В современных учебных планах образовательных учреждений
advertisement
ВВЕДЕНИЕ Развитие машиностроения связано с успешной разработкой и применением принципиально новых, более экономичных, производительных и технически совершенных методов технологии, в том числе основанных на использовании электрофизических и электрохимических явлений. При обработке давлением и точном литье используют штампы, литейные формы, прессформы и другие подобные изделия сложной конфигурации, весьма трудоемкие в изготовлении. Отверстия, щели и фасонные прорези сверхмалых размеров, а также соединительные каналы, расположенные в труднодоступных местах, часто не могут быть обработаны на металлорежущих станках из-за несоответствия между малой жесткостью и прочностью инструмента и возникающими большими силами резания, либо из-за невозможности изготовления инструмента нужных размеров и форм. Во всех указанных случаях эффективно используют электрофизические и электрохимические методы размерной обработки материалов. Отечественной промышленностью выпускается большое количество разнообразных станков для электрофизической и электрохимической обработки, которыми оснащаются механические цехи машиностроительных предприятий. Наша страна занимает ведущее место в области электрофизических и электрохимических методов размерной обработки, а приоритет открытия большинства методов электрофизической и электрохимической обработки принадлежит советским ученым и специалистам. Книга является выпуском серии «Библиотека станочника». В ней кратко рассмотрены механизмы процессов электрофизической и электрохимической обработки материалов, показаны эффективность и точность различных методов, описаны необходимое оборудование, инструмент, современные станки, правила их эксплуатации. Под электрофизическими и электрохимическими методами размерной обработки понимают совокупность электрических, электромагнитных и электрохимических процессов и методов непосредственного одновременного или в различных сочетаниях теплового, механического или химического воздействия на твердое тело с целью придания ему заданных формы и размеров. В соответствии с принятой классификацией применяемые в промышленности электрофизические и электрохимические методы обработки можно разделить на четыре группы. Первая группа охватывает электроэрозионные методы обработки токопроводящих: материалов, основанные на использовании энергии электрических разрядов, возбуждаемых между инструментом и заготовкой. Электроэрозионные методы обработки принято подразделять на электроискровые и электроимпульсные. Вторая группа методов, также используемых для обработки токопроводящих материалов, включает лучевые способы обработки, основанные на воздействии на заготовку концентрированных лучей с высокой плотностью энергии. Сюда относится обработка световыми, электронными или ионными лучами. К третьей группе относятся методы импульсного ударного воздействия на заготовку частиц абразива с частотой ударов, соответствующей ультразвуковому диапазону. Эти методы используют для обработки твердых, хрупких, а также нетокопроводящих материалов. Четвертая группа объединяет электрохимические методы, основанные на явлении анодного растворения, заключающегося в том, что электрод, подключенный к положительному полюсу — аноду, растворяется. К основным преимуществам электрофизических и электрохимических методов размерной обработки материалов можно отнести: 1) практическую независимость производительности процесса обработки от твердости и вязкости обрабатываемого материала; 2) возможность отображения (копирования) инструмента сложной формы сразу по всей поверхности заготовки при простом поступательном движении инструмента; 3) возможность осуществления обработки практически без силового воздействия на заготовку; 4) легкость автоматизации процесса обработки и возможность осуществления многостаночного обслуживания. Характеристики электрофизических и электрохимических методов размерной обработки приведены в табл. 1. Таблица 1 Характеристика электрофизических и электрохимических методов размерной обработки Вид обработки Электроэрозионная Светолучевая Электронно-лучевая Ультразвуковая Электрохимическая Максимальная скорость съемки металла, мм³ \мин 10000 5 6 600 40000 Достижимая точность, мм 0,01 0,005 0,005 0,005 0,05 станок Мощность, Стоимость, кВт Р. 10 5 3 8 120 10000 5000 15000 4000 20000 ГЛАВА ПЕРВАЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭРОЗИИ Разрушение металлов электрическими разрядами, возникающими в результате пробоя диэлектрического промежутка между «электродами, называют электрической эрозией. Управляемая электрическая эрозия положена в основу нескольких методов обработки, различающихся названиями, технологическими характеристиками, схемами и другими признаками. Явления, происходящие при электрических разрядах в межэлектродном промежутке, весьма сложны и являются предметом специальных исследований, поэтому здесь рассмотрена лишь простейшая схема процесса удаления металла посредством электрической эрозии. К электродам 1 и 2 (рис.1,а) подведено напряжение, которое создает электрическое поле в межэлектродном промежутке 3. При сближении электродов до расстояния, достаточного для пробоя межэлектродного промежутка, возникает электрический разряд в виде узкого токопроводящего канала. Для повышения интенсивности разряда электроды погружают и диэлектрическую жидкость 4 (керосин, минеральное масло и др.) На поверхности электродов имеются микронеровности различной величины. Рис 1. Схема разрушения металла импульсными разрядами электрического тока: a-начало обработки: 1 — электрод-анод; 2 — электрод-катод; 3 — межэлектродый промежуток; 4 - диэлектрическая жидкость; б - отображение формы катода в аноде после обработки Рис. 2. Микрорельеф поверхности и схема разряда между электродами: 1-катод; 2 —микропорция металла, выплавленная на поверхности катода; 3 — газовый пузырь; 4 — расплавленные частицы металла; 5 — частицы металла, застывшие в рабочей жидкости; 6 — рабочая жидкость; 7 — анод; 8 — микропорция металла, выплавленная на поверхности анода; 9 — канал разряда . 8 Напряженность электрического поля будет наибольшей между двумя наиболее близкими друг к другу выступами на поверхностях электродов (рис. 2), поэтому именно здесь происходит нарушение электрической прочности жидкости и возникает электрический пробой промежутка. Образуется плазменный канал разряда. Благодаря высокой концентрации энергии в зоне разряда развивается температура в тысячи и десятки тысяч градусов. Металл на поверхности электродов плавится и испаряется. Капли расплавленного металла в результате движения потока жидкости в рабочей зоне в виде ударной волны выбрасываются за пределы электродов и застывают в окружающей электроды жидкости в виде мелких частиц сферической формы. При электрическом разряде в жидкости возникает газовый пузырь, который расширяется и своими стенками также захватывает и выносит частицы металла из межэлектродного промежутка. От взаимодействия жидкости с участками электродов, нагретых до температуры 100— 400 º С, образуются гнезда пузырьков пара, а на границах плазменного канала разряда происходит пиролиз диэлектрической жидкости. В результате в жидкости образуются газы, а также асфальтосмолистые вещества, отлагающиеся на частицах металла и способные при нагреве образовывать прочную спекающуюся массу. Из газовой среды выделяется углерод, отлагающийся на нагретых поверхностях электродов в виде тонкой пленки кристаллического графита. В месте действия импульса тока на поверхностях электродов остаются небольшие углубления — лунки, образовавшиеся вследствие удаления разрядом некоторого количества металла. Величина лунки при прочих равных условиях зависит от количества энергии, выделяемой в разряде, длительности импульса, а также от того, каким образом происходит удаление из лунки продуктов эрозии. Возможно несколько вариантов выброса металла из лунки. Наибольший эффект с точки зрения съема металла обеспечивается тогда, когда ударная волна порождена разрядом, поразившим естественный исходный материал заготовки. При этом из зону разряда выносятся как вновь образовавшиеся частицы метал; так и частицы, образовавшиеся ранее. Если разряд попадает группу частиц, оставшихся в межэлектродном промежутке предыдущих разрядов, то съем металла близок к нулю, а эвакуационная волна наименее эффективна. Остальные варианты выброса металла по эффективности располагаются между этими крайними вариациями. В табл. 2 приведена зависимость величины эрозии стального электрода от энергии и длительности одиночного импульса. Та б л и ц а 2 Зависимость величины эрозии стального электрода (анода) от энергии и длительности одиночного импульса Характеристика импульса Размер лунки Энергия, Длительность, Глубина, мм Диаметр, мм Объем, м³ Дж мкс 0,001 9 0,015 0,1 0,000078 0,1 40 0,025 0,75 0,0074 1,0 60 0,042 1,65 0,06 2,0 1500 0,050 2,00 0,10 После разряда в течение некоторого времени происходит остывание столба канала и деионизация вещества плазмы в межэлектродном промежутке. Электрическая прочность межэлектродного промежутка восстанавливается. Время деионизации жидкого диэлектрика составляет 10-6—10~2 с . Оно зависит от энергии предшествующего разряда. Следующий разряд обычно возникает в новом месте, между двумя другими ближайшими точками электродов. Длительность интервалов между импульсами должна быть достаточной для удаления из зоны разряда продуктов эрозии, а также газового пузыря, являющегося главным препятствием для возникновения, следующего разряда. В связи с этим частота разрядов с возрастанием их энергии снижается. Так происходит до тех пор, пока разряды не удалят с поверхности электродов все участки металла, которые находятся на расстоянии пробоя при величине приложенного напряжения . когда расстояние между электродами превысит пробивное, для возобновления разрядов электроды должны быть сближены. обычно электрод сближают в течение всего времени обработки, чтобы электрические разряды не прекращались. Если поверхность одного электрода меньше, чем поверхность другого, то под действием .непрерывно повторяющихся разрядов происходит разрушение большего электрода на участке, воспроизводящем форму меньшего электрода (см. рис. 1,6). Величина межэлектродного промежутка, энергия и частота электродов, степень насыщения промежутка продуктами эрозии оказывают решающее влияние на развитие электрических импульсных процессов и создаваемый ими эффект. Параметры рабочих импульсов. Основными параметрами электрических импульсов, подаваемых к межэлектродному промежутку, являются их частота повторения, длительность, амплитуда и скважность, а также форма, определяющие максимальную мощность и энергию. Форма и параметры импульсов оказывают существенное влияние на износ электрода-инструмента, производительность и шероховатость обработанной поверхности. Обозначим частоту повторения импульсов, т. е. их число и секунду, через f. Тогда Т=‡ будет являться периодом. Он определяет промежуток времени, через который следует очередной импульс (рис. 3,а). Период Т состоит из двух частей— длительности импульса t-a и интервала (паузы) между двумя смежными импульсами tu (рис. 3,6). Импульс характеризуется амплитудным значением (или амплитудой) напряжения и тока (Um и Im). Это максимальные значения, которые приобретают напряжение и ток за время импульса. При электроэрозионной обработке амплитуда напряжения изменяется от нескольких вольт до нескольких сотен вольт, а амплитуда тока от доли ампера до десятков тысяч ампер. Скважностью импульса q называют отношение периода Т к длительности импульса tK. Диапазон скважностей при электроэрозионной обработке заключен в пределах от 1 до 30. Форма импульсов может быть различной. Напряжение и ток могут изменяться по гармоническим кривым. График напряжения и тока может быть остроугольным, прямоугольным или пилообразным или другой, более сложной формы. Форма импульса зависит от выходных параметров установки, формирующей импульсы (генератора импульсов), а также от параметров электрической цепи, к которой подключены электроды. Хотя импульсы тока образуются под действием импульсов напряжения, формы импульсов напряжения итока в точности не соответствуют друг другу, а часто имеют существенное различие. Это объясняется влиянием емкости и индуктивности электрических цепей, а также сдвигом процессов по времени (ток, имеющий практическое значение для электроэрозионной обработки, начинает протекать через межэлектродный промежуток тогда, когда напряжение уже достигает величины, достаточной для пробоя промежутка). Чем больше площади графиков, охватываемые кривой тока и кривой напряжения , тем большую энергию несет импульс Рис 3.импульсы напряжения и тока. U-напряжение на электродах I-ток в межэлектродном промежутке Полярный эффект и полярность импульса. Высокая температура в канале разряда и происходящие динамические процессы вызывают эрозию обоих электродов. Повышение эрозии одного электрода по сравнению с другим электродом называется полярным эффектом. Полярный эффект определяется материалом электродов, энергией и длительностью импульсов, знаком подведенного к электроду потенциала. Процессы изменения напряжения и тока имеют колебательный характер относительно их нулевого значения. При электроэрозионной обработке принято считать рабочей или прямой полярностью импульса ту его часть, которая вызывает наибольший эффект обрабатываемой заготовки, а обратной — часть импульса, вызывающую усиленную эрозию электрода-инструмента. Обрабатываемую заготовку присоединяют к тому полюсу, эффект эрозии которого в данных условиях больше. К противоположному полюсу присоединяют электрод-инструмент. Например, при коротких импульсах электроискровой обработки энергия преимущественно поступает на анод, в качестве которого здесь следует использовать заготовку (прямая полярность). При увеличении длительности наступает перераспределение теплового потока на электродах. Это приводит к тому, что при определенных режимах электроимпульсной обработки эрозия анода становится меньше, чем эрозия катода. В этом случае следует применять обратную полярность, используя заготовку в качестве катода. Электроэрозионная обрабатываемость. Эффект эрозии различных металлов и сплавов, производимый одинаковыми по своим параметрами электрическими импульсами, различен. Зависимость интенсивности эрозии от свойств металлов называют электроэрозионной обрабатываемостью. Различное влияние импульсных разрядов на металлы и сплавы зависит от их теплофизических констант: температур плавления и кипения, теплопроводности, теплоемкости. Если принять электроэрозионную обрабатываемость стали за единицу, то электроэрозионная обрабатываемость других металлов (при тех же условиях) может быть представлена в следующих относительных единицах: вольфрам — 0,3; твердый сплав — 0,5; титан — 0,6; никель —0,8; медь— 1,1; латунь—1,6; алюминий — 4; магний— 6 (указанные данные справедливы только при конкретных условиях: энергия импульса 0,125 Дж, длительность 14-10־6 с, частота 1200 1/с, амплитуда тока 250 А). Рабочая среда. Большинство операций при электроэрозионной обработке производят в жидкости. Она обеспечивает условия, необходимые для удаления продуктов эрозии из межэлектродного промежутка, стабилизирует процесс, влияет на электрическую прочность межэлектродного промежутка. Жидкости, пригодные для электроискровой обработки, должны обладать соответствующей вязкостью, электроизоляционными свойствами, химической устойчивостью к действию разрядов и быть безопасными в эксплуатации. Рис 4.Влияние диэлектрической среды на величину пробивного напряжения и межэлектродный промежуток : 1-воздух; 2керосин;3-трансформаторное масло На рис. 4 показаны графики влияния свойств диэлектрической среды на величину межэлектродного промежутка и величину пробивного напряжения. При работе жидкость загрязняется металлическими частицами и продуктами ее разложения, что приводит к значительному снижению электрической прочности и к увеличению среднего значения межэлектродного промежутка. Графики показывают целесообразность применения в качестве диэлектрической среды нефтепродуктов. При относительно равной производительности обработки в среде, например, трансформаторного и веретенного масла предпочтение следует отдать последнему, так как температура его вспышки выше (165"С по сравнению с 135°С). Керосин применяют при прошивании отверстий малого диаметра, когда низкая вязкость среды особенно важна. В ходе обработки увеличиваются зольность и вязкость рабочей жидкости, поэтому ее не обходимо периодически заменять. Так, индустриальные масла необходимо заменять при увеличении зольности до 1,23% (в незагрязненных маслах она равна 0,007%) и вязкости до 20 см²/с. В табл. 3 приведены характеристики выполняемых работ и рекомендуемые рабочие жидкости. Производительность электроэрозионной обработки зависит от большого числа факторов: электроэрозионной обрабатываемости мощности, реализуемой в межэлектродном промежутке; рабочей среды; правильного выбора материала электрода-инструмента. Термин «производительность», употребляемый в технологии электроэрозионной обработки для характеристики интенсивности процесса по удельному съему металла, не всегда однозначен представлению о производительности в единицах выпуска продукции Так, например, при прошивке отверстия в заготовке полым сплошным электродом длительность изготовления одной детали и таким образом, производительность в штуках будет различной хотя объем удаленного металла из заготовки может быть одинаковым. Не будет пропорциональным штучной производительности и объем металла, непосредственно разрушенный в электроискровом промежутке. При большой площади электродов в промежутке между ними всегда оказывается большое количество участков, подготовленных для прохождения импульсов тока, что способствует повышении производительности обработки. При этом необходимо увеличение выходной мощности генератора импульсов. При малой рабочей площади электрода-инструмента высокая производительность недостижима из-за невозможности подведения большой мощности, так как обильное выделение газов и большое число отделившихся частиц разрушающихся электродов прерывают нормальный процесс обработки. Таблица 3 Рекомендуемые рабочие жидкости. Рабочая жидкость Характеристика вид Вязкость ТемпеВыполняемых работ импульсов При 50ºС, ратура м²\с вспышк и, С Керосин 40 Точная обработка Малая осветительный сложнопрофильных длительность, поверхностей средних большая размеров, прошивка скважность малых отверстий. при малой и средней То же, при больших мощности. Керосин 90 обрабатываемых То же, при осветительный поверхностях. несколько тяжелый(пиронафт). большей Обработка поверхностей мощности. Топливо дизельное (2,5-8,0)*1090 средней сложности. То же, при 4 С и ДС. средней сложности. Масла (10-30)*10-4 Высокопроизводительная Большая индустриальные обработка поверхностей длительность, марок: больших размеров малая трансформаторное, невысокой точности, скважность, веретенное, последующая их высокая машинное. обработка на доводочных частота при режимах. средней мощности генератора импульсов Масло 165-190 То же То же индустриальное селективной очистки : И-12А; И-20А, И-30А Вода и водные Обработка заготовок, не Малая эмульсии допускающих длительность, загрязнений, резка средняя твердых сплавов скважность проволочным при малой инструментом, грубая мощности резка и обдирка генератора вращающимся импульсов; электродомобработка на инструментом переменном токе при большой мощности Увеличение вязкости рабочей жидкости замедляет выведение из межэлектродного промежутка продуктов эрозии и снижает производительность. Уменьшение вязкости, по сравнению рекомендуемой также снижает производительность, так как снижается захват жидкостью продуктов эрозии и вынос их из межэлектродного промежутка. В табл. 4 показано изменение производительности обработки в зависимости от выбранных режимов и мощности обработки (материал заготовки — сталь 45, материал инструмента — графит марки ЭЭГ, рабочая среда — керосин, импульсы — гребенчатой формы). Таблица 4. Изменение производительности в зависимости от выбранных режимов обработки Режимы обработки Производите Площадь обработки, Частот Рабочи Среднее Среднее Скважность льность, 3 Мм \мин мм3 а, кГц й ток, напряжени рабочее А е напряжение, холостого В хода,В 8 40 88 30 1,6 180 1500 22 20 105 35 2,0 150 1500 66 10 135 35 3,5 128 1000 88 10 150 40 3,5 46 500 200 5 145 45 3,5 35 250 С повышением частоты импульсов и снижением рабочего тока стабильность рабочего процесса ухудшается. Это вызывает необходимость увеличить скважность импульсов. Применение прямо угольных импульсов существенно повышает производительность. Производительность обработки можно повысить, если применять принудительное удаление продуктов эрозии из межэлектродного промежутка. Для этого в межэлектродный промежуток под давлением нагнетают жидкость (рис. 5). Хорошие результаты дает наложение вибраций на электрод-инструмент, а также вращение одного или обоих электродов. Давление жидкости зависит от глубины отверстия и величины межэлектродного промежутка. Рис. 5. Схема подвода жидкости в межэлектродный промежуток через полый электрод при прошивании отверстия Скорость внедрения электрода-инструмента в заготовку с увеличением глубины обработки здесь не снижается, как при обработке без принудительной подачи жидкости. Создание вибраций прямолинейно перемещающегося электрода-инструмента также способствуем удалению продуктов эрозии, но в меньшей степени, чем нагнетание жидкости. Вибрации особенно необходимы при электроискровой обработке глубоких отверстий малого диаметра и узких щелей. Большинство электроэрозионных станков снабжено специальной вибрационной головкой. Качество поверхности и точность обработки. Металл электродов подвергается хотя и локальному, кратковременному, но весьма интенсивному электротермическому воздействию. Наивысшая температура существует на обрабатываемой поверхности и быстро уменьшается на некотором расстоянии от поверхности. Большая часть расплавленного металла и его паров удаляется из зоны разряда, но некоторая часть остается в лунке (рис 6 ). Рис. 6. Лунка, полученная в результате воздействия единичного импульса: 1 — пространство, оставшееся после выплавления металла; 2 — белый слой; 3 — валик вокруг лунки; 4 — обрабатываемая заготовка; D л, H л — диаметр и глубина лунки При застывании металла на поверхности лунки образуется пленка, по своим свойствам отличающаяся от основного металла. Поверхностный слой в расплавленном состоянии активно вступает в химическое взаимодействие с парами и продуктами разложения рабочей жидкости, образующимися в зоне высоких температур. Результатом этого взаимодействия является интенсивное насыщение металла компонентами, содержащимися в жидкой среде, а также веществами, входящими в состав электродаинструмента. Таким образом, в поверхностный слой могут быть внесены титан, хром, вольфрам и т. д. При электроэрозионной обработке стальных заготовок в среде, состоящей из жидких углеводородов (керосин, масло), поверхностный слой насыщается углеродом, т. е. образуются карбиды железа. Интенсивный теплоотвод из зоны разряда через прилегающие к ней массы холодного металла и рабочую жидкость создает условия для сверхскоростной закалки, что одновременно с науглероживанием приводит к образованию очень твердого слоя. Закаленный поверхностный слой стали обладает повышенной стойкостью истирание и меньшим, чем у нетермообработанной стали, коэффициентом трения. Структура поверхностного слоя существенного отличается от структуры основного металла и схожа со структурой отбеленного слоя, возникающего на поверхности некоторых чугунов. Поэтому этот слой получил название «белый слой».Глубина белого слоя зависит от энергии импульсов, их длительности и теплофизических свойств обрабатываемого материала. При длительных импульсах тока большой энергии глубина белого слоя равна десятым долям миллиметра, а при коротких импульсах — сотым долям миллиметра и микрометрам. Вследствие хрупкости и неравномерной плотности белого слоя в большинстве случаев он является дефектным. Он снижает прочностные свойства основного металла, так как при знакопеременных нагрузках в нем легко возникают трещины, которые могут распространиться в глубь детали. В поверхностном слое заготовки возможно возникновение остаточных напряжений, обусловленное тепловыми процессами на поверхности. Величина и глубина распространения остаточных напряжений зависят от параметров импульсов, теплофизических свойств обрабатываемого материала и физико-химических свойств, оплавленного поверхностного слоя. рис 7. Профиль поверхности, обработанной импульсами тока. Остаточные напряжения возрастают с увеличением энергии импульсов или их длительности. При определенных режимах обработки в зависимости от материала заготовки остаточные напряжения могут превышать предел его прочности, вызывая образование сетки микротрещин. Поэтому при изготовлений деталей, предназначенных для работы с большими нагрузками, следует удалять дефектный слой. Для полного восстановления прочности и выносливости деталей необходимо удалять припуск, равный примерно удвоенной глубине оплавленного слоя. Но нет необходимости всегда полностью удалять поверхностный слой после электроэрозионной обработки. Во многих случаях удаляют только ту его часть, которая непосредственно снижает эксплуатационные характеристики, например, слой, в котором образуется сетка микротрещин. Различные виды обработки, последующей после электроэрозионной обработки, например, электрополирование, виброгалтовка, термообработка и др. могут существенно уменьшить остаточные напряжения в поверхностном слое или даже изменить их знак, благодаря чему усталостная прочность детали может быть получена практически такой же, как и при обработке резанием. Износостойкость деталей, полученных электроэрозионной обработкой, благодаря наличию белого слоя повышается и значительно превышает (до 1,5 раз) износостойкость деталей, полученных механической обработкой резанием. Это имеет существенное значение, например, для получения стальных штампов, Усталостная прочность деталей, полученных электроэрозионной обработкой, несколько снижается. Профиль обработанной поверхности представляет собой результат наложения друг на друга лунок, образованных под действием единичных электрических разрядов, разрушающих материал заготовки (рис. 7). Таким образом, обработанная поверхность, будет иметь большую или меньшую шероховатость. Геометрические размеры образованных при обработке лунок можно определить по следующим эмпирическим формулам: Dл=К1W⅓ ; Нл=К2W⅓ где Dл — диаметр лунки, мкм; Нл — глубина лунки, мкм;: W — энергия импульса, мкДж; К1, К2— коэффициенты, зависящие от материала электродов и состава рабочей среды (при медных, электродах при обработке в керосине К1 = 4, К2=0,45). Среднюю высоту неровностей, образующихся в результате воздействия на поверхность заготовки серии импульсов тока, определяют по формуле: Rz≈⅓Нл. Для достижения наивысшей производительности и получения требуемой шероховатости обработку следует производить в несколько переходов. Сначала импульсами большой энергии удаляют основную массу металла. Затем при постепенном снижении ни импульсов осуществляют сглаживание и окончательную отделку поверхности. Режимы обработки по своим технологическим показателям принято разделять на черновые или обдирочные, истовые и отделочные. Диапазоны режимов, применяемых для обработки, очень широки. В табл. 5 приведены обобщенные данные о режимах электроэрозионной обработки стали и получаемой шероховатости обработанной поверхности. Таблица 5 Режимы обработки и шероховатость обработанной поверхности режим импульсы Интенсивность Высота съема металла, микронеровностей Длительность, Частота, с-1 3 мм \мин Rz, мкм мкс Черновой 1000-100 50-30000 30000-100 Чистовой 500-200 1000-10000 отделочный 20 и менее 3000 и более К основным первичным погрешностям электроэрозионной обработки относят следующие: Δк— погрешности, возникающие вследствие поперечных колебаний инструмента; Δуп — погрешности, являющиеся следствием статических упругих колебаний системы СПИД (станок—приспособление—инструмент—деталь); Δуз — погрешности установки заготовки на станке; Δу.и — погрешности установки инструмента; Δс — погрешности, обусловленные геометрической неточностью станка; Δи.и — погрешности, обусловленные неточностью изготовления инструмента; Δи — погрешности, обусловленные износом инструмента; Δт — погрешности температурных деформаций; Δо — погрешности, вызванные внутренними остаточными напряжениями; Δм — погрешности, обусловленные наличием межэлектродного электрического промежутка. Погрешности Δк возникают при вибрации инструмента вдоль направления подачи, влияют на точность обработки. Эти погрешности зависят от жесткости системы инструмент—шпиндель—вибратор, от масс и конструкций этих элементов. Погрешность Δк может составлять 0,01—0,05 мм. Погрешность Δуп в отличие от аналогичной погрешности механической обработки не зависит от режима обработки. Она возникает изза отклонения оси шпинделя, что вертикального положения и неуравновешенности массы инструмента относительно оси шпинделя, что приводит к упругим деформациям в системе инструмент—шпиндель. Эта погрешность составляет, как правило, небольшую величину (0,005 мм). Рис 8. зависимость формы отверстия при несовпадении положения оси электрода-инструмента с осью станка. а) б) В уравновешенных системах и при легких электродах-инструментах погрешность практически отсутствует. Первичная погрешность установки заготовки Δу .з аналогична подобной погрешности при механической обработке. При совмещенных установочной и измерительных базах и при индивидуальной выверке заготовок перед их обработкой погрешность Δу.з может быть устранена. Погрешность установки инструмента Δу. и зависит в основном от параллельности геометрической оси 1 инструмента и направления подачи Sпр (рис 8). Погрешность Δу.и составляет 0,01—0,015 мм. Первичная погрешность Δс определяется отклонением оси шпинделя от перпендикуляра к опорной поверхности стола. Для уменьшения Δс,. копировально-прошивочных станков устанавливают жесткие допуски на перпендикулярность геометрической оси их шпинделя опорной поверхности стола. Погрешности Δс составляют 0,015—0,02 мм и могут быть найдены по нормативам точности станка. Первичная погрешность Δи. и определяется допусками на размеры инструмента, которые устанавливаются по допускам на размеры детали (Δи.