Лекция №6 Электроконтактная обработка
При электроконтактной обработке на заготовку оказывается электрическое, тепловое и механическое воздействие путем непосредственного контакта быстро перемещающегося инструмента с заготовкой при подводе в зону контакта электрического тока большой плотности.
Съем металла с заготовки происходит под тепловым воздействием электрических нестационарных контактно-дуговых процессов.
Электроконтактная обработка применяется для разрезки заготовок, вырезки отверстий трубчатым электродом, очистки поверхностей металлическими щетками, шлифования, точения, выглаживания поверхностей, заточки режущих инструментов и др.
Кинематика обработки обеспечивает кратковременные контакты между небольшими участками инструмента и заготовки, поэтому отпадает необходимость в использовании специальных генераторов импульсов, а съем металла можно вести при питании как от постоянных, так и переменных источников тока.
При электроконтактной обработке используются как специальные станки (например, специальные электроконтактные карусельные станоки МЭ301, МЭ303), так и модернизированные металлорежущие станки.
Электроконтактный станок или установка включает в себя следующие элементы: источник питания (понижающий трансформатор); шпиндельный узел, обеспечивающий необходимые движения электрода-инструмента; механизм крепления и перемещения обрабатываемой заготовки; систему токоподвода от источника питания к обрабатываемой заготовке и электроду-инструменту; систему подачи жидкости или обдува воздухом; систему для сбора и эвакуации продуктов обработки и др.
Путем незначительной модернизации металлорежущего оборудования (установка на шпинделе станка электрода-инструмента с токопроводящим устройством и электрическая изоляция стола или суппорта станка от его основной массы) можно воспроизвести процессы, аналогичные по своей кинематике процессам механической обработке резанием.
При электроконтактной обработке используются электроды-инструменты различной конструкции в зависимости от способа обработки: профильные диски (разрезка, наружное и плоское шлифование), трубки (для кольцевого сверления), металлические щетки (для очистки деталей) и др. Электроды-инструменты могут быть изготовлены из стали, чугуна, меди, алюминиевых сплавов и других токопроводящих материалов.
Охлаждение инструмента осуществляется подачей в межэлектродный промежуток сжатого воздуха, жидкости или газожидкостной смеси. В качестве охлаждающей жидкости используется вода, 1…3%-ная эмульсия, минеральные масла и их смеси.
На рисунке 13 показаны схемы отдельных способов электроконтактной обработки.
Рис. 13 – Схемы электроконтактной обработки:
а) - резка; б) - шлифование; в) – точение
Резка заготовок осуществляется вращающимся диском (рисунок 13, а) или непрерывной лентой с подводом переменного тока 2…10 кА низкого напряжения (20…30 В) к инструменту и заготовке. Этот способ рекомендуется для разрезки труб, круглых и прямоугольных заготовок, профильного проката и других заготовок. Производительность этого способа достигает 200 мм2/с для стали и до 4000 мм2/с для алюминиевых сплавов при диаметре диска-электрода 750…1000 мм и скорости его вращения 50…100 м/с. Ширина реза на 1…4 мм превышает толщину диска.
Для электроконтактного шлифования (рисунок 13, б) используют стальные или чугунные диски. Более эффективным по сравнению с абразивным шлифованием является шлифование на модернизированных круглошлифовальных станках чугунными дисками поверхностей, наплавленных при ремонте износостойкими материалами с твердостью HRC > 50. При этом используется источник питания с рабочим током 600…800 А и рабочим напряжением 26…28 В. Скорость вращения диска 30 м/с, детали – 0,25 м/с. Производительность обработки достигает 60000 мм3/мин. Охлаждение осуществляется 5%-ой эмульсией.
Электроконтактное точение (рисунок 13, в) осуществляется на модернизированном станке твердосплавными резцами при напряжении 0,2…2 В и плотности тока до 120 МА/м2. При электроконтактном точении снижается износ инструмента и повышается производительность обработки по сравнению с обычным точением.
Электроконтактное выглаживание применяют как финишную обработку. В этом случае в месте контакта инструмента и детали проходит ток силой 300…500 А и напряжением 10…20 В, вследствие чего выступы микронеровностей поверхности нагреваются, а под давлением инструмента деформируются и сглаживаются. Поверхностный слой металла при этом упрочняется. В качестве инструмента используют чашечный резец или ролик. Электроконтактное выглаживание уменьшает шероховатость поверхности с Ra = 2,5…1,25 мкм до Ra = 0,32…0,16 мкм, увеличивает микротвердость поверхностного слоя и износостойкость деталей. Глубина упрочненного слоя достигает 0,08 мм.
Заточка режущих инструментов возможна двумя вариантами:
а) заточка на пониженном напряжении переменного тока в воздухе;
б)заточка на повышенном напряжении постоянного тока в жидкости.
Недостатки первого варианта-возможность растрескивания твердого сплава, низкая производительность, необходима предварительная обдирка задних граней и окончательная доводка заточенных резцов обычными методами. Из-за этих недостатков данный вариант имеет ограниченное применение.
Второй вариант заточки более производительный, но также возможно растрескивание твердого сплава и необходимость окончательной доводки заточенных резцов обычными методами.
Наиболее широко электроконтактную обработку применяют для черновой и получистовой обработки литья, штамповок и других заготовок из труднообрабатываемых сталей и сплавов с большими припусками, для прошивки материала при удалении сломанных болтов, шпилек, метчиков и др.
Основные преимущества электроконтактной обработки перед другими методами - высокая производительность, простота оборудования, мало изнашивается инструмент, применяется безопасное для работы напряжение на электродах, невысокое давление инструмента на заготовку, широкое варьирование режимами обработки, возможность обработки на переменном токе.
Недостатки - невысокое качество обработанной поверхности и большие размеры зоны термического влияния при жестких режимах обработки; повышенный шум станков; необходимость разрабатывать и использовать защитные средства от брызг расплавленного металла и светового излучения.