Федеральное агентство по образованию

Электрохимические и электрофизические технологии в настоящее время применяют на всех этапах изготовления деталей, начиная от получения заготовок и заканчивая их отделочной обработкой. Используя эти технологии, решают уникальные технологические задачи, обеспечивающие заданное удаление, перемещение или приращение (большого или малого) объема материала заготовки.

Широкое использование в машиностроении материалов с особыми физико-механическими характеристиками, обуславливающими их плохую обрабатываемость традиционными методами резания; создание деталей со сложными формами, повышенными требованиями к качеству поверхностного слоя и точности изготовления; необходимость снижения себестоимости обработки и повышения производительности труда – все это привело к появлению и распространению в производстве электрохимических и электрофизических методов обработки.

1. История развития электроэрозионной обработки

В конце 18 века английским ученым Дж. Пристли было описано явление эрозии металлов под действием электрического тока. Было замечено, что при разрыве электрической цепи в месте разрыва возникает искра или более продолжительная электрическая дуга. Причем искра или дуга оказывает сильное разрушительное воздействие на контакты разрываемой цепи, называемое эрозией. Электрической эрозии подвержены контакты реле, выключателей, рубильников и других подобных устройств. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению такого разрушения контактов.

Датой рождения электроэрозионной обработки материалов (ЭЭО) считается 1943 год, от которого отсчитывается приоритет изобретения наших соотечественников Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко. Поместив электроды в жидкий диэлектрик и размыкая электрическую цепь, ученые заметили, что жидкость мутнела уже после первых разрядов между контактами. Они установили, что это происходит из-за того, что в жидкости появляются мельчайшие металлические шарики, которые возникают вследствие электрической эрозии электродов. Ученые решили усилить эффект разрушения и попробовали применить электрические разряды для равномерного удаления металла. С этой целью они поместили электроды (инструмент и заготовку) в жидкий диэлектрик, который охлаждал расплавленные частицы металла и не позволял им оседать на противолежащий электрод. В качестве генератора импульсов использовалась батарея конденсаторов, заряжаемых от источника постоянного тока; время зарядки конденсаторов регулировали реостатом. Так появилась первая в мире электроэрозионная установка. Электрод-инструмент перемещали к заготовке. По мере их сближения возрастала напряженность поля в межэлектродном промежутке (МЭП). При достижении определенной напряженности поля на участке с минимальным расстоянием между поверхностями электродов, измеряемым по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности и называемым минимальным межэлектродным зазором, возникал электрический разряд, под действием которого происходило разрушение участка заготовки. Продукты обработки попадали в диэлектрическую жидкость, где охлаждались, не достигая электрода-инструмента, и затем осаждались на дно ванны. Через некоторое время электрод-инструмент прошил пластину, причем контур отверстия точно соответствовал профилю инструмента. Так, явление, считавшееся вредным, было применено для размерной обработки материалов.

Изобретение электроэрозионной обработки (ЭЭО) имело выдающееся значение. К традиционным способам формообразования (резанию, литью, обработки давлением) прибавился совершенно новый, в котором непосредственно использовались электрические процессы.

Первоначально для осуществления электроэрозионной обработки применялись исключительно искровые разряды, создаваемые конденсатором в так называемом RC-генераторе. Поэтому новый процесс в то время называли электроискровой обработкой.

В 1948 году М.М. Писаревским на основе использования импульсов дугового разряда была предложена электроимпульсная обработка. Этот метод стал внедряться в промышленность в начале 50-х годов.

В последующие годы эволюция динамично продолжалась: 1967 год - разработка малоизнашиваемых электродов-инструментов, 1975 год - внедрение систем ЧПУ и адаптивного управления, 1979 год - использование планетарных головок и получение зеркальных поверхностей, 1987 год - достижение сверхмалого износа инструмента. Погрешность обработки деталей на электроэрозионных станках снизилась с ±30 до ±5 мкм, а ежегодный выпуск станков вырос в 8-10 раз.

История развития электроэрозионного метода обработки материалов является не только яркой иллюстрацией завоевания мирового технологического пространства наукоемкими технологиями, но и подчеркивает государственную важность обладания такими технологиями и их дальнейшего развития.