и=0,015-0,1 мм). Первичная погрешность Δи, вызванная износом инструмента, зависит от эрозионной стойкости материала инструмента, режима обработки и глубины внедрения инструмента. Для уменьшения погрешности Δи используют следующие способы: 1) применяют схему обработки с круговым поступательным движением электрода-инструмента; 2) калибруют прошитое отверстие неизношенной частью инструмента; 3) применяют многоступенчатый электрод-инструмент — заготовку последовательно обрабатывают каждой ступенью инструмента, смягчая режим (черновой, чистовой, доводочный); 4) производят смену электродов-инструментов при изменениях режима, используя работавшие инструменты на менее грубых режимах. Первичная погрешность Δт обусловлена нагревом технологической системы, что приводит к изменению ее линейных размеров. Увеличение расчетного размера вследствие нагревания детали Δlт = lатΔ0, где l — расчетный размер; ат — коэффициент линейного расширения; Δ0 — разность температур в конце и начале процесса обработки. При определении величины Δlт необходимо учитывать и изменение размеров заготовки вследствие нагрева. Первичная погрешность Δо возникает при обработке заготовок пониженной жесткости. Заготовка может деформироваться от напряжений поверхностного слоя, на отдельных участках приближаться к электроду-инструменту и подвергаться излишней эрозии. Эту погрешность исключают, переходя к менее жестким режимам ( с небольшими значениями энергии и длительности импульсов). Погрешность Δм обусловлена нестабильностью процессов в межэлектродном промежутке, особенно при изменении режимов обработки и соответственно изменении межэлектродного промежутка. Тщательная фильтрация рабочей жидкости, переход от более жестких режимов к чистовым и доводочным позволяют существенно уменьшить эту погрешность. Указанные погрешности имеют как случайный характер, так и систематический. Систематические погрешности Δсист = Δи + Δт. Иные рассмотренные погрешности можно отнести к случайным. Погрешности в направлении вертикальной и горизонтальной подачи различны, так как при этом действие составляющих, первичных погрешностей различно. Суммарная погрешность в направлении вертикальной подачи Где К-коэффициент, учитывающий отклонение закона распределения погрешностей от закона нормального распределения (К=1,2-1,5). Суммарная погрешность в направлении горизонтальной подачи На электроэрозионных станках нормальной точности суммарная погрешность обработки изменяется в пределах от 0,04 до 0,4.Повышение жесткости, применение точных отсчетных позволяют уменьшить суммарную погрешность 0,02 мм. Обобщенные данные о суммарной погрешности обработки электроэрозионным методом приведены в табл. 6. Расчет припусков на электроэрозионную обработку. Минимальный припуск на обработку может быть определен по следующей формуле: Zmin=(Ra+ha)+(pa+Δуст), Где Ra-средняя высота микронеровностей, полученная на предшествующем переходе; ha — глубина дефектного слоя, полученная на предшествующем переходе; ра—сумма пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей; Δуст — погрешность при обработке, Припуск на электроэрозионную обработку, если она следует после механической, определяют по величинам: Ra, ha и ра, приведенным в справочниках для механической обработки металлов. Когда требуется определить припуск на механическую обработку после электроискровой или на электроискровую чистовую обработку после электроискровой черновой, величины Ra и ha определяют по справочным данным технологических выходных параметров черновой электроэрозионной обработки. Таблица 6 Суммарная погрешность обработки электроэрозионным методом материал Суммарная погрешность обработки при различных диаметрах заготовки, мм Обрабатываемый сталь Жаропрочный сплав Твердые сплавы электрода 25 50 100 200 400 800 алюминий 0,04 0,05 0,06 0,11 0,20 0,40 Медь 0,04 0,04 0,045 0,06 0,16 0,16 ЭЭГ 0,04 0,05 0,055 0,07 0,16 0,32 Медь 0,04 0,05 0,054 0,07 ЭЭГ 0,04 0,04 0,045 0,06 Пространственные отклонения взаимосвязанных поверхностей ра определяют с учетом погрешностей электроэрозионной обработки, а погрешность Δуст с учетом погрешностей механической или электроэрозионной обработки. При определении припуска на чистовой проход, выполняемый и на том же электроэрозионном станке без перестановки заготовки и инструмента, пространственные отклонения не исправляются и ра =0. При работе на чистовом режиме дефектный слой практически отсутствует (ha≈0). Если поверхностный слой удалять не требуется, то величину ha при расчете припуска также не учитывают. Размеры рабочей части электрода-инструмента корригируют по нормалям к его боковой поверхности, на величину, равную сумме межэлектродного зазора и высоты максимальных неровностей. При применении осциллирующих головок необходимо учитывать амплитуду колебаний инструмента. Коррекцию производи постепенно при изготовлении нескольких деталей или партий. Предварительные размеры электродаинструмента устанавливаю по местным боковым зазорам, которые измеряют щупом, и торцовому зазору, определяемому по индикатору. 2. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ И ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ В зависимости от условий обработки, применяемых режимов,шин и технологических приемов, а также получаемых технологических характеристик эрозионную обработку электрическим разрядами принято подразделять на электроискровую и электроимпульсную, а в зависимости от частоты повторения разрядов на низко-, средне- и высокочастотную. Электроискровая обработка основана на использовании электрических импульсных разрядов малой длительности (от долей мкс до нескольких сотен мкс) и малой энергии (до 4—5 Дж), следующих с большой скважностью и высокой частотой (до1,5*106 кГц). Обработку производят при сравнительно невысоких напряжениях, обычно не превышающих 250 В. При этих напряжениях расстояние между электродами очень невелико и составляет несколько сотых долей миллиметра. Затраты энергии на съем1 кг металла составляют 4—5 кВт*ч. Этот вид обработки применяют преимущественно для прецизионной обработки небольших деталей радиоэлектронной промышленности, топливной аппаратуры (мелкие отверстия, шлифовальные операции), вырезки фасонных контуров твердосплавных вырубных штампов непрофилированным (проволочным) электродом. При этом способе обработки достигается относительно низкая шероховатость Ra=1,2,5=2,5 мкм по ГОСТ 2789—73 и высокая точность обработки. Для получения наибольшей производительности при съеме металла с заготовки и наименьшего износа инструмента электрод-инструмент подключают к отрицательному полюсу генератора — катоду, а заготовку — к положительному полюсу — аноду. Электроимпульсная обработка представляет собой разновидность электроэрозионной обработки. Она характеризуется большей скоростью съема металла при относительно высокой шероховатости обработанной поверхности. Соответственно и режимы обработки, форма используемых при обработке импульсов имеют существенные различия. В результате увеличения вводимой в зону импульсной обработки электрической мощности, скорость съема металла по сравнению со скоростью съема при электроискровой обработке повышается в 8—10 раз. Увеличение длительности импульсов при низкой скважности и устранении обратной полуволны напряжения приводит здесь к резкому снижению износа электродаинструмента. В отличие от электроискровой обработки здесь применяется обратная полярность: анод—инструмент, катод—заготовка. Благодаря высоким скоростям съема металла при снижении относительного износа инструмента становится возможной обработка фасонных поверхностей большой площади, требующих значительного съема металла. Высокий КПД генератора импульсов, применяющегося при импульсной обработке, обеспечивает проведение обработки при пониженном удельном расходе электрической энергии. Процесс импульсной обработки, как и все электроэрозионные процессы, основан на расплавлении малых частиц металла в зоне электрических разрядов. Чем выше частота разрядов, тем ниже (при прочих равных условиях) шероховатость поверхности. Поэтому при электроимпульсной обработке используют, как правило, токи повышенной частоты, получаемые от специальных генераторов. Режимы электроимпульсной обработки отличаются от режимов электроискровой обработки применением пониженных напряжений и относительно большими значениями средних токов. Так, для генераторов импульсов типа МГИ верхний предел регулирования напряжения составляет 24—26 В, а нижний 11 —12 В. При напряжении менее 11В производительность и стабильность процесса резко снижаются. Скорость съема металла при электроимпульсной обработке зависит главным образом от силы тока. При достаточной мощности источника питания величину тока приходив ограничивать в соответствии с размерами обрабатываемой поверхности, так как повышение силы тока сверх оптимальной ведет к оплавлению заготовки, быстрому износу электродаинструмента и потере стабильности процесса. На рис. 9 показана зависимость среднего тока Iср при электроимпульсной черновой обработке площади F обрабатываемой поверхности. Необходимый режим обработки устанавливают по номограммам или рассчитывают. Например, для генераторов с частотой 400 с-1 режим по току (А) можно ориентировочно установить по следующим зависимостям при F<100 мм2 Iср= (12—15) F; при F>150мм2 Iср= (8-9) F. Чистовые режимы выбирают, исходя из необходимого качества поверхности, последовательно обрабатывая стальные детали при Iср равных 50, 30, 20, 10 и 5 А, а детали из твердых сплавов при Iср, равных 15, 12, 10 и 5 А. Заштрихованная область рис.9 соответствует значениям тока, обеспечивающим получение максимальной производительности при данных параметрах. При меньших значениях тока возможности обработки будут использоваться не полностью, при выходе за верхнюю границу устойчивость процесса нарушается. Таблица 7 Высота микронеровностей и производительность при средней низкочастотной электроимпульсной обработке Обрабатываемы Электрический Максимальная Средняя й материал режим высота производительность,мм3\мин Частот Средняя микронеровностей, мкм а, Гц сила тока, А сталь 50 50 590 90 50 300 1250 5000 400 50 580 700 400 300 530 4900 Твердый сплав 400 10 35 6-10 ВК-20 30 90 90 50 110 190 Обрабатываемость материалов при электроимпульсной обработке зависит в основном от теплофизических констант. Закаленные и незакаленные углеродистые стали обрабатываются почти одинаково. Инструментальные, штамповые и другие стали обрабатываются так же, как углеродистые. Детали из жаропрочной стали 14Х17Н2, алюминиевого сплава АЛ5-1 обрабатываются на 30-50% лучше, чем детали из углеродистых сталей. Скорость обработки твердых сплавов значительно ниже. При электроимпульсной обработке в результате воздействия дуговых импульсных разрядов на обрабатываемой поверхности образуются характерные неровности, поверхностные слои металла подвергаются тепловому воздействию. Таблица 8 Высота микронеровностей и производительность при высокочастотной электроимпульсной обработке. Обрабатываемы й материал сталь Твердый сплав ВК-20 Электрический режим Частот Средняя а, Гц сила тока, А 7 2 7 10 7 30 25 22 25 10 25 20 7 5 7 30 25 5 25 20 Максимальная высота микронеровностей, мкм Средняя производительность,мм3\мин 2 25 65 15 16 21 12 20 9 14 7-8 80 240 2-3 16 50 5 50 2 20 При электроимпульсной обработке с низкими и средними частотами (50—1000 Гц) получают поверхностис большой шероховатостью при высокой производительности. Поэтому частоты указанного диапазона используют при черновой обработке. Шероховатость поверхности и производительность, получаемые при электроискровой черновой обработке, приведены в табл.7. Чистовую обработку ведут при частоте тока 7—200 кГц. Шероховатость поверхности и производительность, получаемые при высокочастотной электроимпульсной обработке, приведены в таб.8. 3. технологические схемы и операции электроэрозионной обработки. Схемы формообразования. Формообразование деталей электроэрозионным методом можно осуществлять по следующим схемам. 1-я схема. Копирование формы профилированного электрода инструмента или его сечения. При этом обрабатываемый элемент заготовки по форме является обратным отображением рабочее поверхности инструмента. Данную операцию называют прошиванием. Существуют методы прямого и обратного копирования. При прямом копировании инструмент находится над заготовкой, а при обратном — под ней. Метод прошивания, и в частности прямого копирования, прост, и его широко применяют в промышленности. На рис. 10 показаны некоторые технологические схемы электроэрозионной обработки заготовок 1 методами прямого (а-г) и обратного (д) копирования формы профилированного электрода 2. Sпр- направление подач. Рис. 10. схема формообразования копированием геометрической формы электродаинструмента 2-я схема. Взаимное перемещение обрабатываемой заготовки профилированного электрода-инструмента (рис. 11). При схеме возможны операции вырезания сложнопрофильных деталей (рис. 11, а) и разрезания заготовок 1 непрофилированными электродами 2 (рис. 11,6, в), электроэрозионного шлифования рис. 11, г) и растачивания (рис. 11,3). Sпр 3-я схема. Сочетание перемещений заготовки 1 и профилированного электрода 2 (огибание или обкат). Этот метод редко применяют, но он позволяет получить деталь сложной формы при простой форме электрода-инструмента (рис. 12). Обработка полостей штампов и пресс-форм. Операции по обработке полостей штампов и пресс-форм осуществляют на электроэрозионных копировально-прошивочных станках по схеме 1. Эти операции делят на операции по прошиванию отверстий и по образованию объемных трехмерных поверхностей (ковочных и вытяжных штампов, различных пресс-форм, объемных калибров т. д.). Перед обработкой заготовки устанавливают на станке и закрепляют зажимными устройствами. Тяжелые заготовки иногда не закрепляют. Инструмент устанавливают и закрепляют с помощью зажимных устройств и магнитных патронов или выверяя по разметке с помощью отсчетных микроскопов. рис. 12 Схема формирования обкатыванием: 1-заготовка; 2-электрод-инструмент; Sпр, Sкр- направление подачи. Для обеспечения циркуляции рабочей жидкости в теле инструмента на расстоянии 20-40мм друг от друга выполняют специальные отверствия диаметром 1,2-2,5мм (рис. 13). С целью стабилизации межэлектродного промежутка рекомендуется, чтобы расстояние между отверстиями входа жидкости и выхода (или контуром )не отличались более чем в два раза. Рис. 13. Схема обработки штампов: 1-заготовка; 2-электрод-инструмент; 3-канал для циркуляции рабочей жидкости. Режим обработки выбирают, исходя из площади обработки, и изменяют его в зависимости от изменения этой площади в процессе обработки. После предварительной обработки инструмент заменяют новым (чистовым). Не доходя до получения окончательного вертикального размера на 0,4-0,5 мм электрические режим «смягчают». Окончательную обработку ведут на чистовых высокочастотных режимах. Эти режимы определяют по необходимой шероховатости поверхности. Иногда используют более удобный показатель интенсивности процесса — линейное перемещение электрода-инструмента. При правильном электрическом режиме для поверхности площадью 200—250 см2 эта скорость лежит в пределах от 0,3 до 0,6 мм. Для обеспечения необходимых размеров детали на черновых и получистовых режимах производят коррекцию размеров инструмента на величину 2 (a+Zmin), где a — величина зазора; Zmin — минимальный припуск для следующего перехода. Крупногабаритные штампы получают многоконтурной обработкой заготовок на электроэрозионных станках инструментом, состоящим из изолированных друг от друга секций, соединенных с параллельно работающими генераторами импульсов. На поверхности заготовок могут остаться небольшие буртики высотой 1—2 мм, которых не будет, если инструменту придать осциллирующее движение. Ширину изолирующих зазоров принимают равной двум межэлектродным зазорам. Эффективность внедрения твердосплавных штампов, в условиях массового производства высокая, поскольку такой штамп заменяет около 20 стальных. Износ инструмента при электроэрозионной обработке твердых сплавов достигает 20—70%, поэтому для достижения необходимой точности следует корректировать поверхность инструмента с учетом ожидаемого износа либо применять несколько инструментов, приближая заготовку к заданной форме. При массовом производстве деталей не очень высокой точности для обработки твердосплавных вставок высадочных штампов можно использовать в качестве электрода-инструмента уже обработанную деталь. Для обработки чеканочных штампов, имею несколько сочлененных поверхностей, применяют разнотипные электроды-инструменты. В табл. 9 приведена эффективность электроэрозионной обработки инструментальной оснастки и получаемая точность. При необходимости получения в штампах и пресс-формах глянцевых формообразующих поверхностей обработку на режимах, обеспечивающих высоту микронеровностей 1,25 мкм, а затем их полируют механическим способом. Таблица 9 Эффективность и точность получения оснастки электроэрозионным способом. оснастка Размеры Точность Эффективность применения обрабатываемых размеров, мм электроэрозийной обработки заготовок Ковочные штампы Мелкие До 100*100 0,05-0,1 Сокращение слесарноСредние >> 400*400 0,1-0,2 доводочных работ на 30-40%. Крупные Св.400*400 0,2-0,8 Повышение стойкости оснастки на 40%. Пресс-формы: Мелкие Средние Мелкий и средний высадочный инструмент До 100*100 >> 300*300 0,02-0,05 0,05-0,10 Снижение трудоемкости обработки в 2-5 раз - 0,02-0,05 Снижение трудоемкости обработки в 2-5 раз Литьевые формы: Мелкие Средние До 100*100 >> 500*500 0,05-0,10 0,20-0,80 Снижение трудоемкости изготовления форм на 20-30% Вытяжные штампы >> 1200*1200 0,20-0,80 Снижение трудоемкости в 1,5-2 раза Обработка элементов рабочих колес турбин и насосов. Рабочие колеса паровых и газовых турбин, а также некоторых работающих в очень тяжелых условиях, изготовляют из труднообрабатываемых материалов (коррозионностойких сталей, жарочных сплавов, тугоплавких материалов и т. п.). Особенно трудоемкая операция механической обработки межлопаточных каналов аэродинамического профиля. Электроискровая обработка позволяет легко преодолеть эти трудности. Если лопатки установлены по периметру диска (или ротора), то для обработки его устанавливают на оправке делительного приспособления, фиксируя при обработке каждого канала и последовательно поворачивая последующих каналов. Фасонную поверхность получают копированием конфигурации электрода-инструмента, который изготовляют в виде обратного отображения полости канала, но с меньшими размерами по нормали к точкам обрабатываемой поверхности. Обработку ведут электродами марок ЭЭГ или МПГ.В оптимальном режиме скорость внедрения инструмента составляет 0,5-2мм/мин. Обработку ведут последовательно на черновом и чистовом режимах, используя изношенный на чистовом режиме инструмент для черновой новой обработки. Если лопатки расположены на торце диска (рис 14,а), то электроэрозионную обработку производят инструментом (рис 14,б), набранным из секций или изготовленным монолитным, формируя одновременно все каналы. рис. 14.рабочее колесо насоса, обработанное на электроэрозионном станке, и электродинструмент Прошивание окон, щелей и отверстий. Прошивание окон, щелей и отверстий выполняют на универсальных электроэрозионных станках. К этим операциям относится прошивание окон в матрицах штампов, узких щелей в литейных формах, отверстий в электромагнитах, криволинейных отверстий, каналов в корпус машин и гидроаппаратуры, глубоких отверстий малого диаметра. Электроэрозионный метод позволяет обрабатывать элементы вырубных штампов из закаленных заготовок. Особенностями прошивания отверстий в штампах является необходимость точного сопряжения контура матрицы и пуансона, а также уменьшения влияния обратной конусности. Уменьшение конусности прошиваемого отверстия со стороны рубящей кромки матрицы достигается применением многоступенчатых электродов-инструментов, отсосом рабочей жидкости, смещением инструмента в сторону рабочей поверхности окна или приданием инструменту орбитального движения (рис. 15). При этом методе обработки межэлектродный зазор увеличивается на величину 2r, благодаря чему улучшаются условия удаления из зазора продуктов эрозии. Обработка поверхности заготовки производится различными участками электродаинструмента, благодаря чему точность и качество обработанной поверхности повышается. Контур обработанного отверстия является по отношению к кривой, по которой перемещается центр планетарного движения электрода-инструмента. Существующее оборудование позволяет получить зазор 0,03—0,08 в сопряжении пуансона и матрицы. На прецизионных станках возможно обеспечение зазора 0,01—0,02 мм. Шероховатость поверхности Ra = 1,25-2,5 мкм. Рис 15 Для обеспечения более точного совпадения сложнофасонных профилей пуансона и матрицы применяют следующий технологический прием. Электрод-инструмент представляет собой пластинку толщиной 5 мм (рис. 16,6), с его помощью из твердосплавной заготовки изготавливают пуансон (рис. 16,в). Затем с помощью пластины делают пуансон-электрод, который используют для изготовления матрицы (рис. 16,а). Таким образом, в качестве электрода-инструмента для изготовления пуансона и служат один и тот же инструмент, поэтому ошибки, которые были заложены в нем при изготовлении, полностью переносятся на промежуточный электрод-инструмент и матрицу. Точность сопряжения деталей повышается. Для обеспечения минимального зазора между пуансоном и матрицей пуансон можно делать более высоким, чем это требуется, а затем часть его снять. Глухие отверствия выполняют за несколько переходов, производя замену электродов и последовательно «смягчая» режимы обработки, заканчивая обработку доводочным режимом. электроэрозионным способом прошивают щели шириной 0,4-0,8мм, глубиной до 20 мм или щели шириной 2,5—10 мм, глубиной до 100 мм. Для обеспечения удаления продуктов эрозии из межэлектродного промежутка электрод-инструмент делают | Тобразной формы или уменьшают толщину хвостовой части по рабоче:й частью на несколько десятых долей миллиметра. Прошивания щелей составляет 0,5—0,8 мм/мин, шероховатость обработанной поверхности до Rа = 2,5 мкм. Получить отверствия в постоянных магнитах механическим практически невозможно из-за высокой твердости (HRC) магнитных материалов. Отверстия диаметром 3-10 мм в магнитных материалах получают прошиванием на универсальных электроэрозионных станках. Средняя производительность при прошивании, например, отверстия диаметром 6,5 мм в сплаве ЮНДК35К5 составляет 20—25 мм3/мин (при подаче около 0,5 мм/мин). Высота микронеровностей обработанной поверхности Ra=40-20 мкм, глубина измененного слоя 0,06—0,2 мм в зависимости от режима обработки. На рис.17 приведена схема прошивания криволинейного отверствия. Для выполнения этой операции шпиндель станка через предающийся вокруг оси 2, связан с криволинейным электродом-инструментом 3, который при повороте внедряется в заготовку 4, образуя в ней криволинейное отверстие. Рис. 17. Схема отверстия прошивания криволинейного Большой практический интерес представляют возможности обработка глубоких цилиндрических отверстий. Здесь получение отверстия возможной глубины и заданного диаметра зависит от вида электрода-инструмента обеспечивающего ту или иную интенсивность обмена рабочей среды в межэлектродном промежутке. При прошивании отверстия сплошным электродом (рис. 18, а) предельная глубина их характеризуется кривой 1. Кривая 2 характеризует относительное снижение производительности Q обработки (по сравнению с начальной) для электрода диаметром d=Q,5 мм , а кривая 3 — для электрода диаметром d=5 мм. Применяя трубчатый электрод и производя прокачку рабочей жидкости (рис. 18,6), удается повысить предельную глубину L обработки (кривая 4). Относительное снижение производительности при обработке отверстий трубчатым электродом диаметр 0,5 мм характеризуется кривой 5, а электродом диаметром 5 мм кривой 6. Кривая 7 определяет предельную глубину отверстия при обработке с прокачкой рабочей жидкости и установке внутри трубчатого электрода пластины (рис. 18, в), уменьшающей поперечное сечение остающегося внутри электрода стержня. Рис 18. Схемы прошивания глубоких отверстий и технологические характеристики . Рис. 19.электроискровая обработка глубоких отверстий вращающимся электродом-инструментом: 1-проволка-электрод; 2—вал электродвигателя; 3— электродвигатель; 4-контактное кольцо; 5 — патрон; 6 — кондуктор, направляющий движение вращающегося электрода; 7 — обрабатываемая заготовка. Отверстие практически неограниченной глубины можно получать, сообщая этому вращение (рис. 18, г, кривая 8), так как пластина полностью разрушает внутренний стержень. Производительность обработки при этом сохраняется постоянной (рис. 18, кривая 9). Схема установки для обработки вращающимся электродом показана на рис. 19. Частота вращения электрода-инструмента около 100 об/мин.При прошивании отверстий диаметром и глубиной в несколько сотен миллиметров можно использовать лишь способ, показанный на рис. 18, г. При этом элемент, расположенный внутри электрода-инструмента, изготовляют с квадратным, треугольным или прямоугольным сечением. Электрод может быть и пустотелым. Отверствия диаметром менее 0,1 мм при электроэрозионной обработке получают электродом из вольфрамовой проволоки, покрытой слоем меди. Медная оболочка увеличивает жесткость инструмента, обеспечивает возможность закрепления электрода на станке. Для обеспечения высокой точности (несколько мкм) и шероховатости обработанной поверхности Ra = 0,16-0,32 мкм ведут на мягких режимах при напряжении 20—50 В при энергии импульса 2,5—12 мкДж. При расчетах диаметра электрода и оптимальной длины его вылета можно пользоваться табл. 10. При обработке отверстий электродом с медным покрытием рабочую часть освобождают от покрытия электрохимическим методом. Таблица 10 Выбор диаметра электрода и длины вылета при обработке отверстий малого диаметра Диаметр, мкм Оптимальная Диаметр, мкм Оптимальная длина длина Получаемого ЭлектродаПолучаемого Электродаотверствия инструмента вылета, мм отверствия инструмента вылета, мм 20-30 25-35 35-45 15 20 30 Менее 0,8 1,0 1,2 45-55 55-65 65-75 40 50 60 1,5 1,8 2,0 Время обработки, например, отверстий диаметром 0,02-0,04 мм в твердом сплаве ВК8 вольфрамовым электродом при глубине прошивания 0,3 мм составляет около 4,5 мин. ± Прецизионная обработка позволяет получить точность 0,003 мм. Рис. 20. Схема электроискрового прошивания отверстий в распылителях с дополнительным электродом В топливной аппаратуре применяется деталь распылитель с группой отверстий диаметром 0,15—0,2 мм. Обработка этих отверстий является сложной задачей, так как сверла малых диаметров очень хрупки и часто ломаются, а для обеспечения оптимального режима резания требуется вращение с частотой в несколько десятков тысяч оборотов в минуту. На многих заводах обработка этих отверстий механическим способом заменена электроэрозионной обработкой. Время обработки одного отверствия распылителя топлива около 25 с, а механическое сверление занимает 90—120 с. При обработке отверстия в распылителе, (рис. 20) возникает задача ограничения калибрующего хода электрода-инструмента (встреча его с противоположной стенкой приводит к браку). Для ограничения калибрующего хода электрода-инструмента 1 во внутреннюю полость распылителя 2 вводят дополнительный электрод 3, проходящий через полую оправку 4, на которой укреплен распылитель. Этот электрод, кроме того, позволяет весьма просто автоматизировать процесс обработки. При замыкании дополнительного электрода с электродом-инструментом срабатывает реле 2Р, которое своим нормально закрытым контактом 2Р1 размыкает цепь реле 1P. Обработка прекращается. Контакты 1Р3;1Р4, замкнувшись, дают команду механизму подач на извлечение электрода-инструмента. После извлечения электрода-инструмента конечный выключатель (на схеме не показан) дает команду механизму поворота распылителя на один шаг. Рис. 21. Электрод-инструмент для электроэрозионной обработки сеток вакуумных приборов После поворота от командоаппарата механизма поворота поступает импульс напряжения на включение реле 1Р. Реле 1P срабатывает, блокируя кнопку С своим контактом 1РЗ, и включает цепь самопитания. Контактами 1Р1 и 1Р2 реле 1P вновь включает станок. Кнопками П и С осуществляют ручное управление станком. Обработка деталей типа сеток и сит. Созданы электроэрозионные станки, позволяющие обрабатывать детали типа сеток и сит с числом отверстий до нескольких десятков тысяч. Станки могут обрабатывать одновременно более 800 отверстий диаметром 0,2-2 мм в листах из коррозионно-стойких сталей, латуни и других материалов толщиной до 2 мм. Производительность обработки10 000 отверстий в час. Применение в электровакуумных приборах цельных сеток улучшает характеристики приборов и повышает их долговечность. Электроэрозионная обработка обеспечивает возможность получения из любых тугоплавких материалов, а также с очень малой толщиной перемычек и высокой проницаемостью. Требования к качеству этих сеток очень велики (допуски на ширину перемычек ±0,002 мм, на шаг перемычек 0,005 мм, на наружные сетки 0,01 мм; высота микронеровностей Ra = 0,32-0,16мкм). Эти требования обеспечиваются одновременным изготовлением всей сетки. Инструмент (рис. 21) представляет собой с пазами на рабочем конце. Ширину стержня выбирают в соответствии с шириной перемычек. Вибрация инструмента с частотой около 100 Гц (амплитуда менее 0,01 мм) и интенсивный отвод продуктов эрозии из рабочей зоны повышают съем металла в 2—3 раза и стабилизируют процесс обработки. Принудительное нагнетание жидкости через полый электрод позволяет существенно улучшить технологические характеристики процесса.. Таблица 11 Технологические характеристики электроэрозионной обработки сеток электровакуумных приборов Диаметр,мм Характеристика сеток Время ,с Шаг Толщи Ширина Число ИзготовВспомога перемычек, на перемычек отверствий ления одной -тельное мм сеток, , мм , шт сетки мм 2,8±0,05 0,25±0,005 0,1 0,03±0,002 95 50 40 4,0±0,005 0,25±0,005 0,2 0,03±0,002 200 90 60 В табл.11 приведены некоторые показатели процесса электроэрозионного изготовления сеток электровакуумных приборов. Нарезание резьбы. Электроэрозионное нарезание резьб может быть выполнено по методу копирования, и схемам, аналогичным механической обработки резьб. Рис. 22. Нарезание резьбы электроэрозионным методом. Схема образования внутренней резьбы методом копирования показана на рис 22. Электроду-инструменту придана форма пустотелого винта 2. Этот винт проходит через кондукторную гайку 3 и, получая вращение от сменных шестерен 6, образует резьбу в заготовке 1 при подаче Sпр, в сторону заготовки. Диаметр резьбы кондукторной гайки и электрода-инструмента должен быть выполнен с учетом величины межэлектродного зазора и износа электрода инструмента. Для нарезания некрупных резьб диаметром 5—10 мм при глубине обработки 5—10 мм в деталях из твердого сплава обработке на средних режимах диаметр резьбы электрода-инструмента делают на 0,05—0,06 мм меньше номинальной резьбы, и получаемой в заготовке, электроискровую обработку ведут как нагнетанием жидкости под давлением, так и при свободной пода жидкости в межэлектродный зазор (из насадки 4 в воронку укрепленную на верхней части электрода инструмента). Резьбу М8 в твердосплавной пластине толщиной 15 