Курсова робота
Тема: «Фізичні основи електроерозійної обробки матеріалів»
Введення
Високоефективні електрофізичні методи розроблені для полегшення обробки різанням деяких конструкційних матеріалів. До важкооброблюваних матеріалів відносяться: високолеговані сталі аустенітного класу, жаро-і кіслотностойкіе, спеціальні нікелеферрітние нікелеві сталі, тугоплавкі сплави, композиційні матеріали, неметалеві матеріали.
Фундаментальні дослідження в галузі захисту металів від різних пошкоджень привели до розробки ряду технологій - нанесення двошарових металокерамічних покриттів, механоультрозвуковая, хіміко-термічна обробка, на кінець електроерозійна. Все це призвело до істотного поліпшення властивостей матеріалів.
Технічний прогрес у народному господарстві та розвиток ряду сучасних галузей техніки вимагає створення не тільки нових конструкційних матеріалів (високоміцних, корозійно-стійких, зносостійких та ін), а й принципово нових методів їх обробки
Мета курсової роботи - виявити в чому переваги електроерозійної обробки від інших видів обробок, так само зрозуміти її принцип і дізнатися про різновиди (ЕЕО).
1. Історія виникнення електричних методів обробки
Ще в кінці 18в. англійським вченим Дж. Прістлі було описано явище ерозії металів під дією електричного струму. Було відмічено, що при розриві електричного ланцюга в місці розриву виникає іскра або більш тривала електрична дуга. Причому іскра або дуга надає сильний руйнівний вплив на контакти розривається ланцюга, зване ерозією. Електричної ерозії схильні контакти реле, вимикачів, рубильників та інших подібних пристроїв. Багато досліджень було присвячено усунення або хоча б зменшенню такого руйнування контактів.
Над цією проблемою у роки Великої Вітчизняної Війни працювали радянські вчені Б.Р. Лазаренка і Н.І. Лазаренко. Помістивши, електроди в рідкий діелектрик і розмикаючи електричний ланцюг, вчені помітили, що рідина каламутніла вже після перших розрядів між контактами. Вони встановили: це відбувається тому, що в рідині з'являються дрібні металеві кульки, які виникають внаслідок електричної ерозії електродів. Учені вирішили посилити ефект руйнації і спробували застосувати електричні розряди для рівномірного видалення металу. З цією метою вони помістили електроди (інструмент і заготовку) в рідкий діелектрик, який охолоджував розплавлені частки металу і не дозволяв їм осідати на протилежних електрод. Як генератор імпульсів використовувалася батарея конденсаторів, що заряджаються від джерела постійного струму; час зарядки конденсаторів регулювали реостатом. Так з'явилася перша в світі електроерозійна установка. Електрод-інструмент переміщали до заготівлі. У міру їх зближення зростала напруженість поля в міжелектродному проміжку (МЕП). При досягненні певної напруженості поля на ділянці з мінімальним відстанню між поверхнями електродів, що вимірюється по перпендикуляру до оброблюваної поверхні і званим мінімальним міжелектродному зазором, виникав електричний розряд (протікав імпульс) струму, під дією якого відбувалося руйнування ділянки заготовки. Продукти обробки потрапляли в діелектричну рідину, де охолоджувалися, не досягаючи електрода-інструмента, і потім осідали на дно ванни. Через деякий час електрод-інструмент прошив пластину, Причому контур отвори точно відповідав профілю інструменту.
Так, явище, яке вважалося шкідливим, було застосовано для розмірної обробки матеріалів. Винахід електроерозійної обробки (ЕЕО) мало видатне значення. До традиційних способів формоутворення (різанню, литва, обробки тиском) додався зовсім новий, у якому безпосередньо використовувалися електричні процеси. [1]
Спочатку для здійснення ЕЕО застосовувалися виключно іскрові розряди, створювані конденсатором у так званому RC генераторі. Тому новий процес у той час називали електроіскровий обробкою. [2]
На початку 50 х років були розроблені спеціальні генератори імпульсів, завдяки яким обробку можна було проводити також на більш тривалих
- Іскро-дугових і дугових розрядах. Процес в нових умовах стали назвати електроімпульсної обробкою.
