Электрофизическая и электрохимическая обработка материала

метки: Обработка, Электроконтактный, Металл, Электроэрозионный, Материал, Станок, Инструмент, Электрод

Разновидности электрофизических и электрохимических методов обработки

рис. 1

Рисунок 1. Электрофизические и электрохимические методы обработки

Электрофизические методы обработки, Электроэрозионная обработка

рис. 2

Рисунок 2. Электроэрозионный метод обработки (схема)

Электроискровая обработка, Электроимпульсная обработка

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.

рис. 3

Рисунок 3. Обработка пазов ленточным электродом (схема)

Рисунок 4а. Половина ковочного штампа

Рисунок 4б. Рабочее колесо газовой турбины, обработанное электроэрозионным методом

рис. 5

Рисунок 5. Электроэрозионный станок

Электроимпульсный станок отличается от электроискрового практически только генератором импульсов. Советская промышленность выпускала генераторы различного назначения. Развитие техники полупроводниковых приборов позволило создать генераторы, обеспечивающие изменение параметров импульсов в широких пределах. Например, у советского генератора ШГИ-125-100 диапазон частот следования импульсов 0,1—100 кгц , длительность импульсов 3—9000 мксек , максимальная мощность 7,5 квт , номинальная сила тока 125 А. Диапазон рабочих напряжении, вырабатываемых для электроискровой обработки 60-200 в, а для электроимпульсной 20-60 в. Современные электроэрозионные станки — высокоавтоматизированные установки, зачастую работающие в полуавтоматическом и полностью автоматическом режиме.

Электромеханическая обработка, Электроконтактная обработка

Рисунок 6. Электроконтактная обработка (схема)

Разновидностью электроконтактной обработки является электроабразивная обработка — обработка абразивным инструментом, в том числе алмазно-абразивным, изготовленным на основе проводящих материалов. Введение в зону обработки электрической энергии значительно сокращает износ инструмента.

Электроконтактные станки по кинематике не отличаются практически от соответствующих металлорежущих станков; имеют мощный источник тока.

Магнитоимпульсная обработка

Рисунок 7. Магнитоимпульсная обработка (схема)

Электрогидравлическая обработка

Рисунок 8. Устройство для электрогидравлической штамповки (схема)

К электромеханической обработке относится также ультразвуковая обработка.

Лучевая обработка

К электрофизическим методам обработки относится также плазменная обработка.

Электрохимические методы обработки

Основаны на законах электрохимии. По используемым принципам эти методы разделяют на анодные и катодные , по технологическим возможностям — на поверхностные и размерные.

Поверхностная электрохимическая обработка., Размерная электрохимическая обработка.

рис. 9

Рисунок 9. Анодно-гидравлическая обработка поверхности подвижными электродами (схема)

Этим методом, подбирая электролит, можно обрабатывать практически любые токопроводящие материалы, обеспечивая высокую производительность в сочетании с высоким качеством поверхности. Используемые для анодно-гидравлической обработки электрохимические станки просты в обращении, используют низковольтное – до 24 в – электрооборудование. Однако значительные плотности тока – до 200 А/см² – требуют мощных источников тока, больших расходов электролита, иногда до ¹ /₃ площади цехов занимают баки для электролита.

Комбинированные методы обработки сочетают в себе преимущества электрофизических и электрохимических методов. Используемые сочетания разнообразны. Например, сочетание анодно-механической обработки с ультразвуковой в некоторых случаях повышает производительность в 20 раз. Существующие электроэрозионно-ультразвуковые станки позволяют использовать оба метода как раздельно, так и вместе.

Технология электроэрозионной обработки, Сущность электроэрозионной обработки

Разрушение поверхностных слоев материала под влиянием внешнего воздействия электрических разрядов называется электрической эрозией. На этом явлении основан принцип электроэрозионной обработки.

Электроэрозионная обработка заключается в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием электрических разрядов в результате электрической эрозии (ГОСТ 25331-82).

Под воздействием высоких температур в зоне разряда происходят нагрев, расплавление, и частичное испарение металла. Для получения высоких температур в зоне разряда необходима большая концентрация энергии. Для достижения этой цели используется генератор импульсов. Процесс электроэрозионной обработки происходит в рабочей жидкости, которая заполняет пространство между электродами; при этом один из электродов — заготовка, а другой — электрод-инструмент.

