Разновидности электроэрозионной обработки

Рис. 6.3. Разновидности электроэрозионной обработки.

При электроискровой обработке используют импульсные искровые разряды между электродами, один из которых обрабатываемая заготовка (анод), а другой – инструмент (катод).

Напряжение источника электрической энергии 100–200 В. Продолжительность импульса составляет 20 – 200 мкс.

В зависимости от количества энергии, расходуемой в импульсе, режим обработки делят на жесткий или средний – для предварительной обработки и мягкий или особо мягкий – для отделочной обработки. Мягкий режим обработки позволяет получать размеры с точностью до 0,002 мм при шероховатости поверхности 0,63–0,16 мкм.

Производительность обработки составляет от 7,5 до 1900 мм3/мин.

Электроискровым методом обрабатывают практически все токопроводящие материалы, но эффект эрозии при одних и тех же параметрах электрических импульсов различен. Зависимость интенсивности эрозии от свойств металла называют электроэрозионной обрабатываемостью. За единицу принята электроэрозионная обрабатываемость стали (Сталь45), тогда для твердых сплавов она будет – 0,5; титан – 0,6; никель – 0,8; медь – 1,1; латунь – 1,6; алюминий – 4 и т.д.

Электроискровым методом целесообразно обрабатывать твердые сплавы, трудно обрабатываемые металлы и сплавы, тантал, молибден и др. материалы.

Схемы организации процессов электроискровой обработки.

Электроэрозионная отрезка

Рис.6.4. Схема электроэрозионной отрезки.

Электрод-инструмент (2) перемещается со скоростью V_пи по отношению к заготовке. Заготовка не подвижна. Заготовка (1) перемещается со скоростью V_пд.

Операцию выполняют с погружением в ванну с рабочей жидкостью.

Рис.6.5. Электроэрозионное объемное копирование.

Обработка производится прямым копированием электрода-инструмента (2) на заготовку (1) в ванне с рабочей жидкостью с прокачкой или без прокачки ее через каналы (3) в ЭИ. Для стабилизации обработки используют вибрацию ЭИ (f_эи), а для повышения точности обработки – осцилляцию (иоэи) в процессе перемещения электрода в направлении заготовки (ипэи).

Рис.6.6. Электроэрозионное прошивание.

Подача электрода-инструмента со скоростью V_пи относительно заготовки и вибрация с частотой f_эи

Обработка производится прямым копированием в ванне с рабочей жидкостью с одновременной прокачкой ее через электрод-инструмент или без прокачки и т.д.

При электроимпульсной обработке используют электрические импульсы большой длительности (500–10000 мкс), в результате чего происходит дуговой разряд.

Большие мощности импульсов получаемые от электронных или машинных генераторов тока, обеспечивают высокую производительность процесса обработки.

Электроимпульсная обработка производится при напряжениях генератора импульсов U=18–36 В.

При электроимпульсной обработке съем металла в единицу времени в 8–10 раз больше, чем при электроискровой обработке, однако точность размеров и шероховатость обработанных поверхностей ниже.

Высокочастотная электроискровая обработка применяется для повышения точности и уменьшения шероховатости поверхностей обработанных электроимпульсным методом. Метод основан на использовании электрических импульсов малой мощности при частоте 100-150 кГц.

Полярность включения электрода-инструмента и заготовки – прямая. Точность выше, а шероховатость поверхности ниже, чем при электроискровой обработке.

Электроконтактная обработка.

Электроконтактная обработка (ЭКО) применяется для съема материала с электропроводной заготовки. В этом виде обработки используется электроэрозионный принцип формообразования, поэтому для ЭКО справедливы многие закономерности электроэрозионной обработки.

Схема простейшего устройства для ЭКО показана на рис. 6.7.

