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
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 171
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
п
— производительность при многоконтурной обработке; К — коэффици- ент, учитывающий взаимное влияние нескольких одновременно работающих электродов; М
1
— производительность при одноконтурной обработке; n — число одновременно работающих контуров.
При увеличении числа контуров от одного до шести величина коэффици- ента К изменяется и колеблется в пределах 1,0–0,68.
Так как с ростом числа контуров влияние их на общий объем материала возрастает, то можно подобрать оптимальное количество контуров, при кото- ром будет наибольшая, в данных условиях, производительность обработки.
1.10.2 Качество обработанной поверхности
Качество поверхности, обработанной на электроэрозионном станке, ха- рактеризуется двумя основными показателями: шероховатостью и изменениями в поверхностных слоях металла под влиянием теплового действия разрядов.
Микрорельеф поверхности, обработанной на электроэрозионном станке, совершенно не сравним с микрорельефом, полученным при обработке резани- ем. Обрабатываемая поверхность формируется из перекрывающих друг друга произвольно расположенных лунок. Выражение «лунный рельеф», часто бы- тующее среди специалистов по электроэрозионной обработке, образно характе- а) б)
18
ризует вид обработанной поверхности. Большая степень неоднородности мик- рорельефа, вследствие нерегулярного расположения микронеровностей, за- трудняет оценку шероховатости поверхности существующими методами. Все используемые в настоящее время методы оценивают шероховатость по харак- теру профиля, взятого в пересечении поверхности плоскостью, тогда как для поверхностей обработанных электроэрозией, наиболее целесообразна оценка по площади.
Микрогеометрия обработанной поверхности зависит от режимов обра- ботки, теплофизических свойств обрабатываемого материала, размеров обраба- тываемой поверхности, свойств рабочей жидкости и др.
Наибольшее влияние оказывает электрический режим. Размеры лунок, формирующих микрорельеф, зависят от энергии импульса. С увеличением энергии импульса высота микронеровностей увеличивается. Поэтому черновую обработку производят на малой частоте импульсов с большой энергией. При этом шероховатость обрабатываемой поверхности Rz 80 мкм и грубее. Чисто- вую обработку выполняют с использованием импульсов малой энергии сле- дующих с большой частотой. Шероховатость поверхности, достигаемая на электроэрозионных копировально-прошивочных станках без применения спе- циальных технологий Ra 1,25 мкм.
Применение специальных способов, например, созданная специалистами фирм SODICK система PIKA-10; PIKA-11 и PIKA-DEMO позволяет зеркально выхаживать большие рельефные поверхности (Ra 0,33 мкм).
Суть способа заключается в том, что обработка идет не в обычном масле, а в особом «высокодисперсном порошковом диэлектрике», представляющим собой специальную разработанную высокодиспергирующую углеводородную жидкость «Great Oil», в которую добавляется «порошковая» присадка «PI-
KAGEN» ультра дисперсные порошки хрома, кремния и др.
Мелкодисперсные частички не выпадают в осадок. Они снимают стати- ческие заряды с электродов и дробят малые искровые разряды на разряды с еще меньшей энергией. Дробление разрядов позволяет увеличить энергию на межэ- лектродном промежутке, резко ускоряя процесс выхаживания.
При обработке на электроэрозионных вырезных станках, благодаря тому, что используются импульсы малой энергии, шероховатость обработанной по- верхности реально достигается Ra 0,2 мкм.
Вследствие того, что при обработке главную роль играют тепловые про- цессы в рабочей зоне, поверхностный слой металла, подвергается действию вы- соких температур, претерпевают значительные изменения. Зона термического влияния располагается на поверхности обработки, как правило, неравномерно.
Глубина зоны термического влияния зависит от материала заготовки и от элек- трического режима работы. Большим энергиям импульса, реализуемым в рабо- те, соответствует большая глубина измененного слоя металла. Зона термиче- ского влияния для большинства сталей и сплавов имеет сложную структуру, за- висящую от режимов обработки. Так, при обработке стали Ст15 на токах до
30А (частота 400 Гц), измененный слой представлен в виде, характерного бело- го «слоя». При обработке на токах до 100 A измененная зона состоит из двух
19
слоев — верхнего «белого слоя» и нижнего слоя с мартенситной структурой.
