Реферат Електричні методи обробки

Страница 1 из 2 | Следующая страница
Історія виникнення електричних методів обробки.

Ще наприкінці 18в. англійським ученим Дж.Пристли було описане явище ерозії металів під впливом електричного струму. Було виявлено, що з розриві електричної ланцюзі у місці розриву виникає іскра або як тривала електрична дуга. Причому іскра чи дуга надає сильне руйнівний вплив на контакти разрываемой ланцюга, зване ерозією. Электрической ерозії піддаються контакти реле, вимикачів, рубильників та інших подібних пристроїв. Багато досліджень було присвячено усунення чи навіть зменшенню такої руйнації контактів.

Над цією проблемою у роки Вітчизняної Війни працювали радянські вчені Б.Р.Лазаренко і Н.И.Лазаренко. Помістивши електроди в рідкий діелектрик і розмикаючи електричну ланцюг, вчені помітили, що рідина мутнела вже після перших розрядів між контактами. Вони встановили: це тому, що у рідини з'являються дрібні металеві кульки, які виникають внаслідок електричної ерозії електродів. Вчені вирішили посилити ефект руйнації й спробували застосувати електричні розряди для рівномірного видалення металу. Для цього він вони помістили електроди (інструмент і заготівлю) в рідкий діелектрик, який прохолоджував розплавлені частки металу і дозволяв їм осідати на противолежащий електрод. Як генератор імпульсів використовувалася батарея конденсаторів, заряжаемых джерела постійного струму; час зарядки конденсаторів регулювали реостатом. Так з'явився перший у світі электроэрозионная установка. Электрод-инструмент переміщали до заготівлі. Принаймні їх зближення зростала напруженість поля була в межэлектродном проміжку (МЕП). При досягненні певної напруженості поля дільниці з мінімальним відстанню між поверхнями електродів, що вимірюється по перпендикуляру до оброблюваної поверхні і є званим мінімальним межэлектродным зазором, виникав електричний розряд (протікав імпульс) струму, під впливом якого відбувалося руйнація ділянки заготівлі. Продукти обробки потрапляли в диэлектрическую рідина, де прохолоджувалися, не досягаючи электрода-инструмента, і далі осаджувалися на дно ванни. Невдовзі электрод-инструмент прошив пластину, Причому контур отвори точно відповідав профілю інструмента.

Так, явище, яке вважалося шкідливим, було застосовано для розмірної обробки матеріалів. Винахід электроэрозионной обробки (ЭЭО) мало видатне значення. До традиційним способам формоутворення (резанию, литтю, обробки тиском) додався зовсім нове, у якому безпосередньо використовувалися електричні процеси.

Спочатку реалізації ЭЭО застосовувалися виключно іскрові розряди, створювані конденсатором в так званому RC-генераторе. Тому новий процес у той час називали электроискровой обробкою.

На початку 50-ч років було розроблено спеціальні генератори імпульсів, внаслідок чого обробку можна було робити також більш тривалих - искро-дуговых і дугових розрядах. Процес за умов стали назвати электроимпульсной обробкою.

Коли щодо формоутворення завжди застосовують один і той ж явище - електричну ерозію, нині використовують визначення электроискровой режим ЭЭО і электроимпульсный режим ЭЭО.

Загальне опис процесу электроэрозионной обробки.

Видалення металу з заготівлі відбувається у середовищі диэлектрика з допомогою микроразрядов, расплавляющих частина металу. Принаймні зближення электрода-инструмента з заготівлею напруженість E електричного поля зростає назад пропорційно відстані між електродами: E=U/s, де U - різницю потенціалів электрода-инструмента і заготівлі, s - зазор між електродами.

Найбільша напруженість виникає дільниці, де зазор мінімальний. Розташування цієї ділянки залежить від місцевих виступів, нерівностей на інструменті і заготівлі, від наявності і збільшення розмірів электропроводных частинок, що у межэлектродном проміжку.