Под действием сил, возникающих в канале разряда, жидкий и парообразный материал выбрасывается из зоны разряда в рабочую жидкость, окружающую его, и застывает в ней с образованием отдельных частиц. В месте действия импульса тока на поверхности электродов появляются лунки. Таким образом осуществляется электрическая эрозия токопроводящего материала, показанная на примере действия одного импульса тока, и образование одной эрозионной лунки.

Материалы, из которых изготавливается электрод-инструмент, должны иметь высокую эрозионную стойкость. Наилучшие показатели в отношении эрозионной стойкости электродов-инструментов и обеспечения стабильности протекания электроэрозионного процесса имеют медь, латунь, вольфрам, алюминий, графит и графитовые материалы.

Рабочая среда

Рабочие жидкости должны удовлетворять следующим требованиям:

• обеспечение высоких технологических показателей электроэрозионной обработки;
• термическая стабильность физико-химических свойств при воздействии электрических разрядов с параметрами, соответствующими применяемым при электроэрозионной обработке;
• низкая коррозионная активность к материалам электрода-инструмента и обрабатываемой заготовки;
• высокая температура вспышки и низкая испаряемость;
• хорошая фильтруемость;
• отсутствие запаха и низкая токсичность.

При электроэрозионной обработке применение получили низкомолекулярные углеводородистые жидкости различной вязкости; вода и в незначительной степени кремнийорганические жидкости, а также водные растворы двухатомных спиртов.

Для каждого вида электроэрозионной обработки применяют рабочие жидкости, обеспечивающие оптимальный режим обработки. На черновых режимах рекомендуется применять рабочие жидкости с вязкостью (смесь керосин и масло индустриальное), а на чистовых (керосин, сырье углеводородное).

Электрод-инструменты

Электрод-инструменты (ЭИ) должны обеспечивать стабильную работу во всем диапазоне рабочих режимов электроэрозионной обработки и максимальную производительность при малом износе. Электроды-инструменты должен быть достаточно жестким и противостоять различным условиям механической деформации (усилиям прокачки рабочей жидкости) и температурным деформациям. На поверхности электродов-инструментов не должно быть вмятин, трещин, царапин и расслоения. Поверхность электродов-инструментов должна иметь шероховатость R _a = 2,5 ¸0,63

При обработке углеродистых, инструментальных сталей и жаропрочных сплавов на никелевой основе используют графитовые и медные электроды-инструменты. Для черновой электроэрозионной обработки заготовок из этих материалов применяются электроды-инструменты из алюминиевых сплавов и чугуна, а при обработке отверстий — электроды-инструменты из латуни. При обработке твердых сплавов и тугоплавких материалов на основе вольфрама, молибдена и ряда других материалов широко применяют электроды-инструменты из композиционных материалов, так как при использовании графитовых электродов-инструментов не обеспечивается высокая производительность из-за низкой стабильности электроэрозионного процесса, а электроды-инструменты из меди имеют большой износ, достигающий десятка процентов, и высокую стоимость.

Износ электродов-инструментов зависит от материала, из которого он изготовлен, от параметров рабочего импульса, свойств рабочей жидкости, площади обрабатываемой поверхности, а также от наличия вибрации. На выбор материала и конструкции электродов-инструментов существенное влияние оказывают материал заготовки, площадь обрабатываемой поверхности, сложность ее формы, требования к точности и серийности изделия.

Электроэрозионные станки по технологическому назначению классифицируют на:

• универсальные
• специализированные
• специальные.

