IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Электроэрозия - это разрушение поверхности изделия под действием электрического разряда. Основателями технологии являются советские ученые-технологи Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) широко применяется для изменения размеров металлических изделий - для получения отверстий различной формы, фасонных полостей, профильных канавок и пазов в деталях из твердых сплавов, для упрочнения инструмента, для электропечатания, шлифования, резки и др [2].

Принципиальная схема обработки детали на электроэрозионном станке показана на рис.1. При обработке используется собственно станок 1 с рабочей ванной 2, в которой находится стол 3 для установки электрода-изделия 4 с перемещением по двум координатам; 5 - регулятор подачи электрода-инструмента; 6 - источник питания - генератор импульсов; 7 – система снабжения рабочей жидкостью, состоящая из насосов, фильтров, бака и т.п.; 8 - электрод-инструмент.

Рис. 1. Электроэрозионный станок со вспомогательными устройствами энергопитания и снабжения рабочей жидкостью

Источник питания 6 преобразует переменный ток промышленной частоты в импульсный с регулируемыми частотой следования импульсов от сотен до сотен тысяч герц, амплитудой от долей до тысяч ампер, скважностью от 1,01 до 5¸10, длительностью импульса от долей до нескольких тысяч микросекунд. Изменением указанных параметров устанавливается технологический режим обработки. Регулятор 5 подачи осуществляет автоматическое изменение положения одного из электродов с целью поддержания заданного межэлектродного зазора, изменяющегося благодаря эрозии материала электродов. Система снабжения 7 служит для урегулирования расхода и очистки рабочей жидкости, подаваемой с целью облегчения удаления продуктов процесса и охлаждения непосредственно в межэлектродный промежуток (рабочую зону) и в ванну 2 станка[1].Стадии электроэрозионной обработки

Режим электроискровой обработки

Обрабатываемая деталь является анодом (+), то есть в данном случае деталь обрабатывается электронным потоком, то есть работает электронный стример, расплавляя объем анода-детали в виде лунки. Для того чтобы ионный поток не разрушал электрод-инструмент, используются импульсы напряжения длительностью не более 10^-3 с. Электроискровой режим используется для чистовой, точной обработки, поскольку съем металла в данном случае небольшой.

Режим электроимпульсной обработки

Обрабатываемая деталь является катодом, то есть на нее подается отрицательный импульс длительностью больше 10^-3 с. При электроимпульсной обработке между электродами зажигается дуговой разряд и обработка деталей ведется ионным потоком. Данный режим характеризуется большой скоростью съема металла, превышающей производительность электроискрового режима в 8-10 раз, но при этом чистота обработки существенно хуже. При обоих режимах в качестве рабочей жидкости, как правило, используется керосин или изоляционные масла[2].

Физика электроэрозионной обработки

Как показано на рис. 2, к электродам 1 подведено напряжение, которое создает электрическое поле в межэлектродном промежутке. При сближении электродов на критическое расстояние, возникает электрический разряд в виде проводящего канала. Для повышения интенсивности разряда электроды погружают в диэлектрическую жидкость 2 (керосин, минеральное масло и др.) На поверхности электродов имеются микронеровности различной величины. Напряженность электрического поля будет наибольшей между двумя наиболее близкими друг к другу выступами на поверхности электродов, поэтому именно здесь возникают проводящие мостики из примесных частиц жидкости. Ток по мостикам нагревает жидкость до испарения и образуется газовый пузырь (4), внутри которого и развивается мощный искровой или дуговой разряд, сопровождающийся ударной волной. Возникают потоки электронов и ионов (положительные и отрицательные стримеры), которые бомбардируют электроды. Образуется плазменный канал разряда. Благодаря высокой концентрации энергии в зоне разряда температура достигает тысячи и десятков тысяч градусов. Металл на поверхности электродов плавится и испаряется. Капли расплавленного металла в результате движения потока жидкости в рабочей зоне выбрасываются за пределы электродов и застывают в окружающей электроды жидкости в виде мелких частиц сферической формы (5).

