Глава I. Исходные данные для расчета электродов-инструментов

I. Материалы для электродов-инструментов

Удаление материала в процессе ЭЭО происходит за счет импуль­сного выделения электрической энергии непосредственно в зоне обработки. В, связи с малой, длительностью импульса (t_u<10^-3 ) и выделением электрической энергии на ограниченной по размерам поверхности, температура в канале разряда доходит до 100000°С. В результате как с обрабатываемой заготовки так и с электрода-инструмента удаляется порция металла частично в испаренном, частично в расплавленном состоянии. При этом разрушение электродов (заготовки и электрода-инструмента) происходит неодинаково. Пре­вышение. величины эрозии одного из электродов над другим носит название эффекта полярности. Количественным критерием эффекта полярности служит величина относительной эрозии катода.

(1)

где: к и а- объем металла, удаленный за равный промежуток времени с катода и анода соответственно.

Принято считать, что полярность эрозии положительна, если к<1 и отрицательна, если к>1. При положительной полярности электрод-инструмент подключается к отрицательному полюсу источ­ника питания, а заготовка - к положительному. Такое включение электродов называют прямым, а полярность электродов - прямой. При отрицательной полярности электрод-инструмент подключается к положительному полюсу источника питания, а заготовка - к отрица­тельному. Такое включение электродов называют обратным, а поляр­ность электродов - обратной.

Износ электрода-инструмента зависят от многих факторов. Он определяется тепловым разрушением, механическим износом за счет истирания частицами, перемещаемыми потоком рабочей жидкости, а также явлением восстановления размера электрода-инструмента за счет отложения углерода при разложении рабочей жидкости и за счет переноса материала обрабатываемой заготовки на рабочую по­верхность электрода-инструмента. Однако, тепловое разрушение яв­ляется фактором, определяющим стойкость электрода-инструмента. Если тепловые явления предопределяют износ электрода-инструмента, величина его эрозии зависит от теплофизических характеристик материала электрода-инструмента. Качественно физический смысл такой связи можно показать следующим образом. На удаление за один импульс порции металла в расплавленном состоянии зат­рачивается количество тепла Q, которое равно:

Q=c*I*(Tпл-To)+i*qпл (2)

Или, учитывая, что

(3а)

Для предварительной оценки соотношения можно записать:

(3б)

- где: С - удельная теплоемкость, Т_ПЛ - температура плавления, Т_О- исходная температура заготовки, q_пл - скрытая теплота плавления, q_пл^п - полная теплота плавления

Принимая во внимание равенства 1 и 3, получим дав случая преобладающего удаления металла в испаренном состоянии (при ЭЭО импульсами малой длительности, условно при t_u<10^-5 с)

(4а)

или для предварительной оценки

(4б)

где – q_исп^п полная теплота испарения, Т_исп - температура испарения, Q_э, Q_з- кол-во тепла, выделяемого во время электрического разряда на электроде-инструменте и заготовке соответственно.

Для случая, когда металл в основном удаляется в расплавлен­ном состоянии (при ЭЭО импульсами большой длительности, условно при t_u >10^-4 с) имеем:

(5а)

или для предварительной оценки

(5б)

Выражения 4 и 5 по фамилии автора получили название критерии Золотых [2, 3]. В выражениях 4 и 5 индексы "э" и "з" относят­ся соответственно к электроду-инструменту и обрабатываемой заго­товке.

Вышеизложенное позволяет с научных позиций подойти к выбору материала электрода-инструмента.

Так как процесс ЭЭО является электрическим, то естест­венно, что материал электрода-инструмента должен обладать малым удельным сопротивлением» т.е. высокой электропроводностью. Из критерия Золотых (выражения 4,5) следует, что для уменьшения износа электрода-инструмента необходимо обеспечить:

(6а, 6б)

Для грубой оценки материала можно пользоваться следующими соотношениями:

(7а,7б)

При ЭЭО импульсами малой длительности значительная часть энергии поступает на поверхность электрода-инструмента факелами, перемещающимися от места выделения энергия на обрабатываемой заготовке. В связи с этим, для уменьшения энергии, выделяемой на электроде-инструменте, необходимо, чтобы скорость перемещения паров металла (факелов) электрода-инструмента была больше скорости паров металла (факелов) обрабатываемой заготовки.

Это требование можно записать в виде:

M_э>М_з (8)

где: - число Маха, равное отношению скорости перемещения факелов к скорости звука в данной среде.

Температуропроводность «а» материала электрода-инструмента оказывает существенное влияние на его стойкость. Известно, что для получения максимальной производительности необходимо исполь­зовать соответствующую длительность импульса при данной энергии Wu. Отсюда следует, что материал электрода-инструмента необхо­димо выбирать таким образом, чтобы максимальная величина его эрозии была сдвинута в сторону более длительных импульсов при данном Wu. С точки зрения теплофизических свойств материала электрода-инструмента необходимо выполнить следующее требование:

а_э>а_з (9)

Эти требования к материалу электрода-инструмента, установленные Б. И. Золотых, находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

Многочисленные исследования показали, что наиболее подходя­щими материалами для изготовления электродов-инструментов явля­ются медь М1, М2, М3, графитированный материал ЭЭГ, МПГ-6. Во многих случаях в качестве материала электрода-инструмента ис­пользуются различные композиционные материалы, состоящие из эле­ментов, имеющих высокие температуры плавления и испарения (W, Mo, С и др.) и высокую электропроводность, главным образом, медь. К таким материалам относятся меднографитовые, вольфрамомедные и другие композиции.