Оскільки для формоутворення у всіх випадках застосовують одне й те саме явище
- Електричну ерозію, в даний час використовують визначення електроіскровий режим (ЕЕО) і електроімпульсно режим (ЕЕО).
2. Загальна характеристика процес електроерозійної обробки
Типовий технологічний процес ЕЕО на копіювально-прошивальних верстатах полягає в наступному:
1. Заготівлю фіксують і жорстко кріплять на столі верстата або в пристосуванні. Важкі установки (вагою вище 100 кг) встановлюють без кріплення. Встановлюють і кріплять в електротримач електрода-інструмента (Е-І). Положення ЕІ щодо оброблюваної заготовки вивіряють за установочними ризиків за допомогою мікроскопа або з базових штифтам. Потім ванну склянки піднімають і заповнюють робочою рідиною (РЖ) вище поверхні оброблюваної заготовки.
2. Встановлюють необхідний електричний режим обробки на генераторі імпульсів, налаштовують глубінометр і регулятор подачі. У випадку необхідності включають вібратор і підкачування РЖ.
3. З метою підвищення продуктивності і забезпечення заданої шорсткості поверхні обробку проводять в три переходи: попередній режим - чорновим (Е-І) і остаточний - чистовим й доводочні. [1]
2.1 Сутність електроерозійної обробки
Руйнування поверхневих шарів матеріалу під впливом зовнішнього впливу електричних розрядів називається електричної ерозією. Електроерозійна обробка полягає у зміні форми, розмірів, шорсткості і властивостей поверхні заготовки під впливом електричних розрядів у результаті електричної ерозії.
На явищі ерозії заснований принцип електроерозійної обробки (ЕЕО). При електроерозійної обробки використовують явище ерозії (руйнування) електродів з струмопровідних матеріалів при пропущенні між ними імпульсів електричного струму. Заготівлю та інструмент, виготовлені з струмопровідних матеріалів, підключають до джерела струму - генератора імпульсів (ГІ) і поміщають в діелектричну рідину.
При зближенні електрода - інструменту (ЕІ) і електрода - заготовки (ЕЗ) на відстань у кілька мікрометрів (10 ... 50 мкм) між мікровиступів на Е-І і Е-З виникає Електричний розряд і утворюється канал провідності, в якому від катода до аноду рухається потік електронів.
До цього потоку рухаються більш важкі частинки - іони. Електрони швидше досягають поверхні анода. Тому енергія електричного розряду зміщується ближче до поверхні заготовки (ЕЗ). Температура електричного розряду досягає 10000 ... 12000 º C. При такій температурі відбуваються миттєве оплавлення і часткове випаровування елементарного об'єму матеріалу заготовки. При цьому час протікання розряду надзвичайно мало. Тому процес виділення енергії супроводжується явищем мікровибухи. За рахунок цього оплавився частки металу викидаються в навколишнє середовище, охолоджуються діелектричної рідиною і застигають у вигляді малих кульок (0,01 ... 0,005 мм), утворюючи шлам - продукт ерозії. У результаті на поверхні анода утворюється сферичне поглиблення - лунка. Поверхня катода також піддається частковому ерозійного руйнування. [8]
Наступний розряд відбудеться в тому місці, де відстань між інструментом і заготівлею виявиться мінімальним. Так утворюється другий лунка на поверхні заготовки. При впливі серії електричних імпульсів з анода видаляється шар матеріалу. Безперервність процесу забезпечується за рахунок подачі ЕІ. Сталість міжелектродного зазору забезпечується автоматично за допомогою систем, що стежать.
Оброблена поверхня являє собою сукупність лунок, глибина яких визначає шорсткість поверхні. [6]
Крім шорсткості оброблена поверхня характеризується наступними показниками:
- Внаслідок миттєвого нагріву поверхні заготовки до температури плавлення металу і різкого охолодження в середовищі діелектричної рідини виникають температурні напруги, що призводять до виникнення мікротріщин;
- За рахунок нагрівання до високих температур і можливого поглинання вуглецю з навколишнього середовища в поверхневому шарі відбуваються структурні зміни і, з урахуванням швидкого охолодження, твердість поверхневого шару значно підвищується в порівнянні з твердістю основного матеріалу сталевої заготовки;
- Під дією високої температури в зоні оплавлення основний матеріал вступає в хімічну реакцію з окремими елементами матеріалів електрода - інструменту і діелектричної рідини, що веде до зміни хімічного складу поверхневого шару.