При обработке закаленной заготовки из стали 45, кроме указанных слоев, ха- рактерно наличие третьего слоя отпуска с твердостью ниже, чем у основного металла. Аналогичная картина наблюдается при обработке углеродистой зака- ленной стали, марки У8А. Таким образом, зона с измененной структурой у за- каленных сталей имеет три слоя: поверхностный «белый слой» с высокой твер- достью, далее слой с мартенситной структурой (вторичная закалка) и третий слой — слой отпуска с пониженной твердостью. У жаропрочных и нержавею- щих сталей зона термического влияния представляет собой обычно «белый слой», под которым находится исходная структура сплава. Зона термического влияния колеблется от нескольких сотых долей миллиметра при малой энергии импульса (0,02 Дж) до нескольких десятых долей миллиметра, при энергии им- пульса 20 и более Дж.
При обработке твердого сплава в поверхностных слоях получаются тре- щины, увеличивается пористость и укрупняется фаза карбидов вольфрама. При энергии импульсов до 5 Дж трещины распространяются на глубину до несколь- ких десятых долей миллиметра. При уменьшении энергии импульсов и повы- шении частоты их следования глубина трещин, а также глубина залегания из- мененного слоя уменьшается, при частоте 22 кГц и работе с энергией импульса
0,01 Дж глубина залегания измененного слоя составляет 0,01 мм.
Трещины на поверхности твердосплавных пластин приводят к их быст- рому хрупкому разрушению. Поэтому окончательную обработку пластин из твердого сплава проводят с импульсами малой энергии.
Поверхности деталей, обработанных электроэрозией, имеют повышен- ную коррозионную стойкость.
1.10.3 Точность электроэрозионной обработки деталей
Под точностью электроэрозионной обработки деталей понимают степень соответствия реальной обработанной поверхности детали идеальной схеме об- работки положенной в основу данного метода. Точность обработки имеет свое численное выражение через погрешность обработки, которая и характеризует степень несоответствия реальной детали идеальной схеме, положенной в осно- ву метода обработки.
На электроэрозионных копировально-прошивочных станках реализуется схема прямого копирования. По этой схеме форма и размеры обрабатываемой поверхности являются зеркальным отображением поверхности электрода- инструмента в конечной стадии обработки. При этом отображенная поверх- ность (поверхность детали) отстоит от поверхности электрода-инструмента на расстоянии равном величине межэлектродного промежутка. Поэтому точность получаемых размеров, прежде всего, определяется точностью электрода- инструмента в конечной стадии обработки и колебанием величины межэлек- тродного промежутка. Кроме того, на точность электроэрозионной обработки оказывают влияние те же факторы, которые влияют на точность механической обработки: состояние технологической системы, погрешность установки, бази-
20
рование электрода-инструмента, нагрев заготовки в процессе обработки и неко- торые другие факторы.
Наибольшее влияние на точность электроэрозионной обработки оказы- вают точность изготовления электрода-инструмента и его износ вследствие эрозии. Погрешности, обусловленные износом, могут быть учтены при проек- тировании электрода-инструмента (размеры корректируют с учетом износа) и построении плана обработки. При этом заданный профиль поверхности и соот- ветствующие размеры можно получить тремя способами: корректированием размеров электрода-инструмента в соответствии с его износом при обработке; путем использования при работе нескольких одинаковых электродов- инструментов, изготовленных без учета износа. Последовательно заменяя в процессе обработки изношенные электроды-инструменты новыми, всегда можно получить требуемую форму и размеры с высокой степенью точности; сочетанием первого и второго способов. Это позволяет значительно уменьшить потребное количество инструментов и обеспечить высокую произ- водительность обработки, особенно при изготовлении большой партии одина- ковых деталей.
Чтобы снизить влияние износа электрода-инструмента на точность изго- товления деталей: а) изготавливают электрод-инструмент из материала стойко- го к эрозии; б) используют, специальные электрические схемы, при которых на электроде-инструменте осаждается защитная пленка, компенсируя его износ; в) применяют круговое (орбитальное) перемещение электрода-инструмента. При таком (орбитальном) перемещении все точки электрода-инструмента движутся по одинаковым орбитам. При обработке глубоких полостей по мере углубления электрода-инструмента в заготовку радиус траектории увеличивают, это позво- ляет компенсировать износ.
Точность существующих электроэрозионных станков в необходимых случаях может быть повышена за счет использования дополнительных приспо- соблений: кондукторов, делительных столов и т.п.