таблице 1

Модель станка	Наименование станка	Назначение и краткая характеристика
4720М	Станок настольный электроэрозионный копировально-прошивочный. Универсальный.	Изготовление рабочих деталей пресс-форм, фасонных деталей из труднообрабатываемых штампов. Производительность — 70 мм 2 /мин, шероховатость — Ra = 0,8¸0,4.
4К721АФ1	Электроэрозионный копировально-прошивочный станок. Универсальный.	Обработка сложнопрофильных отверстий. Производительность — 250 мм 2 /мин, шероховатость — Ra = 1,25.
4Е723-01Ф1	Электроэрозионный копировально-прошивочный станок. Универсальный.	Изготовление элементов деталей из труднообрабатываемых сплавов, прореза отверстий. Производительность — 1200 мм 2 /мин, шероховатость — Ra = 2,5.
4П724Ф3М	Электроэрозионный станок копировально-прошивочный с ЧПУ. Универсальный.	Изготовление элементов деталей ковочных штампов, прореза фасонных отверстий. Производительность — 200 мм 2 /мин, шероховатость — Ra = 3,2¸1,6.
4Б611	Переносной электроэрозионный станок. Специальный.	Прошивание отверстий. Производительность — скорость углубления — 15 мкм/мин.
4531Ф3	Электроэрозионный станок с программным управлением для профильной вырезки.	Вырезка проволочным ЭИ деталей вырубных штампов, матриц, шаблонов. Производительность — 18 мм 2 /мин. Шероховатость — Ra =1,25.
4735Ф3М	Электроэрозионный станок, вырезной, высокой точности с ЧПУ. Специализированный.	Вырезка проволочным ЭИ деталей вырубных штампов, матриц, фасонных резцов, шаблонов. Производительность — 40 мм 2 /мин. Шероховатость — Ra = 1,25.
ЭФА	Электроэрозионный станок, фотокопировальный. Специализированный.	Вырезка проволочным ЭИ деталей вырубных штампов, матриц, шаблонов, изделий народного потребления. Производительность — 20 мм 2 /мин. Шероховатость — Ra = 1,25.

Типовые операции электроэрозионной обработки

По технологическим признакам устанавливаются следующие виды ЭЭО:

• отрезка (ЭЭОт)
• объемное копирование (ЭЭОК)
• вырезание (ЭЭВ)
• прошивание (ЭЭПр)
• шлифование (ЭЭШ)
• доводка (ЭЭД)
• маркирование (ЭЭМ)
• упрочнение (ЭЭУ)

Прошивание отверстий

При ЭЭО прошивают отверстия на глубину до 20 диаметров с использованием

стержневого ЭИ и до 40 диаметров — трубчатого ЭИ. Глубина прошиваемого

отверстия может быть значительно увеличена, если вращать ЭИ, или

обрабатываемую поверхность, или и то и другое с одновременной прокачкой РЖ

через ЭИ или с отсосом ее из зоны ОбРаБотки. Скорость ЭЭПр достигает 2-4

мм/мин.

Маркирование

Маркирование выполняется нанесением на изделие цифр, букв, фирменных знаков и

др. Электроэрозионное маркирование обеспечивает высокое качество, не вызывает

деформации металла и не создает зоны концентрации внутреннего напряжения,

которое возникает при маркировании ударными клеймами. Глубина нанесения

знаков может колебаться в пределах от 0,1 до 1 мм.

Операция может выполняться одним ЭИ и по многоэлектродной схеме.

Изготавливаются ЭИ из графита, меди, латуни, алюминия.

Производительность составляет около 3-8 мм/с. Глубина знаков зависит от

скорости движения электрода. При скорости движения электрода более 6 мм/с

четкость знаков ухудшается. В среднем на знак высотой 5 мм затрачивается

около 4 с.

Вырезание

В основном производстве ЭЭВ применяют при изготовлении деталей электро-

вакуумной и электронной техники, ювелирных изделий и т.д. в инструментальном

производстве, при изготовлении матриц, пуансонов, пуансонодержателей и других

деталей, а также вырубных штампов, копиров, шаблонов, цанг, лекал, фасонных

резцов и др.

Шлифование

Этот процесс шлифования применяют для чистовой обработки труднообрабатываемых

материалов, магнитных и твердых сплавов.

Отклонение размеров профиля после электроэрозионного шлифования находится в

пределах от 0,005 до 0,05 мм, шероховатость R _a = 2,5¸0,25,

производительность — 260 мм ² /мин.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/elektrokontaktnaya-obrabotka-metallov/

1. Усов, С.В., Назаров, Ю.Ф., Короткоа И.А. Комбинированные методы обработки в машиностроении / С.В, Усов, Ю.Ф. Назаров. – М.; ЮНИТ, 2002. – С. 129

2. Артамонов Б.А., Волков Ю.С. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Москва, «Высшая школа», 1983

3. Лившиц А.Л. Электроэрозионная обработка металлов. Москва, «Высшая школа», 1979

4. Артамонов Б.А. и др. Размерная электрическая обработка металлов. Москва, «Высшая школа», 1978

5. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. Под ред. Волосатова В.А. Ленинград, «Машиностроение», 1988

6. Вишницкий А. Л., Ясногородский И. 3., Григорчук И. П., Электрохимическая н электромеханическая обработка металлов, Л., 1971

7. Немилов Е.Ф. “Электроэрозионная обработка материалов”, Л., изд-во

“Машиностроение”, 1989 г.