При малій тривалості імпульсів (5 ... 200 мкс) поверхні катода встигає досягти лише мала частка іонів. Тому поверхню катода значно менше піддається ерозійного руйнування в порівнянні з поверхнею анода. Саме тому анодом роблять заготовку (ЕЗ), а катодом - інструмент (ЕЗ). Таку полярність називають прямою. При більшій тривалості імпульсів багато іони встигають досягти поверхні катода, і, володіючи більшою енергією в порівнянні з потоком електронів, викликають інтенсивну ерозію катода. У цьому випадку обробку здійснюють при зворотній полярності: ЕІ є анодом, а ЕЗ - катодом. [7]
2.2 Робоче середовище
Робочі рідини (РЖ) повинні відповідати таким вимогам:
- Забезпечення високих технологічних показників ЕЕО;
- Термічна стабільність фізико-хімічних властивостей при впливі електричних розрядів з параметрами, що відповідають застосовуваним при електроерозійної обробки;
- Низька корозійна активність до матеріалів ЕІ і оброблюваної заготовки;
- Висока температура спалаху і низька випаровуваність;
- Хороша фільтрівність;
- Відсутність запаху і низька токсичність.
При електроерозійної обробки застосування отримали низькомолекулярні углеводородістие рідини різної в'язкості, вода і в незначній мірі кремнійорганічні рідини, а також водні розчини двоатомних спиртів.
Для кожного виду ЕЕО застосовують робочі рідини, що забезпечують оптимальний режим обробки. На чорнових режимах рекомендується застосовувати робочі рідини з в'язкістю (суміш гас-масло індустріальне), а на чистових (гас, сировину вуглеводневу).
Вплив на продуктивність властивостей робочого середовища. У залежності від властивостей робочого середовища змінюються частка корисного використання енергії імпульсу, його гранична потужність. Для кожного виду обробки застосовують оптимальні діелектричні середовища. Так, при електроерозійного процесу з малою енергією імпульсів високу продуктивність забезпечує дистильована і технічна вода, гас; при грубих режимах на електроімпульсної режимі застосовують важкі фракції нафти (масла, дизельні палива тощо) з високою температурою спалаху (до 450 К).
У процесі обробки рідка робоче середовище забруднюється, із-за чого знижується продуктивність. Забрудненість оцінюють у процентному відношенні маси продуктів обробки до маси рідини. При забрудненості 4 .. 5% для чорнових і 2 .. 3% для чистових процесів продуктивність залишається практично однаковою в порівнянні з чистим середовищем. Подальше зростання вмісту продуктів обробки, особливо на чистових режимах призводить до зниження числа робочих імпульсів і продуктивності.
У процесі охолодження частки металу викликають випаровування частини рідини, зміна її в'язкості і зольності. Для підтримки високої продуктивності необхідно періодично замінювати робочу середу.
Для підвищення продуктивності на оброблюваній площі може бути паралельно розміщено кілька електродів-інструментів. Якщо вони підключені до одного генератора імпульсів, то така обробка називається багатоелектродного. При підключенні кожного електрода до свого джерела енергії обробку називають багатоконтурною. [5]
2.3 Електроди-інструменти
Електроди-інструменти (ЕІ) повинні забезпечувати стабільну роботу у всьому діапазоні робочих режимів ЕЕО і максимальну продуктивність при малому зносі. Електроди-інструменти повинен бути достатньо жорстким і протистояти різним умов механічної деформації (зусиллям прокачування РЖ) і температурних деформацій.
На поверхні ЕІ не повинно бути вм'ятин, тріщин, подряпин і розшарування.
Поверхня ЕІ повинна мати шорсткість.
При обробці вуглецевих, інструментальних сталей і жароміцних сплавів на нікелевій основі використовують графітові і мідні ЕІ. Для чорнової ЕЕО заготовок з цих матеріалів застосовуються ЕІ з алюмінієвих сплавів і чавуну, а при обробці отворів - ЕІ з латуні. При обробці твердих сплавів і тугоплавких матеріалів на основі вольфраму, молібдену і ряду інших матеріалів широко застосовують ЕІ з композиційних матеріалів, так як при використанні графітових ЕІ не забезпечується висока продуктивність через низьку стабільності електроерозійного процесу, а ЕІ з міді мають великий знос, що досягає десятка відсотків, і високу вартість.