1.11 Термохимические процессы в межэлектродном промежутке
Высокая температура канала разряда, малая длительность разряда созда- ют вторичные процессы в межэлектродном промежутке. Происходит почти мгновенное испарение слоев диэлектрической жидкости, прилегающей к стен- кам канала разряда. Наличие высокой температуры приводит также к необра- тимым изменениям части образующихся паров, так как нагретый материал электрода может вступить в химические реакции с образующимися газообраз- ными продуктами и жидкостью. Так, например, керосин (и другие жидкости нефтяного происхождения) подвергаются крекингу. При этом, получаются очень сложные продукты — жидкие (лаки, смолы и др.), газообразные (этилен, метан, углекислый газ и др.) и твердые (кокс, графит). Газообразные продукты образуют с парами жидкости газовый пузырь, расширение которого во все сто- роны от канала создает ударную волну, оказывающую большое влияние на
21
процесс обработки. Жидкие продукты остаются в межэлектродном зазоре, они постепенно увеличивают вязкость диэлектрической жидкости. Твердые про- дукты в виде сажи частично остаются в жидкости, частично откладываются на поверхности электродов, образуя пленку. Наибольшую плотность такая коксо- графитная пленка имеет на аноде. Она обладает высокой эрозионной стойко- стью и, постепенно покрывая поверхность анода, способствует уменьшению износа. Можно подобрать такой электрический режим, при котором количество вновь образующейся пленки равнялось бы ее убыли за счет износа (режим без износа электрода-инструмента).
Надежное образование пленки наблюдается при оптимальной температу- ре, когда возникают наилучшие условия для адгезии коксо-графитного слоя пленки с поверхностью, а также достигается при наличии «гнездовых» разря- дов, когда локальные участки поверхности вблизи «гнезда» испытывают воз- действие теплового фронта группы разрядов. Для обеспечения этого использу- ются импульсы специальной формы — гребенчатые (рис. 1.6, см. с. 11). Приме- нение таких импульсов способствует работе электроэрозионного станка с очень малым износом инструмента.
1.12 Гидродинамические процессы, происходящие в межэлектродном
промежутке в результате электрических разрядов
Высокая температура вблизи канала разряда вызывает парообразование жидкости. Высокая энергетическая насыщенность канала разряда, большие гра- диенты температур, малое время развития процесса создают ситуацию, подоб- ную взрыву. В межэлектродном промежутке образуется мощная ударная волна, распространяющаяся с большой скоростью. Так как промежуток ограничен эк- видистантными поверхностями электродов, то волна распространяется в узкой щели, образованной этими поверхностями. Ударная волна захватывает по пути своего движения твердые частицы, а образующийся парогазовый пузырь дейст- вует в зазоре как поршень, вызывая перемещение жидкости вместе с продукта- ми эрозии. Совокупность этих явлений при действии множества разрядов соз- дает в межэлектродном промежутке эвакуационные вихри и течения, которые всегда направлены от центра обрабатываемой площади к ее периферии. На ин- тенсивность гидродинамических процессов оказывает влияние множество фак- торов, важнейшие из которых — амплитуда напряжения, скважность, энергия, частота и форма импульсов, характеристики рабочей среды (вязкость, темпера- тура кипения), воспринимающей и передающей ударную волну.
В реальном процессе скорость образования новых твердых продуктов эрозии и скорость эвакуации этих продуктов из зоны обработки должны быть равны. Любое нарушение эвакуации вызывает накопление частиц в промежутке между электродами, создает условие для появления фиктивных импульсов, что резко снижает производительность обработки.
Имеется несколько видов ударных волн, отличающихся происхождением и эвакуационным эффектом. Первый вид — ударная волна, порожденная разря- дом, в результате которого выплавился металл, и образовалась лунка. Это ос- новной вид разряда и его ударная волна эвакуирует как собственные, так и ра-
22
нее образовавшиеся частицы. Второй вид — ударная волна, которая образуется при прохождении разряда через твердые токопроводящие частицы, лежащие на поверхности обработки. В результате такого разряда происходит повторное диспергирование частиц. Энергия необходимая для этого, намного меньше, чем энергия разряда первого вида. Но с энергетической токи зрения затраты на эти разряды практически одинаковы. Избыток энергии в том случае расходуется на образование более мощной, чем в первом случае, ударной волны. Электриче- ский разряд, порождающий такую волну, называется эвакуационным.