мм можно получить за 20 мин при шероховатости поверхности Ra=l,25 мкм. Клаг точности резьбы 3. Электроэрозионное шлифование. Одной из разновидностей электроэрозионной обработки является электроэрозионное шлифование, которое используют для обработки заготовок из трудно обрабатываемых металлов и твердых сплавов. Удаление металла при электроэрозионном шлифовании происходит под воздействием импульсных разрядов между вращающимся электродом-инструментом и обрабатываемой заготовкой, а не в результате механически воздействия, как при абразивном шлифовании. Электроэрозионное шлифование включает круглое (наружное, торцовое и внутренне и плоское шлифование (рис. 23)). Оно осуществляется по схеме аналогичной схеме обычного абразивного шлифования. + Рис. 23. Схема электроэрозионного шлифования: а — круглого ; б — плоского; в — конической поверхности Высота неровностей, МКМ Шлифование Сила тока, А Производительность , ММ3/МИН Толщина дефектного слоя, мкм Сила тока, А Производительность, мм3 /мин Толщина дефектного слоя, мкм Сила, тока, А Производительность , ММ3/МИН Толщина дефектного слоя, мкм в связи этим для электроэрозионного шлифования могут быть применены чашечные, цилиндрические и брусковые электроды-инстументы. Обработку производят при напряжении постоянного тока 25-30В и ограничении силы тока до 300 А. Изменением силы тока пределах 5—300 А устанавливают режим обработки. В табл.12 даны производительность и качество поверхности, обработанной электроэрозионным шлифованием, при различных режимах обработки. Таблица 12 Технологические параметры электроэрозионного шлифования 2,5 1,25 0,63 0,32 120 29 11 5,2 69 7,3 1,85 0,89 30 3,85 1,2 0,5 8,8 1,7 0,56 торцевое 75 16 8 4 наружное и плоское плоское внутреннее 74 19 7 2,9 33 9,8 3,2 68 18 8 4 66 18 7 Рабочей средой при электроэрозионном шлифовании является масло,подачу жидкости производят поливом. Для того , чтобы начать обработку, необходимо нарушить масляную пленку на поверхности детали прижатием шлифовального диска к заготовке под давлением 6—8 10-5 Па. Производительность с увеличением скорости движения инструмента повышается, поэтому для круглого наружного, торцового и плоского электроэрозионного шлифования целесообразно иметь частоту вращения инструмента в пределах 25-30 м/с. Скорость инструмента при внутреннем шлифовании огранчена его размерами. Обработка непрофилированным электродом-проволокой. Методы прямого и обратного копирования имеют существенный недостаток, заключающийся в необходимости использования сложных фасонных электродов-инструментов. Трудоемкость изготовления электродов-инструментов часто бывает очень высокой. Износ электрода-инструмента отражается на точности изготовления детали , поэтому одним электродом-инструментом удается изготовить не 5-10 деталей. Электроискровой метод обработки непрофилированным электродом выгодно отличается от методов копирования тем, что здесь инструментом является тонкая проволока из , меди или вольфрама диаметром от нескольких микрометров до 0,5 мм, включаемая в электрическую схему катодом. Схема обработки показана на рис. 24. Для устранения влияния износа проволоки на точность обработки проволока непрерывно перематывается с катушки на катушку, что позволяет участвовать в работе все новым ее элементам. Рис. 24. Схема обработки непрофилированным электродом При перемотке проволоки осуществляем необходимый натяг; возле обрабатываемой заготовки установлены ролики, ориентирующие проволоку относительно обрабатываемого элемента заготовки. Обработку непрофилированным электродом применяют при прецизионном резании заготовок, резании точных щелей, резании полупроводниковых материал типа кремния, индия и т. п. (время вырезки пластины 3,5*7,0*0,35 мм из полупроводникового материала составляет 5 мин; и параллельность граней пластины в пределах 0,005 мм, шероховатость поверхности Ra=1,25 мкм; отклонение размеров 0,005 мм) криволинейном резании заготовок из твердого сплава, магнитных материалов, вольфрама и т. д.; изготовлении пуансонов и матриц гибочных и вырубных штампов, рабочей части фасонных призматических резцов, вытяжных и высадочных матриц и т. д. (точность 0,005 мм, шероховатость обработанной поверхности до Rа = 0,63 мкм); снятии больших припусков с заготовок из специальных материалов, обработке цилиндрических, конических наружных и внутренних поверхностей. Используя различные копирные устройства, этим методом производят обработку сложных контуров. Непрофилированным электродом ведут обработку сквозных фигур с прямолинейной образующей; изготовление закрытых полостей типа пресс-форм ковочных штампов здесь не представляется возможным. К основным достоинствам электроэрозионной обработки проволочным электродоминструментом относятся высокая точность возможность широкой автоматизации процесса обработки. Современные станки для обработки проволочным электродом могут быть снабжены системой числового программного управления и фотокопировальной головкой для вырезания детали непосредственно по чертежу. Схема установки для вырезаний по фотокопии показана на рис. 25. Координатный стол 11 совмещает в себе жестко связанные рабочий столик с заготовкой 5 и столик 9 фотокопировальной системы. Стол приводится в движение в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью двигателей 10 и 13. Освещенный источником света 12 копир проектируется через оптическую систему 6 на фотодатчик 7, преобразующий положение линии копирования в электрический сигнал, действующий через электронное следящее устройство 8 на электродвигатели подачи так, что копир своим краем непрерывно перемещается перед объективом. Эквидистантно обходу копира относительно проволоки-инструмента перемещается рабочий столик с укрепленной на нем заготовкой. Рис. 25. Кинематическая схема электроискрового станка, работающего непрофилированным электродом с фотокопировальным устройством Для обеспечения электроэрозионного процесса к заготовке и электроду-проволоке подводят от специального генератора импульсов 2. Проволочный электрод 4 непрерывно перематывается с подающей катушки на приемную электродвигателем перемотки 3. Электродвигатель 1, включенный в заторможенном режиме, создает натяжение проволоки. Рабочей жидкостью служат керосин и вода (промышленная и дистиллированная). Примение в качестве рабочей жидкости деионизированной воды увеличивает производительность. Производительность при электроэрозионной обработке непрофилированным электродом принято оценивать скоростью мм²/мин) приращения площади одной из поверхностей образуемого при обработке паза. При таком выражении производительность практически не зависит от диаметра электрода-проволоки, поскольку увеличением диаметра проволоки увеличивается и предельная скорость, которую можно подвести для формообразования. При использовании дистиллированной воды в качестве рабочей жидкости производительность (мм2/мин) электроэрозионной обработки непрофилированным электродом заготовки толщиной 20 мм на режимах, позволяющих получить шероховатость обработанной поверхности Ra= l,25-0,32 мкм, составляет: для цветных металлов 10-20 , для сталей 5—8, для твердых сплавов 6—12. В зависимости от назначения и вида обрабатываемой заготовки обработке непрофилированным электродом используют три режимах: мягкий, средний и грубый. Мягкий режим применяют для миниатюрных и сложных деталей, не требующих дополнительной обработки (для одновременной обработки сочленяющихся деталей пуансона и матрицы, для изготовления очень узких пазов и щелей). Обработку ведут вольфрамовыми проволоками диаметром мкм; получаемая шероховатость обработанной поверхности 1,25-0,63 мкм. Средний режим применяют при обработке сочленяющихся деталей, для резки, получения пазов и щелей. Работу производят медными проволоками диаметром 0,1—0,2 мм. шероховатость обработанных поверхностей Ra= 1,25 мкм. Грубый режим применяют при грубой и быстрой обработке заготовок, требующих доводки, для отрезки заготовок, вырезки шаблонов и т.д Рис. 26. Схема снятия припуска в отверстии втулки непрофилированным электродом: 1 — электрод-проволока; 2 — обрабатываемая заготовка; а—в — последовательность обработки Работу производят медными или латунными проволоками диаметром более 0,2 мм. На рис. 26 показана схема снятия припуска заготовки непрофилированным электродом. Достижимая точность изготовления деталей непрофилированным электродомпроволокой лежит в пределах ± (0,02—0,003) мм . Суммарная погрешность складывается из ряда первичных грешностей, основными из которых являются: компараторная грешность процесса обработки (до 0,03 мм); погрешность внешних вибраций (до 0,02 мм); погрешность отсчетно-измерительных систем (до 0,005 мм); погрешность из-за недостаточна жесткости системы (до 0,015 мм); температурные погрешности (до 0,035 мм); погрешности, вызываемые колебаниями проволокой Амплитуда колебаний вольфрамовой проволоки диаметром 0,015 мм составляет 0,004 мм, а проволоки диаметром 0,03 мм 0,004—0,009 мм. Максимальное смещение проволоки в направляющем пазу составляет для вольфрамовой проволоки диаметр 0,015 мм— 0,005 мм, а для медной проволоки диаметром 0,1 мм 0,008 мм. Колебания проволоки с большой амплитудой мог вызвать образование продольных рисок на обрабатываемых поверхностях и повысить тем самым шероховатость поверхности. Возможны также погрешности, обусловленные смещением проволоки из-за износа направляющих, а также из-за отклонения диаметра проволоки от номинального. При электроэрозионной обработке непрофилированным электродом по копиру во внутренних углах вырезаемых по копиру деталей возможны зарезы. Под действием электрических импульсов электрод-проволока изнашивается. Величина износа зависит от режима обработки, толщины заготовки и скорости перемотки проволоки. Электрод-проволока используется однократно, так как после прохождение через зону обработки он становится непригодным для повторного использования независимо от степени износа. Влияние эрозии особенно резко проявляется при применении проволок малого диаметра, так как величина эрозии от единичного разряда соизмерима с диаметром проволоки. Рис .27. Сечение электрода-проволоки после выхода из зоны обработки На рис. 27 показано сечение проволоки-электрода после рабочего прохода. Размеры проволоки, участвующей в процессе обработки, существенно изменяются. Представляет интерес минимальный радиус rд скругления внутренних углов, который может быть получен в детали. Этот радиус должен быть равен сумме радиуса rп части проволоки и межэлектродного зазора а. На практике получены следующие данные: dnp = 0,3 мм, rд =0,065 мм; dnp=0,2 мм, rд =0,05 мм; dnp = 0,l мм, rд =0,04 мм, где dnp — диаметр проволоки. Электроконтактный метод обработки. Электроконтактная обработка материалов является разновидностью электроэрозионной. Отличие ее в том, что импульсы электрической энергии генерируются в результате взаимного перемещения электродов или прерывания электрического разряда при прокачке жидкости под давлением. Электроконтактную обработку можно проводить при постоянном и переменном токе, в воздухе или жидкости (вода с антикоррозийными добавками). При обработке электрод— инструмент и заготовку полностью погружают в жидкость либо подают жидкость в зону обработки (в межэлектродный промежуток) поливом или распылением. Обработку производят при значительных токах ( до 5000 А) и напряжении холостого хода источников питания 18-40 В. Электроконтактным методом производят получистовое точение тел вращения, чистовую резку, прошивание цилиндрических, фасонных отверстий и объемных полостей (с прокачкой жидкости под высоким давлением), фрезерование, шлифование, обработку фасок листовой заготовки под сварку. Электроконтактный метод эффективен при обработке заготовок из труднообрабатываемых сталей и сплавов, а также чугунов высокой твердости, монокристаллов, материалов с высокими теплофизическими свойствами. Принципиальная схема установки для электроконтактной обработки тел вращения показана на рис. 28. Рис . 28. схема установки для электроконтактной обработки тел вращения. Обрабатываемая заготовка 1 и электрод-инструмент 5 включены в электрическую цепь с генератором 3 (в качестве источника питания может быть также использован выпрямитель или трансформатор). Заготовка и электрод-инструмент вращения совершают вращательное движение вокруг своих осей. При сообщении электроду-инструменту или заготовке поступательного движения и соблюдении условий необходимых для возникновения и развития электроэрозионных процессов, происходит съем металла с заготовки в направлений подач Sпр и Sпоп. Ток к электродам подается через щеточные элементы 2. Резистор 4 включен для ограничения и регулирований силы рабочего тока. Длительность и энергия импульса тока зависят от механических параметров. Наибольшее воздействие на протекание электроэрозионного процесса оказывают окружные скорости электрода-инструмента и заготовки. С увеличением окружных скоростей электродов импульсы тока становятся более кратковременными частота их увеличивается. Для устойчивого процесса обработки скорость электрода-инструмента не должна быть меньше определенного предела, зависящего от электрического режима. При интенсивных режимах минимальная окружная скорость равна 6-7 м/с. Уменьшение скорости электрода-инструмента ниже этого предела ведет к резкому ухудшению всех показателей обработку так как разряд теряет импульсный характер и приобретает свойство дуги. Верхний предел скорости электрода-инструмента ограничен удобством эксплуатации, прочностью станка и мощности приводного двигателя. Окружную скорость заготовки в зависимости от условий обработки устанавливают в пределах 0,02—0,2 м/с. С увеличением окружной скорости заготовки увеличивается площадь, на которую воздействует импульс, что неблагоприятно отражается на производительности. Основным фактором, определяющим производительность электроконтактной обработки, является мощность, реализуемая в межэлектродном промежутке. С увеличением тока и напряжением растет скорость съема металла. Для получения оптимальных технологических показателей обработки рекомендуется выбирать напряжение в зависимости от силы рабочего тока. Величина тока, А 100 300 500 750 1000 Напряжение на промежутке, В 22-24 23,5-25 24-26 24,5-27 25-28 Если принять напряжение постоянным и равным для всех режимов 26 В, то зависимость между рабочим током и максимальной производительностью обработки можно выразить удобными для расчета эмпирическими формулами: при обработке с продольными подачами Qsпр = 0,046 I1,68; при обработке с поперечными подачами Qsпоп = 0,077I1,51; где Qs —максимальная производительность, мм³/мин; I —сила рабочего тока , А. Производительности при продольной Snp и поперечной Sпоп подачах различны вследствие различных условий эвакуации продуктов электроэрозии из зоны обработки. Максимальная для данного электрического режима производительность достигается при глубинах h1 и h2 (рис. 28), равных 2—5 мм. При увеличении глубины наработки производительность уменьшается. При достаточной глубине обработки минимальная производительность Qs min, где К — коэффициент. Для продольных подач К= 0,4-0,45; для поперечных подач К=0,5-0,8. В табл. 13 приведена производительность электроконтактной обработки заготовок хромоникелевого чугуна при различных скоростях вращения и направлениях подачи. Таблица 13 Производительность электроконтактной обработки заготовок из хромоникелевого чугуна Рабочий ток,А подача 100 Поперечная продольная Поперечная продольная Поперечная продольная 300 500 Производительность, см³/мин, при Глубина обработки,мм окружной скорости детали, м/с 0,02 0,1 0,2 10 0,64 0,62 0,61 15 0,52 0,52 0,51 10 5,6 5,11 4,43 25 3,48 3,05 2,44 11 14,15 12,11 9,96 25 7,38 6,10 5,44 Качество обработанной поверхности при электроконтактной обработки зависит от режима обработки и теплофизических констант материала заготовки. Величина рабочего тока — основной фактор, регулированием которого достигается получение поверхности с заданным качеством. Принимая напряжение на межэлектродном промежутке постоянным и равным 26 В, можно выразить зависимость высоты микронеровностей от рабочего тока эмпирическими формулами Ra = 5,56 I0,61 или Ra = 0.57 I0,61, Где Р-мощность, кВт. Термическое воздействие разрядов вызывает структурные изменения поверхностных слоев металла. Толщина слоя с измененной структурой также определяется режимом обработки и теплофизическими константами материала заготовки. При обработке деталей из корозийно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов глубина тою слоя 0,1—0,3 мм; при обработке деталей из углеродистых сталей 0,3—0,5 мм, из титана 0,5 мм, из отбеленного чугуна 0,2-0,9 мм. Электроконтактную обработку применяют главным образом на заготовительных операциях и на операциях черновой обработки заготовок с большими припусками. Рис. 29. Схема отрезки ступицы колеса: 1 — заготовка; 2 — инструмент На рис. 29 показана схема отрезки ступицы колеса электроконтактным способом. Электроконтактное разрезание заготовок отличается высокой производительностью ( 2000 мм3/мин). Отрезку производят либо вращающимся диском, либо бесконечной лентой с линейной скоростью движения инструмента 40— 60 м/с (плотность тока до 200 А/см2). Электроконтактная обдирка характеризуется большими рабочими токами 2000—3000 А) и высокой производительностью (до 3000000 мм3/мин ) Упрочнение поверхностного слоя металлов. Одним из преимуществ электроискрового метода обработки материалов является то, что при определенных условиях резко повышаются прочностные свойства поверхности заготовки: твердость, износостойкость, жаростойкость и эрозионная стойкость. Эту особенность используют для повышения износостойкости режущего инструмента, штампов, пресс-форм и деталей машин, упрочняя металлические поверхности электроискровым способом. При электроискровом упрочнении применяют обратную полярность (заготовка является катодом, инструмент —анодом) обработку производят обычно в воздушной среде и, как правило, вибрацией электрода. Аппаратура, с помощью которой осуществляется процесс упрочнения, малогабаритна и очень проста в эксплуатации. Основные преимущества электроискрового способа нанесения покрытий заключаются в следующем: покрытия имеют большую прочность сцепления с материалом основы; покрываемой поверхности не требуют предварительной подготовки; возможно нанесение не только металлов и их сплавов, но и их композиций; на ограниченных участках обрабатываемой поверхности возможно проводить сложнейшие микрометаллургические процессы. Процессы, происходящие при электроискровом упрочнении, сложны и являются предметом тщательных исследований. Сущность упрочнения состоит в том, что при электроискровом разряде в воздушной среде происходит полярный перенос материала электрода на заготовку. Перенесенный материал электрода легирует металл заготовки и, химически соединяясь с диссоциированным атомарным азотом воздуха, углеродом и материалом заготовки образует диффузионный износоустойчивый упрочненный слой. В этом в слое возникают сложные химические соединения, высоки стойкие нитриды и карбонитриды, а также закалочные структуры. По мнению специалистов, при электроискровом упрочнении в поверхностном слое, например, стали происходят процессы, приведенные в табл. 14. Таблица 14 Процессы, происходящие в поверхностном слое заготовки при электроупрочнении. Упрочняемый материал Углеродистая сталь, содержащая углерод, в количестве свыше 0,6%,а также легирующие элементы в большом количестве процесс наименование особенности Сверхскоростная Кратковременный нагрев до закалка высокой температуры и мгновенное охлаждение нагретых и расплавленных участков массой холодного металла Инструментальная сталь азотирование Диссоциация атмосферного азота в разряде с образованием атомарного азота. Соединение азота с элементами поверхностного слоя и образование нитридов металлов (титана, хрома, железа и др.). Малоуглеродистая и легированная сталь Цементация сталь Обогащение легирующими элементами Растворение в расплавленном и высоконагретом металле углерода, электрода или окружающей среды с образованием карбидов железа, хрома, титана и др Контактный перенос материала электрода на заготовку при соприкосновении их под давлением в расплавленном состоянии и газовая диффузия. Последующая диффузия в поверхностном слое При электроискровом упрочнении микротвердость белого слоя в углеродистых сталях может быть доведена до 230 МПа, высота микронеровностей обработанной поверхности до Ra = 2,5 мкм. Толщина слоя покрытия, получаемого на некоторых установках,0,003— 0,2 мм. При упрочнении поверхностей деталей машин высокой мощности упрочнения (например, на установлении ИЕ-2М) можно получить глубину слоя упрочнения до 0,51,6мм с микротвердостью 50—60 МПа (при упрочнении феррохромом) Различают чистую обработку, которая соответствует высоким напряжениям и небольшим значениям токов короткого замыкания (до 20 А), и грубую (глубокое легирование) при низких напряжениях (50—60 В) и токах короткого замыкания свыше 20 А. 4. ОБОРУДОВАНИЕ, СТАНКИ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОИ ОБРАБОТКИ Генераторы импульсов. Формирование импульсов тока, подводимых к электродам эрозионного станка, производится с помощи генератора импульсов, питаемого от сети промышленного тока. Генераторы импульсов можно разделить на два класса: зависимы и независимые. К первым относятся такие генераторы, в которых создание импульсов напряжения и тока осуществляется при участии межэлектродного промежутка. Во вторых электрические пульсы создаются без участия межэлектродного промежутка. Они формируются в генераторе и подводятся к межэлектродному промежутку для обеспечения эффекта эрозии. Зависимые генераторы используют при электроискровом методе обработки, независимые генераторы применяются при электроимпульсном методе. В современных электроэрозионных станках используют много различных генераторов импульсов. Ниже рассмотрены некоторые из них. Генератор типа RC. Сокращенное название схемы генератора происходит от обозначения основных ее элементов: резистор R и емкости — С. Генератор получил широкое распространение вследствие простоты и надежности (релаксационными называются генераторы, энергия которых накапливается в реактивных элементах цепи — конденсаторе или индуктивной катушке). Накопительный конденсатор 2 (рис. 30) заряжается от источника постоянна тока напряжением 100—200 В через токоограничительный резистор 1. Межэлектродный промежуток 3 включен параллельно конденсатору. По мере заряда конденсатора напряжение на его обкладках и между электродами эрозионного промежутка увеличивается. При достижении пробивного напряжения Uпр происходит пробой межэлектродного промежутка, и запасенная в накопительном конденсаторе энергия выделяется в виде короткого импульса большой мощности, вызывая эрозию электродов. Рис. 30. Генератор типа RC: а-схема; б — график изменения напряжения на электродах и силы тока в межэлектродном промежутке. При разряде конденсатора напряжение на межэлектродном промежутке уменьшается довеличины, при которой разряд между электродами не может поддерживаться. Сопротивление межэлектродного промежутка резко увеличивается, ток быстро уменьшается и прекращается совсем. Электродный промежуток восстанавливает свои диэлектрические свойства; начинается зарядка накопительного конденсатора.процесс повторяется с частотой, зависящей от параметров расстояния между электродами и качества жидкого диэлектрика. Изменяя величину токоограничивающего резистора, можно менять частоту следования импульсов и энергию, передаваемую в межэлектродный промежуток. Частоту импульсов можно определить по следующей формуле: При некотором критическом сопротивлении резистора паузы между отдельными импульсами исчезают, и заряд из искрового переходит в дуговой. Размерная обработка в этом случае невозможна. Между напряжением источника питания, напряжением пробоя и напряжением горения дуги должно соблюдаться соотношение. Достатком генератора типа RC следует отнести низкий КПД (около 35%), наличие больших пауз между импульсами (скважность10 —100), значительное влияние состояния среды межэлектродного промежутка на характеристику электрических импульсов. Генератор типа RLC. Схема генератора RLC представляет собой дальнейшее развитие схемы RC. Для повышения эффективности действия генератора в цепь заряда конденсатора включена индуктивность L (рис. 31, а). Введение индуктивности изменяет форму напряжения зарядки конденсатора (рис. 31, б). В начале процесса зарядки напряжение растет медленнее, чем в схеме без индуктивности, что благоприятно сказывается на процесс восстановления диэлектрической прочности межэлектродного промежутка. Поэтому удается повысить частоту разрядов, не опасаясь перехода импульсного процесса в дуговой. Далее напряжение зарядки растает, и процесс зарядки при наличии индуктивности в заканчивается быстрее, чем без нее. К этому времени электрическая прочность межэлектродного промежутка полностью восстанавливается. Благодаря наличию индуктивности конденсатор оказывается заряженным до напряжения, значительно превышающего напряжение источника питания (эффект последовательном включения в цепь индуктивности и емкости). Рис. 31. Генератор типа RLC: а — схема; б — график изменения напряжения на электродах и силы тока в межэлектродном промежутке Величину индуктивности, вводимой в цепь заряда, выбирают по формуле L = 0,25R²C Включение индуктивности в цепь зарядного контура генератор импульсов повышает КПД и интенсивность съема металла и 20—40% по сравнению с генераторами типа RC. Генератор типа LC. В практике электроэрозионной обработки используют также LCгенератор, в зарядном контуре которого отсутствует резистор. Потери энергии в зарядной цепи такого генератора существенно меньше. Подобный генератор без дополнительных устройств, стабилизирующих процесс зарядки-разрядки разрывающих дугу, оказывается неработоспособным. Наиболее просто стабилизация процесса может быть достигнута с помощью электромагнитного вибратора, обмотку которого используют в качестве индуктивности зарядного контура. Такое устройство заставляет электрод автоматически совершать колебательные движения, управляя процессом. Рис. 32. Генератор типа LC При включении схемы от источника питания через обмотку 1 вибратора (рис. 32) потечет зарядный MI конденсатора 3. Постепенно возрастая, ток притянет якорь электромагнитного вибратора и поднимет электрод, что увеличит межэлектродный промежуток 4. Через некоторое время зарядим ток конденсатора (и ток через обмотку электромагнитного вибратора), а также сила притяжения якоря уменьшаться и электроды начнут сближаться. К этому времени напряжение на конденсаторе возрастет до величины, почти в 2 раза превышающей напряжение источника питания, и, когда промежуток между электродами 1 станет достаточно мал, произойдет разряд конденсатора через этот промежуток. Затем цикл работы повторится, и процесс будет идти с частотой, определяемой в основном величинами L и С. Генераторы, выполненные по описанной схеме, работают достаточно устойчиво. Однако при значительной глубине обработки случайное короткое замыкание может вызвать появление дуги, которая будет разорвана автоматическим регулятором станка лишь после полного извлечения электрода из обрабатываемого отверствия за это время заготовка может быть испорчена. Во избежание такого явления обычно применяют быстродействующий выключатель 5, который при коротком замыкании отключает на небольшой период времени генератор от источника питания, ликвидируя короткое замыкание. Машинные генераторы импульсов. Рассмотренные выше генераторы вырабатывают импульсы относительно малой длительности. Применение импульсов значительной длительности позволяет существенно увеличить производительность обработки на единицу мощности и уменьшить износ электродов-инструментов. Импульсы параметров могут создавать специальные электрические имя — машинные генераторы импульсов. Как правило, эти генераторы вырабатывают импульсы с частотой повторения 400-2000 имп/с длительностью от долей миллисекунды до миллисекунды. По принципу работы машинные генераторы можно разделить на коммутаторные (коллекторные) и индукторные (бесколлекторные). В коммутаторных электрических генераторах выпрямление знакопеременного импульсного напряжения осуществляется с помощью механического коммутатора, встроенного в машину. Краткие технические характеристики некоторых коммутаторных генераторов импульсов приведены в табл. 15. Таблица 15 Техническая характеристика коммутаторных генераторов импульсов Параметры Частота импульсов, Гц Средняя сила тока, А Среднее напряжение холостого хода, В Мощность приводного электродвигателя, кВт Скважность на холостом ходу МГИ-2М 400 100 25 7 2,8 МГИ-3М 400 360 25 28 3,2 МГИ-4 400 600 30 40 2,8 Бесколлекторные импульсные генераторы, например типа МИГ, создают переменное напряжение, состоящее из полуволн обеих полярностей (рис. 33). Благодаря специальному выполнению их электромагнитной системы достигается получение несимметричной напряжения с различными амплитудами полуволн положительной и отрицательной полярности. При достаточно малой величине амплитуды обратной полуволны напряжения пробой межэлектродного промежутка вызывается только импульсами напряжения основной полярности. Рис. 33. График напряжения индукторного машинного генератора импульсов типа МИГ Рис. 34. Схема лампового генератора импульсов Генераторы импульсов на электронных и полупроводниковых усилителях. Ламповые генераторы импульсов позволяют создавать импульсы в широком интервале их энергий и длительности, а также с высокой частотой повторения. В качестве накопителя энергии может быть использован конденсатор (рис. 34) или индуктивность выходного импульсного трансформатора. Генератор в этом случае состоит из источника постоянного тока высокого напряжении, электронной лампы 1, высокочастотного маломощного генератора 2, управляющего электронной лампой, выходного импульсного трансформатора 3. Через первичную обмотку импульсного трансформатора 3 пропускают импульсы электрического тока требуемой силы и частоты повторения, с вторичной обмотки снимают импульсы с параметрами, необходимыми для обеспечения электроэрозионной обработки. Используя импульсные генераторные лампы, можно создавать генераторы мощностью в несколько десятков киловатт, вырабатывающие импульсы мгновенной мощности до нескольких меговатт при частоте 100—150 кГц. В промышленности широко применяют широкодиапазонные транзисторные генераторы импульсов (типа ШГИ), упрощенная схема которых показана на рис. 35. Напряжение источника Uc=60-70B подают к транзисторным ключам Т1, Т2 и т. д.от транзисторных ключей, управляемых задающим генератором 3Г, ток к межэлектродному промежутку подается через резисторы R и диод Д. К межэлектродному промежутку подается высокое напряжение (100—300 В) от маломощного блока поджигающих импульсов Uп. В качестве ключа К в цепи поджигания могут быть также использованы транзисторы. После пробоя межэлектродного промежутка поджигающими импульсами через промежуток идет ток от транзисторов силового блока. Длительность этих импульсом определяется временем пребывания транзисторов в открытом состоянии. Цепь поджигания при этом разорвана ключом К. Такси генератор позволяет получать импульсы гребенчатой формы (рис36). Каждый импульс состоит из следующих друг за другом коротких импульсов со сравнительно большим напряжением и серией импульсов с меньшим напряжением. Рис. 35. Схема транзисторного генератора импульсов Импульсы гребенчатой позволяют повысить производительность электроэрозионной обработки и снизить износ электрода-инструмента. В табл. 16 приведены характеристики Широкодиапазонных транзисторных генераторов импульсов. Рис. 36. Импульсы гребенчатой формы Тип генератора импульсов Таблица 16 Характеристики генераторов импульсов типа ШГИ Сила Диапаз ПроизвоШероховат Износ Потребтока, А, он дительность, ость инструмента ляемая не более частот, мм³/мин не поверхност на чистовых мощность, кГц более и, мкм режимах, % кВт, не более ШГИ-40-440 ШГИ-63-440 ШГИ-125-100 ШГИ-16-880 ШГИ-63-44/2 ШГИ-63-44/3 ШГИ-21-440/3 ТГ-250-0,15 ТГ-100-3/3 ГКИ-250 40 63 125 16 62*2 63*3 21*3 300 300 250 8-440 1-440 0,4-100 3-880 1-41 1-41 1-440 0,15 0,1-3 8-22 300 500 1500 75 1200 1900 450 4000 3500 35 0,5 0,5 1,2 0,2-0,4 3-4 3-4 0,4-1,0 3-4 0,5-1,5 0,5-1,5 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 0,5-1,0 - 4 6 7,5 12 18 6 18 17 - Автоматические регуляторы межэлектродного промежутка. Для сохранения устойчивости электроэрозионного процесса необходимо поддерживать определенную величину межэлектродного промежутка. Так как по мере выброса металла происходит увеличение межэлектродного промежутка, то необходимо непрерывно производить сближение электродов, иначе через некоторое время процесс прекратится. Рис. 37. Функциональная схема регулятора межэлектродного промежутка Эту функцию в электроэрозионных станках выполняют автоматические регуляторы межэлектродного промежутка. Регуляторы должны удовлетворять следующим требованиям: стабильно поддерживать выбранный межэлектродный промежуток при случайных возмущениях (кратковременных резких изменениях режима); не должны допускать значительных отклонений управляемой величины от заданного режима; должны обладать малой инерционностью, быть малогабаритными, экономичными, простыми и надежными в работе. Функциональная схема регулятора построена по принципу автоматических систем с обратной связью по выходному сигналу (рис. 37). С датчика 3 выходной величины сигнал подается в орган сравнения ОС. Разность выходного Хвых и заданного Хзад сигналом усиливается схемой 1 и поступает на исполнительный орган 2. Эту разность привод подачи электрода-инструмента отрабатывает так, чтобы она обратилась в нуль. При этом электрод-инструмент перемещается, а заданная величина межэлектродного промежутка поддерживается в пределах, определяемых погрешностью системы. Автоматические регуляторы межэлектродного промежутка по принципу действия можно разделить на «взвешенные» и «жесткие». Автоматические регуляторы взвешенной системы характеризуются наличием устройства, автоматически поддерживающего и равновесном состоянии электрод-инструмент, который под влиянием собственного веса стремится опуститься вниз до соприкосновения с обрабатываемой заготовкой. Необходимым условием нормальной работы таких систем является уменьшение силы тяги регулятора при увеличении межэлектродного промежутка. Тогда под влиянием собственного веса подвижная система будет опускаться вниз до восстановления прежней величины промежутка между электродами. Автоматические регуляторы жесткой системы характеризуются тем, что подвижная система не может свободно перемещаться под действием собственного веса, а передвигается принудительно как в направлении подачи, так и в направлении отвода. Регуляторы такой системы свободны от некоторых недостатков регуляторов взвешенной системы. Однако они более сложны и требуют тщательного изготовления. В качестве параметров регулирования в большинстве случаен используют напряжение или ток, а иногда напряжение и ток одновременно. Наиболее распространенным регулятором взвешенной системы является. регулятор соленоидного типа ( рис.38). Рис. 38. Регулятор соленоидного типа Подвижная система, включающая электрод-инструмент 1, шпиндель 2 и противовес 3, влиянием веса инструмента и шпинделя способна опускаться вниз по направляющим. Сила соленоида 4 уравновешивает подвижную систему и при установившемся режиме обработки удерживает ее во взвешенном состоянии, поддерживая заданный промежуток между электродами, тяги соленоида зависит от величины тока, протекающего по его обмотке, поэтому для каждого режима обработки и веса электрода-инструмента можно подобрать такие соотношения между протекающим через соленоид, и током через межэлектродный промежуток, чтобы подвижная система находилась в равновесии. При всяком изменении тока или напряжения сила тока соленоида будет изменяться, что вызовет перемещение подвижной системы в нужном направлении до востановления устойчивой работы станка. Схема включения регулятора, предназначена для регулирования по параметру среднего тока, протекающего через межэлектродный промежуток, показана на рис. 39. Обмотка, соленоида включена последовательно в зарядный контур рабочего конденсатора С. Подбирая в зависимости от силы рабочего тока определенное число витков в регулирующей обмотке / и изменяя резистором в обмотке 2, можно добиться устойчивого регулирования в сильном диапазоне режимов обработки. После выключения подвижная система вместе с электродом-инструментом опускается под действием собственного веса вниз, поэтому в конструкции соленоидного регулятора необходимо вводить устройство, автоматически тормозящее подвижную систему при выключении станка. Более гибкой является схема регулятора, показанная на рис. 40. В качестве параметра регулирования принято среднее напряжение на межэлектродном промежутке, незначительно изменяющееся. Рис. 39. Схема включения автоматического регулятора, параметром регулирования которого является среднее значение тока, протекающего через межэлектродный промежуток Рис. 40. Схема включения автоматического регулятора, параметром регулирования которого является среднее напряжение на межэлектродном промежутке Обмотка 2 не только компенсирует вес подвижной системы, но и создает избыточную силу тяги, поднимающую электрод-инструмент вверх при включении генератора импульсов. Через регулирующую обмотку 1 пропускается ток, ослабляющий силу тяги соленоида. В условиях нормального режима работы станка ток через регулирующую обмотку таков, что результирующая сила равна весу подвижной части. Всякое изменение режима вызовет изменение среднего напряжения на электродах, а следовательно, и изменение результирующей силы соленоида и перемещение подвижной части в направлении, необходимом для восстановления нормального режима обработки, Автоматическим регулятором с жесткой связью, получившие широкое распространение, является электродвигатель-регулятор винтовой подачей (рис. 41). Он состоит из реверсивного электродвигателя 1 постоянного тока, приводящего во вращение ходовой винт 2, закрепленный в подшипниках, исключающих его продольное перемещение. Винт 2, вращаясь в гайке 3, закрепленной в подвижной системе 4 станка, сообщает последней движение подачи или отвода в зависимости от направления вращения электродвигателя. Схема включения электродвигателя показана на рис. 42. При одинаковых напряжениях на R1 и R2 напряжение на якоре электродвигателя равно нулю. Электродвигатель не работает, это соответствует заданному межэлектродному зазору. При увеличении или уменьшении рабочего тока от заданного напряжения в резисторе R3 соответственно изменяется. Это приводит к вращению якоря электродвигателя (ОВ— обмотка возбуждения). На рис. 43 приведена схема регулятора с гидравлической дачей. Гидравлический привод подачи электрода-инструмента состоит из гидрораспределителя 5 с электроуправлением, рабочего гидроцилиндра 2, шток которого выполняет роль шпинделя станка гидрораспределителя 3 и установки питания с насосом 1. Paспределитель 12 предназначен для разгрузки насоса в нерабочем стоянии. Масло в процессе работы поступает в гидрораспределитель 5 и далее в зависимости от положения его плунжера в соответствующую полость гидроцилиндра, осуществляющего вращение электрода-инструмента. Рис. 41. Электродвигатель-регулятор с винтовой подачей Рис. 42. Схема включения якоря электродвигателя подачи Рис . 43 . Схема регулятора с гидравлической подачей . Одновременно масло через постоянное гидравлическое сопротивление поступает в торцовую камеру 4, откуда через сопло, частично перекрытое иглой 8, в сливной бак. Игла жестко связана с катушкой 7, помещенной в поле постоянного магнита 6, и нагружена сверху силой пружины. Электрические сигналы, подводимые в обмотку катушки, создают электромагнитную силу, перемещающую иглу. Это вызывает изменения давления в камере 4 и соответствующее перемещение подпружиненного снизу плунжера 10. В процессе работы станка сигнал пропорциональный среднему напряжению в межэлектродном промежутке, сравнивается с эталонным (установленным) напряжением. Разность напряжений поступает в обмотку катушки управления дросселирующего гидрораспределителя и действует в направлении уменьшения рассогласования. Масло от цилиндра плавления через турбинку 11, приводящую во вращение плунжер 10 для повышения точности работы регулятора. Электрогидравлический регулятор привода подачи позволяет расширить диапазон регулирования скорости и повысить быстродействие привода и точность поддержания регулируемого параметра, а также обеспечить остаточную мощность для перемещения тяжелых электродов. Оборудование для электроэрозионной обработки. Основными элементами электроэрозионных станков являются станина 1 коробчатой или иной формы со стойкой (рис 44), стол 2, ванна инструмент 4, связанный с инструментальной головкой 5, устройсяства 6—9 перемещения инструментальной головки в трех взаимно перпендикулярных направлениях, пули управления 10, трубопроводы подачи рабочей жидкости в ванну ,13 и на слив 12, насос 13. На некоторых станках стол ванну можно перемещать в относительных вертикальных направлениях. Точные станки снабжены оптической системой отсчета координат, выполняют с цифровой индикацией, с программным управлением, с управлением от ЭВМ. Рис. 44. Устройство станка для электроэрозионной обработки В крупных станках шкафы с аппаратурой устанавливают отдельно. Станки снабжены фильтрами рабочей жидкости, холодильниками для охлаждения и т. д. В качестве основных размеров универсальных электроэрозионных станков приняты размеры стола и наибольшее расстояние от торца шпинделя инструментально головки до поверхности стола. Длина столов установлена по геометрическому ряду с показателем ф=1,8 (ГОСТ 15954—70), ширина — по геометрическому ряду с показателем ф= 2, а ряд расстояний от торца шпинделя до поверхности стола — с ф=1,6 Рис. 45. Электроэрозионный станок мод. ОФ-81 На рис. 45 показан общий вид специального электроэрозионного станка мод ОФ-81. станок предназначен для обработки заготовок сложной формы, изготовленных из труднообрабатываемых токопроводящих материалов, а также для проведения разнообразных фрезерных работ. С наибольшим эффектом станок может быть использован в инструментальных цехах для изготовления разноместных штампов, кондукторов, приспособлений, кокилей; в экспериментальных, ремонтных цехах, а также в основном производстве. Станок оснащен прецизионным вращающимся шпинделем, позволяющим осуществлять электроэрозионную обработку отверстий с высокой точностью; плавное регулирование межэлектродного зазора с помощью автоматического регулятора и подачи винт-гайка качения; эффективной системой подачи, очистки и охлаждения жидкости. Станок оснащен головкой ориентации электрода, микроскопом ЦО-2, тисками, электродной головкой, виброголовкой, орбитальной головкой, сверлильным патроном, центроискателем и др. На рис. 46 показан общий вид электроэрозионного копировально-прошивочного станка мод.4Д721. Наиболее эффективно использование станка в инструментальном производстве, точном приборостроении, радиоэлектронной промышленности. Выбор материала электрода-инструмента для электроискровой и электроимпульсной обработки определяется материалом заготовки, режимом обработки и стойкостью инструмента или его относительным износом у = -^- 100',',, Износ электродов-инструментов зависит от материалов электродов, параметров импульсов тока и напряжения, свойств рабочей жидкости, жесткости оборудования и т. д. Рис. 46. Электроэрозионный копировальнопрошивочный станок мод. 4Д721 Материалы для электродов-инструментов, нашедшие наибольшее применение, можно расположить в ряд по убыванию стойкости: графитированные материалы (ЭЭГ, ЭЭПГ) и пористая медь (МПГ-7, МП-75, МП-8П), вольфрам, медь, латунь ЛС59, серый чугун, алюминий и его сплавы. При оптимальных условиях обработки сталей износ электродаинструмента из углеграфита составляет 0,1—0,3% на черновых режимах и 0,5—1,2% на чистовых. Износ медных электродов 0,6—1% и 1,5—4% соответственно. При нерациональных режимах обработки и неправильно выбранном материале электродаинструмента износ может достигать 100% и более. Большое влияние на стойкость инструмента оказывает форма рабочих импульсов. Наилучшими показателями стабильности процесса обладают электроды-инструменты с рабочей частью из компактной меди. Однако высокая стоимость этого материала, его дефицитность и сравнительно высокий износ ограничивает его применение. Электроды из меди применяют при обработке твердосплавных заготовок, прошивании щелевидных отверстий и отверстий сравнительно малого диаметра, при чистовой обработке на повышенных частотах. Электроды-инструменты из алюминия применяют при предварительной обработке полостей и отверстий без резко выделяющихся в стальных деталях и деталях из жаропрочных сплавов, викой стойкостью отличается вольфрам, однако дефицитность нудность обработки ограничивают его применение для изготовления инструментов. Методы изготовления фасонных инструментов. Для изготовления фасонных электродов-инструментов применяют следующие методы: металлизация напылением; метод гальванопластики; изготовление методами порошковой металлургии; метод вихревого копирования. При металлизации напылением исходный материал (порошок или пруток) подается в зону нагрева, расплавляется и струей сжатого газа переносится на подложку (модель инструмента). Затем нанесенный слой от модели отделяют, если его используют самостоятельно, или используют вместе с моделью. Модель по размерам и форме представляет копию того изделия, которое предполагается изготовлять электроэрозионным методом, с учетом припуска межэлектродного зазора. Модель изготовляют из графита МПТ6, ЭЭПГ, АРВу, ГТМ, МПГ7, 9 также из литейных типографских сплавов по гипсовым моделям. Модели изготовляют также стальными. Стальные модели перед металлизацией подвергают дробеструйной обработке. Для улучшения электроэрозионных свойств напыленный слой подвергают восстановительному отжигу (нагрев до 600° С, изотермическая выдержка в течение 1 ч, .подъем температуры до 800-850° С, выдержка в течение 1 ч, охлаждение в водороде или инертном газе). Этим методом получают напыленный слой до 5 мм шероховатости поверхности до Rz = 40 мкм. Инструмент - газовый металлизатор. Метод гальванопластики основан на электролитическом осаждении металлов на модель. Толщина осажденного слоя металла 1-5 мм. Этот метод позволяет получить высокую точность и малую шероховатость поверхности (не хуже Ra = 2,5 мкм). Модели могут быть разового употребления (разрушаемые), например, из гипса или восковых сплавов, или постоянные, изготовляемые из эпоксидных смол, типографских сплавов, хромоникелевых сталей и графита. По конструкции модель должна иметь технологические (нерабочие) поля 30—50 мм. Базовые элементы (штифты, отверстия и др.) выносят на технологические поля. Изготовление инструментов методом порошковой металлургии рентабельно лишь в крупносерийном или массовом производстве, так как требует изготовления дорогостоящих и сложных пресс-форм из закаленных сталей и твердых сплавов. Технология изготовления электродов-инструментов методом порошковой металлургии предусматривает холодное или горячее прессование порошка в пресс-форме и спекание. Технология изготовления фасонных углеграфитовых электродом инструментов методом вихревого копирования разработана в СССР. Сущность этого способа состоит в том, что при наличии поступательного перемещения углеграфитовой заготовки фасонному инструменту сообщают возвратно-поступательное колебательное движение, при котором все точки на поверхности инструмента перемещаются по круговым траекториям (совершают вихревое движение). Режущий инструмент для вихрекопировальных станков изготовляют литьем режущей композиции в закрытых формах собираемых из унифицированных деталей. Опыт изготовления электродов-инструментов систематизирован в книге (6). Размеры электродов-инструментов определяют измерительными приборами. Для измерения толщины нанесенного слоя применяли специальное приспособление, содержащее щуп и рейку с делений ми. Для измерения зазоров в межэлектродном промежутке применяют щупы и индикаторы, а также оптические методы. Эффективным методом измерения зазоров является фотографирование с последующим увеличением. В этом случае необходимо изготовление многослойной модели заготовки, позволяющее проконтролировать величину фактического межэлектродного промежутка на различных уровнях. Зафиксировав инструмент и модель заготовки после обработки и убрав их со станка, снимая пластины заготовки, начиная с нижней, определяют величину межэлектродного зазора. Для закрепления электрода-инструмента электроэрозионные станки снабжены электродержателями в виде шпинделей с посадочными отверстиями, патронов, цанговых зажимов и др. уточнения положения инструмента относительно заготовки применяют приспособления, позволяющие регулировать его положение как по двум взаимно перпендикулярным осям, параллельным плоскости стола, так и относительно вертикали. Для выполнения прецизионных работ электрод-инструмент устанавливают в приспобление (кондуктор) с направляющими. Для ускорения выведения продуктов износа заготовки и инструмента из межэлектродного зазора применяют электромагнитный вибратор, сообщающий возвратно-поступательные колебания и инструменту с амплитудой, соответствующей увеличению зазора в 2-3 раза. Частоту колебаний принимают равной 50 или 100 Гц. Для вращения инструмента при обработке отверстий применяют электродовращатель. При нежестких электродах используют направляющие кондукторы. Для сообщения электроду-инструменту плоскопараллельного кругового движения применяют орбитальные головки, приводящие в круговое движение инструмент без вращения вокруг своей оси. Характеристика оборудования для выполнения электроэрозионной обработки непрофилированным электродом-проволокой, приведена в табл. 20. Основные требования к электроду-проволоке: 1) малое электрическое сопротивление; 2) высокая прочность на разрыв; 3) невысокая стоимость и недефицитность. В производстве применяется медная, латунная и вольфрамовая проволока. Медная проволока отвечает первому и третьему требованиям, но ее низкая прочность на разрыв не позволяет работать в интервале оптимальной производительности по натяжению при наименьшей скорости перемотки. Вольфрамовая проволока имеет высокую прочность на разрыв, но дефицитна и обладает большим удельным сопротивлением, что снижает производительность. Ее и применяют при прорезке узких пазов (менее 0,1 мм). Латунная проволока по сравнению с медной имеет большее удельное сопротивление, что компенсируется ее хорошими эксплуатационными качествами (второе и третье требование). Под действием электрических импульсов проволока-катод в процессе обработки изнашивается. Величина износа зависит от режима обработки, толщины заготовки и скорости перемотки. Скорость перемотки находится в пределах от нескольких миллиметров в секунду до нескольких десятков миллиметров в секунду. Электродпроволока имеет одноразовое использование, так как после прохождения через зону обработки он становится непригодным для повторного использования (независимо от степени износа). Влияние эрозии особенно резко проявляется при применении проволоки малого диаметра, так как при этом величина эрозии от единичного разряда соизмерима с диаметром проволоки. Оборудование, применяемое при электроконтактном методе обработки, приведено в табл. 21. Электроконтактное точение выполняют широкими металлическими дисками (толщиной 40—50 мм ), фрезерование — чашечным инструментом, сверление — трубчатым инструментом. Разрезка осуществляется металлическими дисками и дисками, покрытыми абразивно-изоляционным материалом. Для обтачивания крупногабаритных деталей, растачивания отверстий и подрезки торцов целесообразно использовать чашечные электроды-инструменты из серого чугуна диаметром 150—300 мм и высотой 60—90 мм, а для отрезки — дисковые электроды из стали диаметром 250—500 мм и толщиной 2—4 мм. Характеристики установок для электроискрового упрочнения приведены в табл. 22. Стоимость установок находится в пределах 2-2,5 тыс. руб. В качестве электродов для электроискрового упрочнения на заводах применяют феррохром с содержанием Сг 3%, графит ЭГ2 и ЭГ4 с зольностью до 2 %; твердые сплавы Т15К6 и Т30К4; специальные сплавы или материалы, получаемые порошковой металлургией. Накладка электроэрозионных станков и их неисправности. Подготовка электроэрозионных станков к работе заключается в установке заготовки и электродаинструмента и выверки их взаимного расположения, подготовке ванны к работе и системы прокачки рабочей жидкости, выбору и настройке электрических режимов генератора. Заготовку устанавливают и закрепляют непосредственно на столе станка или в приспособлении. Электрод-инструмент хвостовиком устанавливают в шпиндель головки. Для выверки положения электроды-инструменты снабжают контрольными углами или разметкой. При выверке используют индикаторы, оптические приборы, приспособления, позволяющие изменять положение инструмента по отношению к заготовке и угол наклона. Осуществив выверку положения электрода-инструмента, заполняют ванну рабочей жидкостью (или погружают стол с заготовкой в ванну), проверяют работоспособность системы прокачки. В соответствии с технологической инструкцией устанавливают необходимое давление прокачки. По технологической инструкции станка в соответствии с выбранным режимом работы задают электрический режим генератора импульсов, пользуясь соответствующими таблицами и номограммами, приведенными в инструкции (полярность форму импульсов, скважность, частоту следования импульсов, средний рабочий ток и др.). Изменение полярности напряжения генератора импульсов в зависимости от требований процесса производится путем переключения на штепсельном разъеме токоподводов к станку. При работе с прямой полярностью на электрод подается отрицательный потенциал, а на обрабатываемую заготовку положительный потенциал Для работы с обратной полярностью производят обратное переключение. Изменение полярности обычно не требует дополнительной изоляции обрабатываемой заготовки от станка. Установку электрических параметров и режимов работы генератора импульсов осуществляют с помощью переключателей, расположенных на панелях пульта управления. Настраивают регулятор подачи, устанавливая рекомендуемое напряжение регулятора, устанавливают скорость подвода инструмента. Средние значения напряжения при холостом ходе и в работе и средний рабочий ток фиксируют по приборам. Средний рабочий ток зависит как от настройки генератора, так и установки регулятора подачи. Настройку регулятора осуществляют рукоятками «Подача» и «Скорость подвода» и контролируют по приборам, показывающим средние значения токов и напряжений. Неисправности электроэрозионных станков. Неисправности в кинематике станка сводятся к обычным неисправностям его механизмов, вызванным поломками или износом (например, механизмов установочных перемещений), появлением люфтов, заеданием в подвижных парах и т. п. На прецизионных станках, оснащенные индуктивными системами отсчета перемещений, возможно появление рассогласования индуктивных датчиков мостовых схем. Отказ головки с механическим приводом может быть вызван низким качеством изготовления деталей и сборки, в том числе редуктора, шариковых винтовых пар, направляющих качения и гильз. Снижение чувствительности может быть обусловлено излишним натягом в винтовой паре. О качестве кинематики головки можно судить по току, потребляемому ее электродвигателем. При напряжении 5 В потребляемый ток не должен превышать 50—60 мА при движении шпинделя вниз и 70—90 мА при движении шпинделя вверх. Нестабильность работы головки соленоидного типа может быть обусловлена заеданием элементов магнитной системы. Отказы головки с гидравлическим приводом обычно вызываются загрязнением масла гидросистемы, появлением утечек и перетечек масла вследствие износа элементов аппаратуры управления, выходом из строя гидроклапанов. На стабильность работы этих головок существенно влияет изменение температуры масла, колебание рабочего давления в гидросистеме. При работе таких головок с генераторами типа ШГИ отмечено, что в диапазоне высоких частот технологического напряжения возникает дрейф нуля следящей системы, что требует ее загрубления. При появлении течи рабочей жидкости необходимо немедленно вменить прокладки ванны. Отсутствие подачи рабочей жидкости и наполнения ванны может быть обусловлено разрывом цепи электродвигателя насоса блокировками станка или тепловым реле, горением фильтров грубой и тонкой очистки. ГЛАВА ВТОРАЯ ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ 1. СВЕТОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА Светолучевую обработку материалов производят с помощью 1тических квантовых генераторов, называемых лазерами. Лазер способен создавать узкие направленные пучки видимого света, характеризующиеся чрезвычайно высокой плотностью тепловой энергии. Благодаря этому с помощью лазера можно выполнять ряд различных технологических операций, обработку сверхтвердых тугоплавких материалов (резание, сверление, сварка, плавление). Существуют три вида лазеров: твердотельные (кристаллические), жидкостные и газовые. Активные тела твердотельных лазеров являются сложными микросистемами, состоящими из ядер и электронов. Энергия относительного движения частиц твердых тел может принимать строго определенные значения, называемые уровнями энергии. Уровень с минимальной энергией является основным, остальные уровни-возбужденные. Если атому, находящемуся на основном уровне, сообщить дополнительную энергию (энергию «накачки»), То он может скачкообразно совершить переход с одного уровня энергии на другой — перейти на один из уровней возбужденного состояния. При переходе атома из возбужденного состояния на новый уровень атом излучает порцию энергии — квант света. Частота поглощаемого или излучаемого света определяется физическими константами активного вещества лазера. Широко используется кристаллический лазер на основе синтетического рубина в форме стержня, служащего резонатором, в котором возникает и формируется луч, испускаемый лазером. Простейшая схема кристаллического лазера показана на рис. 47. Рубиновый стержень 7 оснащается импульсной лампой 3, наполненной ксеноном и лампой вспыхивающей при импульсном разряде конденсатора источника питания 4 (источника энергии накачки). По торцам стержня установлены непрозрачная 2 (с коэффициентом отражения 1) и полупрозрачная (с коэффициентом отражения 0,5) пластины 5. Световой луч 6, возникающий в результат возбуждения атомов, выходит наружу через пластину 5. На рис. 48 показан процесс образования лазерного луча. Атомы хрома (черные точки), содержащиеся в рубине, находятся невозбужденном состоянии (рис. 48,а). Под действием фотон света от лампы атомы хрома переходят в возбужденное состояние (рис. 48,6). Часть излучаемой энергии рассеивается через стенки стержня и проявляется в форме люминесцентного свечения рубинового кристалла. Другая часть энергии, направленная параллельно оси стержня (рис. 48,а), по пути своего движения вызывающую цепную реакцию образования новых фотонов, многократно отражается от пластин 1 и 2, лавинообразно нарастая при каждом отражении, и в виде мощного светового луча вырывается из торца полупрозрачным покрытием (рис. 48,г). Простейшая установка для лазерной обработки показана на рис. 49. Особенностью луча лазера является его высокая когерентность, т. е. параллельность движения, синхронность в фазе и амплитуде составляющих его фотонов, в результате чего расхождение луча испускаемого лазером, не превышает 1°. Излучение оптического квантового генератора концентрируется на обрабатываемой заготовке с помощью оптической системы. Сферической оптикой излучение фокусируется в точку, а цилиндрической оптикой —в линию, длина которой определяется поперечным сечением луча генератора. 