Знос ЕІ залежить від матеріалу, з якого він виготовлений, від параметрів робочого імпульсу, властивостей РЖ, площі оброблюваної поверхні, а також від наявності вібрації.
На вибір матеріалу і конструкції ЕІ істотний вплив роблять матеріал заготовки, площа оброблюваної поверхні, складність її форми, вимоги до точності і серійності вироби.
Якщо збільшувати площу оброблюваної поверхні, то швидкість знімання матеріалу металу буде зростати, але надалі відбудеться її зниження. Це пояснюється тим, що з плином часу погіршуються умови видалення продуктів обробки з МЕП. Все більше число імпульсів генератора не буде викликати ерозії через накопичення газів і металевих частинок у просторі між електродами. Кількість продуктів обробки залежить також від енергії імпульсів, їх числа і часу дії, тобто від потужності, що реалізується в МЕП. При малій потужності кількість розплавленого металу невелика, з зростанням потужності, що підводиться воно зростає, але при цьому збільшується і кількість продуктів обробки, які гальмують процес знімання металу. Для отримання високої продуктивності необхідно правильно вибрати поєднання площі оброблюваної поверхні та потужності. Такий вибір виконують за допомогою просторових діаграм в координатах сили струму - площа обробки - продуктивність. [4]
Вплив продуктивності глибини впровадження ЕІ. У міру поглиблення отвори ускладнюється видалення продуктів обробки та надходження свіжої рідини в МЕП. Наявність великої кількості електропровідних крапель застиглого металу викликає імпульси, енергія яких витрачається на розплавлення таких частинок. Для запобігання таких (паразитних) імпульсів використовують примусову прокачування рідини через МЕП під тиском 100 .. 200 кПа. Прокачування можна застосовувати і при періодичному припинення процесу в виведенням ЕІ з заготовки; використовують також вібрацію електродів, їх обертання і ін
У процесі обробки форма і розміри електрода-інструмента порушуються через зношування. Знос на різних ділянках інструменту різний. Так, на ділянках інструменту, що мають увігнутість, число розрядів менше, отже, знос на них буде виражена слабше. Якщо врахувати умови виносу продуктів обробки з проміжку, то відмінності в зносі різних ділянок ще більше зростуть. Щоб знизити вплив зносу електродів-інструментів на точність виготовлення, а) виготовляють інструмент з матеріалу, стійкого до ерозії, наприклад з вольфраму, меднографіта, коксографітових композицій; б) використовують так звані безизносние схеми, при яких частина матеріалу заготовки або з робочого середовища осаджують на інструменті, компенсуючи тим самим його знос; в) замінюють зношені ділянки інструменту шляхом поздовжнього переміщення, або замінюють весь інструмент; г) виробляють правку і калібрування робочої частини інструменту. [5]
Перший у світі радянський електроерозійний (електроіскровий) верстат був призначений для видалення застряглого в деталі зламаного інструменту (1943). З тих пір в СРСР і за кордоном випущено велику кількість різноманітних за призначенням, продуктивності та конструкції верстатів. За призначенням (як і металорізальні верстати) розрізняють верстати універсальні, спеціалізовані і спеціальні, по необхідної точності обробки - загального призначення, підвищеної точності, прецизійні. Спільними для всіх верстатів вузлами є пристрій для кріплення і переміщення інструменту (заготовки), гідросистема, пристрій для автоматичного регулювання міжелектродного проміжку (між заготівлею та інструментом). Генератори відповідних імпульсів (іскрових або дугових) виготовляються, як правило, окремо і можуть працювати з різними верстатами. Основні відмінності пристроїв для переміщення інструменту (заготовки) в електроерозійних верстатах від таких у металорізальних верстатах - відсутність значних силових навантажень і наявність електричної ізоляції між електродами. Гідросистема складається з ванни з робочою рідиною (технічного масла, гас і т. п.), гідронасосу для прокачування рідини через міжелектродний проміжок і фільтрів для очищення рідини, що надходить у насос, від продуктів ерозії. [1]
Компонування. Верстати для електроерозійної обробки на відміну від механообробних мають генератор імпульсів, систему очищення і подачі робочого середовища в зону обробки, засоби регулювання і управління процесом. Механічна частина, включає робочий стіл для встановлення та закріплення пристосувань і заготовки, ванну для робочої рідини, пристрій для закріплення ЕІ, механізми його переміщення, що стежать елементи систем регулювання й управління процесом. Механічна частина, включає робочий стіл для установки управління і закріплення пристосувань і заготовки, ванну для робочої рідини, пристрій для закріплення ЕІ, механізми його переміщення, що стежать елементи системи регулювання і управління процесом. Генератор імпульсів може бути як вбудованим, так і виконаним у вигляді автономного блоку. Електро-шафа включає електричні вузли-пускачі, рубильники, запобіжники та ін Робоча рідина зберігається у ванні, яка комплектується насосом та пристроєм для очищення середовища від продуктів обробки. [2]
При розрахунку і виборі генератора виходять із умови отримання форми та потужності імпульсу, необхідних для забезпечення необхідних технологічних показників процесу.
