Файл: Учебное пособие для студентовзаочников. Компьютерная версия. 2е изд., перер и доп. Челябинск юурГУ, 2006. 89 с. З. И. Поляков и др., 1986. Издво Челябинского политехнического инсти тута имени Ленинского комсомола.pdf

11
скважность q — отношение периода к длительности импульса.
1
t
Т
q и
≥
=
. (1.4)
К параметрам импульсов относятся также амплитудные и средние значе- ния напряжения и силы тока.
U
, i t
U
, i t
U
, i t
U
, i t
U
, i t
U
, i t
U i t п t и
Т t п t и
Т
U i t п
Т t и t п
Т t и t п
Т t и t п
Т t и
Рис. 1.6 Формы импульсов, применяемых при электроэрозионной обработке
Современные генераторы позволяют формировать импульсы различной формы, в том числе прямоугольные, ступенчатые импульсы и др. (рис. 1.6).
Исходя из природы разряда, целесообразно повышать амплитудное на- пряжение в импульсе, так как при повышенном напряжении легче пробивается диэлектрическая жидкость в межэлектродном промежутке. Однако после про- боя диэлектрической жидкости напряжение на промежутке всегда падает до значения, определенного видом диэлектрика и материалами заготовки и элек- трода-инструмента. На рис. 1.7 (см. с. 12) этому напряжению соответствует участок 2–3–4 (дуговой разряд). Высокое напряжение необходимое для пробоя промежутка, создается лишь в начале импульса (участок 0–1 на рис. 1.7). Эта часть импульса получила название «поджигающей». Амплитуда напряжения
«поджигающей» части импульса современных генераторов устанавливается в пределах 70…300 В, что при соответствующей длительности этой части обес- печивает искровой пробой и подхват разряда следующей частью импульса — рабочей, выполняющей основной съем материала. Электрическая схема генера- тора обеспечивается совмещение «поджигающей» части с началом рабочей части импульса.

12 1
2 3
4 п и к з а ж и г а н и я и с к р о в о й р а з р я д п е р е д н и й ф р о н т д у г о в о й р а з р я д з а д н и й ф р о н т в р е м я и с к р о в о г о р а з р я д а в р е м я д у г о в о г о р а з р я д а t и
U t
0
Рис. 1.7. Изменение напряжения на эрозионном промежутке в течение одного рабочего импульса
1.5 Электрические параметры электроэрозионного процесса
Процесс электроэрозионной обработки осуществляется при постоянном подводе к электродам (заготовке и электроду-инструменту) импульсов элек- трического тока. От параметров импульса зависит объем выплавляемого им ме- талла (объем лунки). Наибольшее влияние на объем выплавляемого металла оказывает энергия импульса. С увеличением энергии импульса, объем выплав- ляемого металла возрастает, поэтому увеличивается производительность обра- ботки, а точность и шероховатость поверхности ухудшается.
Величина энергии импульса W
и как работы электрического тока опреде- ляется произведением силы тока J на напряжение U за время протекания им- пульса t
и
:
∫
⋅
⋅
=
dt
U
J
W
и
. (1.1)
Изменяющиеся в процессе протекания импульса величины U и J чрезвы- чайно сложно определить без специальных приборов. Поэтому на практике энергию импульса оценивают приближенно по средним значениям силы тока
J
ср
и напряжения U
ср
: t
U
J
W
ср ср и
⋅
⋅
=
(1.2)
Величины J
ср и U
ср рассчитываются по показаниям приборов, которые установлены на генераторе импульсов. Среднее напряжение U
ср
= (0,5…0,75)U
о
, где U
о
— напряжение при разведенных на большое расстояние друг от друга электродах (напряжение холостого хода). Среднюю силу тока определяют через значение тока при сведенных до касания электродах J
к
(ток короткого замыка- ния). J
ср
= (0,5…0,75)J
к
. Величины U
о
и J
к
устанавливают и контролируют по приборам станка.

