9. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов

Развитие этих методов было обусловлено:

• появлением ряда конструкционных материалов, обработка которых традиционными методами была невозможна или весьма непроизводительна, - обеспечением новых условий и возможностей формообразования,

недоступных традиционным методам резания и шлифования,

• высокой производительностью, значительно превышающей производительность "обычных" методов обработки.

Классификация методов

Электроразрядные Электрохимические Ультразвуковые Лучевые

(Электроэрозионные, (Лазерные, электроконтактные, электронно-лучевые, абразиво-эрозионные) плазменные)

9.1 Электроэрозионная обработка

Электроэрозионные методы основаны на явлении электрической эрозии - разрушения электропроводящих материалов в результате теплового действия импульсных электрических разрядов между электродом-инструментом и электродом- заготовкой.

При приближении электрода - инструмента к заготовке и достаточно высокой разности потенциалов между ними происходит электрический (искровой) разряд, температура в канале которого достигает 10000°С. Микрообъемы материала заготовки и инструмента в зоне разряда плавятся и частично испаряются (рис.9.1).

Роль межэлектродной жидкости для протекания процесса чрезвычайно важна. За счет ее нагрева в канале искрового разряда создаются ударные волны, воздействующие на поверхность электродов в зоне расплава и выбрасывающие капли металла в окружающую жидкость. Выброшенный расплавленный металл с поверхности электродов не может привариться к противоположному электроду, так как застывает в жидкости в виде мельчайших гранул. Таким образом, при данном процессе обрабатываются оба электрода - заготовка и инструмент. Естественно, электрод-инструмент следует изготавливать из материала, хорошо сопротивляющегося эрозионному разрушению. К таким материалам относятся электропроводные материалы с высокой температурой плавления и теплопроводностью (графит, вольфрам, медь ...).

Так как в месте разряда на электродах образуются кратеры, то следующий разряд произойдет в другом месте, там, где расстояние между электродами меньше. При протекании процесса автоматически поддерживается определенный зазор между электродами и профиль инструмента (если считать, что он не изнашивается) копируется в профиле заготовки в виде некоторой эквидистантной поверхности.

При проведении процесса специальная следящая система движения электрода-инструмента обеспечивает отсутствие его механического контакта с заготовкой, поддерживая среднюю величину зазора близкой к величине, при которой происходит электрический (искровой) пробой промежутка. Так как величина напряжения между электродами обычно невелика (200-300В), то и величина зазора достаточно мала (5-300мкм), что позволяет с большой точностью копировать профиль инструмента.

Рис.9.1

Технологические возможности метода 1.Обрабатываемый материал.

На ход процесса совершенно не влияет твердость материала заготовки, что позволяет обрабатывать твердые и сверхтвердые электропроводные материалы (т.е. практически любые металлы).

2.Размеры, форма поверхностей.

Размеры обрабатываемых поверхностей принципиально не ограничены. Технологические задачи, решаемые таким методом обработки, обусловили выпуск оборудования, позволяющего обрабатывать заготовки с максимальными габаритами менее 1м. Форма обрабатываемой поверхности может быть сколь угодно сложной и зависит от профиля

электрода инструмента при реализации процессов копирования (рис.9.1а,в) или задаваться программой перемещения электрода при реализации схемы профильной вырезки электродом-проволокой (рис.9.1б).

3.Точность и шероховатость поверхностей. Отсутствие значительных силовых нагрузок на заготовку и инструмент в процессе обработки позволяет получать точность до 4-5 квалитетов. Шероховатость поверхности зависит от размеров кратеров, образующихся при каждом элементарном разряде. Уменьшая мощность разрядов можно достичь шероховатости до Ra 0,1. Уменьшение мощности разрядов приводит к падению производительности обработки. Поэтому процесс часто проводят в два этапа: на черновых режимах удаляют основную массу припуска, а затем на пониженных режимах достигают заданной шероховатости поверхности.

НЕДОСТАТКОМ процессов электроэрозионной обработки являются значительные энергозатраты, на порядок и более превышающие энергозатраты при обработке резанием. Поэтому процесс следует применять только в тех случаях, когда обработка резанием невозможна.

Типичные области применения процесса:

-производство штампов и прессформ для изготовления изделий

сложной формы , например, турбинных лопаток,

-обработка штампов из металлокерамических и других твердых материалов, обработка резанием которых невозможна,

-обработка сложнопрофильных матриц для реализации процесса прессования.