В даний час в електроерозійних верстатах використовують релаксаційні, машинні, магнітонасищенние, лампові і напівпровідникові генератори.
Релаксаційним генераторами називають ті, у яких параметри імпульсу визначаються станом міжелектродного проміжку (МЕП).
RC генератори. При замиканні вмикача конденсатор через резистор заряджається від джерела живлення і напруга на конденсаторі, а отже і на МЕП підвищується. Коли напруга досягне пробивного для даного розміру МЕЗ, відбувається пробій проміжку і енергія, збережена в конденсаторі за час заряду, виділяється в МЕП. Напруга на конденсаторі падає, і розряд через МЕП припиняється. З цього моменту починається період деионизации МЕП (відновлення його діелектричної міцності) і зарядка конденсатора. Час зарядки конденсатора, як відомо, визначається постійною часу. Для нормального перебігу процесу необхідно, щоб час зарядки було більше періоду деионизации проміжку, інакше можливий перехід імпульсного розряду в дуговий. Необхідну співвідношення цих періодів досягають підбором опору резистора і ємності конденсатора. Чим вони більші, тим повільніше відбувається зарядка конденсатора. У міру знімання металу з заготівлі відстань між електродами зростає і досягає такого значення, при якому напруга на конденсаторі стає недостатнім для розряду. Якщо швидко зближувати електроди (швидше, ніж відбувається знімання матеріалу під дією ерозії), розряди будуть відбуватися при низькому напрузі, тобто мати малу енергію. І хоча частота проходження розрядів зростає, швидкість знімання металу знижується. При зовсім малих відстанях між електродами паузи між розрядами будуть недостатні для деионизации проміжку.
У релаксаційних генераторах не вдається домогтися високої продуктивності процесу, тому що з ростом енергії імпульсу зростає час накопичення заряду і падає частота імпульсів.
У ламповому генераторі електронна лампа служить перемикаються приладом, керуючим імпульсами напруги. Тут параметри генератора не залежать від стану проміжку, і іскровий розряд не може перерости в дуговій. Отже, можна використовувати імпульси з високою частотою прямування, не піклуючись про деионизации проміжку. Після подачі від задає генератора напруги на керуючу сітку лампи в ній з'являється анодний струм і на вторинній обмотці трансформатора збуджується імпульсна ЕРС. Під дією імпульсу напруги відбувається пробій МЕП. Період між імпульсами регулюється генератором, що задає. Для нормальної роботи лампового генератора потрібно прокачування робочої рідини.
Лампові генератори дозволяють підвищити частоту проходження імпульсів до 20 кГц, отримати імпульси малої тривалості. До недоліків лампових генераторів відносяться низький ККД, необхідність застосування джерел живлення з напругою до декількох тисяч вольт, необхідність примусового прокачування рідини через проміжок, обмеження енергії імпульсу.
Використання керованих напівпровідникових приладів дозволяє створити генератори з широким діапазоном режимів обробки, у яких частота проходження імпульсів не залежить від властивостей МЕП. Відомо 2 види генераторів цього типу: на основі інверторів, в яких керовані тиристори регулюють період зарядки та розряду конденсатора в релаксаційних генераторах, і широкодіапазонний генератори імпульсів.