1.13 Способы интенсификации процесса
эвакуации продуктов эрозии из зоны обработки
С точки зрения повышения производительности целесообразно, чтобы все импульсы производили съем металла (выплавляли металл с образование лунок). Однако в условиях затрудненной эвакуации продуктов эрозии из зоны обработки, часть твердых токопроводящих частиц оседает на поверхности заго- товки. Поэтому рабочие разряды повторно расплавляют эти частицы, не произ- водя съем металла с заготовки. Для уменьшения количества разрядов, не произ- водящих съем металла нужно улучшить эвакуацию продуктов эрозии.
Для интенсификации процесса эвакуации продуктов эрозии из зоны об- работки применяют различные способы.
Прокачка, т.е. подача свежей рабочей жидкости в межэлектродный про- межуток через отверстия в электроде-инструменте под избыточным давлением
(рис. 10, а).
Прокачка не только улучшает эвакуацию за счет захвата продуктов эро- зии перемещающихся в зазоре жидкостью, но также и возобновляет жидкость, имеющая в рабочей зоне обедненный состав. Подобный же эффект достигается при отсосе из межэлектродного промежутка продуктов эрозии из зоны обра- ботки вместе с рабочей жидкостью (рис. 1.10, б). Прокачка и отсос могут соче- таться, особенно это эффективно при обработке сложных по форме поверхно- стей детали. р а б о ч а я ж и д к о с т ь р а б о ч а я ж и д к о с т ь
Рис. 1.10. Прокачка а) и отсос б) рабочей жидкости из зоны обработки
При различных перемещениях электродов так же улучшается эвакуация продуктов эрозии. Так используется вибрация одного из электродов (чаще все- а) б)
23
го электрода-инструмента). При вибрации возникает «насосный эффект», ха- рактеризующийся периодическим перемещением объема жидкости в межэлек- тродном промежутке. Продукты эрозии захватываются перемещающейся жид- костью и покидают пределы рабочей зоны.
При обработке цилиндрических или конических отверстий вращением одного из электродов также создаются потоки жидкости вблизи стенок обраба- тываемого отверстия, захватывающие и эвакуирующие продукты эрозии. Кро- ме того, используется релаксация, т.е. периодическое разведение электродов с прерыванием работы и промывкой межэлектродного зазора свежей диэлектри- ческой жидкостью.
Все меры интенсификации процесса эвакуации способствуют повыше- нию производительности обработки, при этом ликвидируются «застойные» зо- ны и уменьшается возможность для ошлакования продуктов эрозии в межэлек- тродном промежутке. В ряде случаев возможно сочетание указанных способов.
Выбор того или иного способа определяют исходя из конкретных условий обеспечения устойчивого процесса обработки.
1.14 Рабочие среды
Состав среды, в которую погружены электроды при электроэрозионной обработке, оказывает существенное и разнообразное влияние на течение про- цесса обработки и его результаты. Это влияние состав среды оказывает на всех стадиях процесса.
На стадии формирования пробоя межэлектродного промежутка (подго- товка канала сквозной проводимости) большое значение имеет диэлектрическая прочность рабочей среды и её вязкость. Вязкость определяет время формирова- ния токопроводных частиц в «мостик», по которому происходит пробой рабо- чей среды.
На стадии электрического разряда, когда происходит съём металла, про- текают процессы разложения рабочей среды, окисления, полимеризации и кон- денсации углеводородов, накапливаются смолистые и асфальтовые сгустки
(шлам), коллоидальный кокс-сажа, различные соли, кислоты, частицы обраба- тываемого материала и материала электрода-инструмента. Испаряясь с поверх- ности электродов химические элементы рабочей среды, вступают в соединение с окисными пленками, покрывающими электрод-инструмент, и образуют новые химические элементы. Вязкость рабочей жидкости оказывает влияние на эва- куационные процессы, а теплоёмкость среды способствует охлаждению элек- тродов и предотвращает оплавление их поверхности.
С точки зрения влияния, которое оказывают свойства рабочей среды на электроэрозионный процесс, наиболее важными являются следующие свойства: электрическая прочность; вязкость; температура вспышки; охлаждающая спо- собность; испаряемость; химическая агрессивность; токсичность; фильтруе- мость; стоимость.
На электроэрозионных станках чаще всего применяют углеводородные среды; они представляют собой смоляные соединения, включающие различные углеводороды, асфальтосмолистые вещества, серные соединения и кислоты.
