Глава 1

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕОРИИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

§ 1.1. Общее описание процесса

Удаление металла с заготовки происходит в среде диэлектрика. за счет микроразрядов, расплавляющих часть металла. Рассмотрим основные стадии протекания электроэрозионного процесса снятия припуска. По мере сближения электрода-инструмента с заготовкой напряженность Е электрического поля возрастает обратно пропор­ционально расстоянию между электродами: E = U/s, где U—раз­ность потенциалов электрода-инструмента и заготовки; s — зазор между электродами.

Наибольшая напряженность возникает на участке, где межэлек­тродный зазор минимален. Расположение этого участка зависит от местных выступов, неровностей на инструменте и заготовке, от на­личия и размеров электропроводных частиц, находящихся в меж­электродном промежутке. На рис. 1.5 показано формирование рас­четного зазора s между электродом-инст­рументом 3 и заготовкой 4. Зазор зависит от высоты h_в местного микро- или макро­выступа на заготовке. Напряженность по­ля в районе выступа будет наибольшей, что повышает вероятность пробоя меж­электродного промежутка в этой точке. Кроме того, напряженность будет зави­сеть от наличия электропроводных частиц 1 в диэлектрике 2. Частица 1 с размером h_ч уменьшает расчетный зазор до разме­ра s₁ + s₂. Если не учитывать возможности присутствия в промежутке таких частиц, то следовало бы в расчетах принять зазор равным s. Поскольку истинный зазор будет меньше, чем расстояние между электродами, то напряженность поля на участках, где имеются электропроводные частицы, окажется выше.

Рис. 1.5

Если электроды сблизить до расстояния нескольких десятков микрометров, то в отдельных местах напряженность поля может достигнуть значения, при котором в месте наименьшего зазора возникает электрический разряд, через промежуток протекает ток, т. е. имеет место направленное движение электронов. В электрическом поле, возникшем в межэлектродном пространстве, в направлении, обратном движению электронов, происходит перемещение более тяжелых частиц - ионов. Электроны, имеющие меньшую массу, быстро достигают положительно заряженной поверхности заготов­ки и нагревают металл, вызывая расплавление и испарение его в месте прохождения тока. В результате образуется углубление в форме сферической лунки (рис. 1.6, а) радиусом R. Вылетевшие из лунки частицы металла охлаждаются жидкостью, кото­рая находится в зазоре, и за­стывают в виде шариков. В ка­честве жидкости используют различные диэлектрики: масла, керосин, дистиллированную воду. При воздействии серии разрядов поверхность приобретает форму с явно выраженными углублениями в виде лунок (рис. 1.6, б). Такие лунки формируют микрорельеф, характеризующий шероховатость поверхности.

Рис. 1.6

Поверхностный слой дна лунок испытывает воздействие терми­ческого цикла нагрева и быстрого охлаждения жидкостью. Свой­ства этого слоя отличны от свойств металла в глубине заготовки. В электроискровом режиме большинство ионов, имеющих зна­чительную массу, не успевает достичь отрицательно заряженного электрода и вызвать удаление материала с его поверхности. Съем металла происходит преимущественно с анода, который выбирают в качестве заготовки. Количество ионов, достигающих поверхности инструмента, определяет интенсивность его износа. Очевидно, чем меньше будет износ инструмента, тем точнее можно получить де­таль. Для этого стремятся сформировать импульс с меньшей дли­тельностью, чтобы ионы не успевали достичь катода. Однако при этом возрастает время обработки и снижается производительность. Полярность, при которой заготовка является анодом, называют прямой. Электроэрозионная обработка, при которой используют электроискровой режим, обычно осуществляется при прямой по­лярности включения электродов.

Если увеличивать длительность импульсов тока, то растет ин­тенсивность съема металла с катода (инструмента) потоком ионов. Можно подобрать такое время протекания тока, при котором доля съема металла электронами составит лишь незначительную часть от общего объема удаленного с электродов материала. Поэтому здесь необходимо катодом выбрать заготовку. Полярность, при ко­торой анодом является электрод-инструмент, называют обрат­ной. Обработку материалов при электроимпульсном режиме осу­ществляют при обратной полярности включения электродов. По­лярность зависит не только от длительности импульса, но и от используемых в качестве электродов материалов. Для снижения износа электрода-инструмента от воздействия потока электронов его выполняют из материалов, слабо разрушающихся под действием искровых разрядов, графитовых и медно-графитовых композиций. Для количественной оценки применяют понятие относитель­ного износа — отношения массы или объема материала, уда­ленного с электрода-инструмента, к массе или объему металла, сня­того с заготовки.

При электроконтактном методе импульсы тока формируются непосредственно в промежутке. Схема метода приведена на рис. 1.7. Процесс протекает в диэлектрике 2. Поверхности электрода-инструмента 1 и заготовки 3 не являются идеально гладкими - на них имеются неров­ности. При вращении электрода-инст­румента выступы приближаются к за­готовке вплоть до контакта. На опре­деленном расстоянии s между электро­дами происходит разряд, переходящий в дуговой и вызывающий расплавле­ние металла. Процесс этот кратковременный, поскольку за счет вращения электрода-инструмента выступ на его поверхности уда­ляется от заготовки и разряд в среде диэлектрика быстро затуха­ет. При этом методе длительность и частота импульсов тока будет зависеть от формы и числа выступов на наружной поверхности ин­струмента и от скорости его вращения. Вращающийся электрод-инструмент сам регулирует параметры импульсов, поэтому не тре­буется специального генератора, а используется постоянный или переменный ток низкого напряжения. Электроконтактную обработ­ку проводят при прямой полярности.

Рис. 1.7

По мере съема металла с заготовки электрод-инструмент пере­мещают в зависимости от схемы обработки либо вдоль обрабаты­ваемой поверхности (шлифование), либо по нормали к ней (раз­резание) со скоростью v_и.

Если процесс протекает в воздушной среде, то возникают более длительные дуговые разряды, чем при процессе в жидкости, так как после контакта между инструментом и заготовкой дуга может го­реть довольно длительное время. При этом расплавленный металл может достигать противолежащей поверхности и там застывать, т. е. могут протекать одновременно два процесса - размерный съем и наращивание металла. Под действием тепла дуги выплавляются большие участки заготовки, процесс происходит интенсивно и сопровождается сильным световым излучением.

Электроэрозионное легирование ведут при обратной полярно­сти, и частицы расплавленного металла оседают на катоде (заго­товке).