У генераторі імпульсів зарядна і розрядна ланцюга розділені. Як струмообмежуючі елемента використана котушка індуктивності. [3]
3. Різновиди електроерозійної обробки
У залежності від параметрів імпульсів і використовуваного обладнання ЕЕО підрозділяють на електроіскрову, електроімпульсну, високочастотну і електроконтактні.
3.1 електроіскрових обробка
Була запропонована радянськими вченими H. І. і Б.Р. Лазаренко в 1943. Вона заснована на використанні іскрового розряду. При цьому в каналі розряду температура досягає 10000 ° С, розвиваються значні гідродинамічні сили, але самі імпульси відносно короткі і, отже, містять мало енергії, тому вплив кожного імпульсу на поверхню матеріалу невелика. Метод дозволяє отримати хорошу поверхню, але не володіє достатньою продуктивністю. Крім того, при цьому методі знос інструменту відносно великий (досягає 100% від обсягу знятого матеріалу). Метод використовується в основному при прецизійної обробці невеликих деталей, дрібних отворів, вирізці контурів. Твердосплавних штампів дротяним електродом.
При електроіскровий обробці використовують пряму полярність, тобто ЕІ під'єднують до катода, а ЕЗ - до анода. Генератор імпульсів налаштовують на відповідні режими обробки. Тривалість імпульсу становить 20 ... 200 мкс. Величина енергії імпульсу регулюється підбором ємності конденсаторів.
При збільшенні ємності конденсатора накопичується запас енергії зростає і, отже, підвищується продуктивність процесу. У залежності від кількості енергії, що витрачається у імпульсі, режим обробки ділять на жорсткий або середній (для попередньої обробки) і м'який або особливо м'який (оздоблювальної обробки). М'який режим обробки дозволяє отримувати розміри з точністю до 0,002 мм при шорсткості поверхні Ra 0,63 ... 0,16 мкм.
Обробку ведуть у ваннах заповнених діелектричної рідиною. Рідина виключає нагрівання електродів (інструменту і заготовки), охолоджує продукти руйнування, зменшує бічні розряди між інструментом і заготівлею, що підвищує точність обробки.
Для забезпечення безперервності процесу обробки необхідно, щоб зазор між інструментом - електродом і заготівлею був постійним. Для цього електроіскровим верстати постачають стежить системою і механізмом автоматичної подачі інструментів. Інструменти - електроди виготовляють з міді, латуні, міднографітові та інших матеріалів. [7]
У ерозійних верстатах використовують різні ГІ електричних розрядів: RC (резистор - ємність); RLC (L - індуктивність); LC; лампові генератори. У промисловості застосовують шірокодіапозонние транзисторні ГІ. Ці генератори споживають потужність 4 ... 18 кВт при силі струму 16 ... 125 А. Ефективність обробки складає 75 ... 1900 мм ³ / хв при шорсткості обробленої поверхні 4 ... 0,2 мкм. [8]
Електроіскровим методом обробляють практично всі струмопровідні матеріали, але ефект ерозії при одних і тих же параметрах електричних імпульсів різний. Залежність інтенсивності ерозії від властивостей матеріалів називають електроерозійної оброблюваністю. Якщо прийняти електроерозійні оброблюваність сталі за одиницю, то для інших металів її можна уявити наступних відносних одиницях: тверді сплави - 0,5; титан - 0,6; нікель - 0,8; мідь - 1,1; латунь - 1,6; алюміній - 4; магній - 6.
Електроіскровим методом доцільно обробляти тверді сплави, труднообрабативаємиє матеріали і сплави, тантал, молібден і інші матеріали.
Електроіскровим методом отримують наскрізні отвори будь-якої форми поперечного перерізу, глухі отвори і порожнини, фасонні отвори і порожнини за способом терепонаціі, отвори з криволінійними осями; вирізують заготовки з листа, виконують плоске, кругле і внутрішнє шліфування, розрізають заготівлі, таврують деталі.
Електроіскрову обробку застосовують для виготовлення деталей штампів і прес-форм, фільєри, ріжучого інструменту, деталей паливної апаратури двигуни внутрішнього згоряння, сіток і сит.