— производительность при многоконтурной обработке; К — коэффици- ент, учитывающий взаимное влияние нескольких одновременно работающих электродов; М
1
— производительность при одноконтурной обработке; n — число одновременно работающих контуров.
При увеличении числа контуров от одного до шести величина коэффици- ента К изменяется и колеблется в пределах 1,0–0,68.
Так как с ростом числа контуров влияние их на общий объем материала возрастает, то можно подобрать оптимальное количество контуров, при кото- ром будет наибольшая, в данных условиях, производительность обработки.
1.10.2 Качество обработанной поверхности
Качество поверхности, обработанной на электроэрозионном станке, ха- рактеризуется двумя основными показателями: шероховатостью и изменениями в поверхностных слоях металла под влиянием теплового действия разрядов.
Микрорельеф поверхности, обработанной на электроэрозионном станке, совершенно не сравним с микрорельефом, полученным при обработке резани- ем. Обрабатываемая поверхность формируется из перекрывающих друг друга произвольно расположенных лунок. Выражение «лунный рельеф», часто бы- тующее среди специалистов по электроэрозионной обработке, образно характе- а) б)
18
ризует вид обработанной поверхности. Большая степень неоднородности мик- рорельефа, вследствие нерегулярного расположения микронеровностей, за- трудняет оценку шероховатости поверхности существующими методами. Все используемые в настоящее время методы оценивают шероховатость по харак- теру профиля, взятого в пересечении поверхности плоскостью, тогда как для поверхностей обработанных электроэрозией, наиболее целесообразна оценка по площади.
Микрогеометрия обработанной поверхности зависит от режимов обра- ботки, теплофизических свойств обрабатываемого материала, размеров обраба- тываемой поверхности, свойств рабочей жидкости и др.
Наибольшее влияние оказывает электрический режим. Размеры лунок, формирующих микрорельеф, зависят от энергии импульса. С увеличением энергии импульса высота микронеровностей увеличивается. Поэтому черновую обработку производят на малой частоте импульсов с большой энергией. При этом шероховатость обрабатываемой поверхности Rz 80 мкм и грубее. Чисто- вую обработку выполняют с использованием импульсов малой энергии сле- дующих с большой частотой. Шероховатость поверхности, достигаемая на электроэрозионных копировально-прошивочных станках без применения спе- циальных технологий Ra 1,25 мкм.
Применение специальных способов, например, созданная специалистами фирм SODICK система PIKA-10; PIKA-11 и PIKA-DEMO позволяет зеркально выхаживать большие рельефные поверхности (Ra 0,33 мкм).
Суть способа заключается в том, что обработка идет не в обычном масле, а в особом «высокодисперсном порошковом диэлектрике», представляющим собой специальную разработанную высокодиспергирующую углеводородную жидкость «Great Oil», в которую добавляется «порошковая» присадка «PI-
KAGEN» ультра дисперсные порошки хрома, кремния и др.
Мелкодисперсные частички не выпадают в осадок. Они снимают стати- ческие заряды с электродов и дробят малые искровые разряды на разряды с еще меньшей энергией. Дробление разрядов позволяет увеличить энергию на межэ- лектродном промежутке, резко ускоряя процесс выхаживания.
При обработке на электроэрозионных вырезных станках, благодаря тому, что используются импульсы малой энергии, шероховатость обработанной по- верхности реально достигается Ra 0,2 мкм.
Вследствие того, что при обработке главную роль играют тепловые про- цессы в рабочей зоне, поверхностный слой металла, подвергается действию вы- соких температур, претерпевают значительные изменения. Зона термического влияния располагается на поверхности обработки, как правило, неравномерно.
Глубина зоны термического влияния зависит от материала заготовки и от элек- трического режима работы. Большим энергиям импульса, реализуемым в рабо- те, соответствует большая глубина измененного слоя металла. Зона термиче- ского влияния для большинства сталей и сплавов имеет сложную структуру, за- висящую от режимов обработки. Так, при обработке стали Ст15 на токах до
30А (частота 400 Гц), измененный слой представлен в виде, характерного бело- го «слоя». При обработке на токах до 100 A измененная зона состоит из двух
19
слоев — верхнего «белого слоя» и нижнего слоя с мартенситной структурой.
