1.4 Стадії нагрівання та охолодження поверхонь електрода при електроерозійної обробці

Дослідження структури і властивостей поверхневого шару оброблюваного матеріалу після ЕЕО показали, що вони близькі до отримуваних після термічної обробки [5, 10]. Таким чином, для отримання якісної поверхні після ЕЕ-обробки необхідно враховувати умови нагріву та охолодження поверхні одиничної лунки.

При нагріванні поверхневого шару в процесі ЕЕО його властивості будуть визначатися величиною внутрішніх напружень, які виникають в результаті значної різниці температур. При певних умовах напруження можуть перевищувати межу міцності оброблюваного матеріалу, що призведе до утворення сітки мікротріщин.

При охолодженні поверхневого шару заготовки в процесі ЕЕО істотно змінюються його структура і властивості. Можливості впливу на якість поверхні при цьому порівняно широкі і визначаються підбором складу робочої рідини, а також режимами ЕЕО.

На рис. 11 показаний характер зміни температури поверхні лунки при впливі на поверхню електричного імпульсу тривалістю t_і.

Рисунок 11. Діаграма зміни температури поверхні лунки

Тепловий режим I (див. Рис. 11) пов'язаний з утворенням плоского миттєвого джерела тепла, чинного протягом t  t_і. За цей час відбувається інтенсивний нагрів поверхневих шарів електродів аж до їх розплавлення і випаровування. Тепловий режим II охоплює час t_і  t = (3-5) t_і, тобто з моменту закінчення імпульсу струму до моменту додаткового викиду металу з лунки. У цей період поверхня лунки покрита перегрітим металом з температурою, що перевищує його температуру плавлення [10].

Тепловий режим III починається після додаткового викиду металу з лунки і закінчується, як можна умовно вважати, при t = Т_ГП = (5-10) t_і, тобто одночасно з початком ліквідації газової порожнини (Т_ГП - час існування газової порожнини). Температура поверхні лунки близька до температури плавлення оброблюваної заготовки. У цей час ще зберігається значний градієнт температур в поверхневому шарі заготовки [10].

Прискорений процес охолодження поверхні лунки (тепловий режим IV) починається з t  Т_ГП, тобто після закінчення додаткового викиду металу з лунки, і особливо в момент, коли діаметр газової порожнини наближається до мінімального. У цей час газова порожнина поступово зменшується, і її межа переміщується до центру лунки. Потім настає момент, коли межа газової порожнини, що представляє собою парорідку суміш, стикнеться з периферійною частиною поверхні лунки, що має високу температуру. В результаті частина робочої рідини газової порожнини перетворюється в пар. Поява бульбашок пари призводить до пульсації розмірів газової порожнини [10].

Як зазначено в роботі [11], з огляду на специфіку умов протікання процесу ЕЕО, сумнівно стверджувати, що плівкове кипіння рідини в міжелектродному проміжку переходить в бульбашкове, як це має місце при охолодженні відкритих поверхонь. Також зазначалося, що з пониженням температури поверхні лунки робоча рідина все частіше стикається з нею і, випаровуючись, інтенсивно відводить тепло. Ця стадія охолодження (тепловий режим V) відбувається з найбільшою швидкістю.

У міру охолодження поверхні лунки до температури кипіння РР газова порожнина ліквідується, і рідина починає омивати всю поверхню лунки. Настає остання стадія охолодження (тепловий режим VI), яка характеризується конвективним теплообміном поверхні лунки з робочою рідиною, що вступили в безпосередній контакт. Швидкість теплообміну в цей момент помірна (Рис. 11) і визначається в основному властивостями робочої рідини, величиною температурного перепаду між поверхнею лунки і РР, а також швидкістю переміщення робочої рідини в міжелектродному проміжку.