Електроіскрову обробку застосовують також для зміцнення поверхневого шару металів деталей машин, прес-форм, ріжучого інструменту. Зміцнення полягає в тому, що на поверхню виробів наносять тонкий шар будь-якого металу, сплаву або композиційного матеріалу. Подібні покриття підвищують твердість, зносостійкість, жаростійкість, ерозійну стійкість та інші характеристики виробів.
На обмежених ділянках особливо навантаженої поверхні деталі можна проводити найскладніші мікрометалургійних процеси.
З верстатів з системами ЧПУ найбільшого поширення в промисловості мають коордінатнопрошівочние, копіювально - вирізні і універсальні копіювально - прошивальних. [5]
Координатно - прошивальні верстати працюють за позиційній системі ЧПУ, що дозволяє автоматично за заданою програмою встановлювати (позиціонувати) заготовку щодо інструмента в необхідне положення. Обробку ведуть профільованим інструментом. Під час обробки заготівля переміщень не має.
Копіювально - вирізні верстати працюють по контурній системі ЧПУ. Обробку ведуть непрофільовані інструментом - нескінченним електродом - дротом. Застосовують мідну, латунну, вольфрамові, молибденовую дріт діаметром 0,02 ... 0,3 мм. Програмне пристрій верстатів надано для не тільки регулювання рухів формоутворення, а й регулювання технологічного режиму - напруги на іскровому проміжку. Особливість процесу вирізки полягає в наявності змінної еквідістанти, що залежить від ширини прорізується паза. Отже, пристрій ЧПУ верстатів повинні забезпечувати корекцію еквідістанти. У верстатах такого типу системи ЧПУ забезпечують управління по чотирьох і більше координатним осям. [3]
В універсальних копіювально-прошивальних електроерозійних верстатах використовують дві системи ЧПУ: систему адаптивного управління з попередніми набором координат і режимів за програмою і систему адаптивно - програмного управління за трьома координатним осям. У верстатах цього типу системи ЧПУ забезпечують планетарний рух заготовки в наступному режимі, автоматичне позиціонування заготівлі та автоматичну зміну інструмента. Електроіскрових обробка широко застосовується для прорізання пазів, вирізки по контуру, для виготовлення штампів, прес-форм, фільєри, ріжучих інструментів та інших. Добре обробляються тверді сплави, тантал, вольфрам, молібден і інші. До недоліків процесу відносять: порівняно низьку продуктивність обробки, великий знос електродів і утворення на деталях дефектного шару товщиною 0,05 ... 0,5 мм.
3.2 Електроімпульсна обробка
Заснована на використанні імпульсів дугового розряду. Запропоновано радянським фахівцем М.М. Писаревський в 1948. Цей метод став впроваджуватися в промисловість на початку 1950 х рр.. На відміну від іскрового, дугового розряд має температуру плазми нижче (4000-5000 ° С), що дозволяє збільшувати тривалість імпульсів, зменшувати проміжки між ними і т. о. вводити в зону обробки значні потужності (декілька десятків кВт), тобто збільшувати продуктивність обробки. Характерне для дугового розряду переважно руйнування катода приводить до того, що знос інструменту (в цьому випадку він підключається до анода) нижче, ніж при електроіскровий обробці, складаючи 0,05-0,3% від обсягу знятого матеріалу (іноді інструмент взагалі не зношується) . Економічніший Електроімпульсний метод використовується в основному для чорнової обробки і для трикоординатної обробки фасонних поверхонь. Обидва методу (електроіскровий і електроімпульсно) доповнюють один одного. [1]
При електроімпульсної обробки використовують електричні імпульси більшої тривалості. Великі потужності імпульсів, одержуваних від електронних генераторів, забезпечують високу продуктивність процесу обробки. Застосування генераторів і гтафітових електродів, а також обробка на зворотній полярності дозволили зменшити руйнування електродів.
Електроімпульсну обробку найбільш доцільно застосовувати при попередній обробці штампів, турбінних лопаток, твердосплавних деталей, фасонних отворів в деталях з корозійно-стійких сталей і жароміцних сплавів. У верстатах для електроімпульсної обробки широко використовують різні системи програмного керування. Високоточна конструкція верстатів з чутливими сервосистеми дозволяє виготовляти деталі складної геометричної форми з високою точністю.