При обработке закаленной заготовки из стали 45, кроме указанных слоев, ха- рактерно наличие третьего слоя отпуска с твердостью ниже, чем у основного металла. Аналогичная картина наблюдается при обработке углеродистой зака- ленной стали, марки У8А. Таким образом, зона с измененной структурой у за- каленных сталей имеет три слоя: поверхностный «белый слой» с высокой твер- достью, далее слой с мартенситной структурой (вторичная закалка) и третий слой — слой отпуска с пониженной твердостью. У жаропрочных и нержавею- щих сталей зона термического влияния представляет собой обычно «белый слой», под которым находится исходная структура сплава. Зона термического влияния колеблется от нескольких сотых долей миллиметра при малой энергии импульса (0,02 Дж) до нескольких десятых долей миллиметра, при энергии им- пульса 20 и более Дж.
При обработке твердого сплава в поверхностных слоях получаются тре- щины, увеличивается пористость и укрупняется фаза карбидов вольфрама. При энергии импульсов до 5 Дж трещины распространяются на глубину до несколь- ких десятых долей миллиметра. При уменьшении энергии импульсов и повы- шении частоты их следования глубина трещин, а также глубина залегания из- мененного слоя уменьшается, при частоте 22 кГц и работе с энергией импульса
0,01 Дж глубина залегания измененного слоя составляет 0,01 мм.
Трещины на поверхности твердосплавных пластин приводят к их быст- рому хрупкому разрушению. Поэтому окончательную обработку пластин из твердого сплава проводят с импульсами малой энергии.
Поверхности деталей, обработанных электроэрозией, имеют повышен- ную коррозионную стойкость.
1.10.3 Точность электроэрозионной обработки деталей
Под точностью электроэрозионной обработки деталей понимают степень соответствия реальной обработанной поверхности детали идеальной схеме об- работки положенной в основу данного метода. Точность обработки имеет свое численное выражение через погрешность обработки, которая и характеризует степень несоответствия реальной детали идеальной схеме, положенной в осно- ву метода обработки.
На электроэрозионных копировально-прошивочных станках реализуется схема прямого копирования. По этой схеме форма и размеры обрабатываемой поверхности являются зеркальным отображением поверхности электрода- инструмента в конечной стадии обработки. При этом отображенная поверх- ность (поверхность детали) отстоит от поверхности электрода-инструмента на расстоянии равном величине межэлектродного промежутка. Поэтому точность получаемых размеров, прежде всего, определяется точностью электрода- инструмента в конечной стадии обработки и колебанием величины межэлек- тродного промежутка. Кроме того, на точность электроэрозионной обработки оказывают влияние те же факторы, которые влияют на точность механической обработки: состояние технологической системы, погрешность установки, бази-
20
рование электрода-инструмента, нагрев заготовки в процессе обработки и неко- торые другие факторы.
Наибольшее влияние на точность электроэрозионной обработки оказы- вают точность изготовления электрода-инструмента и его износ вследствие эрозии. Погрешности, обусловленные износом, могут быть учтены при проек- тировании электрода-инструмента (размеры корректируют с учетом износа) и построении плана обработки. При этом заданный профиль поверхности и соот- ветствующие размеры можно получить тремя способами: корректированием размеров электрода-инструмента в соответствии с его износом при обработке; путем использования при работе нескольких одинаковых электродов- инструментов, изготовленных без учета износа. Последовательно заменяя в процессе обработки изношенные электроды-инструменты новыми, всегда можно получить требуемую форму и размеры с высокой степенью точности; сочетанием первого и второго способов. Это позволяет значительно уменьшить потребное количество инструментов и обеспечить высокую произ- водительность обработки, особенно при изготовлении большой партии одина- ковых деталей.
Чтобы снизить влияние износа электрода-инструмента на точность изго- товления деталей: а) изготавливают электрод-инструмент из материала стойко- го к эрозии; б) используют, специальные электрические схемы, при которых на электроде-инструменте осаждается защитная пленка, компенсируя его износ; в) применяют круговое (орбитальное) перемещение электрода-инструмента. При таком (орбитальном) перемещении все точки электрода-инструмента движутся по одинаковым орбитам. При обработке глубоких полостей по мере углубления электрода-инструмента в заготовку радиус траектории увеличивают, это позво- ляет компенсировать износ.
Точность существующих электроэрозионных станков в необходимых случаях может быть повышена за счет использования дополнительных приспо- соблений: кондукторов, делительных столов и т.п.