Першої стадією эрозионного процесу є пробою МЕП внаслідок освіти зони із високим напруженістю поля. Під впливом розряду відбувається іонізація проміжку, з якого між електродами 1 і 2 (мал.1) починає протікати електричний струм, тобто. утворюється канал провідності 3 - порівняно вузька цилиндрическая область, заповнена нагрітим речовиною (плазмою), що містить іони і електрони. Через канал провідності протікає струм, у своїй швидкість наростання його сили може становити сотень килоампер в секунду. На кордоні каналу відбувається плавлення металу, утворюються лунки.

Другий стадією є освіту близько каналу провідності газового міхура із парів рідини і металу. У слідство високого тиску (2*10^7 Па) канал провідності прагне розширитися, стискаючи навколишню його газову фазу. У результаті інерції спочатку газовы міхур і навколишня його рідина нерухомі. Потім починається їх розширення. Кордони каналу провідності рухаються дуже швидко в радіальному напрямі (мал.1). Швидкість розширення може становити 150...200 м/с. На зовнішньої кордоні утворюється так званий фронт ущільнення, у якому тиск стрибкоподібно змінюється від вихідного в рідини до високого за українсько-словацьким кордоном фронту.

Третьої стадією буде припинення струму, відрив ударної хвилі від газового міхура й продовження розширення за інерцією. Ударне хвиля гаситься оточуючої рідиною. Спочатку стадії (мал.2) в МЕП перебуває рідкий метал 2 в поглибленнях електродів 1 і шість; газовий міхур 3, у якому є пари 4 металів заготівлі інструмент; рідкий діелектрик 5.

Коли газовий міхур досягне найбільшого розміру, тиск усередині нього різко падає. Содержащийся в лунках розплавлений метал скипає і викидається в МЕП.

Основні закономірності.

Основні технологічні показники процесу (точність, якість поверхні, продуктивність) залежать від кількості выплавленного за імпульс металу з лунки, що визначається енергією імпульсу, часом дії імпульсів і частотою їх прямування. Енергія імпульсу A як робота електричного струму залежить від твори сили струму I на напруга U під час т перебігу імпульсу:

A = I U dт.

У першому наближенні енергію A можна розраховувати по середнім значенням сили струму і напруження: A = I U т . Середнє значення напруги пробою U =(0.5 .. 0.75)U , де U - напруга холостого ходу при розімкнутих електродах. Напруга U легко контролювати у процесі опрацювання.

Середню силу струму визначають через його значення I при короткому замиканні електродів: I =(0.5 .. 0.75)I . Силу струму короткого замикання можна встановлювати і контролювати за приладами верстата. Її вибирають залежно від оброблюваного матеріалу і необхідної шорсткості поверхні.

Тривалість імпульсів т зворотно пропорційна частоті f їх прямування. Оскільки між імпульсами є паузи, то, при розрахунку т необхідно враховувати шпаруватість q - ставлення періоду т до повторення імпульсів їх тривалості (q=т /т ):

т =1/(qf).

Форма імпульсів підбирається такий, щоб за певних параметрах імпульсу отримати найбільше поглиблення в заготівлі, тобто. досягти ефективнішого використання подводимой енергії.

Технологічні показники процесу электроэрозионной обробки.

Продуктивність.

Продуктивність Q процесу электроэрозионной обробки оцінюється ставленням обсягу чи маси віддаленого металу вчасно обробки.

Якби вдалося вести процес при постійної енергії імпульсів, продуктивність можна було б оцінити як твір енергії імпульсів з їхньої частоту. Насправді умови перебігу окремого імпульсу можуть бути різні через відмінності може МЕП та розміру зазору, невідповідність між числом імпульсів, вироблених генератором і що реалізуються зазорі. При розрахунку

Q=фаA f,

де A - енергія імпульсу; ф - коефіцієнт, враховує кількість неодружених імпульсів: ф=f/f (тут f - частота імпульсів, вироблюваних генератором; f - частота імпульсів, викликають ерозію).

