору матеріалу електрода існує поняття електроерозійної оброблюваності, тобто стійкості матеріалу до обробки. Якщо для сталі прийняти електроерозійну оброблюваність за одиницю, то для деяких металів будемо мати: магній – 6, алюміній – 4, латунь – 1,6, мідь – 1,1, нікель – 0,8, титан – 0,6, молібден – 0,5, вольфрам – 0,3. Тому як електрод-інструмент використовується в більшості випадків алюміній, латунь, мідь.
Як робочої рідини при електроерозійній обробці використовується керосин, дизельне паливо, технічні масла, інколи – вода; сорти масел та палива застосовують з високою температурою спалаху.
За ефектом ерозії розрізняють чорнову, чистову, оздоблювану обробки, яка знаходиться в залежності від енергії імпульсів. Чим більша енергія імпульсів, тим вища продуктивність установки, але тим шорсткішою виходить оброблювана поверхня. В багатьох випадках при обробці змінюється режим роботи від чорнового до оздоблюваного.
При електроерозійній обробці змінюється структура поверхневого шару оброблюваного виробу під дією високих температур. Одночасно поверхня виробу насичується продуктами випаровування робочої рідини та електрода-інструмента, це може бути використано для внесення в поверхневий шар виробу різних домішок.
Перевагами електроерозійної обробки є:
висока продуктивність при грубих режимах (до 25000 мм3/хв);
ефективність обробки виробів з твердих сплавів або загартованої сталі, які з великими складностями оброблюються на механічних верстатах;
висока чистота оброблюваних поверхонь при оздоблюваній обробці (8-10 клас чистоти);
висока точність обробки (з припуском 1-3 мкм);
можливість механізації та автоматизації процесу обробки виробів.
Установки електроерозійної обробки використовуються для прошивання отворів в площинах, копіювання, гравірування, шліфування, вироблення дрібних сіток, заточування та зміцнення інструмента, прошивання отворів з криволінійною віссю та ін.