13
1.6 Электроискровая и электроимпульсная обработка.
Прямая и обратная полярность подключения электродов
В зависимости от того реализуется или не реализуется при электроэрози- онной обработке фаза стационарного дугового разряда (участок 2–3–4 на рис.
1.7 (см. с. 12)) различают электроискровую и электроимпульсную обработку.
При электроискровой обработке имеет место только искровой разряд с последующей нестационарной дуговой фазой разряда. Устойчивого дугового разряда при этом не образуется.
При электроимпульсной обработке имеются обе фазы разряда. Сразу, вслед за искровой стадией разряд, процесс разряда переходит в стационарный дуговой, который продолжается до окончания импульса напряжения.
В электроискровом режиме обработки время действия разрядного им- пульса не превышает 10
– 4
с. За это время электроны, находящиеся в образо- вавшейся плазме успевают достичь поверхности катода и расплавить металл. В то же время лишь незначительная часть ионов, имеющих большую, чем у элек- тронов массу, достигает поверхности анода, поэтому лунка на нем выплавляет- ся меньших размеров. В связи с этим с целью уменьшения износа электрода- инструмента, при работе на искровом режиме заготовку делают анодом, а элек- трод-инструмент — катодом. Такая полярность подключения электродов назы- вается прямой. Если увеличивать длительность импульса тока t
и
>10
– 4
то растет интенсивность съема металла с катода, т.к. поток ионов успевает достичь по- верхности катода. Можно подобрать такое время протекания тока в импульсе, при котором доля съема металла электронами составит лишь незначительную часть от общего объема удаленного с электродов материала. Поэтому здесь це- лесообразно катодом выбрать заготовку. Полярность, при которой анодом яв- ляется электрод-инструмент, а катодом — заготовка, называется обратной. Об- работку материалов на электроимпульсном режиме обычно осуществляют при обратной полярности подключения электродов.
1.7 Классификация импульсов по признаку
прохождения через межэлектродный промежуток
Не все импульсы, вырабатываемые генератором и поступающие на элек- троды, производят съем металла. По принципу прохождения импульсов через межэлектродный промежуток их делят на холостые, рабочие, короткозамкну- тые и фиктивные.
Импульсы считаются холостыми (рис. 1.8 а, см. с. 14), когда импульс на промежутке не реализован, т.е. импульс напряжения есть, но разряд по каким- то причинам не произошел. Например, при далеко разведенных друг от друга электродах. Рабочие импульсы (рис. 1.8, б) характеризуются как наличием им- пульсов напряжения, так и импульсов тока. При прохождении рабочих импуль- сов происходит эрозионный съем материала.
Короткозамкнутые импульсы (рис. 1.8, в) характеризуются практически полным отсутствием импульса напряжения и наличием импульса тока, величи- на которого определяется, главным образом, внешней характеристикой источ-

14
ника питания. При прохождении короткозамкнутых импульсов съем материала отсутствует. Большая величина тока короткого замыкания и высокая темпера- тура в месте контакта электродов может привести к порче поверхности, как электрода-инструмента, так и обрабатываемой детали. Все современные гене- раторы импульсов имеют специальную защиту от короткого замыкания.
U
0 t
U
0 t
U
0 t
U
0 t
J
0 t 0 t 0 t 0 t
J
J
J
Рис. 1.8. Разновидности импульсов, реализуемых в межэлектродном промежутке
Имеются фиктивные импульсы, при которых разряд отличается от рабо- чего эрозионного разряда. Чаще всего фиктивные импульсы наблюдаются, ко- гда разряд проходит через отложившиеся на поверхности электродов частицы, выплавленные предыдущими импульсами. Фиктивный импульс (рис. 1.8, г) не производит съем металла. Частицы, через которые происходит разряд, могут нагреваться до температуры крекинга диэлектрической жидкости. Образую- щиеся при этом частицы сажи и кокса откладываются на поверхности электро- дов и вместе с частицами металла образуют столбик, способствующий образо- ванию короткого замыкания и порче электродов.
Сумма импульсов указанных разновидностей, проходящих в одну секун- ду, равна частоте генератора:
,
Ф
КЗ
Р
X
f и
и и
и
+
+
+
=
(1.3) где X
и
, Р
и
, КЗ
и
, Ф
и
— соответственно количество холостых, рабочих, коротко- замкнутых и фиктивных импульсов, проходящих в межэлектродном промежут- ке за единицу времени.
1.8 Эрозионная обрабатываемость материалов. Критерий Палатника
Характер и интенсивность электрической эрозии материалов зависит от полярности их подсоединения к источнику технологического тока и от тепло- физических констант материалов электродов. По теплофизическим константам электроэрозионная обрабатываемость материалов оценивается критерием Па- латника:
2
пл т
п
Т
С
Р
⋅
λ
⋅
ρ
⋅
=
, (1.6) где С
т
— теплоемкость, кал·г/град; ρ — плотность материала, г/см
3
;
λ
— коэф- фициент теплопроводности, кал·см
2
/град;
2
пл
Т — температура плавления, °С. а б в г