Для отримання високопродуктивного режиму необхідно, щоб ф був ближчі один до одиниці, тобто. щоб якнайбільше імпульсів брало участь в процесі ерозії. Через а вказано обсяг металу, зйомок однією або кількома імпульсами із сумарною енергією 1Дж. Ввівши коефіцієнт k=фа і висловивши частоту через тривалість імпульсу f=1/(qт ), розрахунок ведуть по залежності

Q=kA /(qт),

де q - шпаруватість; k - коефіцієнт, який знаходять експериментально, залежить від виду та стану середовища, її прокачування, матеріалів і середніх розмірів електродів, характеристики імпульсів.

Отже, підвищити продуктивність можна, якщо підібрати оптимальне поєднання чинників, дозволяють дозволяють збільшити частку корисною енергії імпульсу, його міць і частоту прямування робочих імпульсів. І тому необхідно досягти оптимального співвідношень між максимальним значенням сили струму I в імпульсі його тривалості т .

Залежність: продуктивність - площа обробки - потужність. При малу площу обробки число ділянок, у яких може бути розряд, значно менше, ніж число імпульсів, які від генератора, бо значна частина площі перекрита газовими перекрита газовими пухирями від попередніх розрядів. Час існування газового міхура в 5..10 разів більше, ніж тривалість імпульсу. А розряд через газ можлива лише за вищого напрузі, тож частину імпульсів генератора бракує ерозії. Знижується коефіцієнт ф, отже, і продуктивність Q.

Якщо збільшувати площа оброблюваної поверхні, то швидкість знімання матеріалу металу зростатиме, але надалі станеться її зниження. Це тим, що з часом погіршуються умови видалення продуктів обробки з МЕП. Дедалі більше імпульсів генератора він не викликатиме ерозії через накопичення газів і металевих частинок у просторі між електродами.

Кількість продуктів обробки залежить також від енергії імпульсів, їхньої кількості і часу дії, тобто. від потужності, реалізованої МЕП. При малої потужності кількість розплавленого металу невелика, зі зростанням подводимой потужності воно зростає, та заодно збільшується кількість продуктів обробки, які гальмують процес знімання металу. Для отримання високої продуктивності необхідно правильно вибрати поєднання площі оброблюваної поверхні, і потужності. Такий вибір виконують з допомогою просторових діаграм в координатах сили струму - площа обробки - продуктивність.

Вплив продуктивності глибини впровадження ЭИ. Із поглибленням отвори ускладнюється видалення продуктів обробітку грунту і надходження свіжої рідини в МЕП. Наявність великої кількості электропроводных крапель застиглого металу викликає імпульси, енергія яких витрачається на розплавляння таких частинок. Щоб запобігти таких (паразитних) імпульсів використовують примусову прокачування рідини через МЕП під тиском 100..200 кПа.

Прокачку можна застосовувати і при періодичному припинення процесу у виведенням ЭИ з заготівлі; використовують також вібрацію електродів, їх обертання та інших.

Вплив на продуктивність властивостей робочої середовища. Залежно від властивостей робочої середовища змінюються частка корисного використання імпульсу, його гранична потужність. До кожного виду обробки застосовують оптимальні діелектричні середовища. Так, при электроэрозионном процесі з малої енергією імпульсів високу продуктивність забезпечує дистильована і технічна вода, гас; при грубих режимах на электроимпульсном режимі застосовують важкі фракції нафти (олії, дизельні палива тощо.) із високим температурою спалахи (до 450 До).

У процесі обробки рідка робоча середовище забруднюється, що робить знижується продуктивність. Загрязненность оцінюють у процентному відношенні маси продуктів обробки до масі рідини. При забруднення 4..5% для чорнових і 2..3% для чистових процесів продуктивність залишається практично однаковою проти чистої середовищем. Подальше зростання змісту продуктів обробки, особливо у чистових режимах призводить до зниження числа робочих імпульсів і продуктивності.