1.11 Термохимические процессы в межэлектродном промежутке
Высокая температура канала разряда, малая длительность разряда созда- ют вторичные процессы в межэлектродном промежутке. Происходит почти мгновенное испарение слоев диэлектрической жидкости, прилегающей к стен- кам канала разряда. Наличие высокой температуры приводит также к необра- тимым изменениям части образующихся паров, так как нагретый материал электрода может вступить в химические реакции с образующимися газообраз- ными продуктами и жидкостью. Так, например, керосин (и другие жидкости нефтяного происхождения) подвергаются крекингу. При этом, получаются очень сложные продукты — жидкие (лаки, смолы и др.), газообразные (этилен, метан, углекислый газ и др.) и твердые (кокс, графит). Газообразные продукты образуют с парами жидкости газовый пузырь, расширение которого во все сто- роны от канала создает ударную волну, оказывающую большое влияние на
21
процесс обработки. Жидкие продукты остаются в межэлектродном зазоре, они постепенно увеличивают вязкость диэлектрической жидкости. Твердые про- дукты в виде сажи частично остаются в жидкости, частично откладываются на поверхности электродов, образуя пленку. Наибольшую плотность такая коксо- графитная пленка имеет на аноде. Она обладает высокой эрозионной стойко- стью и, постепенно покрывая поверхность анода, способствует уменьшению износа. Можно подобрать такой электрический режим, при котором количество вновь образующейся пленки равнялось бы ее убыли за счет износа (режим без износа электрода-инструмента).
Надежное образование пленки наблюдается при оптимальной температу- ре, когда возникают наилучшие условия для адгезии коксо-графитного слоя пленки с поверхностью, а также достигается при наличии «гнездовых» разря- дов, когда локальные участки поверхности вблизи «гнезда» испытывают воз- действие теплового фронта группы разрядов. Для обеспечения этого использу- ются импульсы специальной формы — гребенчатые (рис. 1.6, см. с. 11). Приме- нение таких импульсов способствует работе электроэрозионного станка с очень малым износом инструмента.
1.12 Гидродинамические процессы, происходящие в межэлектродном
промежутке в результате электрических разрядов
Высокая температура вблизи канала разряда вызывает парообразование жидкости. Высокая энергетическая насыщенность канала разряда, большие гра- диенты температур, малое время развития процесса создают ситуацию, подоб- ную взрыву. В межэлектродном промежутке образуется мощная ударная волна, распространяющаяся с большой скоростью. Так как промежуток ограничен эк- видистантными поверхностями электродов, то волна распространяется в узкой щели, образованной этими поверхностями. Ударная волна захватывает по пути своего движения твердые частицы, а образующийся парогазовый пузырь дейст- вует в зазоре как поршень, вызывая перемещение жидкости вместе с продукта- ми эрозии. Совокупность этих явлений при действии множества разрядов соз- дает в межэлектродном промежутке эвакуационные вихри и течения, которые всегда направлены от центра обрабатываемой площади к ее периферии. На ин- тенсивность гидродинамических процессов оказывает влияние множество фак- торов, важнейшие из которых — амплитуда напряжения, скважность, энергия, частота и форма импульсов, характеристики рабочей среды (вязкость, темпера- тура кипения), воспринимающей и передающей ударную волну.
В реальном процессе скорость образования новых твердых продуктов эрозии и скорость эвакуации этих продуктов из зоны обработки должны быть равны. Любое нарушение эвакуации вызывает накопление частиц в промежутке между электродами, создает условие для появления фиктивных импульсов, что резко снижает производительность обработки.
Имеется несколько видов ударных волн, отличающихся происхождением и эвакуационным эффектом. Первый вид — ударная волна, порожденная разря- дом, в результате которого выплавился металл, и образовалась лунка. Это ос- новной вид разряда и его ударная волна эвакуирует как собственные, так и ра-
22
нее образовавшиеся частицы. Второй вид — ударная волна, которая образуется при прохождении разряда через твердые токопроводящие частицы, лежащие на поверхности обработки. В результате такого разряда происходит повторное диспергирование частиц. Энергия необходимая для этого, намного меньше, чем энергия разряда первого вида. Но с энергетической токи зрения затраты на эти разряды практически одинаковы. Избыток энергии в том случае расходуется на образование более мощной, чем в первом случае, ударной волны. Электриче- ский разряд, порождающий такую волну, называется эвакуационным.