2. Электроэрозионная обработка

Электроэрозионная обработка основана на вырывании частиц материала с поверхности импульсом электрического разряда. Если задано напряжение (расстояние) между электродами, погруженными в жидкий диэлектрик, то при их сближении (увеличении напряжения) происходит пробой диэлектрика — возникает электрический разряд, в канале которого образуется плазма с высокой температурой.

Так как длительность используемых в данном методе обработки электрических импульсов не превышает 10^—2сек, выделяющееся тепло не успевает распространиться в глубь материала и даже незначительной энергии оказывается достаточно, чтобы разогреть, расплавить и испарить небольшое количество вещества. Кроме того, давление, развиваемое частицами плазмы при ударе об электрод, способствует выбросу (эрозии) не только расплавленного, но и просто разогретого вещества. Поскольку электрический пробой, как правило, происходит по кратчайшему пути, то прежде всего разрушаются наиболее близко расположенные участки электродов. Таким образом, при приближении одного электрода заданной формы (инструмента) к другому (заготовке) поверхность последнего примет форму поверхности первого (рис. 1). Производительность процесса, качество получаемой поверхности в основном определяются параметрами электрических импульсов - их длительностью, частотой следования, энергией в импульсе. Электроэрозионный метод обработки объединил электроискровой и электроимпульсный методы.

Рисунок 1. Электроэрозионный метод обработки (схема)

Электроэрозионные методы особенно эффективны при обработке твёрдых материалов и сложных фасонных изделий. При обработке твёрдых материалов механическими способами большое значение приобретает износ инструмента. Преимущество электроэрозионных методов, как и вообще всех электрофизических и электрохимических методы обработки, состоит в том, что для изготовления инструмента используются более дешёвые, легко обрабатываемые материалы. Часто при этом износ инструментов незначителен.

Например, при изготовлении некоторых типов штампов механическими способами более 50% технологической стоимости обработки составляет стоимость используемого инструмента. При обработке этих же штампов электроэрозионными методами стоимость инструмента не превышает 3,5%. Условно технологические приёмы электроэрозионной обработки можно разделить на прошивание и копирование. Прошиванием удаётся получать отверстия диаметром менее 0,3 мм,что невозможно сделать механическими методами. В этом случае инструментом служит тонкая проволочка. Этот приём на 20—70% сократил затраты на изготовление отверстий в фильерах, в том числе алмазных. Более того, электроэрозионные методы позволяют изготовлять спиральные отверстия. При копировании получила распространение обработка ленточным электродом (рис. 2). Лента, перематываясь с катушки на катушку, огибает копир, повторяющий форму зуба. На грубых режимах лента «прорезает» заготовку на требуемую глубину, после чего вращением заготовки щель расширяется на нужную ширину. Более распространена обработка проволочным электродом, то есть лента заменяется проволокой. Этим способом, например, можно получать из единого куска материала одновременно пуансон и матрицу штампа, причём их соответствие практически идеально.

Рисунок 2. Обработка пазов ленточным электродом (схема)

Первый в мире советский электроэрозионный станок был предназначен для удаления, застрявшего в детали сломанного инструмента. С тех пор в нашей стране и за рубежом выпущено большое число разнообразных по назначению, производительности и конструкции электроэрозионных станков. По назначению различают станки универсальные, специализированные и специальные, по требуемой точности обработки — общего назначения, повышенной точности, прецизионные. Общими для всех электроэрозионных станков узлами являются устройство для крепления и перемещения инструмента (заготовки), гидросистема, устройство для автоматического регулирования межэлектродного промежутка (между заготовкой и инструментом). Генераторы искровых или дуговых импульсов изготовляются, как правило, отдельно и могут работать с различными станками. Основные отличия устройств для перемещения инструмента (заготовки) в электроэрозионных станках от таковых в металлорежущих станках — отсутствие значительных силовых нагрузок и наличие электрической изоляции между электродами. Гидросистема состоит из ванны с рабочей жидкостью, гидронасоса для прокачивания жидкости через межэлектродный промежуток и фильтров для очистки жидкости, поступающей в насос, от продуктов эрозии.

Электроэрозионная обработка 2 (стр. 1 из 3)

Федеральное агентство по образованию

Введение

1. История развития электроэрозионной обработки

2. Электроэрозионная обработка