От взаимодействия жидкости с участками электродов, нагретых до температуры 100-400 0С, на границах плазменного канала разряда происходит пиролиз диэлектрической жидкости. В результате в жидкости образуются газы, а также асфальтосмолистые вещества. Из газовой среды выделяется углерод, отлагающийся на нагретых поверхностях электродов в виде тонкой пленки кристаллического графита. В месте действия импульса тока на поверхностях электродов остаются небольшие углубления - лунки, образовавшиеся вследствие удаления разрядом некоторого количества металла.

В табл. 1 приведена зависимость величины эрозии стального электрода от энергии и длительности одиночного импульса.

Таблица 1. Зависимость величины эрозии стального электрода (анода) от энергии и длительности одиночного импульса

Характеристика импульса		Размеры лунки
Энергия, Дж	Длительность, мкс	Глубина, мм	Диаметр, мм	Объем, м3
0,001 0,1 1,0 2,0	9 40 60 1500	0,015 0,025 0,042 0,050	0,1 0,75 1,65 2,00	0,000078 0,0074 0,06 0,10

Рис. 2. Режим электроэрозионной обработки: 1 - электроды, 2 - жидкость, 3 - лунки, 4 - газовый пузырь, 5 - продукты эрозии

После разряда в течение некоторого времени происходит остывание столба канала и деионизация вещества плазмы в межэлектродном промежутке. Электрическая прочность межэлектродного промежутка восстанавливается. Время деионизации жидкого диэлектрика составляет 106-10-2 с. Следующий разряд обычно возникает уже в новом месте, между двумя другими ближайшими точками электродов.

Длительность интервалов между импульсами должна быть достаточной для удаления из зоны разряда продуктов эрозии, а также газового пузыря, являющегося главным препятствием для возникновения следующего разряда. В связи с этим частота разрядов с возрастанием их энергии снижается.

Так происходит до тех пор, пока разряды не удалят с поверхности электродов все участки металла, которые находятся на расстоянии пробоя при величине приложенного напряжения. Когда расстояние между электродами превысит пробивное, для возобновления разрядов электроды должны быть сближены. Обычно электроды сближают в течение всего времени обработки так, чтобы электрические разряды не прекращались[2].

Важной особенностью электроэрозионной обработки является простота регулирования выделяемой в разряде энергии путем изменения емкости источника питания. Тем самым обеспечивается желаемый режим: грубый (обдирочный) или более мягкий, с более гладкой поверхностью обрабатываемой детали (финишные режимы).

Электроэрозионная обработка металлов имеет ряд преимуществ:

-достижение высокого качества обрабатываемой поверхности (однородность, точность). При этом, необходимость в дальнейшей финишной обработке отпадает;

-возможность получения разных текстур поверхности; возможность обрабатывания очень твердых поверхностей (выше 60 единиц);

-исключение деформации тонких деталей благодаря отсутствию механической нагрузки; минимальный износ анода;

-получение поверхностей различных геометрических форм;

-отсутствие шума в процессе обработки[3].

Заключение

Электроэрозионная обработка в последнее время используется в различных отраслях промышленности для изменения эксплуатационных качеств материала. Современное эрозионное оборудование позволяет в широком диапазоне регулировать характеристики импульсов в зависимости от выполняемых операций. Без электроэрозионных станков невозможно современное производство многих приборов, инструмента, изделий из твердых сплавов, фильер, матриц, пуансонов и многого другого.

Л и т е р а т у р а

1. Беззубцева М.М. Электротехнологии и электротехнологические установки: Учебное пособие, 2012. – СПб.: СПбГАУ, 242 с.

2. Электроэрозионная обработка // Описание процесса, принципы, установки электроэрозионной обработки URL: http://www.eti.su/articles/electrotehnika/electrotehnika_887.html (дата обращения: 14.01.2017).

3. Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов, 1983. - Машиностроение. - 1983. - 160 с

Код для цитирования: Скопировать