49. Схема установки для лазерной обработки материалов 1-оптический квантовый генератор; 2-диафрагма;3-оптический микроскоп для наведения луча; 4-защитное стекло; 5обрабатываемая заготовка; 6-блок питания. Первый лазер на кристаллическом рубине ( плавленая окись алюминия с добавкой 0,04— 0,05% атомов трехвалентного хрома) был создан 1960 г. Наряду с рубиновыми лазерами широкое распространение получили лазеры на стеклянной основе, имеющие ряд таких достоинств, как большие размеры стержней (до 2000 мм), длина рубиновых стержней до 300мм, простота изготовления образцов любой формы, высокая оптическая однородность, простота массового производства. Наиболее интересным по своим возможностям считают твердый лазер на иттриево-алюминиевом гранате с примесью неодима. Это единственный твердый лазерный материал, на котором удалось получить в непрерывном режиме мощность более 1 кВт. Однако этот материал дорогой, и не удается выращивать стержни длиной болee 12 см. Срок службы твердотельных лазеров определяется сроком службы лампы накачки и достигает 1500 ч, КПД их весьма невелик (КПД лучшего рубинового лазера не превышает 1,5%) Газовыми называют лазеры, в которых активной средой является газ, смесь нескольких газов или смесь газа с парами металла. Особенность газовой активной среды — ее высокая оптическая однородность, дающая возможность применять большие оптические резонаторы и получать высокую направленность и монохроматичность излучения. Большим достоинством газовых лазеров является также их способность работать как в непрерывном так и в импульсном режимах. Газовые лазеры возбуждаются продольными электрическими разрядами, поперечными электрическими размерами и с помощью иных принципов. В жидкостных лазерах активной средой является жидкость, редкие активные среды имеют существенные преимущества по сравнению с твердыми и газообразными. Размеры твердого резонатора ограничены технологическими возможностями. Объем жидкой среды может быть любым. Важным преимуществом жидкой среды является отсутствие потерь излучения из-за неоднородной структуры активного вещества, что наблюдается в твердых резонаторах. Легко решается проблема отвода тепла (за счет циркуляции жидкости резонатора). По сравнению с газообразной активной средой жидкая среда характеризуется большей концентрацией активных молекул, поэтому она более пригодна для получения мощного непрерывного излучения. В настоящее время широко используют жидкие активные среды трех классов: растворы редкоземельных хелатов, растворы органических красителей и растворы неорганических соединений редкоземельных элементов. Накачка осуществляется с помощью лампы-вспышки или импульсных устройств специальной конструкции. При обработке заготовок лазерами с помощью сравнительно несложной оптической системы можно сфокусировать луч на площадку диаметром в несколько микрометров. Тогда при мощности генератора в несколько кВт можно получить плотность потока излучения в зоне воздействия до 1010 Вт/см2. Температура в точке приложения луча достигает величин, достаточных для расплавления и превращения в пар любого из существующих материалом В большинстве случаев эта температура находится в интервале 5000—9000° С (большие значения — для сильно поглощающих материалов, меньшие — для полупрозрачных с высокой отражающей способностью). Взаимодействие излучения высокой интенсивности с веществом вызывает в зоне воздействия выделение большого количества тепла, которое приводит к расплавлению и испарению вещества. В зоне воздействия развивается достаточно высокое давление паров вещества и происходит выброс продуктов «световой эрозии». Это справедливо для большинства металлических и неметаллических материалов. Процесс носит взрывной характер, так как время и излучения при импульсном воздействии чрезвычайно мало (0,001 -0,00001 с). Несколько иной характер имеет процесс удаления веществ при получении отверстий в алмазах (например, получение фильер В этом случае под воздействием высокой температуры происходит выгорание углерода. Основными факторами, определяющими обрабатываемость материалов лазером, являются их теплофизические свойства и прежде всего температуры плавления и кипения, теплоемкость, теплопроводность. Различная твердость и шероховатость поверхности практически не оказывают влияния на результаты обработки. Материалы обладают различной относительной обрабатываемостью: вольфрам — 0,7; алюминий — 3,3; титан —4,5; медь —1,0; сталь У10-4,0; олово 20,0. Достаточно легко обрабатываются сфокусированным лучом лазера керамика и синтетические камни. У большинства металлических и неметаллических деталей входное отверстие оказывается окруженным валиком выброшенного из кратера жидкого вещества. Исключение представляет алмаз, при обработке которого жидкая фаза отсутствует. Обработанное лучом лазера отверстие имеет неодинаковые в продольном сечении размеры (по глубине). Можно выделить три основные зоны, отличающиеся своими размерными характеристиками: вход, средняя часть и дно. Размеры этих зон для различных материалов неодинаковы и определяются теплофизическими свойствами материалов. Средняя часть отверстия имеет относительно цилиндрическую форму по всей глубине. Поэтому для получения цилиндрических отверстий в пластинах целесообразно применять следующий технологический прием. На заготовку накладывают пластину из того же материала, толщина которой равна величине входной зоны. В результате обработки конусная часть, образуемая вначале, оказывается на этой пластине. Удаляемые продукты также остаются на пластине, а основные отверстия заготовки получаются нормальной цилиндрической формы. При прошивке лучом лазера сквозных отверстий они в продольном сечении имеют корсетную форму. Перспективным методом более точной обработки отверстий является многоимпульсный метод. При этом методе формирования отверстия производится не за один импульс, а в течение серии импульсов определенной мощности и длительности. Режимы получения отверстий с помощью лазерных установок приведены в табл. 23. Достаточно эффективна газолазерная резка материалов (резка лучами лазера с использованием газа, подаваемого в зону резки). Тип газа зависит от вида обрабатываемого материала. Поддув газа позволяет повысить скорость резки и получить более качественный разрез. В технологических установках для лазерной резки используют как импульсные лазеры, так и лазеры непрерывного действия (обычно на углекислом газе, с мощностью излучения Р= 100-=-1000 Вт). Характеристика процесса резки материалов излучением лазера приведена в табл. 24. Значительное влияние на скорость резки материалов излучением лазера оказывает давление газовой струи. При высоком давлении рабочая зона лучше очищается от продуктов разрушения и процесс идет более эффективно. Для резки хрупких материалов (полупроводники, керамика, стекло и пр.) не обязательно осуществлять сквозной разрез. Эти материалы могут быть разделены путем нанесения на их поверхность неглубоких царапин с последующим изломом по этим линиям. Такой процесс называется скрайбированием. Достижимая точность обработки лучем лазера составляет около 1% величины диаметра получаемого отверстия, а шероховатость обработанной поверхности соответствует Ra=0,32-^- 1,25 мкм. Таблица 24 Характеристика процесса резания материалов лучами лазера Материал Сталь: малоуглеродистая коррозионно-стой к ая Толщин Газ. подаваемый а, мм в зону резания Мощность Скорость лазера, Вт резания, м/мин 1,6 1 8 2,6 0,94 0,36 0,20 1 22 О',5 1.0 9,0 0,6 Кислород Воздух 100 ЙКГ) 250 100 850 250 Титан Ниобий, тантал Лавсан Полипропилен Ватман 0,5 0,13 0,25 0,5 0,25 Кислород Воздух Кислород Кислород Кислород 850 200 4 4 4 3,24 0,13 1,2 0,2 1,2 Дерево 5 Аргон 850 4,5 Керамика 6,5 Аргон 850 0,6 Кварц 1,02 Кислород 500 1,52 100 0,5 1,2 Кислород 2. ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ Электронно-лучевыми называются методы, при которых для технологических целей используют остросфокусированный пучок электронов, движущихся с большой скоростью. Метод электронно-лучевой обработки (плавки, сварки, резки) основан на использовании тепла, выделяющегося при резком торможении потока электронов поверхностью обрабатываемой заготовки. При электронно-лучевой обработке деталь помещают в герметическую камеру, в которой благодаря непрерывной работе вакуумных насосов обеспечивается высокая степень разрежения (до 10~7 Па). Поскольку электроны не изменяют химических свойств твердого тела, то обработка ими в вакууме является существенным достоинством этого метода, так как при обработке не происходит химического загрязнения заготовки газами. Существенной предпосылкой для использования в технике электронного луча как термического инструмента для обработки материалов является относительная простота получения большого количества свободных электронов. Если нагреть в вакууме металлическую, например танталовую или вольфрамовую, проволоку, то с поверхности последней эмитируются электроны (термоэлектронная эмиссия), число и скорость которых зависят от температуры нагрева. Кинетическая энергия этих электронов, беспорядочно движущихся в пространстве, окружающем эмиттер, сравнительно невелика. Ее можно существенно повысить путем ускорения движения электронов в определенном направлении воздействием электрического поля, создаваемого высокой разностью потенциалов между эмиттером, являющимся в данном случае катодом и анодом. Для этого используют специальное устройство — электронную пушку, которое вместе с электронно-оптической системой создает остросфокусированный пучок электронов, эмитируемых катодом, ускоряемый в вакууме электрическим полем с разностью потенциалов до 150 кВ. Скорость электронов при этом может достигать 100 000 км/с и более. Рис. 50. Установка для электронно-лучевой обработки материалов Установки для обработки материалов сфокусированным пучком электронов состоят из трех основных устройств: электронной пушки, фокусирующей системы и рабочей камеры (схема установки для электроннолучевой обработки показана на рис. 50). Источником электронного луча является катод 1, представляющий вольфрамовую спираль, нагреваемую до температуры 2600— 2800 °С. При этом происходит интенсивная термоэлектронная эмиссия с катода. Электроны, эмиттируемые катодом электронной пушки, формируются в пучок электродом 2, расположенным непосредственно за катодом, на который подается отрицательное относительно катода напряжение смещения, ускоряются под действием разности потенциалов между катодом и анодом 3. Затем с помощью воздействующих на него магнитных полей двух пар катушек 4 пучок электронов направляется в электронно-оптический центр магнитной фокусирующей системы 6. Между магнитными системами (4 и 6) установлена вольфрамовая диафрагма 5 с водяным охлаждением. Эта диафрагма служит для улавливания рассеянных электронов. Фокусное расстояние магнитной линзы 6 может изменяться при изменении тока, пропускаемого через обмотку, что используется для установки как рабочего режима (рабочей точки), так и необходимого поперечного сечения луча в месте встречи его с поверхностью обрабатываемой заготовки 9. Ниже фокусирующей системы расположены отклоняющие катушки 7, служащие для автоматического перемещения луча по заданному направлению. Заготовка помещается в рабочую камеру 8, в которой создают разрежение. Удельная мощность пучка электронов весьма велика (табл.25). Таблица 25 Удельная мощность пучка электронов при различных источниках энергии Источник энергии Сварочное пламя Электрическая дуга Электронный луч Поперечное сечение пучка, мм³, не менее 1 0,1 1-6 Удельная мощность, кВт\мм² 0,5 1 5000 А) б) в) Рис. 51. Механизм удаления вещества сфокусированным пучком электронов На рис. 51 показан механизм удаления вещества сфокусированным пучком электронов. Из-за неравномерного распределения плотности энергии по сечению пучка (область в центре пучка с высокой плотностью окружена областью с меньшей плотностью) и более интенсивному выделению тепла во внутренних слоях расплавление твердого тела начинается в зоне, расположенной по оси симметрии пучка электронов и на небольшом расстоянии от наружной поверхности заготовки (рис. 51,а, б). За счет торможения электронов заготовка на этом микроучастке в зоне 1 нагревается до температуры, при которой разрушаются молекулярные связи. Атомы уже не удерживают друг друга, и по оси симметрии возникает импульс высокого давления, создающий условия для взрывообразного испарения (рис. 51,в). За счет лавинообразного нарастания плотности электронного пучка процесс удаления вещества Происходит с взрывообразным испарением частиц материала в виде центральной струи факела. После каждого импульса на поверхности образуется небольшая лунка — кратер. Площадь кратера возрастает в зависимости от плотности электронного пучка и длительности импульса. В результате диаметры отверстий, получаемых электронно-лучевым методом, при больших по времени импульсах получаются большими. Глубина кратера при действии электронного пучка в значительной степени зависит от теплофизических свойств материала: в менее тугоплавких материалах глубина кратера при прочих равных условиях больше. Прочность и твердость материала существенного влияния не оказывают. Благодаря кратковременности действия электронных лучей и большой плотности потока излучения обрабатываемый материал плавится и испаряется столь быстро, что тепло не успевает распространиться в стороны от места падения луча (практически зона плавления не больше поперечного сечения луча в месте попадания его на заготовку). В направлении излучения луч электронов действует на гораздо большую глубину, равную примерно 100 диаметрам луча. Таким образом, электронным лучом можно резать материалы без образования дефектного слоя, практически без отходов и с высокой производительностью. Электронным лучом обрабатывают детали из вольфрама, титана, твердых сплавов, синтетических камней, осуществляется сварка и пайка. Рис. 52. Схема управления перемещением электронного луча Ввиду малого диаметра пучка электронных лучей, локальности действия создаваемого ими тепла и отсутствия влияния износа инструмента можно получить при обработке высокую точность размеров и малую шероховатость поверхности. Пучки электронов диаметром 5 мкм позволяют производить прецизионную обработку с точностью ±1 мкм. Пучком электронов на доводочных режимах можно получать поверхности с высотой микронеровностей до 1 мкм. Пучком электронов легко управлять, воздействуя на отклоняющие катушки 1 (рис. 52). Резку по кон туру можно осуществлять, используя механические перемещении стола с обрабатываемой заготовкой. Электронно-лучевой метод особенно эффективен при обработке малых отверстий и узких щелей в фильерах и других деталях. Использование электронных лучей для резания материалов ограничивается их толщиной. Такие материалы, как ферриты, легированные стали толщиной до нескольких миллиметров, режутся сравнительно хорошо. Например, стальной лист толщиной 1 мм можно резать со скоростью 20 мм/с при относительно небольшом потреблении энергии. Время обработки зависит от ряда факторов обрабатываемого материала, площади обрабатываемой поверхности и др. Например, для обработки паза шириной 0,05 мм и длиной 3 мм в стальной пластине толщиной 0,5 мм требуется около 20 с 3. УСТАНОВКИ ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Отечественной промышленностью выпускается множество различных установок и станков для лазерной и электронно-лучевой обработки. Таблица 26 Технические данные лазерных установок для обработки отверстий Тип установки Энергия излучения в импульсе, Дж Частота следования импульсов, Гц К-3М «Луч-1М» «Луч-10» «Поток-3» «Квант-3» «Корунд» «Квант-9» 1,5 2-3 1-2 1 15 0,5 10 Одиночный 3 10 1 1 10 1 Длительность Диаметр Потребляемая импульса, мс обрабатываемой мощность, Вт зоны, мкм 0,5—0,8 2 0,5—3 2 0,5—5 0,15 0,5 2—150 30—150 2—200 20—150 5—300 50—100 5—1000 500 1500 1200 1500 2000 - Технические характеристики некоторых установок для лазерной обработки отверстий приведены в табл. 26. Для обработки отверстий широко используют установку «Квант-9», состоящую из твердотельного лазерного излучателя, оптической системы, источника питания, системы управления и системы охлаждения. Установка «Квант-9» показана на рис. 53, схема излучателя и оптической системы установки дана на рис. 54. Лазерный излучатель состоит из оптического резонатора, образованного зеркалами 1 и 3, и твердотельного активного элемента 2, изготовленного из стекла с неодимом. Элементы 4, 5, 13, 14 и 18 обеспечивают фокусировку лазерного излучения на обрабатываемой заготовке 21. Рис. 53. Установка «Квант-9»: 1— излучатель; 2 — оптическая система; 3 — система управления; 4 — источник питания; 5 — система охлаждения Рис. 54. Схема оптической системы установки «Квант9» Плоскопараллельная пластина 17 защищает объектив 18 от засорения и загрязнения испаряющимися из зоны обработки материала веществами. Для наблюдения за обрабатываемой заготовкой сверху служит микроскоп, состоящий из объектива 18, линзы 12, светофильтра 9, сетки с перекрестием 10 и окуляра 11. Для наблюдения за заготовкой сбоку использую i второй микроскоп. В состав этого микроскопа входят защитное стекло 23, поворотная призма 24, объективы 25 и 15, подвижный фокусирующий элемент 6, зеркало 7. С помощью светоделительного куба 8 поле зрения второго микроскопа совмещено с полем зрения первого микроскопа, что позволяет использовать для наблюдения за заготовкой сверху и сбоку одни и те же элементы 9 я 11. Для освещения обрабатываемой заготовки служат лампа 19, линза 20 и фокон 22. Заслонка 16 предназначена для переключения наблюдательных ветвей оптической системы. Для накачки активного элемента в установке «Квант-9» применена импульсная лампа ИФП-1200, напряжение на которую подается от источника питания типа ИП-1. Источник питания состоит из повышающего трансформатора и батареи накопительных конденсаторов емкостью 800 мкФ. Система управления СУМ-5 задает частоту следования разрядных импульсов и производит их счет, также обеспечивает плавную регулировку и стабилизацию напряжения на накопительных конденсаторах в диапазоне 200—2000 В Из оборудования, предназначенного для электронно-лучевой об работки, можно рассмотреть универсальную электронную установку ЭЛЦРО. Установка предназначена для обработки микроотверстий, вырезания мелких деталей, микросварки, в том числе жаростойких сталей и сплавов. В процессе обработки могут быть применены программные устройства для управления движениями стола и электронного пучка. Наименьший диаметр обрабатываемого отверстия или ширина щели 0,01 мм. Наибольшая глубина 2 мм, размеры рабочей поверхности стола 200x250 мм, точность перемещения стола ±3 мкм. Промышленность выпускает гамму электронно-лучевых сварочных установок моделей ЭЛУ-1, ЭЛУ-2, ЭЛУ-4, У-ЗМ2, У-86 и др Техническая характеристика электронно-лучевой установки ЭЛУ-2 Рабочий вакуум, Па Тип электронной пушки Мощность в пучке, кВт, не более Скорость сварки, м/ч Габаритные размеры вакуумной камеры, мм (диаметр X длина) * 6-10—3 ЭП-25 1,5 До 40 500x400 В ЭНИМСе разработаны лазерные станки мод. 4222 и 4222Ф2, в которых применена проекционная схема локализации излучении на заготовку, допускающая плавное изменение диаметра световом' пятна в зоне обработки в пределах 0,02—0,2 мм. Система наблюдения обеспечивает непрерывный контроль обработки и снабжена двумя сменными оптическими головками. При изготовлении деталей оптические устройства позволяют рассматривать заготовку трех проекциях (снизу, сверху и сбоку), что способствует получению высокой точности геометрических размеров. Схема управления станками допускает как ручной, так и автоматический режим боты. При многоимпульсном сверлении или многопроходной резки материалов возможно заранее устанавливать нужное число импульсов (число проходов), причем энергию лазера можно при необходимости увеличивать от импульса к импульсу или от прохода проходу. Станок мод. 4222Ф2 оснащен системой ЧПУ и предназначен для прошивания прямоугольной сетки отверстий с высокой точностью. Система ЧПУ управляет квантовым генератором и двухкоординатным столом, имеющим привод на шаговых двигателях. Станок обеспечивает прошивку до 106 отверстий в одной детали с межосевым расстоянием 0,5— 2,5 мм, изменение числа импульсов на обработку одного отверстия от 1 до 5. При одноимпульсной работке производительность станка 9000 отверстий в час при межосевом расстоянии 1,5 мм. Максимальное перемещение стола 0X300 мм. Техническая характеристика станка мод. 4222 Энергия излучения, Дж До 3 Длительность импульса, мке 100—500 Частота следования импульсов, Гц 2, 4, 8 Диаметр обрабатываемых отверстий, мкм 20—1000 Глубина резания, мм, не более До 3 Напряжение сети, В 380 Потребляемая мощность, кВт . . . 3 Габаритные размеры, мм: станка . 1410x1245x650 блока питания 1000x920x570 ГЛАВА ТРЕТЬЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ 1. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ Ультразвуковыми называются упругие колебания материальной среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости человеческого уха (св. 18 000 Гц). Ультразвуковая энергия передается в виде волны, которую на графике можно представить гармонической кривой (рис. 55). Здесь по оси абсцисс отложено расстояние по направлению распространения волны, а по оси ординат — смещение частиц от их первоначального положения. Основными причинами, характеризующими гармонические колебания, являются: X — длина волны, расстояние между двумя смежными точками, находящимися в одной фазе; А — амплитуда колебаний, на большее смещение колеблющейся точки от положения равновесия — частота колебаний, число колебаний в единицу времени; Т\ период колебаний, время распространения волнового движения на расстояние, равное длине волны в секундах или долях секунды. Период колебаний Т является величиной, обратной частоте. Рис. 55. График волнового движения 1 — продольные; Рис. 56. Виды ультразвуковых волн: 2 — поперечные; 3 — поверхностные Скорость распространения звуковых волн С связана с длиной волны и частотой колебаний Малые длины волн дают возможность ультразвуку распространяться в средах направленными пучками, получившими название ультразвуковых лучей. Ультразвуковые лучи получают увеличением частоты колебаний. Так, например, при частоте колебаний 100 кГц в твердом теле длина волны будет около 4 см. При волновом движении материальной точки в каждый момент времени частица обладает определенным значением смещения, скорости ускорения. В момент времени t мгновенное значение смещения=As\na>t, где со — круговая частота 2я/, т. е. число колебаний время 6,28 с. Скорость колеблющейся частицы vT=A(dcosa)t, ускорение а, = соМ sin (ot — Лео2. Ультразвуковые волны могут распространяться в любых упругих средах: жидких, твердых и газообразных. Различают три ультразвуковых волн — продольные, поперечные и поверхностные (рис. 56). В твердых телах могут распространяться волны всех трех видов, в жидких и газообразных — лишь продольные. Если к какому-нибудь твердому телу приложить силу, то в ней произойдут деформации, т. е. некоторое смещение одних частиц отношению к другим. В результате может измениться как объем так и форма тела. Таким образом, твердые тела обладают только объемной упругостью, но и упругостью формы. Поэтому твердых телах наряду с нормальными могут возникать и касательные напряжения сдвига, а вместе с ними и поперечные волны. При воздействии механической силы на газы и жидкости происходит лишь изменение объема, форма же остается без изменения и зависит от формы сосуда, в котором они находятся. Таким образом, в жидкости или газе не могут возникать касательные напряжения и они обладают только объемной упругостью. Скорость распространения продольных волн в стержнях постоянного сечения, наибольший поперечный размер которых меньше длины волны, определяется по формуле де Е — модуль Юнга; р — плотность материала. Скорость распространения продольных волн в стальном стержне равна 5170 м/с, в воде 1494 м/с, в воздухе 331 м/с. В более толстых стержнях сказывается эффект поперечного сжатая— увеличение инерции в результате радиальных колебаний, это вызывает уменьшение скорости распространения продольных волн. Скорость распространения ультразвуковых волн в таких стержнях определяют по более сложным зависимостям. Скорость распространения продольных волн в стальном стержне длиной 12 см зависит от радиуса г г, см. С. м/с R,см С,м\с 0,5 5050 2 5 5020 4880 10 4410 15 3890 20 3380 Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения поперечных волн —"опер = 0,63. Распространение ультразвуковых волн в твердых телах сопровождается потерями энергии на внутреннее трение, теплопроводность и упругий гистерезис. Потери энергии зависят от физико-механических свойств и структуры материала, а также от частоты колебаний. Относительное значение потерь энергии для некоторых материалов: алюминий отожженный — 0,015; титан отожженный — 0,14; сталь отожженная — 0,8; медь отожженная—1,1; стекло — 2,0; каучук — 200. Алюминий и титан имеют малые потери и обладают высокими акустическими свойствами, однако не все материалы пригодны для изготовления инструмента и деталей волноводов ультразвуковых установок. Так, алюминий и его сплавы имеют низкую прочность при статических и динамических нагрузках. Когда ультразвуковая волна попадает на границу раздела между двумя средами, то часть звуковой энергии из первой переходит во вторую, а часть энергии отражается обратно. При этом распределение энергии между перешедшей в другую среду и отраженной от нее зависит от соотношения акустических сопротивлений данных сред. При нормальном падении плоской волны коэффициент отражения Ко представляющий собой отношение интенсивности в отраженной и падающей волнах. Рис. 57. Схема образования стоячей волны Для стали и латуни потеря энергии ультразвуковой волны при отражении от второй среды (латуни) составляет 1,9%. Для стали и воды потеря энергии составляет 88%. При движении ультразвуковой волны из стали в воздух отражается 99,96% энергии. Когда ультразвуковая волна при своем распространении отразится от какой-либо поверхности тела, имеющего другую плотность, она сложится с прямой волной. Взаимное наложение бегущих 1 (рис. 57) и отраженных волн 2 создает так называемую стоячую волну, играющую весьма важную роль в ультразвуковой технике. Те места, где амплитуда обеих волн (прямой и обратной) равна нулю, называются узлами стоячих волн, а места, где ампли туда максимальна, — пучностями. 2. КИНЕМАТИКА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ Для любого процесса резания, в том числе и ультразвукового сопровождающегося скалыванием мельчайшей стружки, необходимо различать два движения: главное — движение резания и вспомогательное — движение подачи. При размерной ультразвуковой обработке главным движением надо считать продольные колебания инструмента с ультразвуковой частотой, которые являются источником энергии абразивных зерен. Рабочий ход совершается при перемещении инструмента вниз, холостой ход — при перемещении инструмента вверх. Рис. 58. Схемы ультразвуковой обработки при использовании комбинации подач: а, б — обработка отверстий; в, г — обработка пазов и направляющих; д — обработка внутренней резьбы; е — обработка наружной резьбы; ж-—обработка отверстия с криволинейной осью; 3 — обработка криволинейных кольцевых пазов Для применяемых диапазонов частот и амплитуд колебаний инструмента скорость главного движения при размерной ультразвуковой обработке находится в достаточно широких пределах 0,6—6 м/с. Максимальная скорость колебания в 1,5 раза больше, чем средняя. Например, при f = 20 кГц и Л = 0,03 мм скорость-главного движения составляет 2,4 м/с, максимальная скорость-3,8 м/с. Вспомогательные движения — движения подачи при ультразвуковой обработке — могут быть различными: продольная подача — snp, поперечная подача — snOn и круговая подача — sKP, в зависимости от вида движения заготовки или инструмента. В зависимости от вида подачи или комбинации подач, а также профиля в продольном и поперечном сечении инструмента можно осуществлять различные операции ультразвуковой обработки (рис. 58). Наибольшее промышленное применение получили процессы: ультразвукового сверления, прошивания и резания, имеющие предельно простую кинематику—главное колебательное движение ш продольную подачу. 3. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКЕ. Источником колебательной энергии инструмента является достаточно мощный, обычно ламповый, генератор тока высокой частоты. Электрические колебания превращаются в механические в специальных устройствах, называемых преобразователями или вибраторами. При этом электрическая энергия преобразуется в энергию упругих колебаний так, что вибратор попеременно удлиняется и укорачивается. Для целей размерной обработки принципиально могут быть применены преобразователи двух типов: пьезоэлектрические и магнитострикционные. Для станков промышленного типа, работающих в диапазоне частот /=16-М0 кГц, наиболее целесообразно применение магнитострикционных вибраторов. Эти вибраторы обладают следующими основными преимуществами перед пьезоэлектрическими вибраторами: имеют значительную большие величины относительных деформаций, т. е. амплитуду, больший срок службы, большую прочность; значительно менее чувствительны к температурным воздействиям, небольшое значение полного электрического сопротивления и поэтому не требуют высоких напряжений. Рис. 59. Схема установки для ультразвуковой обработки Рис. 60. Ультразвуковые концентраторы: а — экспоненциальный; б — конический; в — ступенчатый При ультразвуковой обработке в магнитострикционных преобразователях используется эффект продольной магнитострикции, заключающийся в изменении длины стержня из ферромагнитного материала, помещенного в магнитное поле. Наибольшей магнитострикцией обладают железокобальтовые сплавы (альфер) и никель. Амплитуда получаемых в вибраторных ультразвуковых колебаний обычно оказывается недостаточной для осуществления обработки резанием. Поэтому к торцу колеблющегося преобразователя присоединяется концентратор, представляющий собой акустический волновод. Принципиальная схема установки для обработки ультразвуковыми колебаниями абразивных зерен показана на рис. 59. Магнитострикционный преобразователь 1 связан с концентратором 2, к концу которого присоединен инструмент 3 воздействующий на абразивные частицы суспензии 5. В заготовке 4 обрабатывается отверстие, копирующее форму и размеры (в сечении) инструмента. Суспензию 5 подают в ванну насосом 6. Электрический высокочастотный ток к преобразователю подается от генератора 7. При работе установки преобразователь охлаждают проточной водой. Преобразователь и концентратор образуют колебательную систему, к выходному концу которой приложена акустическая нагрузка. Чтобы получить достаточно большую амплитуду колебаний, преобразователь выполняют резонансным, т. е. его размер № вправлении распространения колебаний берут равным или кратным половине длины волны на выбранной для работы частоте. Концентратор также выполняется резонансным. Чтобы получить максимальное увеличение амплитуды колебаний, концентратор должен иметь специальную форму. Площадь поперечного сечения концентратора вдоль распространения колебаний изменяется по определенному закону. Применяют в основном концентраторы трех типов: экспоненциальные, конические и ступенчатые (рис. 60). Закон изменения площади экспоненциального концентратора g"f x F* = FJ* C . где Fx — площадь сечения экспоненциального концентратора на? любом уровне х\ Fo — площадь сечения, соответствующая диаметру Do; х — координата центра площади сечения от торца с диаметром Do; e — основание натуральных логарифмов. При ультразвуковой обработке важно оценить величину усиления концентратора. Эффективность применения концентратора характеризуется коэффициентом усиления амплитуды или коэффициентом концентрации Ку. Для экспоненциального концентратора /Су = —— = 1/ ——, т. е. равен отношению верхнего диаметра концентратора к нижнему. Для ступенчатого симметричного концентратора /Су = —£-. сР Большое распространение получили экспоненциальные и ступенчатые концентраторы, что объясняется простотой их расчета большой эффективностью и конструктивной простотой. Резонансную длину экспоненциального концентратора можно определять, из выражения где п — число полуволн, укладывающихся в волноводе, для основной частоты п—\; 1пв — длина полуволны при данной частоте. Максимально возможное значение Do и минимальное значение ограничены следующими зависимостями: Коэффициент усиления концентратора зависит от отношения длины каждого из звеньев к общей длине концентратора. Исследования показывают, что наибольший коэффициент усиления будет при равенстве звеньев а = Ь (рис. 60). Сравнивая экспоненциальный и ступенчатый концентраторы, можно отметить, что ступенчатый концентратор обеспечивает большее усиление. Однако это различие имеет место лишь при незначительной нагрузке. С увеличением нагрузки коэффициент усиления ступенчатого концентратора быстро падает, приближаясь в пределе к коэффициенту усиления экспоненциального концентратора. Ступенчатый концентратор имеет очень острую кривую резонанса, поэтому требует тщательной настройки, он чувствителен к влиянию нагрузки на его колебательный режим. Кроме того, в нем возникают большие концентрации напряжений, которые при некоторых условиях могут нарушить целостность волновода в переходных сечениях. К положительным свойствам ступенчатого концентратора относится простота изготовления. Существенное преимущество экспоненциального концентратора в том, что при работе ша нагрузку он меньше, чем другие концентраторы, меняет свой колебательный режим. 4. МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Большое распространение получил метод размерной ультразвуковой обработки твердых и хрупких материалов несвязанным абразивом, зерна которого получают энергию от инструмента, совершающего колебательные движения. Разрушение обрабатываемого материала в этом случае происходит главным образом за счет ударного действия инструмента на частицы абразива. Колеблющийся инструмент, ударяя по абразивным зернам, сообщает им энергию. Абразивные зерна, ударяя по заготовке, откалывают небольшие частицы материала заготовки. На рис. 61 показана принципиальная схема процесса. Инструмент совершает колебания с ультразвуковой частотой (16—30 кГц) и небольшой амплитудой (0,01—0,06 мм). В рабочую зону подается взвешенный в жидкости абразив 3. Зерна подмена постепенно производят обработку щей суспензии заготовки 2. В качестве абразива обычно применяют карбид бора, в качестве жидкости — воду. Относительно высокая производительность ультразвуковой обработки, несмотря на ничтожно малую производительность каждого единичного удара, обусловлена большой частотой колебаний инструмента большим числом зерен, одновременно движущихся с ускорением (20 000—100 000 зерен на.см2). Рис. 61. Схема обработки материалов ультразвуком в среде абразивонесущей суспензии Съем материала происходит в основном с площадок, расположенных перпендикулярно к направлению колебания инструмента. Ультразвуковой способ обработки представляет собой сложный комплекс процессов, однако в основном съем материала происходит вследствие прямого удара зерен абразива об обрабатываемую деталь. Производительность размерной ультразвуковой обработки можно оценить величиной подачи инструмента Sup, объемным и удельным съемом материала. Средняя подача инструмента при обработке неглубоких отверстий без вывода инструмента для заполнения полости абразивом Средний минутный съем обрабатываемого материала Qv = npF, где F — площадь поперечного сечения инструмента. При обработке глухих отверстий и полостей сплошным инструментом наиболее целесообразен критерий Qv, а при сквозной обработке производительность удобнее характеризовать величиной минутной подачи snp. Величина подачи snp численно равна удельной производительности ультразвуковой обработки. Под удельной производительностью понимают объем обрабатываемого материала, снятый единицей рабочей поверхности инструмента в единицy времени, т. е. отношение Qv к F. Производительность ультразвуковой обработки зависит от следующих основных факторов: физико-механических свойств обрабатываемого; материала, ампли-гуды и частоты колебаний, статической нагрузки между инструментом и заготовкой, вида абразива, концентрации суспензии и способа ее подачи в зону обработки, площади инструмента и его износа, материала инструмента. Все материалы, обрабатываемые ультразвуковым методом, условно можно разделить на три основные группы. К первой группе относятся такие материалы, как стекло, керамика, алмаз, кремний и др., имеющие при обработке характер хрупкого разрушения Ультразвуковой метод обработки наиболее эффективен при обработке именно этой группы материалов. Сюда относятся: изготовление деталей из стекла и кварца в оптической и радиоэлектронной промышленности; изготовление деталей из полупроводников; обработка алмазов из синтетических камней. Ко второй группе материалов относятся жаропрочные и твердые сплавы, закаленные стали и др. При обработке этих материалов под действием абразивных зерен наряду с упругими происходят и микропластические деформации. Чем большую роль играли пластические деформации, тем хуже обрабатывается материал ультразвуковым способом. Лучше других обрабатываются твердые сплавы. В этих случаях ультразвуковую обработку применяют для изготовления вырубных штампов и высадочных матриц, профилирования и затачивания твердосплавного инструмента. Ультразвуковая обработка материалов этой группы не всегда целесообразна. К третьей группе относятся мягкие стали, медь, свинец и др. При ультразвуковой обработке таких материалов почти вся работа абразивных зерен расходуется на микроскопическую деформацию поверхностных слоев. Разрушение материала почти не наблюдается. Поэтому ультразвуковая размерная обработка абразивом, получающим колебательную энергию от инструмента, для третьей группы неприменима. Как было показано, акустические параметры — частота и амплитуда колебаний — определяют скорость главного движения. Производительность ультразвуковой обработки в известных пределах линейно возрастает с увеличением скорости главного движения. Таким образом, производительность обработки может быть повышена увеличением амплитуды и частоты колебаний. При более точном анализе влияния амплитуды колебаний инструмента на производительность следует учитывать отношение двойной ампли туды 2А и среднего размера абразивного зерна d3. Оптимальное отношение 2А/ d3=0,6-0,8 Статическая нагрузка (сила подачи, обеспечиваемая акустической головкой) оказывает существенное влияние не только на величину ударных импульсов сообщаемых абразивным зернам, но и на состояние зерна, а также на концентрацию абразивной суспензии под торцом инструмента. 2 г/*V ' N < •^ — Рис. 62. Зависимость продольной подачи инструмента при ультразвуковой обработке от силы подачи Р и диаметра обработки d при обработке стекла: Рис. 63. Зависимость скорости обработки от величины зернистости абразива: 1— обработка специальной керамики; 2 — обработка сплава ВК8 При ультразвуковой обработке наблюдается некоторое оптимальное значение давления инструмента на заготовку, при котором производительность максимальная (рис. 62). При постоянной амплитуде колебаний и давлении инструмента максимальная производительность достигается при некоторой оптимальной зернистости абразива (рис. 63). Оптимальная зернистость при различных амплитудах находится в пределах 90—120 (размеры зерна 180— 150 мкм). С повышением концентрации абразива до определенного значения наблюдается рост производительности вследствие увеличения количества зерен под инструментом и достаточно благоприятных условий циркуляции абразива в рабочей зоне. Оптимальные условия обеспечиваются при концентрации, равной 25—50%, или при весовом отношении абразива к воде от 1 : 1 до 1 :2 (рис. 64). При дальнейшем увеличении концентрации абразива суспензия становится очень густой и свежие зерна абразива взамен изношенных поступают в зону обработки недостаточно интенсивно. Качество поверхности при ультразвуковой обработке зависит от ^зернистости абразива, физико-химических свойств обрабатываемого материала, амплитуды колебаний, шероховатости поверхности инструмента, типа жидкости, несущей абразив. Технологические характеристики, получаемые при этом методе ультразвуковой обработки, показаны в табл. 27. Абразивонесущим инструментом обрабатывают сквозные и глухие отверстия в деталях из керамики, ситалла, в кристаллах кварца, синтетических камнях и т. д. глубиной до 15 диаметров, производят фрезерование глухих канавок. Этот метод отличается высокой производительностью и точностью (табл. 28). Процесс ультразвукового фрезерования алмазным инструментом глухих канавок включает элементы ультразвуковой обработки, алмазного шлифования и фрезерования инструментом типа концевой фрезы. Использование ультразвука при алмазной обработке глухих отверстий повышает производительность в 8—10 раз, а износ инструмента снижается в 3—4 раза. Оптимальное значение амплитуды, обеспечивающее максимальную производительность и срок службы инструмента, составляет 10—12 мкм. При ультразвуковом алмазном фрезеровании пазов изменение амплитуды в пределах 0—15 мкм приводит к росту производительности в 2,5—2,8 раза; наиболее высока она при амплитуде 3—8 мкм. Таблица 27 Технологические характеристики ультразвуковой обработки Параметры Диаметр d обрабатываемых отверстий, мм Глубина отверстий Удельная производительность, мм3/(минкВт), не более . Скорость внедрения инструмента, мм/мин, не более . Линейный износ инструмента, Обработка с помощью абразивонесущей суспензии деталей из Обработка абразивонесущим инструментом деталей из Ультразвуковая электрохимическая обработка деталей из стекла стекла стекла твердого сп твердог о сплава 0,1—80 (5—10) d твердого сплава 0,8—50 (10—15) d 2—80 (2-5) d 4000 40 16000 - - 300 10 0,1—0,2 100 - - 0,7—1 - 5—6 2,5—3 0,1— 0,2 Износ инструмента минимален при амплитуде 5—8 мкм (0,012%), что в 6 раз меньше, чем при обычном фрезеровании. Ультразвуковая электрохимическая обработка абразивонесущим электролитом отличается наибольшей производительностью при относительно небольшом износе инструмента. Обработка осуществляется на основе электрохимического анодного растворения заготовки одновременным удалением продуктов растворения при подаче в рабочий зазор абразивонесущего электролита и воздействии на его ультразвуковых колебаний инструмента. Этот вид обработки ^пользуется в основном как черновой при изготовлении деталей твердосплавного материала. Технологические характеристики года показаны в табл. 27. Таблица 28 Эффективность ультразвукового алмазного фрезерования Материал обрабатываемой детали Производительность мм³/МИН Подача, мм/мин Износ Шероховатость инструмента Rа (на дне ,% паза), мкм Оптическое стекло К8 Стекло ТФ-3 Ситалл СТЛ-7 Кварцевое стекло Гранит Керамика Минералокерамика ЦМ332 Силицированный графит ПГ-50С 5752 7602 6526 6428 5920 4500 81 113 95 97 81 55 0,049 0,017 0,07 0,025 0,026 0,08 2,18 2,32 2,22 1,81 2,26 1,5 2810 40 0,46 1,43 457,6 5,3 0,287 1,22 5. СТАНКИ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ УЛЬТРАЗВУКОМ В настоящее время в Советском Союзе создано большое количество установок и станков для размерной ультразвуковой обработки. Для ультразвуковой размерной обработки разработана новая гамма копировально-прошивочных станков. В основу гаммы положены две универсальные базовые модели имеющие соответственно мощность генератора 0,1—0,4 и 1,6—2,5 кВт. На основе первой модели гаммы H;I стольного исполнения разработан станок мод. 4А771П повышенной точности, рассчитанный на работу с абразивной суспензией и алмазным инструментом. Он имеет вращающийся шпиндель и стол, перемещающийся по координатам. Станок предназначен для обработки отверстий, щелей и I фасонных полостей. Станок оснащен устройством для правки, микроскопом для контроля размеров инструмента и амплитуды его колебаний. На базе второй модели разработаны и серийно выпускаются станки мод. 4Д77 с индексом Э оснащены источниками4Д772Э, 4Д772К. Станки технологического тока, что позволяет вести электрохимическую ультразвуковую обработку. Техническая характеристика станков мод. 4А771П и 4Д772 приведена в табл. 29. Ультразвуковой копировально-прошивочный станок мод. 4Д772К показан на рис. 65Кроме универсальных станков, разработан ряд ультразвуковые станков специального назначения для сверления алмазных и твердосплавных фильер, отверстий в камняхсамоцветах, резки пол> проводниковых материалов. Для обработки алмазных фильер серийно выпускается станок мод. МЭ-76, техническая характеристика которого приведена ниже. Рис. 65. Ультразвуковой копировально-прошивочный станок мод. 4Д772К Техническая характеристика ультразвукового станка мод. МЭ-76 Диаметр обрабатываемого отверстия, мм Диаметр стола, мм Перемещение головки, мм, не более Частота вращения шпинделя, об/мин Рабочий ход стола, мм Сила подачи, Н Резонансная частота, кГц Акустическая мощность, кВт Амплитуда колебаний инструмента, мкм Габаритные размеры станка (длина, ширина, высота) мм Масса, кг 0,12—1,6 15 120 1000 6 0,2—40 22 + 7,5% 0,1 20—30 1180x650x1450 250 На базе станка мод. МЭ-76 разработан станок мод. МЭ-3:' для сверления алмазным инструментом отверстий диаметром 1-2 мм и глубиной до 30 мм в изделиях из камнейсамоцветов со скоростью до 25 мм/мин. При ультразвуковой обработке неметаллических материалов вращающимся алмазным инструментом на металлической связке удается существенно повысить точность обработки, снизить расход алмазов. Рекомендуемая концентрация алмазов в связке /С=100% (4,39 карата алмазов в 1 см3 алмазоносного слоя — около 25 % его объема). Наилучшие режущие свойства показывают инструменты на металлических связках Ml и М5-10 с алмазами марок А, САМ АCK. Шероховатость обработанной поверхности приведена в таблице 30. Таблица 30 Шероховатость поверхности при ультразвуковом алмазном фрезеровании канавок Параметр Шероховатость, мкм 2,5 20—30 Подача 0,63 20 1,25 - Зернистость инструмента 63/50—53/40 160/125— 63/50 250/200— 160/125 5,2 400/315— 250/200 Алмазный инструмент для обработки пазов и глубоких отверстий представляет собой стержень длиной, кратной длине — полуволны, диаметром 3—15 -мм с каналом для подачи СОЖ (рис. 66). С помощью резьбового хвостовика он закрепляется в ультразвуковой головке. рис. 66. Алмазный инструмент для ультразвуковой обработки пазов и глубоких отверстий рис. 67. Устройство универсальной ультразвуковой головки: — корпус подвижный; 2 — щетка; 3 — обмотка; 4 — корпус неподвижный; 5 — концентратор; 6 — штуцер Для обработки материалов на существующих фрезерных станках разработана универсальная ультразвуковая головка мод. УЗВГ-4 (рис. 67), питаемая от серийного генератора УЗГ-3-0,4. Инструмент для ультразвуковой обработки в абразивонесущей суспензии изготовляют из малоуглеродистых нетермообработанных сталей (сталь 20, сталь 35). Если инструмент изготовляют за одно целое с концентратором, то применяют стали с повышенным содержанием углерода, имеющие малые потери на внутреннее трение (стали 45, 45Х, 65Г и др.). Инструмент для образования отверстий малого диаметра изготовляют из сталей У8А. Точность изготовления инструмента должна быть высокой. Так, если точность операции имеет порядок 0,01—0,02 мм, то инструмент следует делать с точностью 0,005—0,008 мм. Шероховатость поверхности не ниже Ra = 0,634-1,25 мкм. При изготовлении инструмента необходим < учитывать его влияние на резонансную частоту и амплитуду колебаний. Так, например, увеличение длины и массы инструмента приводит к снижению резонансной частоты, а также к уменьшение амплитуды колебаний. Присоединение малой массы инструмент > (при площади инструмента меньше площади нижнего торца концентратора) приводит к увеличению амплитуды колебаний рабочего торца инструмента. Инструмент следует делать по возможности и полым, чтобы при сквозной прошивке он вырезал лишь часть материала. Желательно, чтобы контур внутренней полости такого инструмента повторял очертания внешнего контура. В этом случае износ инструмента будет равномерным по всему сечению. Необходимо иметь в виду, что чрезмерное облегчение инструмента путем увеличения его внутренней полости приводит к уменьшению жесткости и может вызвать неравномерное распределение амплитуды | колебаний по периметру. Чтобы инструмент служил дольше, eго делают с некоторым запасом по длине. При этом резонансная частота колебаний системы бывает несколько ниже номинальной. По мере износа инструмента резонансная частота увеличивается, а амплитуда колебаний сначала возрастает, а затем, пройдя резонансную частоту, начинает уменьшаться. Инструмент используют до тех пор, пока дальнейший его износ не снизит амплитуду колебаний до величины, при которой скорость обработки заметно упал или пока износ инструмента не начнет сказываться на точности обработки. Для ультразвукового станка средней мощности допустимое отклонение рабочей частоты от номинальной резонансной составляет 6%. При проектировании нового инструмента целесообразно предусматривать припуск 3—5 мм на подгонку частоты. При подгонке 1асть припуска срезается, если резонансная частота головки с этим инструментом оказывается слишком низкой. При проектировании инструмента следует также учитывать боковую разбивку отверстия величина которой (0,06—0,36) мм зависит от размера зерна абразивива. В процессе обработки необходимо обеспечить непрерывное перемещение инструмента (движение подачи), а также создать определенную статическую нагрузку между ним и заготовкой. Кроме того, при обработке глухих отверстий и полостей необходимо периодически выводить инструмент для заполнения полости свежим абразивом и удаления продуктов износа. Эти функции выполняет акустическая головка. Акустическая головка позволяет автоматически и вручную осуществлять необходимые перемещения шпинделя станка, поддерживает заданный режим работы. Приборы, устанавливаемые на акустической головке, позволяют определить, необходимую силу подачи. ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ 1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА В СТАЦИОНАРНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ Электрохимическими называются методы обработки металлов,, основанные на использовании явления электролиза, т. е. явлений,., возникающих при прохождении электрического тока через растворы электролитов. В большинстве электрохимических методов обработки используется преимущественно процесс анодного растворения — переход металла, помещенного в электролитическую ванну в качестве анода, из металлического состояния в различные неметаллические соединения (соли, гидроокиси, окислы). В электролитах молекулы вещества распадаются на электрически заряженные частицы — ионы, каждый из которых переносит один или несколько электрических зарядов. Число положительных И отрицательных зарядов, переносимых ионами, одинаково, и поэтому в целом электролит электрически нейтрален. Например, молекула хлористого натрия, растворяясь в воде, распадается на катион натрия Na+ и анион хлора С1, кроме того, вода содержит Ионы водорода Н+ и гидроокиси ОН-. Если к электродам, погруженным в этот раствор, приложить разность потенциалов, то анионы гидроокиси ОН~ и хлора С1~ будут двигаться к аноду, а катионы водорода Н+ и натрия Na+ — в сторону катода (рис.68). Электрическая цепь (источник питания — электрод — электролит — электрод — источник питания) при этом замкнется, и источник питания будет перемещать электроны по внешней цепи. Ионы металла Me будут переходить в раствор. Для железа, например, это можно записать следующим образом: Fe—2e^Fe+2. Рис. 68. Схема анодного растворения металла Рис. 68. Схема анодного растворения металла Образующийся ион металла Me связывается с ионом гидроокиси ОН~, образуя гидрат окиси металла Ме(ОН), который плохо растворяется в воде и выпадает в осадок Fe+2 + 2ОН~ -* Fe (ОН),. Ионы водорода Н+ разряжаются на катоде, образуя атомы водорода, которые в виде пузырьков уходят из раствора: Н+ + е -> Н; Н + Н -> H2f. Кроме указанных основных электродных реакций, возможны и другие побочные. Например, выделение газообразного кислорода «а аноде 2ОН- — 2е Н2О О; О + О -> O2f. Содержащиеся в растворе ионы хлора и натрия переносят электрические заряды, их присутствие может вызвать или образование щелочи NaOH и хлористого железа FeCl, или выделение газообразного хлора на аноде. Классификация операций электрохимической обработки. Операции электрохимической обработки, осуществляемые по одному и тому же принципу, по существующей классификации могут быть разделены на две различные (по технике проведения и результатам) группы: 1) при невысокой плотности тока в стационарном электролите; 2) при высокой плотности тока в проточном электролите (анодно-гидравлическая обработка). Электрохимическую обработку в стационарном электролите делят на полирование, профилирование (копирование), заострение' (затачивание), доводку. Электрохимическую обработку в проточном электролите подразделяют на профилирование (копирование), резание, прошивание, протягивание и калибрование. Рис. 69. Схема электрохимической обработки в стационарном электролите а— схема установки; б—д—последовательные стадии сглаживания поверхности; 1 — источник тока; 2 — резистор; 3 — электролит: 4 — ванна; 5—заготовка; 6 — пленка продуктов растворения во впадинах поверхности; 7 — силовые линии тока; 8 — катод При электрохимической обработке с высокой плотностью тока необходимо интенсивное удаление из зоны обработки продуктов анодного растворения. Последнее может осуществляться одним из трех способов: поточным электролитом, прокачиваемым под давлением через зону обработки; механическим, электроэрозионным и ультразвуковым воздействием на обрабатываемую поверхность; механическим удалением шлифовальным диском, хонами или абразивными частицами, свободно находящимися в электролите. На рис. 69 показана принципиальная схема электрохимической обработки в стационарном электролите для наиболее типичной; операции — электролитического шлифования или полирования. Электрический ток, проходя через электролит 3 и электроды 8 и 5, вызывает растворение поверхности анода 5 в электролите и образование продуктов растворения 6, которые, задерживаясь в углублениях шероховатости поверхности, изолируют последние or прохождения тока, сосредоточивая его силовые линии на незащищенных участках поверхности анода. Происходит быстрое растворение выступов, и поверхность анода сглаживается. Электрополирование имеет многообразное применение. Наилучшее качество поверхности достигается при электрополировании чистых и однородных металлов и сплавов. Полирование турбинных лопаток из легированных и труднообрабатываемых сплавов (удаление поверхностно-напряженных слоев металла после-механической обработки, повышение коррозионной стойкости и уменьшение шероховатости поверхности, уменьшение трудоемкости операции), полирование зубьев зубчатых колес (улучшение прирабатываемости, удаление дефектного поверхностного слоя, снижение трудоемкости операции), наружное и внутреннее полирование труб из легированных сталей и специальных сплавов (улучшение качества поверхности и снижение трудоемкости). Процесс профилирования осуществляется за счет анодного растворения заготовки, помещенной внутрь полого цилиндрического катода. Растворение происходит интенсивнее на участках, более близких к катоду, результатом чего является изменение формы, в данном случае округление заготовки. Электролит — растворы кислот и солей. Заострение и затачивание режущего инструмента осуществляют за счет создания на лезвии повышенной плотности тока, что обеспечивается соответствующим расположением лезвия инструмента относительно катода; характер заострения зависит также •от первоначального угла заточки. Электролитом являются растворы кислот. Доводку электрохимическим методом при стационарном электролите используют для обработки поверхностей штампов, пресс-форм и литейных форм после электроэрозионной обработки. При затачивании и доводке можно получить точность до 0,1 мм при высоте микронеровностей обработанных поверхностей Ra = = 0,32ч-0,63 мкм. Достоинства электрохимической обработки в стационар ном электролите: возможность получения поверхностей с малой высотой микронеровностей, отсутствие необходимости в специальном инструменте. Недостатки: невысокая удельная производительность, чувствительность к изменениям состава электролита и его состояния, проявляющаяся в нарушении стабильности процесса, влияние на процесс неоднородности строения заготовки. 2. АНОДНО-ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА При анодно-гидравлической обработке применяют токи высокой плотности. Локализация процесса обработки обеспечивается конструкцией инструмента и созданием малых межэлектродных зазоров. Образующиеся при электролизе продукты растворения удаляются из межэлектродного промежутка потоком электролита. На рис. 70 дана принципиальная схема электрохимической обработки в проточном электролите. Ток, проходя между катодом-инструментом 3 и анодом — заготовкой 1, вызывает растворение поверхности анода, в результате чего в нем воспроизводится про--филь катодаинструмента в виде углубления 4 негативной формы. В начале процесса отдельные участки катода 3 располагаются значительно ближе к заготовке-аноду /, и через них за счет меньшего сопротивления электролита 2 проходит ток большей величины. В результате находящиеся здесь участки заготовки подвергаются анодному разрушению быстрее. Электрический ток проходит и на других участках, но за счет меньшей плотности тока на этих участках скорость их анодного растворения менее интенсивная. Рис. 70. Схема электрохимической обработки в проточном электролите — воспроизведение профиля катода на аноде В конце обработки, когда анод приобретает отображенную форму катода, плотность тока выравнивается по всей поверхности. В реальных условиях процесс значительно усложняется, что приводит к неравномерному съему металла. Поэтому рабочая часть электрода-катода представляет собой, в свою очередь, несколько откорректированный профиль обрабатываемого элемента заготовки. Состав электролитов зависит от химического состава обрабатываемого материала. Для применяемых при обработке большинства марок конструкционных сталей это водные растворы поваренной соли NaCl концентрации 10—20%. Для обработки заготовок из титана рекомендуется 25%-ный раствор серной кислоты. Для обработки деталей из алюминиевых сплавов иногда применяют растворы, содержащие 10% поваренной соли и 10 г/л лимонной кислоты. Применяются электролиты и других химических составов; данные о них приведены в справочной литературе. Питание установок размерной электрохимической обработки обычно производится выпрямленным током однофазного или трехфазного полупроводникового выпрямителя. К достоинствам электрохимической обработки в проточном электролите относятся: высокая производительность, достигающая десятков тысяч кубических миллиметров в минуту; отсутствие износа электрода-инструмента; возможность повышения производительности с сохранением или повышением точности обработки при необходимой шероховатости поверхности. Недостатки: высокая энергоемкость процесса; необходимость принятия специальных мер для удаления интенсивно выделяющихся осадков гидроокисей и газов; трудность управления процессом при обработке заготовок сложного профиля с высокой точностью; необходимость обеспечения интенсивной циркуляции электролита при обработке; некоторое снижение выхода по току при возрастании плотности тока. Производительность процесса может характеризоваться интенсивностью анодного растворения металла или скоростью съема металла (мм3/мин) с обрабатываемой поверхности. Скорость съема металла с обрабатываемой поверхности можно рассчитать ю формуле где К — электрохимический эквивалент, мм3/мин; U — напряжение на электродах, В; х Эф — эффективная электропроводность (промежутка), Ом-; б — межэлектродный зазор, мм; т] — выход по току, % (представляет собой отношение количества фактически растворившегося металла к теоретическому, рассчитанному из предположения, что на аноде происходит лишь одна реакция растворения металла). На величину съема, как и на другие технологические показатели, кроме свойств электролита влияют многие факторы электрического и гидродинамического характера, изменяющиеся в широких пределах. Ниже приведены пределы изменения режимов обработки. Напряжение на электродах, В Плотность тока, А/см2 Скорость потока электролита, м/с Межэлектродный зазор, мм Давление в электролите в промежутке, МПа 8—24 До 300 1—30 0,1—6 До 5 Выбор скорости потока электролита определяется в значительной мере допустимым нагревом его в промежутке. Процесс протекает устойчиво, если перепад температур на входе и выходе электролита не превышает 8—10° С; при этом расход электролита должен составлять 200—300 л/мин на каждые 1000 А. Скорость формообразования при анодно-гидравлической обработке зависит от анодной плотности тока. Предельная плотности тока в межэлектродном промежутке лимитируется минимальным зазором, допустимым по условиям удаления гидроокиси металла. нагрева электролита и возможностью электрического пробоя промежутка. При анодногидравлической прошивке и обработке поверхностей небольших площадей (до 50—100 см2) с равномерным припуском минимальный межэлектродный зазор может был снижен до 0,1—0,3 мм. Скорость обработки в этом случае достигает 0,5—2 мм/мин. При обработке поверхностей (0,5—2 м2) с большой неравномерностью припуска обработку ведут при больших зазорах (1-—10 мм). Скорость съема металла в этом случае составляет 0,02—0,2 мм/мин. Производительность, оцениваемая интенсивностью растворения металла, зависит от количества электричества, реализованного в межэлектродном промежутке. Выпускаемые источники тока позволяют довести интенсивность съема металла до 100—250 Н/ч. Точность обработки и качество поверхности. При анодно-гидравлической обработке погрешности зависят от неточности изготовления станков, инструментов и приспособлений и других факторов, общих для механической и электрохимической технологии. Однако не эти факторы определяют относительно низкий уровень точности электрохимического формообразования. Основной причиной возникновения погрешностей при анодно-гидравлической обработке является изменение электродного зазора под воздействием специфичных для процесса колебаний электрохимического и гидродинамического характера. В начальный момент обработки межэлектродный зазор в различных сечениях определяется начальной неравномерностью поверхности заготовки (рис. 71), поэтому процесс анодного растворения заготовки происходит с различной скоростью. Там, где зазор меньше, а плотность тока выше, съем идет интенсивнее. Межэлектродный зазор постепенно выравнивается, неровности на обрабатываемой поверхности уменьшаются, достигая к концу обработки какой-то величины А„. Чем скорее идет выравнивание, тем быстрее стабилизируются электрохимические и ^гидродинамические условия процесса, тем меньше будут погрешности, переносимые с за'готовки на готовую деталь. Выравнивающие свойства процесса можно оценить показателем Zmin — Дн где /Св — коэффициент выравнивания; Zmin — минимальный при-1пуск (по впадине), мм; Дн — высота начальных неровностей, мм; Лк — высота конечных неровностей, мм. При однородном составе электролита и отсутствии концентрационных изменений в межэлектродном промежутке процесс ^выравнивания профиля сопровождается удалением металла, в десятки раз превосходящего реально необходимый припуск. Коэффициент выравнивания изменяется от 0,1 до 0,9 и зависит от [состава электролита, материала заготовки, межэлектродного [зазора, температуры электролита ,и других факторов. Состав 1 электролита и материал заготовки в большей мере, чем другие |факторы, влияют на коэффициент выравнивания КвПо мере усиления пассивирующих явлений процесс выравнивания ускоряется. При применении электролитов, способных защищать впадины от растворения, коэффициент выравнивания Повышается. Например, при обработке в растворах хлорноводокислого натрия процесс съема протекает в основном по выступам при высоком темпе выравнивания. С уменьшением межэлектродного зазора выравнивание также ускоряется. Точность обработки I достигает 0,05—0,15 мм при прошивке отверстий и 0,2—0,5 мм При обработке полостей сложной формы. Шероховатость поверхности, обработанной анодно-гидравлическим способом, зависит от состава электролита, плотности тока, формы кривой тока и напряжения, скорости потока электролита и его температуры. Состав электролита, его соответствие конкретному материалу заготовки является важнейшим фактором, влияющим на шероховатость поверхности. Наиболее распространенный электролит —раствор хлористого натрия — дает возможность (при соответствующих параметрах процесса) получить обработанную поверхность с высотой микронеровностей до Ra— = 0,32-4-0,64 мкм. С повышением температуры электролита шероховатость обработанной поверхности увеличивается. С повышением плотности тока шероховатость поверхности уменьшается. Это особенно заметно при изменении плотности тока от 2 до 8 А/см2. Увеличение плотности тока св. 15 А/см2 заметного снижения' шероховатости не дает. Регулирование процесса анодно-гидравлической обработки,. Устойчивость электрохимического процесса при необходимых, производительности и качестве обработки обеспечивается системой регулирования. Направленное анодное растворение без существенного искрообразования обеспечивается при межэлектродных зазорах определенной величины, зависящих от конкретных условий обработки. В связи с этим все существующие системы регулирования электрохимических станков построены на принципе поддержания оптимального зазора между электродами. При работе с малыми зазорами особенно важно согласовать между собой скорость Ущ> движения инструмента-катода и линейную скорость Q/ растворения: обрабатываемого металла. Это важно для обеспечения необходимой производительности процесса и исключения возможности! короткого замыкания. В реальных условиях величина Q/ не остается постоянной,, и поэтому регулирование подачи катода должно производиться? в соответствии с ее изменением. Поэтому линейную скорость растворения можно назвать прямым параметром регулирования. Однако определить значение Qv' с точностью, достаточной для»' практического использования, не представляется возможным в силу большой -сложности процессов, протекающих при размерной электрохимической обработке. Соотношение между v^, и Q/" наиболее целесообразно было бы определять по изменению межэлектродного зазора непосредственно. Но и это невыполнимо,, j поскольку в процессе работы зазор невозможно измерить. В этих условиях контроль межэлектродного зазора осуществляют при помощи так называемых косвенных параметров регулирования, функционально зависимых от величины зазора. К числу таких параметров можно отнести напряжение на электродах, силу i и плотность тока, давление жидкости в зазоре. При использовании плоских катодов площадь обрабатываемой поверхности не изменяется в течение всего процесса. В этом слу-1 чае омическое сопротивление столба электролита между электродами определяют по формуле где рэ — удельное сопротивление электролита; б— величин* зазора между электродами (величина столба электролита); So — площадь обрабатываемой поверхности. Если в течение процесса обработки площадь обрабатываемо! поверхности постоянна, то в соответствии с законом Ома можно с достаточной для практического использования точностью судит! об изменении зазора б по значениям силы тока и напряжения Однако явление поляризации электродов (и изменение удельного сопротивления столба электролита в межэлектродном зазоре) исключает достаточно достоверное определение зазора. Межэлектродный зазор, через который прокачивают электролит, можно представить как дроссель. Расход жидкости через дроссель Q = САр", где С —коэффициент, определяемый величиной открытия щели дросселя и состоянием рабочей жидкости; Ар — перепад давлений на дросселе (в данном случае — на межэлектродном зазоре); и — показатель степени, зависящий от конструктивных параметров дросселя. Расход жидкости в процессе обработки определяется подачей насоса, которую можно считать постоянной. Величины С и а зависят только от размеров зазора. Таким образом, при установленном 1азоре фиксируется вполне определенное значение Ар, которое и ходе электрохимического процесса может служить эталоном регулирования. По мере врезания катода в обрабатываемую заготовку площадь обработки So и путь протекания электролита увеличиваются. Это приводит к изменению Ар и ухудшению процесса регулирования по перепаду давления на межэлектродном зазоре. Наиболее универсальным можно считать регулирование промесса по анодной плотности тока. Из формулы, определяющей омическое сопротивление столба электролита в межэлектродном !.1зоре, следует, что с увеличением площади обработки при сохранении параметра регулирования постоянным зазор должен уменьшаться (p8 = Rr,So). Это способствует повышению точности обработки к концу процесса. Во избежание чрезмерного уменьшения зазора в конце обработки начальный зазор должен быть определен из условия Величину бк конечного зазора следует выбирать таким образом, чтобы исключить возможность искрообразования. Напряжение в начале процесса может быть принято равным ЭДС источника питания; напряжение в конце обработки в каждом отдельном случае определяется опытным путем. Предотвращение короткого замыкания обеспечивается снятием питающего напряжения, так как осуществить достаточно быстрое разведение электродов невозможно. Снятие напряжения осуществляется по сигналу схемы предупреждения коротких замыканий о наличии или приближении такого опасного режима (за 0,02—0,05 с до короткого замыкания, что достаточно для срабатывания автоматики защиты). Рис. 73. Схема прошивания отверстия анодно-гидравлическим способом Рис. 72. Схема анодно-гидравлической обработки турбинной лопатки Электрохимическое формообразование. Высокая эффективность электрохимического формообразования достигается при обработки многих заготовок сложной формы. Одним из распространенных видов этой обработки является обработка рабочего профиля турбинных лопаток (рис. 72). Заготовку 2 помещают между двумя латунными копирами — электродами 1 — соответствующей формы на расстоянии 0,3—0,5 мм от них. Через образовавшийся зазор под давлением около 1 МПа прокачивают 10%-ный раствор поваренной соли, подаваемый через штуцер 3. Режим формообразования: напряжение на электродах 8—11 В, плотность ток* 15—20 А/см2, скорость подачи 0,3—0,4 мм/мин. Металл с заготовки удаляется со скоростью подачи при шероховатости обработанной поверхности a=l,25-f-2,5 мкм. Исходя из особенностей электрохимического формообразования, полагают, что максимальный припуск, удаляемый с обрабатываемой поверхности, должен быть не более двойного минимального припуска. Так, если в среднем с любой точки снимают п| 0,8 мм, то минимальный съем в любой части заготовки должен быть не менее 0,4 мм. В процессе электрохимического формообразования одновременно выявляются дефекты обрабатываемой поверхности, в частности, микротрещины. Таким образом, при обработке осуществляется не только формообразование, но и контроль качества, что особенно важно для ответственных деталей, например, турбинных лопаток. Практика показывает, что электрохимические методы формообразования в 4—10 раз производительнее механической обработки. Электрохимический метод обработки особенно эффективна при обработке заготовок из труднообрабатываемых стали и сплавов. Электрохимическое прошивание отверстий. Прошивание отверстий анодногидравлическим методом выполняют полым электрш дом (рис. 73). Инструментом служит металлическая трубка ■ покрытая снаружи тонким изоляционным слоем 3. В трубы под давлением подают электролит. Трубка включена в электросеть и качестве катода, а обрабатываемая заготовка 1 — в качестве анода. Интенсивное анодное растворение металла с поверхности метали под торцом трубки приводит к образованию полости 5, |лубина которой может быть задана произвольно поступательным перемещением трубки с электролитом. Диаметр трубки 4 выбирается обычно меньше, чем диаметр отверстия 5, примерно на 025—0,05, а иногда и на 0,1 мм на сторону. Электролит, выходящий из трубки .возвращается по зазору между стенками отверстия и трубки и через местную ванну 2 откачивается в систему циркуляции. Электролитом служит раствор солей, в частности, хлористого натрия. Плотность тока в зависимости от интенсивности прокачки электролита, состава обрабатываемого материала и других факторов находится в пределах 100—300 А/см2 при напряжении1-12 В. Иногда плотность тока доводят до 600 А/см2. Скорость углубления обычно находится в диапазоне 1—6 мм/мин. Отверстие может быть любой конфигурации, определяемой профилем сечения инструмента. В потоке электролита производят операции обработки шлицев, Мальцевых каналов и полостей в трубах, утонения сферических поверхностей, и т. д. Особенности электрохимического формообразования глубоких точных отверстий. Детали с глубокими и точными отверстиями широко применяют в промышленности. Технологические приемы механической обработки таких отверстий, как правило, сложны, сопровождаются большими затратами ручного труда и часто дают низкое качество обработанных поверхностей. Здесь, особенно на отделочных операциях, электрохимический метод обработки весьма эффективен. Размерную электрохимическую обработку глубоких отверстий выполняют с неподвижным или подвижным катодом. Применение неподвижных катодов без осевой подачи имеет следующие недостатки: трудность точного центрирования длинного катода; необходимость применения фасонного катода для обработки комбинированных ступенчатых отверстий; копирование дефектов поверхности катода обрабатываемой поверхностью. Для повышения качества обработки катоду-инструменту (или заготовке) придают вращение. При значительном различии параметров заготовки и инструмента применяют схему с эксцентричным расположением неподвижного инструмента при вращении заготовки с частотой 5—20 об/мин. Неподвижные катоды рекомендуется применять при вращении заготовки и в случае обеспечения необходимой жесткости (1/d^lQ, где / — длина катода, d — диаметр обрабатываемого отверстия). Применение подвижных катодов уменьшает или исключает недостатки неподвижных катодов. К достоинствам этого вида обработки относятся: возможность использования катодов простой формы, например, гладких или ступенчатых с цилиндрическими участками; обеспечение необходимого центрирования, что осуществляется применением изолирующих направляющих втулкой и пластин; практического исключения копирования дефектом поверхности инструмента обрабатываемой поверхностью. Рис. 74. Схемы электрохимической обработки отверстий подвижным катодом Схемы электрохимической обработки отверстий подвижными катодами показаны на рис. 74. Применение подвижных катодов позволяем резко увеличить производительность процесса, так как обработка отверстия происходит по всей его длине. Обработку целесообразно производить при вертикальном расположении заготовки и катода инструмента для уменьшения его прогиба. На рис. 74, а, б показаны схемы обработки короткими подвижными электродами, на рис. 74, в, г — длинными. С длиной h рабочего участка, равной длине переходного конуса /к, катод, двигаясь в отверстии заготовки Do, образует фасонное отверстие, состоящее из цилиндрического и конического участков. Двухступенчатый электрод (рис. 74,6, г) позволяет обработать участок /2. Для выполнения отверстий высокой точности применяют обработку при малых межэлектродных зазорах (до 0,01 мм) с центральным и эксцентричным расположением инструмента. Эксцентричное расположение инструмента позволяет производить обработку заготовок с диаметром отверстий гораздо большим, чем диаметр применяемого электрода. Практическое осуществлена при этом находят следующие варианты схемы: 1) инструменту придают вращение с окружной скоростью 5—15 м/с при радиальной подаче до 0,1 мм/мин; частота вращения заготовки 1Ь-20 об/мин (рис. 75, а); 2) инструменту, выполненному в виде усеченного конуса (конусность 2—3°), придают вращение со скоростью 5—15 м/с и продольную подачу до 150 мм/мин; частота вращения заготовки 5—60 об/мин (рис. 75, б); эту схему применяют при обработке отверстий диаметром 50—200 мм; 3) инструменту придают только радиальную подачу, а заготовку приводя! во вращение со скоростью 5—20 м/с (рис. 75,в). Размерная электрохимическая обработка по указанным вариантам имеет следующие достоинства: возможность получения высокой точности и минимальной шероховатости обработанной поверхности; снижение требований к стабилизации параметров процесса; снижение энергоемкости процесса обработки за счет уменьшения электрического сопротивления в зазоре. рис. 75. Схемы электрохимической обработки отверстий с эксцентричным расположением катода-инструмента Схему выбирают в зависимости от заданной шероховатости обрабатываемых поверхностей, точности и других выходных параметров. Размерная электрохимическая обработка при питании постоянном током, как правило, не обеспечивает высокой точности и качества обрабатываемых поверхностей. Можно существенно повысить точность обработки и ее качество, применяя импульсно-циклическую схему электрохимической обработки. При этом обработка производится при коротких импульсах технологического тока длительностью tu=0,0024-0,004 с. Чтобы уменьшить влияние температуры, загазованности и захламленности электролита на электропроводность, длительность пауз выбирается из условия полной замены электролита в межэлектродном промежутке. В этих условиях можно получить погрешность формообразования (копирования) не хуже 0,05 мм при существенно уменьшенной шероховатости обработанных поверхностей. Электрохимический метод 1воляет также производить операции протягивания и калибрования фасонных отверстий. Электрохимическое разрезание заготовок производят металлическим без механического контакта с ней. Между диском и заготовкой движущимся электродом. ружная скорость диска достигает 30—40 м/с, обеспечивает производость нос инструмента 3. АНОДНО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ Анодно -механическую обработку производят при повышенной плотности тока. Анодное разрушение материала дополняется интенсивным электроэрозионным воздействием многочисленных тепловых очагов, возникающих в точках контакта поверхностей I катода и анода. Под термическим воздействием электрического тока съем металла заметно увеличивается. Специфическая особенность данного процесса состоит в том, что одновременно плавятся небольшие участки обрабатываемой поверхности, возникающие в точках контакта заготовки и электрода-инструмента. В тоже время процесс плавления является кратковременным, чин предотвращает проникновение тепла в массу металла заготовки, и тепло воздействует лишь на тонкий поверхностный слой, в котором могут произойти незначительные структурные изменения Поскольку величина участков активной поверхности невелика локальные плотности тока достигают весьма значительных величин (до нескольких тысяч А/см2). Ввиду этого металл в отдельны» точках поверхности нагревается до очень высоких температур плавится, частично испаряется и выносится из зоны обработки Там, где металл удален, процесс прекращается, возникая в других местах. Благодаря смещению этих явлений, процесс съем и происходит непрерывно. Рабочей средой при анодно-механической обработке являем« электропроводный электролит — водный раствор силиката натрии (жидкое стекло) Na2OnSiO2 + /nHaO. Важной характеристикой этого электролита является модуль Д1 он вычисляется по формуле М = -1,032, где А—процентное содержание кремнезема; Д — процентное содержание окиси натрия: 1,032 — процентное отношение молекулярного веса окиси натрия к молекулярному весу кремнезем.) Объемный вес рабочей жидкости должен состав, (1,28—1,32) Ю-4 Н/см3, модуль М = 2,6-^3. В результате возникновения электроэрозионных явлений и -и анодно-механической обработке с увеличением производительное: и повышается шероховатость обрабатываемых поверхностей Поэтому этот вид обработки применяют в основном для черновых операций. Анодно-механическая резка металлов. Характерным видом анодно-механической обработки является резка металлов. Анодно-механическая резка металлов основана на комбинированном BIM действии электрических, тепловых и механических факторов нарезаемую заготовку и производится на специальных станках. Схема установки для анодно-механической резки показана на рис. 76. Разрезаемую заготовку 1 в большинстве случаев уснавливают на станке неподвижно, а электроду-инструменту сообщают сложное движение относительно заготовки; быстрое главное движение и движение подачи. В зону резания подводится рабочая Жидкость. Резка сопровождается интенсивным образованием искр, которые выбрасываются из зоны резания. Эти искры представляют собой Частицы расплавленного металла, окруженные оболочкой из рабочей Жидкости. Ширина реза зависит от Толщины электрода-инструмента и обычно составляет 1,8—2,5 этой толщины. Рис- 76- Схема анодно-механической резки материалов. При анодно-механической обработке механические свойства обрабатываемого материала не оказывают заметного влияния на интенсивность процесса обработки. На интенсивность анодно-механической обработки оказывают некоторое влияние такие свойства материала, как температура плавления, теплопроводность и теплоемкость. Высокая производительность резки может быть достигнута лишь три интенсивных электрических режимах, которые характеризуются напряжением и силой тока. Напряжение, необходимое, для анодно-механической резки, составляет 20—28 В, и его выбирают в зависимости от размеров поперечного сечения заготовок, -ила тока колеблется в значительных пределах и в зависимости размеров заготовки и интенсивности процесса может достигать нескольких сотен ампер. Диаметр заготовки, мм .... 50 100 150 200 Ток, А .... 80—100 125—150 200—225 275—300 На производительность процесса резки существенно влияет скорость главного движения электрода-инструмента. Оптимальный интервал скорости главного движения 15—25 м/с. При малой скорости инструмента мало количество электрических разрядов, при большей — сокращается продолжительность их воздействия, в том и другом случае производительность резко уменьшается Нормальный режим обработки предусматривает также и оптимальное давление электрода-инструмента на разрезаемую заготовку. Давление инструмента на заготовку должно находиться в интервале 0,08—0,2 МПа. Сравнительные показатели производительности анодно-механической и механической резки приведены в табл. 31. Анодно-механическое затачивание режущего инструмента. Анодномеханический метод обработки успешно применяют для затачивания инструмента, оснащенного твердосплавными пластинами. Схема анодно-механической заточки инструмента показана рис. 77. Затачиваемый инструмент 1 и вращающийся заточной диск 2 соединяют с источником 5 постоянного тока через регулируемый резистор 4. Промежуток между затачиваемой поверхностью инструмента и диском заполняется рабочей жидкостью. Напряжение к инструменту подводится через коммутаторное кольцо 3. Таблица 31 Показатели анодно-механической и механической резки заготовок Сталь 08X13 Р18 50 60ГС Размеры поперечного сечения заготовки, мм2 40X50 100x100 120x140 080-102 Анодно-механическая резка Шири Расход Время резани на энерги я, реза, и,, 0,3 мин3 мм1,5 кВт-ч 6 2,0 0,7 2,5 1,7 12 15 2,0 0,5 Механическая резка Время Шири Расход резани на энерги я, мин реза, и, кВт15 мм4 ч 0,6 17 8 1,6 19 8 1,9 20 6 1,3 Интенсивность съема металла и шероховатость обрабатываемой поверхности зависят от материала затачиваемого инструмента, состава и количества рабочей жидкости в зоне заточки, напряжения источника питания, величины межэлектродного промежутка и силы тока. Скорость съема при заточке инструмент из твердого сплава значительно ниже скорости съема металла при заточке стали. Рабочая жидкость должна находиться в достаточном количестве в межэлектродном промежутке. Это достигается обильно: подачей жидкости и применением дисков, на рабочей части. Которых имеются канавки, облегчающие доступ рабочей жидкости в зону заточки. Наилучшие результаты дает рабочая жидкость приготовленная из жидкого стекла и воды, с объемным весом (1,36—1,38)10-4 Н/см3. Снижение скорости съема после длительной работы свидетельствует об истощении рабочей жидкости, в этом случае необходимо ее заменить свежим составом. Напряжение генератора (или другого источника постоянного тока) обычно составляет 1428 В, плотность тока 1—25 А/св (в зависимости от вида выполняемого перехода). Высокую скорость съема металла можно получить при давлении между электродами 0,15 МПа. Окружная скорость диска должна быть такой, чтобы своевременно происходило удаление расплавленных частиц металла из зоны заточки. Рис. 77. Схема анодно-механической заточки инструмента При чрезмерной окружной скорости диска затрудняется попадание рабочей жидкости в зону заточки и увеличивается разбрызгивание. Наибольшая скорость съема металла имеет место при окружной скорости диска 8—18 м/с. Для обеспечения высоких скоростей съема металла и необходимой шероховатости поверхности необходимо сохранить постоянным в течение времени обработки выбранные значения напряжения и силы тока. В тоже время в процессе обработки при анодной заточке инструмента вследствие съема металла с затачиваемого инструмента величина межэлектродного промежутка непрерывно возрастает, а значит меняются сила тока и напряжение на электродах. Для сохранения межэлектродного промежутка постоянным необходимо сближать инструмент и диск со скоростью, соответствующей скорости •съема металла. Для поддержания постоянного межэлектродного .промежутка используют регуляторы (рис. 78). рис. 78. Схема регулирования межэлектродного промежутка при анодной заточке инструмента. Регулятор 4 находится под действием двух напряжений: напряжения, снимаемого «с регулируемого резистора 3, и напряжения постоянного источника питания. Первое напряжение зависит от силы тока, а следовательно, от величины межэлектродного промежутка. Под действием этого напряжения регулятор стремится развести инструмент м диск. Напряжение постороннего источника не зависит от хода процесса и является постоянным. Под действием этого напряжения регулятор сближает электроды. Настройка регулятора производится таким образом, что при заданной силе тока напряжение, снимаемое с резистора, равно напряжению постороннего источника. Если включить подачу при разведенных электродах, то в цепи 4 тока не будет. Регулятор под действием напряжения постороннего источника начнет быстро сближать инструмент и диск до тех пор, пока на резисторе 3 не появится напряжение, соответствующее заданной силе тока. Если по каким-либо причинам (например, короткое замыкание инструмента и диска) сила тока резко возрастет, регулятор быстро разведет электроды и установит межэлектродный промежуток, при котором будет иметь место равенство напряжений, т. е. установленный режим обработки. Для того чтобы обеспечить необходимую шероховатость поверхности, заточку твердосплавного инструмента обычно производят за несколько переходов, одни из которых обеспечивают высокую скорость съема при большой шероховатости поверхности, а другие — низкую скорость съема и более качественную обработанную поверхность. На предварительном режиме снимают большую часть припуска — 80—90%; на чистовом—15%. Съем металла в 3—4 раза ниже, чем при предварительном режиме. При доводке можно получить шероховатость поверхности Ra = = 0,63ч-1,25 мкм при съеме 3—5% припуска. Технологические характеристики анодно-механического затачивания приведены в табл. 32. Таблица 32 Технологические характеристики анодно-механического затачивания инструмента, оснащенного твердым сплавом Параметры Переход предвари тельный Напряжение питания, В 20—24 Плотность тока, А/см2 15—25 Шероховатость поверхности, Ra, До 2,5 мкм . . 120—200 Интенсивность съема металла, мм3/мин . . Относительный износ инструмента, % (по массе) . . . • 15—20 чистовой доводка 20—24 4—6 2,5—1,25 25—45 20—24 1—2 1,25—0,32 1—3 5—10 2—4 4. АНОДНОАБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ Сочетание анодного растворения и механического (абразивного) воздействия на заготовку значительно расширяет возможность применения электрохимических процессов для размерной обработки материалов. Электроабразивное шлифование. На рис. 79 показана схемам электроабразивного круглого шлифования. Токопроводящий; абразивный круг 3 скользящим контактом 2 соединен с отрицательным полюсом источника / постоянного тока. Обрабатываемая заготовка 4 присоединяется к положительному полюсу. Резистор Я позволяет регулировать силу тока в цепи. В зону обработки подается электролит, например раствор жидкого стекла, с объемным весом (1,24—1,34) 10—* Н/см3. Напряжение источника тока 30—32 В, наименьшее напряжение 7—8 В, максимальный ток до 50 А. При увеличении анодной плотности тока интенсивность съема металла возрастает, при:: этом повышается шероховатость поверхности. Поэтому процесс обработки целесообразно вести? в два перехода (шлифование и. доводка), отличающиеся электрическими режимами. При использовании графитизированных кругов при обработке деталей из твердых сплавов: могут быть рекомендованы? режимы, приведенные в. табл. 33. Рис. 79. Схема электроабразивного шлифования Таблица 33 Режимы при электроабразивной обработке Параметры Шлифование Доводка Рабочее напряжение, В Плотность тока, А/см3 Окружная скорость круга, м/с . . Давление круга, МПа 25—30 25—30 15—18 15—20 12—15 3—5 15—18 20—25 Основной съем металла обеспечивается шлифованием. Припуск на доводку оставляют не более 0,05 мм. На рис. 80 показана схема процесса электроабразивной обработки. Электроабразивный круг состоит из абразивных зерен 1 и связки 2. В зазор 4, образуемый абразивными зернами, непрерывно подается рабочая жидкость 6. При прохождении электрического тока заготовка-анод 3 подвергается анодному растворению с образованием пленки 5 с высоким электрическим сопротивлением. При вращении круга абразивные зерна удаляют продукты анодного растворения с заготовки и увлекают частицы электролита, непрерывно обновляя его в рабочей зоне. Работоспособность абразивного круга поддерживается его самозатачиванием в процессе работы. Абразивные зерна изнашиваются и разрушаются, вследствие чего зазор между обрабатываемой заготовкой и электропроводной связкой круга уменьшается. Происходит пробой тонкого слоя электролита, приводящий к выгоранию графита и бакелита и восстановлению прежней величины промежутка. Показатели процесса в значительной степени зависят от соотношения доли металла, снятого механическим резанием, и общего объема снятого металла. С увеличением доли механического резания возрастает усилие шлифования и повышается износ шлифовальных кругов. Так, при плоском шлифовании торцом круга доля электрохимического съема металла преобладает, а при шлифовании периферией круга доля электрохимического съема в среднем составляет только 55—58% общего съема металла. Объемная производительность обработки этим методом составляет 4000 мм3/мин, шероховатость поверхности Ra= 0,16 мкм. Рис. 80. Схема процесса электроабразивной обработки Электроалмазное шлифование. Сущность процесса электроалмазного шлифования состоит в сочетании анодного растворения с алмазным резанием. Особенностями электроалмазного шлифования являются: высокая плотность тока (до 200 А/см2), достигаемая за счет высокой электропроводности шлифовального круга и малого зазора между кругом и заготовкой; низкое напряжение (6—10 В), предотвращающее возможность возникновения эрозии в процессе обработки; непрерывное удаление из зоны резания не только продуктов анодного растворения, но и резания обрабатываемой" заготовки. Установлено, что 0,9 толщины слоя, снимаемого в процессе обработки, удаляется за счет электрохимического процесса а только 0,1 за счет резания. Поэтому износ алмазного диска при электроалмазном шлифовании уменьшается почти в 10 раз по сравнению с механическим алмазным шлифованием. Режим обработки зависит от соотношения количества стали; и твердого сплава на шлифуемой поверхности и требований к качеству и производительности обработки. Наилучшие показатели достигаются при использовании кругов на связках МВ1, МО13Э и алмазах АСР и АСВ зернистостью 125/100 или 160/125 100%-ной концентрации. Скорость съема 600—900 мм3/мин при удельном расходе алмазов 1—4 мг/г, шероховатость поверхности до Ra = 0,l6 мкм. Скорость резания при электроалмазном шлифовании находится в пределах 20—25 м/с, при более высоких скоростях повышается1 износ круга. Давление круга на обрабатываемую заготовку оказывает значительное влияние на развитие электрохимического процесса,, так как изменяется величина зазора между заготовкой и кругом и процесс резания твердого сплава алмазными зернами. Величина оптимального давления составляет 0,4—0,6 МПа. Анодно-механическое шлифование отверстий производится либо за несколько проходов с поперечной подачей, либо со снятием припуска за один проход. В твердом сплаве можно обрабатывать отверстия со съемом 0,4—0,6 мм за проход при продольной подаче 0,03— 0,04 мм/мин. Анодно-механическое фрезерование и точение выполняются металлическим инструментом, профиль которого соответствует профилю детали. Для улучшения попадания электролита в межэлектродный промежуток на образующей диска (инструмента) делают прорези. Анодно-механическое точение производится торцом фасонного электрода при вращающейся заготовке, чем обеспечивается перенесение профиля инструмента на заготовку. Способ эффективен при обработке сложных фасонных поверхностей. На скорость съема и шероховатость обработанной поверхности при анодно-механическом фрезеровании и точении влияют плотность тока, скорость вращения инструмента или заготовки, направление подачи электролита и другие факторы. Электролит выбирают в зависимости от обрабатываемого материала. Анодно-механическое хонингование и суперфиниширование. Анодно-абразивным хонингованием называют обработку, при которой удаление продуктов анодного растворения производится механическими действиями абразивной суспензии и неметаллического притира при наличии дополнительного катода 1 (рис. 81) или абразивными брусками, устанавливаемыми в хонинговальную головку, являющуюся катодом. При анодно-механическом хонинговании основной припуск удаляется анодным растворением; роль микрорезания сводится к механической депассивации поверхности заготовки. Шероховатость поверхности, обработанной абразивными брусками, Ra = 0,04ч0,16 мкм, отклонение цилиндричности при обработке-отверстии 3—5 мкм на длине 100 мм, отклонение от круглости не превышает 0,8—2 мкм. Съем металла по диаметру до 0,3 мм/мин, износ брусков 0,1—0,2 мг/г. Производительность анодно-механического суперфиниширования в 15 раз выше обычного. Этот вид обработки можно применять непосредственно после точения или чернового шлифования. Например, при обработке пиноли станка диаметром 75 мм и длиной 300 мм из стали 40Х скорость съема составляет 400— 500 мм3/мин. Погрешность формы в поперечном сечении 0,6— 1,0 мкм при исходной погрешности 5—6 мкм, отклонение ог цилиндричности 1—2 мкм на длине 100 мм. Рис. 81. Схема анодно-механического хонингования 5. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННО-ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Электроэрозионно-химическая обработка относится к перспективному методу, использующему совмещенные процессы формообразования, при которых съем металла осуществляется путем воздействия электрических разрядов в потоке электролита и анодного растворения. При совмещенной обработке электрод-инструмент является катодом, заготовка — анодом (прямая полярность). Электроды разделены промежутком, в который через отверстие в инструменте подается электролит, например, 10%-ный раствор хлористого натрия. В качестве источника питания применяют двухполупериодный выпрямитель или импульсный генератор. Иногда используют параллельное питание от независимых источников тока: постоянного, обеспечивающего напряжение ниже напряжения горения электрической дуги, и импульсного напряжения, необходимого для пробоя межэлектродного промежутка и образования электрического разряда. Процесс обработки протекает следующим образом. При напряжении на электродах, меньшем напряжения пробоя, формообразование заготовки происходит за счет анодного растворения,, как при электрохимической обработке. При повышении напряжения до напряжения пробоя межэлектродного промежутка в месте с наименьшей диэлектрической прочностью образуется канал электрического разряда. Здесь происходит местное разрушение материала заготовки, как при электроэрозионном способе обработки (образуется лунка). В местах, не занятых газовым пузырем искрового разряда, происходит электрохимическое растворение заготовки (идет совмещенный процесс обработки). При падении напряжения на электродах ниже напряжения горения дуги разряд прерывается и формообразование заготовки вновь протекает только за счет анодного растворения. При совмещенном методе обработки электродные процессы ускоряются вследствие ускорения обмена электролита в межэлектродном промежутке за счет принудительной прокачки образующимися при разрядах газовыми пузырями. Плотность тока при прошивке и резке 3—4 А/мм2 и более. Средняя скорость съема металла с заготовки является результатом анодного растворения и электрической эрозии Qv = -Jr /Э.Х + KTj,.B, где г\ — анодный выход по току; /э. х, /э. э — средние плотности токов, соответствующие электрохимическому и электроэрозионному механизмам растворения; Кт — постоянная, зависящая от тепло-физических свойств заготовки, определяющих скорость электроэрозии. Наиболее эффективной операцией, выполняемой электроэрозионно-химическим методом, является прошивание отверстий. Линейная скорость внедрения электрода при этом методе обработки отверстий может достигать 60—80 мм/мин при удовлетворительном качестве обработки. Процесс применяют также при обработке сложнофасонных поверхностей, разрезании труб, образовании каналов и т. д. Анодное растворение уменьшает шероховатость обработанной поверхности, величину которой можно определить по формуле где W — энергия импульса; KR — коэффициент, различный для торцовой и боковой части межэлектродного промежутка (при обработке торцовой поверхности преобладает эффект электриче-1 ской эрозии, а при обработке боковой части — эффект анодного! растворения). Высота микронеровностей: на боковых сторонам 20—40 мкм, торцовой поверхности при грубых режимах — болев 320 мкм. Толщина измененного слоя при электроэрозионно-химическом методе обработки меньше, чем при электроэрозионном методе,! за счет анодного растворения. Экспериментально получено где Kh — коэффициент, зависящий от режима обработки и тепло-физических свойств заготовки. 6. СТАНКИ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Созданы универсальные и специализированные станки для электрохимического формообразования. Технические характеристики некоторых станков для копировальнопрошивочных работ приведены в табл. 34. Таблица 34 Технические характеристики станков для электрохимической обработки 1600 3200 Параметры 6300 2500 1600< 10000 см-1 не поверхности, 300 75 160x250 150 250x400 600 500 600 X Х800 75' 400 X Х500' более 400X630 630X1000 Размеры стола, мм . Произво дительност ь, м3/мин, не более . 0,05—0,1 0,6—0,7 0,1—0,15 0,25—0,3 Универсально-прошивочный станок мод. МА-4423 показан на рис. 82. Он предназначен для обработки полостей и фасонных, отверстий. Станок снабжен источником питания, который позволяет осуществлять ступенчатое и плавное регулирование напряжения внутри ступеней. Привод подачи электрода-инструмента осуществляется гидроцилиндром, управляемым дросселирующим, гидрораспределителем. Станок оснащен холодильной установкой для снижения температуры электролита, а также системой принудительной подачи газа (воздуха) в межэлектродный промежуток. Емкость бака для электролита составляет 2 м3, максимальное давление электролита 0,2 МПа. Площадь, занимаемая станком, 38 м2. В табл. 35 приведены технические характеристики станков для анодно-механического затачивания инструмента, в табл. 36 — техническая характеристика станков для анодномеханического шлифования. Рис. 82. Универсально-прошивочный станок мод. МА-4423 Станок мод. ЗЭ754ЛФ1 снабжен автоматической системой управления Таблица 36 Технические характеристики станков для анодно-механического шлифования ЗЭ70ВФ2 ЗЭ731 ЗЭ754ЛФ1 Параметры Плоскости на заготовках из твердых и магнитных сплавов, жаропрочных и нержавеющих сталей Вертикальное Профиль заготовок из твердых и магнитных сплавов, жаропрочных и нержавеющих сталей. Горизонтальное 400x160x300 Обрабатываемые поверхности . . Расположение шпинделя . . . . Габаритные размеры детали, мм: 630X200X Х320 длина X ширина X высота . (20—500) X X (5—200) 0 500 До 300 1460 3, 4, 5, 7, 8, 10, 15,21 диаметр х длина 400X160 До 200 2880 630X200 250 2300 Размеры стола, мм Диаметр круга, мм Частота вращения, об/мин: круга стола 100—6000 900 320 0,002—0,05 0,5—450 450 160 Скорость продольного перемещения стола, мм/мин . . . . Перемещение стола, мм, не более: продольное поперечное 225 300 30 и 0,1—1 13 3—12 3200 3960X3530X Х2280 6900 Вертикальное перемещение шпиндельной бабки, мм, не более . Автоматическая вертикальная подача круга, мм/мин . . . . 2,2 2—12 600 3550x3200x1870 1800 Мощность привода шпинделя, 5,5 2—12 3200 2540 XI380 X Х5500 5500 кВт Источник питания: напряжение, В сила тока, А Габаритные размеры, мм . . . Масса, кг с блоком цифровой индикации положения шлифовальной бабки и блоком предварительного набора размеров готового изделия, скорости подачи и времени выхаживания без тока. Производительность обработки деталей, например, из магнитного» сплава ЮНДК35Т5 5000—7000 мм3/мин при удельном износе круга 0,3—0,5 мг/г; при обработке деталей из твердого сплава ВК.8 — 900—1000 мм3/мин при износе круга 1,2— 1,6 мг/г. Станок мод. ЗЭОВФ2 работает периферией круга (графитового или фасонного металлического). Правка круга по профилю осуществляется непосредственно на станке прорезным резцом с использованием ЧПУ или фасонным резцом без использования ЧПУ. Погрешность профиля изделия не более 0,03 мм. Производительность при шлифовании деталей, например, из стали Х18Н9Т 500—600 мм3/мин; при шлифовании деталей из сплава ВК8—150—200 мм3/мин. Для анодно-механического шлифования отверстий выпускают станки мод. ЗЭ110М, СШ-101, техническая характеристика которых приведена в табл. 37. Таблица 37 Техническая характеристика станков для анодно-механического шлифования Параметры зэпом CLLI-iOl Длина шлифования, мм, не более . , 180 110 Диаметр шлифуемого отверстия, мм . . 10—25 Габаритные размеры детали (диаметр х длина), мм ... обрабатываемой Высота центров, мм Тип и размеры круга (головки) при шлифовании: Частота вращения круга, об/мин, при шлифовании: наружном . . ... внутреннем . . Частота вращения детали, об/мин . . Ход стола, мм, не более ■Скорость стола, м/мин Угол поворота стола, °, не более . . . Поперечная автоматическая шлифовальной бабки, мм/дв. ход . . подача Угол поворота шлифовальной бабки, ° ■Сила прижима инструмента к Мощность, детали, Н кВт: привода круга внутришлифовального шпинделя . . Источник питания: напряжение, В Сила тока, А, не более Габаритные размеры станка, мм ... Масса, кг 2—50 (с поперечной подачей 5—100) (3—140) Х200 100 250X110 — АПП (180—250) Ч Х15 АГЦ 6x8; АГЦ 12x6; АПП 20X10 АПП 25x10 2300- 2700 1400 0,6—6; 100—800 300 0,03—1,5 ±10 12 000, 18 000; 20 000, 24 000 140—1000 •450 1—10 . 0,001—0,008 + 90 — 0,001—0,006 + 45 0—1000 3 0,75 7,56 2—12 630 2000X2320X1550 2600 2—12 630 2700x1300x1515 4750 Техническая характеристика станков для анодно-механического хонингования и суперфиниширование приведена в табл. 38. Электроды-инструменты для анодно-гидравлической обработки изготовляют из металлов с хорошей электропроводностью и стойких против коррозии: красной меди, латуни, коррозионно-стойкой стали. В качестве электрода-инструмента для анодно-механических отрезных станков применяют тонкий гладкий диск или бесТаблица 38 Техническая характеристика станков для анод-механического хонингования и суперфиниширования 3871БЭ 3820Э 3822Э Параметры Суперфиниширование (наружных поверхностей) 40—140 10 200 До 100 30—960 Хонингование внутренних, поверхностей Выполняемые операции 20—80 130 30—320 0 80—630 0—12 8—30 80 15—200 30 315, 500, 800 0—16 Диаметр обрабатываемой детали, мм . Длина обработки, мм, не более . . . Высота центров, мм . . • Вертикальное перемещение головки, мм Ход шпинделя, мм Частота вращения шпинделя, об/мин . Скорость возвратно-поступательного 500—2000 3 0—1000 0—400 0,5—3 3 2—24 630 3160х2800х Х1990 4900 движения шпинделя, м/мин . . . . Частота осцилляции бруска, дв. ход/мин Амплитуда осцилляции, мм Сила прижима бруска, Н Продольное перемещение головки, мм . Скорость продольного перемещения, м/мин 2,2 2—24 1500 2260X3065X Х2965 3000 0,5 12 630 2750 XI850 X Х2145 2760 Мощность привода шпинделя, кВт . . Источник питания: напряжение, В Сила тока, А, не более Габаритные размеры_станка, мм . . . Масса, кг , конечную ленту. Материалом обычно служит сталь 08 и 10. Электротермические процессы, происходящие в рабочей зоне,, являются причиной износа электродаинструмента, при котором уменьшается наружный диаметр диска или ширина ленты. Заметного износа по боковым сторонам при этом не происходит, и, следовательно, толщина электрода-инструмента практически не изменяется. Относительный износ инструмента составляет 10—20%. Инструмент для прошивки отверстий и обработки сложно-фасонных отверстий электроэрозионно-химическим методом изготовляют из графита; для операций резки применяют инструмент из; металла, например, латунные диски. Относительный износ инструмента не более 2,5—3%. Неработающие участки электродов для электрохимической обработки изолируют напылением пластмасс (например, капрона), покрытием эпоксидной смолой ЭД-6 или стиракрилом, нанесением суспензии фторопласта-3, сплавлением керамической эмалью или использованием эбонитовых втулок Рис. 83. Конструкция длинного подвижного катода: 1 — втулка; 2 — изолятор; 3 — штифт; 4 — рабочая поверхность второй ступени; 5 — рабочая поверхность первой ступени Типовая конструкция длинного подвижного катода для обработки гладких отверстий показана на рис. 83. Выбор покрытий зависит от требуемой его толщины и производится с учетом возможности нанесения в условиях конкретного производства. Хорошими характеристиками, например, обладают покрытия керамическими эмалями. Они достаточно прочны, обладают хорошей адгезией с катодом, хорошей коррозионной стойкостью. Недостатком их является сложная технология покрытия и высокая температура отжига (до 900°С), возможность скалывания. Керамические эмали рекомендуются для покрытия катодов наружным диаметром более 2 мм. Лаковая пленка из структурированного полиэтиленфениленэтила менее прочна, но более эластична и может быть использована для покрытия нежестких электродов (диаметром менее 2 мм). Технология покрытия этой пленкой достаточно проста: обезжиренный катод опускают в ванну с лаком и сушат в течение 1 ч при температуре 240—250° С. После сушки пленка приобретает ровную блестящую поверхность, достаточную прочность и эластичность, стойкость к воздействию кислот и щелочей. Толщина пленки определяется количеством последовательно нанесенных слоев лака. Технологично нанесение покрытия из эпоксидных смол. Рекомендуемые покрытия электродов и их характеристики приведены ниже. При коротких замыканиях между электродом-инструментом и заготовкой возможно местное повреждение инструмента. В одних случаях это повреждение может не отражаться на качестве обработки (повреждение незначительно, катод подвижен, а заготовка вращается), в других — возможно появление брака, что обусловливает замену инструмента. Если инструмент сложен в изготовлении, то целесообразно произвести его ремонт. Вследствие электрической эрозии при коротком замыкании на поверхности катода могут возникнуть наросты и кратеры (углубления), могут быть повреждены элементы фасонного профиля. Наросты на инструменте могут быть удалены механическим способом, а также электрохимическим методом при работе некоторое время с обратной полярностью. Лунки могут быть убраны механическим способом. После этого катод наращивают в гальванической ванне и обрабатывают в размер. У катода, содержащего вставки, при повреждениях заменяют вставки. При значительных повреждениях наращивание осуществляют наплавкой или пайкой, катод делают составным, обрабатывают в размер. Агрегаты, контактирующие с электролитом и находящиеся в атмосфере активных газов, а также вследствие попадания брызг электролита на открытые поверхности могут быть подвержены значительной коррозии. На элементы станков, находящиеся в непосредственной близости от рабочей камеры, необходимо наносить краску или другие эффективные покрытия, например, хлоркаучук, полиуретан, эпоксидные смолы. До нанесения покрытия поверхность металла должна быть тщательно очищена с помощью дробеструйной обработки или химическим травлением. Жидкие покрытия наносят кисточкой или распылением, покрытия с несколькими компонентами — электростатическим или пламенным распылением. При эксплуатации необходимо часто мыть покрытие теплой водой так как от постоянного воздействия концентрированных электролитов оно может разрушиться. Виды покрытий приведены в табл. 39. Таблица 39 Покрытия электродов Покрытия Керамические эмали Область применения электродов с данным покрытием Прошивка отверстий, узких щелей, фасонных полостей Полипропилен Эпоксидные смолы Норакрил Удаление заусенцев, обра- 0,3—0,35 ботка фасонных поверх0,1—0,3 ностей 0,2—0,5 Фторопластовые эмульсии Прошив отверстий малых Полихлорвинил диаметров Органическое стекло, эбонит, винипласт, стеклотекстолиты Полиуретановая смола ПУ-1 Толщина покрытия, мм 0,03—0,08 0,02—0,05 0,08—0,2 Температура сушки, '■С 850—980 180—190 180—250 15—30 270 220—250 Удаление заусенцев, об- 0,5—5 0,1— 170—200 работка крупных полостей, 0,2 отверстий больших диаметров Направляющие станков покрывают смазкой, которая защищает открытые поверхности. Защитные свойства смазки могут быть повышены добавлением ингибиторов. При обработке заготовок электрохимическим способом форма получаемого отверстия и форма рабочей части катода-инструмента могут существенно различаться. Для обеспечения необходимой формы детали производят корректировку профилей катода. При этом могут быть использованы аналитические и производственные методы. Существует два производственных метода корректировки профилей катода: 1) обратного копирования; 2) последовательных приближений. Для получения профиля инструмента первым методом в качестве катода используют готовую деталь, а в качестве анода — заготовку инструмента. Этот метод используют обычно для получения предварительного формообразования катода. Второй метод состоит в том, что предварительно изготовленным катодом обрабатывают пробную партию деталей. При несоответствии профиля детали чертежу производят корректировку катода. Ряд последовательных корректировок позволяет получить необходимый профиль катода. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ Установки для электрофизических и электрохимических методов обработки материалов необходимо объединять в группу на одном участке или выделять в самостоятельный участок. В одном случае (электроэрозионные и ультразвуковые установки, установки для электрохимических методов обработки) это требование обусловлено тем, что в процессе обработки, несмотря на наличие необходимых вентиляционных систем, создается среда, вызывающая повышенное коррозионное воздействие на окружающее оборудование. В других случаях указанное требование вытекает из специфики устройства и состава оборудования самих установок и требований их эксплуатации. Установки для электрофизических и электрохимических методов размерной обработки материалов характеризуются отсутствием существенного силового воздействия инструмента на обрабатываемую заготовку или полным его отсутствием. Поэтому при эксплуатации соответствующего вида оборудования вероятность травматизма движущимися частями механизмов меньше по сравнению с работой на механическом оборудовании. При работе на станках, использующих электрофизические и электрохимические методы, необходимо всему персоналу соблюдать правила индивидуальной защиты и правила техники безопасности и пожарной безопасности. Конструкции станков исключают возможность поражения работающего при условии соблюдения им основных правил безопасности и инструкции, оговаривающей основные правила эксплуатации оборудования. При обслуживании станков необходимо прежде всего соблюдать основные правила безопасности, разработанные для металлорежущего оборудования: не производить никаких измерений на работающем оборудовании; применять безопасные приемы установки на станок тяжелых заготовок; работать только на заземленном оборудовании; защищать глаза специальными очками и т. д. Ниже в качестве примера приведены правила техники безопасности при обслуживании станков для электроэрозионной и электрохимической обработки, имеющих наибольшее применение в промышленности. Техника безопасности при работе на электроэрозионных станках. Нарушение правил эксплуатации при работе на электроэрозионных станках может привести к следующим последствиям: 1) поражению электрическим током; 2) ожогу вследствие загорания рабочей жидкости; 3) отравлению газообразными продуктами разложения рабочей жидкости и продуктами эрозии и кожным заболеваниям, вызываемым воздействием рабочей жидкости; 4) получению травм от подвижных деталей. В конструкциях электроэрозионных станков предусмотрены устройства, защищающие рабочих от травм и профессиональных заболеваний. Предусматривают устройство, исключающее возможность прикосновения во время обработки к токоведущим деталям: станок надежно заземляют, в электросхеме предусматривают разделение сети питающего трехфазного тока и рабочей цепи электросхемы станка. Во всех станках имеются резисторы стекания заряда с накопительных конденсаторов, предусматривают блокировки, обеспечивающие выключение всех цепей электросхемы при открытых дверцах электрошкафа, а также замыкание конденсаторов. Несмотря на наличие блокирующих и защитных устройств, необходимо соблюдать правила индивидуальной защиты от поражения электрическим током, заключающиеся в следующем. 1. При работе станка нельзя прикасаться к токоведущим частям установки (электрододержателю, электродам и др.). 2. К работе с высоким напряжением на электроэрозионных станках должны допускаться рабочие, прошедшие специальное обучение и инструктаж по общим правилам технической эксплуатации и безопасности обслуживания электроустановок промышленных предприятий. 3. При обслуживании станка необходимо пользоваться монтажноэксплуатационными инструкциями, приведенными в техническом описании станка. 4. В помещении, где ведут обслуживание, ремонт или другие работы со станком, должно находиться не менее двух человек, знающих правила техники безопасности и способных оказать помощь при поражении электрическим током. 5. При ремонте электрической части необходимо тщательно проверять отключение станка от всех источников питания. 6. Оператор, обслуживающий станок, должен стоять на коврике из изоляционного материала. 7. Вне зависимости от наличия блокировок при ремонтах необходимо проверять разрядку или разряжать каждую из батарей конденсаторов с помощью специального разрядника. Предварительно необходимо проверить надежность заземления. При электроэрозионной обработке в качестве рабочей жидкости используют различные горючие материалы (керосин, индустриальное и веретенное масло и т. п.). В электроэрозионных станках предусматриваются устройства, предохраняющие рабочую жидкость от возгорания, например, блокировка, выключающая питание рабочего контура станка при опускании ванны с жидкой средой. Работающий на электроэрозионном станке должен соблюдать следующие правила пожарной безопасности. 1. Категорически запрещается курить на участках электроэрозионных станков. 2. Не разрешается устанавливать электроэрозионные станки в непосредственной близости от металлорежущих станков. Необходимо исключить возможность попадания в зону работы электроэрозионного станка предметов (стружки, проволоки и т. д.), могущих вызвать замыкание электродов, а также попадания искр, способных вызвать возгорание. 3. Перед заполнением ванны станка рабочей жидкостью необходимо убедиться в соответствии ее требованиям стандарта, указанного в паспорте станка, и в отсутствии в ней легковоспламеняющихся фракций. 4. К каждому электроэрозионному станку, имеющему перемещаемую ванну, должен прилагаться металлический щит для накрывания ванны. В нерабочем состоянии ванна должна быть опущена и накрыта щитом. Необходимо предостеречь от применения для тушения загоревшейся жидкости асбестовых покрывал, одеял и т. п. Пористые материалы хорошо впитывают жидкость и тем самым увеличивают поверхность горения. Использованные обтирочные материалы должны храниться в металлических ящиках с крышкой. 5. Вблизи каждого электроэрозионного станка должны находиться средства огнетушения. 6. Не допускается работа в промасленной одежде. 7. Электроды должны быть надежно изолированы от корпуса станка и хорошо закреплены. 8. Напряжение светильников стационарного и переносного освещения недолжно превышать 36 В. Включение переносных ламп в сеть промышленного тока напряжением 127—220 В запрещается. 9. Температура рабочей жидкости в ванне не должна превышать: 60—70°С — на индустриальных маслах, 30°С — на керосине. 10. Оператору, работающему на станке, категорически запрещается отлучаться от включенного станка. Обслуживание установок для лучевых методов обработки и техника безопасности. На электронно-лучевых установках используют высокое напряжение(10—30 кВ) постоянного тока, поэтому обслуживание их должно выполняться в строгом соответствии с правилами обслуживания электрических установок с напряжением выше 1000 В. К эксплуатации этих установок могут допускаться только лица, сдавшие экзамены по технике безопасности при работе с оборудованием, имеющим напряжение выше 1000 В. Особое внимание следует уделять подводу высоковольтного питания к электронной пушке. Все ограждения электронно-лучевых установок должны иметь блокировки, снимающие напряжение при их открывании. Для предотвращения опасности при нарушении заземления положительного полюса источник питания высоковольтным напряжением должен быть снабжен разрядником между положительным полюсом и заземлением. Высоковольтное напряжение должно подаваться через специальный кабель с металлической заземленной оплеткой. Все приборы в этой цепи должны быть шунтированы сопротивлением в 10—15 раз большим внутреннего сопротивления прибора (в случае обрыва цепи приборов). Работа электронно-лучевых установок сопровождается возникновением рентгеновского излучения. Хорошей мерой безопасности от всех видов излучений является дистанционное наблюдение за ходом процесса с помощью телевизионных, устройств или телеоптики. Специфической опасностью, возникающей при эксплуатации электронно-лучевых установок для плавки и сварки, является конденсация дисперсного металла на стенках камеры и образование отложений с высокой химической активностью или пирофорностью (способностью самовозгораться на воздухе). Это обстоятельство может быть причиной ожогов при чистке, загрязке и других операциях, связанных с открытием камеры. Открывание камеры следует производить медленно, использовать рукавицы, очки и защитные маски. К окончательной чистке камеры следует приступать только после того, как прекратятся-вспышки конденсата при чистке металлической щеткой с длинной ручкой. Основные факторы потенциальной опасности при светолучевой обработке материалов: 1) световое излучение высокой интенсивности; 2) электрический ток; 3) пары, газы и брызги расплавленного металла; 4) жидкие газы (применяемые для охлаждения излучающих стержней). Одной из основных мер предосторожности при работе с лазером должно быть предотвращение возможности попадания в зону действия его луча. Это осуществляется применением защитных ограждений с блокировками, вынесением объектов обработки в отдельное помещение. Для защиты от ослепляющего действия излучения и работы лампывспышки системы накачки используют специальные очки. Величина напряжения питания зарядного устройства конденсаторов ламп-вспышек составляет несколько тысяч вольт. Поэтому при эксплуатации лазерных установок необходимо принимать меры предосторожности, предусмотренные правилами эксплуатации электротехнических установок с напряжением выше 1000 В. Для защиты от воздействия дисперсных частиц расплавленного металла должны применяться защитные маски и очки; для удаления выделяющихся приобработке газов и паров установка должна быть снабжена эффективной вентиляцией. При эксплуатации установок должны наблюдаться все требования правил безопасности при работе со сжиженными газами, а также правила их хранения и транспортировки. Обслуживание ультразвуковых установок и правила техники безопасности. Основные факторы потенциальной опасности при размерной ультразвуковой обработке: электрический ток, движущиеся детали, шумы, рабочие жидкости и .суспензии. Ультразвуковую обработку производят без ввода электрического тока в зону обработки. Обеспечение безопасности здесь достигается соблюдением общих правил безопасности при работе с электрооборудованием и механическим оборудованием. В установках с интенсивным излучением ультразвуковых колебаний в воздух необходимо применять отражательные экраны. Их изготовляют из металлических листов толщиной не менее 1,5 мм или из листов органического стекла толщиной не менее 6 мм. Расстояние между экраном и преобразователем не должно превышать диаметра излучающей поверхности преобразователя, а размеры экранов должны быть в 10—15 раз больше этого диаметра. Смазочно-охлаждающие жидкости, содержащие минеральные масла и вредные растворы щелочей, могут оказывать раздражающее действие на кожу при соприкосновении с ними. Одной из мер, повышающих безопасность работы, является отсос суспензии в зоне обработки, препятствующий ее растеканию. Обслуживание станков для электрохимической обработки и техника безопасности. Уровень технического обслуживания, надежность работы оборудования и качество выпускаемой продукции повышаются при объединении однотипных станков в одну группу. Особенно это относится к станкам для электрофизических и электрохимических методов обработки. При организации участков электрохимической обработки материалов особое внимание уделяют размещению устройств электролитной системы, а также приготовлению, очистке и контролю •свойств раствора. Необходимо учитывать, что применение в станках электролита повышает опасность поражения электрическим током; в результате электродных процессов при обработке выделяются вредные газы; повышенное давление жидкости в трубопроводах, а также движение узлов станка могут вызвать травму рабочего. Большинство электролитов, применяемых в операциях электрохимической обработки, представляют собой растворы сильных кислот, что обусловливает необходимость соблюдения специальных мер безопасности при обращении с ними; при сливе кислот необходимо обязательно надевать резиновую обувь и специальную одежду, защитные очки и маску, резиновые перчатки. Перспективно применение кислотозащитных тканей. Для удаления вредных газов, выделяющихся при обработке, необходима система эффективной вентиляции; для защиты от вредных паров и газов применяют респираторы различных типов или фильтрующие противогазы. При отсутствии отсоса или его неэффективности возможно превышение концентрации водорода над зеркалом ванны свыше допустимой величины (4%), что может быть причиной взрыва и серьезной аварии. В качестве мероприятия, исключающего аварию такого рода, служит установка сигнализаторов наличия водорода. Точное процентное содержание водорода в воздухе, а также других вредных газов может быть определено специальными приборами — газоанализаторами. Конструкции современных станков для электрохимической размерной обработки материалов исключают возможность поражения работающего при условии соблюдения им основных правил техники безопасности. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Размерная электрическая обработка металлов/Б. А. Артамонов, А. А. Вишницкий, Ю. С. Волков и др. М.: Высшая школа, 1978. 336 с. 2. Вишницкий А. А., Ясногорский И. 3., Григорчук И. П. Электрохимическая и электромеханическая обработка металлов. Л.: Машиностроение, 1971. 211 с. 3. Коваленко В. С. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Киев: Высшая школа, 1975. 234 с. 4. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Электроискровая обработка токопроводящих материалов. М.: Изд.-во АН СССР, 1958. 185 с. 5. Левит М. Л., Падалко О. В. Материалы и методы для изготовления фасонных электроинструментов электроэрозионных копировально-прошивочных станков. М.: НИИМАШ, 1975. 143 с. 6. Марков А. И. Ультразвуковое резание труднообрабатываемых металлов. М.г Машиностроение, 1968. 367 с. 7. Попилов Л. Я. Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов. М.: Машиностроение, 1971. 544 с. 8. Седыкин Ф. В. Размерная электрохимическая обработка деталей машин. Машиностроение, 1976. 302 с. 9. Станки и инструмент, № 9, 1977, с. 3—44.