Электрофизические и электрохимические методы обработки

Применение новых, обладающих высокими механическими, теплофизическими и другими свойствами материалов предопределило применение новых методов обработки, принципиально отличающихся от традиционных методов обработки резанием и давлением.

Электрофизическим и электрохимическим методам присущи следующие особенности:

1. При обработке практически отсутствует давление инструмента на обрабатываемый материал;

2. Всем методам присуща минимальная глубина дефектного слоя;

3. Для подобных методов характерна простота кинематической схемы, т.е. простота оборудования.

Методы электроэрозионной обработки

Электроэрозия – это разрушение материала под действием электрического разряда в среде диэлектрика.

При сближении электродов в среде диэлектрика, на определённом расстоянии, на них напряжение достигает пробойного, то есть возникает пробой диэлектрика. Он происходит между наиболее выступающими микровыступами поверхностей электрода. Вследствие этого, в зоне пробоя температура достигает десятков тысяч градусов. Происходит мгновенное оплавление и испарение материала электродов и заготовки в микрообъёме. Наличие диэлектрика создаёт динамический удар, за счёт которого расплавленный материал в виде микрочастиц удаляется из зоны пробоя. При дальнейшем сближении электродов, снова возникает пробой между наиболее выступающими микровыступами, то есть процесс происходит постоянно.

Производительность данного метода, то есть удаление объёма материала в единицу времени, определяется элементарными параметрами: частотой следования импульсов, их мощностью, а также теплофизическими характеристиками электродов инструмента и обрабатываемого материала (теплота плавления, теплопроводность).

Важно также заметить, что при электроэрозионной обработке не играет роли ни твёрдость, ни прочность материала заготовки.

В качестве диэлектрика, при обработке обычно применяют масло или керосин.

В промышленности наибольшее распространение получили три разновидности электроэрозионной обработки:

1) Электроискровая;

2) Импульсная;

3) Высокочастотная обработка.

Электроискровая обработка

Электроискровая обработка бывает 2х видов:

· Обработка профилированным инструментом;

· Обработка непрофилированным инструментом.

Схема электроискровой обработки изображена на рисунке. Достоинством обработки профилированным инструментом является возможность получения отверстий любой формы, которые определяются профилем инструмента (его поперечного сечения). Режимы обработки назначаются из интервала 10 – 200 микросекунд с частотой 2 – 5 МГц. Напряжение на электродах до 250 В.

Производительность метода на жёстких режимах от 1,5 до до10 мм³/сек. При этом шероховатость обработанной поверхности R_z=160-140мкм.

Мягкие, то есть чистовые режимы при производительности 0,001 мм³/сек обеспечивают шероховатость R_a=1,25-0,16мкм. При жёстких режимах глубина дефектного слоя 0,2–0,5 мм, при мягких режимах – 0,02-0,05мм.

Для изготовления электродов инструмента используют медь (М1) и медные сплавы.

Основным недостатком метода является существенный износ инструмента, что приводит к погрешности формы обрабатываемых отверстий.

Отклонение формы изготовляемых деталей является конусность. Так как электроэрозия происходит не только по торцу инструмента, но и на его боковых поверхностях, обрабатываемое отверстие принимает коническую форму. Конусность определяется максимальным расстоянием, на котором ещё возможна электроэрозия.

Обработка непрофилированным инструментом заключается в использовании в качества электрода обычной проволоки. Обработка ведётся в среде диэлектрика. Система управления сообщает заготовке необходимое перемещение, которое соответствует профилю обрабатываемого отверстия. Это даёт возможность обрабатывать практически любые поверхности. При этом на заготовку подаётся положительный заряд, а на проволоку – отрицательный.

Недостатком данного метода является ещё больший расход материала инструмента, так как повторное её применение невозможно.

Электроимпульсная обработка

Электроимпульсная обработка осуществляется с помощью униполярных импульсов достаточной длительности, малого напряжения, но при большой плотности тока. Особенностью электроимпульсной обработки является обратное включение по сравнению с электроискровой, то есть инструмент является положительным электродом. При данном виде обработки относительный износ инструмента существенно меньше, чем при искровой. По отношению к износу обрабатываемой детали, износ инструмента составляет 0,5-1%.

Электроимпульсная обработка характеризуется высокой производительностью: до 3х тысяч мм³/сек. Такой режим обеспечивает грубую обработку.

При мягких режимах (до 1 мм³/сек) шероховатость может достигать R_z=80-20мкм, при глубине дефектного слоя 0,3-0,5мм. На жёстких режимах при высокой производительности глубина дефектного слоя достигает нескольких миллиметров.

Электроимпульсная обработка применяется для получения больших полостей при изготовлении штампов.

Высокочастотная обработка

Высокочастотная обработка характеризуется низкой производительностью, но высоким качеством обрабатываемой поверхности.

Электроконтактная обработка

В её основе лежит сочетание способов разрушения материала за счёт механического воздействия и за счёт электроэрозии.

Электроконтактная обработка осуществляется при напряжении от 10 до 25 В, при этом, контактирование электродов приводит к электрическому разряду между отдельными точками заготовки и инструмента, в результате чего происходит расплавление, размягчение металла обрабатываемой детали, что способствует его скорейшему удалению.

Вибрация в процессе резания, в данном случае, играет положительную роль, так как способствует увеличению количества прерывистых контактов, необходимых для электрического разряда.

Производительность: до 3х тысяч мм³/сек, при глубине дефектного слоя несколько миллиметров.

Электроконтактная обработка использует обычное универсальное оборудование с некоторой доделкой электрических цепей.