1.13 Способы интенсификации процесса
эвакуации продуктов эрозии из зоны обработки
С точки зрения повышения производительности целесообразно, чтобы все импульсы производили съем металла (выплавляли металл с образование лунок). Однако в условиях затрудненной эвакуации продуктов эрозии из зоны обработки, часть твердых токопроводящих частиц оседает на поверхности заго- товки. Поэтому рабочие разряды повторно расплавляют эти частицы, не произ- водя съем металла с заготовки. Для уменьшения количества разрядов, не произ- водящих съем металла нужно улучшить эвакуацию продуктов эрозии.
Для интенсификации процесса эвакуации продуктов эрозии из зоны об- работки применяют различные способы.
Прокачка, т.е. подача свежей рабочей жидкости в межэлектродный про- межуток через отверстия в электроде-инструменте под избыточным давлением
(рис. 10, а).
Прокачка не только улучшает эвакуацию за счет захвата продуктов эро- зии перемещающихся в зазоре жидкостью, но также и возобновляет жидкость, имеющая в рабочей зоне обедненный состав. Подобный же эффект достигается при отсосе из межэлектродного промежутка продуктов эрозии из зоны обра- ботки вместе с рабочей жидкостью (рис. 1.10, б). Прокачка и отсос могут соче- таться, особенно это эффективно при обработке сложных по форме поверхно- стей детали. р а б о ч а я ж и д к о с т ь р а б о ч а я ж и д к о с т ь
Рис. 1.10. Прокачка а) и отсос б) рабочей жидкости из зоны обработки
При различных перемещениях электродов так же улучшается эвакуация продуктов эрозии. Так используется вибрация одного из электродов (чаще все- а) б)
23
го электрода-инструмента). При вибрации возникает «насосный эффект», ха- рактеризующийся периодическим перемещением объема жидкости в межэлек- тродном промежутке. Продукты эрозии захватываются перемещающейся жид- костью и покидают пределы рабочей зоны.
При обработке цилиндрических или конических отверстий вращением одного из электродов также создаются потоки жидкости вблизи стенок обраба- тываемого отверстия, захватывающие и эвакуирующие продукты эрозии. Кро- ме того, используется релаксация, т.е. периодическое разведение электродов с прерыванием работы и промывкой межэлектродного зазора свежей диэлектри- ческой жидкостью.
Все меры интенсификации процесса эвакуации способствуют повыше- нию производительности обработки, при этом ликвидируются «застойные» зо- ны и уменьшается возможность для ошлакования продуктов эрозии в межэлек- тродном промежутке. В ряде случаев возможно сочетание указанных способов.
Выбор того или иного способа определяют исходя из конкретных условий обеспечения устойчивого процесса обработки.
1.14 Рабочие среды
Состав среды, в которую погружены электроды при электроэрозионной обработке, оказывает существенное и разнообразное влияние на течение про- цесса обработки и его результаты. Это влияние состав среды оказывает на всех стадиях процесса.
На стадии формирования пробоя межэлектродного промежутка (подго- товка канала сквозной проводимости) большое значение имеет диэлектрическая прочность рабочей среды и её вязкость. Вязкость определяет время формирова- ния токопроводных частиц в «мостик», по которому происходит пробой рабо- чей среды.
На стадии электрического разряда, когда происходит съём металла, про- текают процессы разложения рабочей среды, окисления, полимеризации и кон- денсации углеводородов, накапливаются смолистые и асфальтовые сгустки
(шлам), коллоидальный кокс-сажа, различные соли, кислоты, частицы обраба- тываемого материала и материала электрода-инструмента. Испаряясь с поверх- ности электродов химические элементы рабочей среды, вступают в соединение с окисными пленками, покрывающими электрод-инструмент, и образуют новые химические элементы. Вязкость рабочей жидкости оказывает влияние на эва- куационные процессы, а теплоёмкость среды способствует охлаждению элек- тродов и предотвращает оплавление их поверхности.
С точки зрения влияния, которое оказывают свойства рабочей среды на электроэрозионный процесс, наиболее важными являются следующие свойства: электрическая прочность; вязкость; температура вспышки; охлаждающая спо- собность; испаряемость; химическая агрессивность; токсичность; фильтруе- мость; стоимость.
На электроэрозионных станках чаще всего применяют углеводородные среды; они представляют собой смоляные соединения, включающие различные углеводороды, асфальтосмолистые вещества, серные соединения и кислоты.