У процесі остигання частки металу викликають випаровування частини рідини, зміна її в'язкості і зольності. Задля підтримки високої продуктивності необхідно періодично заміняти робочу середу.

На підвищення продуктивності на оброблюваної площі то, можливо паралельно розміщено кілька электродов-инструментов. Якщо вони самі під'єднані до одному генератору імпульсів, така обробка називається многоэлектродной. При підключення кожного електрода до свого джерелу енергії обробку називають многоконтурной. На рис.4 показано паралельно працюючі від загального генератора электроды-инструменты 1, 2, 3, якими прошивают отвори в заготівлі 4, тобто. має місце многоэлектродная обробка. Підвищення продуктивності досягається з допомогою скорочення частки неодружених імпульсів.

Для многоконтурной і многоэлектродной обробки розрахунок продуктивності слід виконувати за такою формулою, котра враховує число інструментів n

Q=k nA f.

Тут k =kk , де k - коефіцієнт враховує взаємовпливи контурів чи електродів на швидкість ерозії.

Точність.

Під точністю обробки деталей розуміється ступінь його відповідності її форми і збільшення розмірів кресленню. Відхилення від форми і збільшення розмірів називається похибкою.

Так само як і за механічної обробці, на розміри похибки впливають стан технологічної системи, похибки установки, базування інструментів, внутрішні напруги у вихідному матеріалі заготівлі, її нагрівання при обробці.

У процесі обробки форма й розміри электрода-инструмента порушуються через зносу. Знос в різних ділянках інструмента різний. Так, на ділянках інструмента, мають увігнутість, число розрядів менше, отже, знос ними буде виявляється слабше. Коли ж врахувати умови винесення продуктів обробки з проміжку, то розбіжності у знос різних ділянок ще більше зростуть.

Щоб знизити вплив зносу электродов-инструментов на точність виготовлення, а) виготовляють інструмент з матеріалу, стійкого до ерозії, приміром, із вольфраму, меднографита, коксографитовых композицій; б) використовують звані безызносные схеми, у яких частина матеріалу заготівлі або з робочої середовища в облогу беруть на інструменті, компенсуючи цим його знос; в) заміняють зношені ділянки інструмента шляхом подовжнього переміщення, чи заміняють весь інструмент; р) виробляють правку і калібрування робочої частини інструмента.

Якість поверхні

Через війну ЭЭО поверхню набуває характерні нерівності, а приповерхневі верстви металу притерпевают фізико-хімічні зміни. Це впливає на експлуатаційні показники оброблюваних деталей.

Поверховий шар формується з допомогою розплавленого металу, що залишився лежить на поверхні лунки, і прилеглого до неї шару металу, що зазнає структурних змін від швидкого нагріву і охолодження металу. Поверховий шар складається з з так званого білого шару 1, у якому спостерігаються химико-термические перетворення, перехідного шару 2, у якому мали місце лише термічні зміни й під яким перебуває незмінений метал 3 заготівлі (див. мал.5). Измененная зона, утворена шаром 1, містить продукти діелектричним середовища, зокрема вуглець і елементи, що входять до склад электрода-инструмента. В інших заготовок у цій зоні утворюються карбиды заліза, які сприяю зміцнення поверхні.

Стан поверхневого шару визначає зносостійкість, міцність та інші властивості деталі у механізмі. Після ЭЭО поверхневий пласт набуває властивості, по-різному що впливають експлуатаційні характеристики деталей. Позитивними є підвищення твердості поверхні за збереження в'язкості середини, дуже багато лунок лежить на поверхні, плавне їх поєднання. До вад слід віднести можливість появи тріщин, растягивающих напруг, труднощі отримання поверхні з малої шорсткістю.

Электроэрозионное устаткування. Компонування. Верстати для

электроэрозионной обробки на відміну від механообрабатывающих мають генератор імпульсів, систему

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація