Электроэрозионная обработка

Сущность электроэрозионной обработки заключается в уда­лении припуска с заготовки в среде диэлектрика за счёт микрораз­рядов, расплавляющих частицы металла.

Процесс электроэрозионной обработки (ЭЭО) представляет собой разрушение металла или иного токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных многократных электрических разрядов между двумя электродами, один из которых является обрабатываемой деталью, а другой - электродом-инструментом (ЭИ). Под воздействием высоких температур в зоне разряда происходит нагрев расплавление и частичное испарение металла - электрическая эрозия. Для получения высокой температуры в ограниченной области малого съема необходима большая концентрация энергии. Достижение этой цели осуществляется использованием импульсного напряжения, а ЭЭО осуществляется в жидкой среде, которая заполняет зазор между электродами, называемый межэлектродным промежутком (МЭП), или межэлектродным зазором. Схема электроэрозионной обработки показана на рис. 5.1. Электроды, один из которых является обрабатываемой деталью 1, а другой -инструментом 2, подключаются к генератору электрических импульсов и погружаются в диэлектрическую жидкость 3. При сближении электродов на достаточно малое расстояние происходит пробой межэлектродной среды в месте с наибольшей напряженностью электрического поля. Диэлектрическая прочность промежутка в месте пробоя нарушается, и образуется тонкий токопроводящий канал 4, замыкающий электроды. По образовавшемуся токопроводящему каналу протекает импульс тока большой плотности, канал разряда расширяется, при этом температура в зоне разряда достигает нескольких тысяч градусов. Участки электродов 5 и 7 в зоне разряда расплавляются и испаряются. Под воздействием высоких температур жидкость в зоне разряда разлагается и испаряется и вместе с парами металла образует быстро расширяющийся пузырь 6.

Рис 5.1- Схема электроэрозионной обработки

При уменьшении тока, проходящего через электроды, давление паров в расширяющемся газовом пузыре падает. В результате снижения давления расплавленный металл вскипает и выбрасывается в виде мелких капель 8 в окружающую среду (жидкость), где и застывает в виде мелких частиц. Твердые продукты эрозии выносятся из межэлектродного промежутка под действием ударных волн и течений жидкости, вызванных электрическим разрядом и образованием шарового пузыря с последующим его расширением. На поверхностях электродов в месте прохождения разряда образуются лунки. Размеры лунок зависят в основном от энергии и длительности импульсов и электроэрозионной стойкости материала. Для получения размерной обработки энергия в зону обработки вводится отдельными порциями в виде электрических импульсов достаточно малой длительности. В паузах между импульсами рабочая жидкость восстанавливает свои диэлектрические свойства (деионизируется). Если осуществлять непрерывный подвод энергии, то будут разогреваться и плавиться большие объемы материала с одного из электродов, даже если материалы электродов одинаковы. Направленность съема материала определяется полярностью подключения электродов к генератору импульсов и параметрами импульсов. При подаче синусоидального импульса напряжения на электроды (рис. 5.2) на участке 0...1 напряжение увеличится до U_пр, при котором нарушается диэлектрическая прочность промежутка. Среднее напряжение, при котором происходит пробой межэлектродного промежутка, почти линейно зависит от величины этого промежутка и на чистовых режимах составляет 40...50В, а на черновых 70...80В. Участок 1…2 соответствует искровой стадии разряда, для которой

характерно быстрое снижение напряжения на промежутке до 25...35В и столь же быстрое увеличение тока в цепи. Участок 2…3 соответствует дуговой стадии разряда, на которой незначительно снижаются напряжение и ток в цепи. При падении напряжения U_S ниже 15...20В разряд прекращается. При обработке короткими импульсами высокой частоты дуговая стадия разряда может отсутствовать, и разряд прекращается сразу после искровой стадии. Количество удаленного материала на дуговой стадии разряда и размеры образующихся лунок значительно больше, чем на искровой стадии.

Рис. 5.2- Временные диаграммы изменения напряжения и тока в электродном промежутке

Основные технологические показатели процесса электроэро­зионной обработки (ЭЭО) - точность, качество поверхности, про­изводительность - зависят от количества выплавляемого за один импульс металла из ванн, что определяется энергией импульса.

Энергию импульса находим из выражения:

[Дж], (5.1)

где - средняя сила тока, A;

- значение силы тока при коротком замыкании (устанав­ливается по приборам станка);

- среднее напряжение пробоя, В;

- напряжение холостого хода при разомкнутых электро­дах (контролируется в процессе обработки);

- длительность импульсов (обратно пропорциональна ча­стоте их следования), С.

В зависимости от технологических условий энергию импуль­са можно оценить по рекомендациям таблицы 5.1.

Таблица 5.1-Величины энергии импульса

Режим ЭЭО	, В	, А	, мкс
Черновая обработка	Чистовая обработка	Черновая обработка	Чистовая обработка
Электроискровой	40...180	20...600	0,5...50	200...105	5...200
Электроимпульсный	18...36
Электроконтактиая обработка в жидкости	18...40
Электроконтактиая обработка на воздухе	3...12

Исходя из теории теплопередачи температуру в точке воздей­ствия импульса определяют из выражения:

[°K], (5.2)

где - начальная температура электрода, °K;

- коэффициент полезного использования энергии импульса;

- безразмерный параметр температуры, учитывающий тер­модинамические свойства электродов (теплопроводность, тепло­ёмкость, плотность, условия обработки);

с - удельная теплоёмкость обрабатываемого электрода, Дж/(кг×°K);

- плотность обрабатываемого электрода, кг/м;

r - радиусы полусфер изотерм, характеризующих распреде­ления температур от точки воздействия импульса энергии, м.

Из формулы 5.2 определяем радиус полусферы выплавляемо­го металла

. (5.3)

Отсюда объем металла (в виде полусферы), удаляемого одним импульсом, находим из выражения

, (5.4)

где объем сферы 0,5236 D ³, a D = 2 r.

На практике число импульсов, выработанных генератором, и число импульсов, реализуемых в межэлектродном зазоре, отлича­ются из-за реальных условий протекания процесса, что учитывает­ся коэффициентом :

, (5.5)

где f - частота импульсов, вызывающих эрозию, Гц;

f_г.и - частота импульсов, вырабатываемых генератором. Реальное количество металла, удаляемого импульсом, будет

(5.6)

Производительность процесса ЭЭО находим из выражения

, (5.7)

где q - скважность, отношение периода повторения импульсов к их длительности.

Время действия импульса, скважность и частота импульсов связаны зависимостью

[c]. (5.8)

Скорость перемещения электрода-инструмента определяем из выражения

, (5.9)

где S - площадь обрабатываемой поверхности.

Основное время ЭЭО определяем по формуле

, (5.10)

где h - перемещение электрода-инструмента для снятия необхо­димого припуска.

Ожидаемую после ЭЭО шероховатость поверхности оценива­ем по формуле

[мкм], (5.11)

где k_н - коэффициент условий обработки (для черновых режимов k_н = 10...50, а для чистовых режимов k_н =2...10);

р - показатель степени, характеризующий форму лунки, об­разованной от воздействия импульса (р = 0,3...0,04).

На точность изготовления деталей после ЭЭО влияют: точ­ность изготовления электрода-инструмента; износ инструмента; погрешность формы и размеров заготовки и т.д. На современном уровне ЭЭО точность достигнет 6...7 квалитета.