Напряжение U_c от промышленной сети поступает на трансформатор. С его вторичной обмотки напряжение U с амплитудой до 40 В подается на два электрода, один из которых — диск 2 выполнен из электропроводного материала, второй — листовая заготовка 3. Дисковый ЭИ вращается от приводного двигателя с частотой n. Механическими средствами создается прижимающая диск к заготовке сила G_np. Кроме вращения диску сообщается поступательное движение вдоль обрабатываемой поверхности со скоростью V_ин. Межэлектродный промежуток заполнен непроводящей рабочей средой — воздухом, жидкостью, газожидкостной смесью.

одновременно механическому и электрическому воздействию. Мощность электрического воздействия определяется произведением UIcosφ, где U и I – действующие значения напряжения и тока.

Мощность механического воздействия равна 2πM_сn/60, здесь М_с — момент сопротивления на валу ЭИ; Mc = G_cr_д, G_c— сила сопротивления; r_д — радиус диска. Значение G_c определяет силу трения и тогда G_c = k_тpG_np, где k_тp— коэффициент трения между электродами.

Суммарная мощность, поступающая в МЭП,

Р= UIcosφ + (2π/60)nG_прkr_д. (6.2)

В зависимости от соотношения между механической и электрической мощностями осуществляются различные режимы ЭКО. Если механическая мощность превосходит электрическую, то энергия в МЭП вводится в основном за счет трения и ЭКО носит преимущественно механический характер. При высоких напряжениях и незначительной механической силе G_пр ЭКО присущи черты электроэрозионного процесса. В последнем случае электрическая энергия превращается в тепловую вследствие возникновения джоулевой теплоты в области кратковременного электрического контакта между участками электродов и в результате возникновения электрических разрядов между электродами (как и при ЭЭО).

В наиболее общем случае действуют три источника теплоты: механический, электроконтактный и электроэрозионный. В зависимости от конкретных условий возможны различные сочетания этих источников, порождающие большое разнообразие не схожих по физической сущности процессов.

При низких напряжениях (1—2 В) преобладающим является механическое трение. При напряжении 2—10 В электрическая энергия превращается в тепловую благодаря контактному сопротивлению (электрические разряды при этом отсутствуют). При напряжении выше 10 В процесс приобретает чисто электроэрозионный характер, поскольку напряжение достаточно для возникновения дугового разряда без соприкосновения электродов друг с другом.

Последнюю разновидность ЭКО, в которой можно пренебречь ролью механических и контактных явлений, часто называют электроконтактно-дуговой обработкой.

Для ЭКО используется относительно простое оборудование, причем станки для ЭКО, как правило, изготовлены на базе металлорежущих станков. В случае ЭКО на переменном токе не требуется специально разработанных источников питания. Применяемые для этих целей источники обычно содержат понижающие трансформаторы, первичные обмотки которых включены в промышленную сеть, а со вторичной обмотки напряжение подается на электроды.

Для ЭКО мощность применяемых трансформаторов составляет 30—500 кВА, при напряжении на вторичной обмотке 30—70 В (марки СТЭ­34, ТСД­10­3, ТК­16­31, ТСУ­120/05 и ряд специальных типов). Токи в станках для ЭКО достигают 15 кА при достаточно высоких напряжениях. В этом случае проблема заключается в правильном выборе токопроводов к электродам. Если электрод­заготовка неподвижен, токоподвод состоит из двух элементов: скользящей щетки, подводящей ток к электроду­инструменту, и жестко соединенного с электродом­заготовкой контакта. При одновременном вращении ЭИ и ЭЗ токоподвод к ним от зажимов вторичной обмотки трансформатора также осуществляется щеточными устройствами.

В случае разрезания заготовки двумя изолированными друг от друга дисками зажимы трансформатора посредством щеток подключаются к каждому из дисков.

ЭКО на переменном токе имеет более высокие показатели, чем на постоянном; в частности, это экономия электроэнергии, снижение стоимости оборудования и установленной мощности, а также уменьшение занимаемой полезной площади. Применение переменного тока значительно улучшает электробезопасность при ЭКО.