15
Чтобы составить общее представление об электроэрозионной обрабаты- ваемости различных материалов, в качестве примера приведем относительные величины некоторых материалов по сравнению со сталью (при идентичных ус- ловиях обработки), обрабатываемость стали 45 принята за 1.
Магний — 2,5 Никель — 0,9
Алюминий — 1,5 Твердые сплавы — 0,9…0,18
Медь — 1,3 Молибден — 0,8
Сталь — 1 Вольфрам — 0,7
1.9 Полярный эффект. Относительный износ электродов
Даже в том случае, когда электроды изготовлены из одного материала, в зависимости от того является электрод анодом или катодом износ одного из них будет больше износа другого. Такая закономерность получила название полярного эффекта. При различных материалах электрода-анода и электрода- катода, различной форме и длительности импульсов тока разница в износе электродов может достигнуть большой величин. Для электрода, играющего роль инструмента, желательно выбрать материал, обладающий высокой изно- состойкостью. Для характеристики взаимной обрабатываемости материалов данной пары электродов введено понятие относительного износа материалов.
Коэффициент относительного износа (размерный и весовой) определяется как отношение величины износа электрода-инструмента к количеству материала снятого с электрода-детали. На величину относительного износа очень сильное воздействие оказывают параметры электрических разрядов и свойства диэлек- трической среды, разделяющей поверхности электродов.
1.10 Технологические характеристики электроэрозионной обработки
1.10.1 Производительность процесса
При работе на копировально-прошивочных станках производительность процесса электроэрозионной обработки оценивают отношением объема или массы удаленного с заготовки металла ко времени обработки.
Под производительностью обработки на электроэрозионных вырезных станках понимают отношение площади боковой поверхности паза ко времени обработки. Площадь боковой поверхности определяется произведением рас- стояния, пройденным проволочным электродом-инструментом в направлении подачи за время обработки, на толщину заготовки.
Если бы все импульсы, вырабатываемые генератором, производили бы съем металла, то производительность процесса можно было бы оценивать про- изведением объема металла, снимаемого одним импульсом на их частоту. На практике кроме рабочих импульсов в межэлектродном промежутке реализуют- ся холостые, короткозамкнутые и фиктивные импульсы, которые не производят съем металла. Поэтому, чем больше рабочих импульсов реализуются в межэ- лектродном промежутке, тем выше производительность обработки.
Для того чтобы, обеспечить высокую производительность, необходимо подобрать оптимальное сочетание факторов, позволяющих увеличивать долю

16
полезной энергии импульса, его мощность и частоту следования импульсов.
Импульсы большой энергии и длительности обладают высоким эрозионным эффектом (выплавляет большой объем металла с образованием лунок большого размера), что обеспечивает высокую производительность процесса обработки.
При этом шероховатость обработанной поверхности грубая. Соответствующие режимы используются при черновой обработке. Энергия импульсов на таких режимах более 1 Дж, а производительность может достигать 4000 мм
3
/мин.
Импульсы малой энергии (от 0,1 до 1 Дж) и длительности обеспечивают небольшой единичный съем металла, поэтому для увеличения производитель- ности необходимо повышать частоту их следования. Такие режимы используют при чистовой обработке. На отделочной обработке используют импульсы с энергией менее 0,1 Дж и с частотой 200…400 кГц.
На производительность электроэрозионной обработки оказывает влияние площадь обрабатываемой поверхности. При малой площади обработки число участков, на которых возможен разряд значительно меньше, чем число импуль- сов поступающих от генератора. Необходимо отметить, что количество участ- ков, на которых возможно сокращение разрядов еще и потому, что часть пло- щади перекрыта газовыми пузырями от предшествующих разрядов. Время су- ществования газового пузыря в 5–10 раз больше длительности импульса, а раз- ряд через газ возможен только при более высоком напряжении, чем через ди- электрическую жидкость. С увеличением площади обрабатываемой поверхно- сти скорость съема металла возрастает, но в дальнейшем происходит ее сниже- ние. Это объясняется тем, что с течением времени ухудшаются условия удале- ния продуктов обработки из межэлектродного промежутка. Все большее число электрических импульсов не будет вызывать эрозии из-за накопления газов и металлических частиц, оседающих на поверхности заготовки.
По мере углубления электрода-инструмента в полость обрабатываемой поверхности осложняется поступление в рабочую зону свежей диэлектрической жидкости и затрудняет удаление продуктов эрозии из межэлектродного проме- жутка. В межэлектродном промежутке увеличивается концентрация твердых частиц — продуктов эрозии, свойства диэлектрической жидкости ухудшаются.
Это приводит к увеличению числа фиктивных и короткозамкнутых импульсов, а следовательно, к снижению производительности. В этом случае необходимо выбрать эффективный способ интенсификации удаления продуктов эрозии из зоны обработки — прокачку или отсос жидкости, вибрацию или релаксацию электрода-инструмента, продувку межэлектродного промежутка воздухом и др.
Таким образом, для получения высокой производительности необходимо правильно выбрать сочетание площади обрабатываемой поверхности и мощно- сти, а также подобрать эффективный способ удаления продуктов эрозии из зо- ны обработки.
Значительное повышение производительности может быть достигнуто путем применения многоконтурной или многоэлектродной обработки (рис. 1.9 а и
б, см. с. 17). При многоконтурной обработке (рис. 1.9 а) отдельные части электрода-инструмента 1 изолируются друг от друга изоляционным материа-

17
лом 2 и получают питание от одного общего генератора, но по отдельным кана- лам, либо от различных генераторов.
1 2 к г е н е р а т о р у и м п у л ь с о в к г е н е р а т о р у и м п у л ь с о в
3
Рис. 1.9 Схемы многоконтурной а) и многоэлектродной б) обработки
При многоэлектродной обработке на обрабатываемой площади размеще- но несколько одновременно работающих электродов-инструментов, подклю- ченных к одному или разным генераторам импульсов.
Многоконтурная и многоэлектродная обработка повышает производи- тельность за счет более полного использования мощностей генератора. Произ- водительность многоконтурного станка рассчитывается по следующей формуле n
М
К
М
1
п
⋅
⋅
=
, (1.5) где М