Прилади автоматичного перемикання на різні подачу та глибину різання, керовані системою ЧПУ, забезпечують оптимальне використання верстатів, тому що в залежності від ходу процесу обробки режим роботи узгоджується з технологічними вимогами до деталей. Застосовувані адаптивні системи програмного керування дозволяють своєчасно визначати відхилення в ході обробки і усунути їх. Зміни параметрів процесу обробки вносяться до пристрою, що формує сигнал корекції що дозволяє за допомогою простих електродів виготовляти деталі складних геометричних форм, зокрема порожнин штампів. [8]
Якість поверхні залежить від режимів обробки. Грубий режим приводить до отримання висоти нерівностей Ra = 50 ... 6,3 мкм і зміни поверхневого шару глибиною 0,2 ... 0,4 мм. При чистовому режимі досягається шорсткість поверхні Ra 6,3 ... 1,25 мкм. Обробка ведеться в рідкому діелектрику, інструмент автоматично подається в напрямку обробки, що забезпечує сталість зазору. Для обробки використовуються спеціальні верстати різних моделей з машинними генераторами, високочастотними установками, електронними генераторами і т. д. Високоточні верстати з різними системами програмного управління дозволяють виготовляти деталі зі складними формами.
Метод вважається доцільним для попередньої обробки фасонних поверхонь штампів, лопаток, інструментів. Застосовується він і для обробки твердих, нержавіючих і жароміцних сплавів.
3.3 Високочастотна обробка
Електроіскрову обробку застосовують для підвищення точності і зменшення шорсткості поверхонь, оброблених електроерозійним методом. Метод заснований на використанні електричних імпульсів малої потужності при частоті 100 ... 150 кГц.
При високочастотної електроіскровий обробці конденсатор розріджується при замиканні первинної ланцюга імпульсного трансформатора переривником, вакуумної лампою або тиратрона. Інструмент-електрод і заготівля включені у вторинну ланцюг трансформатора, що виключає виникнення дугового розряду.
Продуктивність методу в 30 ... 50 разів вище, ніж при електроіскровому методі, при значному збільшенні точності і зменшення шорсткості поверхні. Знос інструмента незначний. [8]
Високочастотний електроіскровий метод застосовують при обробки заготовок із твердих сплавів, тому що він виключає структурні зміни та освіта мікротріщин в поверхневому шарі матеріалу оброблюваної заготовки. [2]
3.4 електроконтактна обробка
Заснована на локальному нагріві заготовки в місці контакту з електродом-інструментом і видаленні розм'якшеного або навіть розплавленого металу із зони обробки механічним способом: відносним рухом заготовки та інструменту. Джерелом теплоти в зоні обробки служать імпульсні дугові розряди. Електроконтактні обробку оплавленням рекомендують для обробки великих деталей з вуглецевих і легованих сталей, чавуну, кольорових сплавів, тугоплавких і спеціальних сплавів.
Метод застосовують при зачистці виливків від заток, від різанні ливникових систем і прибутків, зачистці прокату з спецсплавів, чорновому круглому зовнішньому, внутрішньому і плоскому шліфуванні корпусних деталей машин з важкооброблюваних сплавів, шліфуванні з одночасною поверхневої загартуванням деталей з вуглецевих сталей. Метод обробки не забезпечує високої точності і якості поверхні, але дає високу продуктивність знімання металу внаслідок використання великих електричних потужностей. [7]
Електроконтактна обробка заснована на введенні в зону механічної обробки електричної енергії - порушення потужної дуги змінного або постійного струму між, наприклад, диском, що служить для видалення матеріалу із зони обробки, і виробом. Переваги методу - висока продуктивність (до 10 6 мм 3 / хв) на грубих режимах, простота інструменту, робота при відносно невеликих напругах, низькі питомі тиску інструменту - 30-50 кн / м 2 (0,3 - 0,5 кгс / см 2) і, як наслідок, можливість використання для обробки твердих матеріалів інструменту, виготовленого з відносно м'яких матеріалів. До недоліків відносять: велику шорсткість обробленої поверхні, теплові впливи на метал при жорстких режимах.
Електроконтактна обробка не забезпечує високої точності і якості поверхні (шорсткість поверхні около50 мкм), але призводить до високої продуктивності внаслідок значного знімання металу. Застосовується вона для різання заготовок, обдирання виливків, заточування інструменту, плоского шліфування, прошивки отворів, очищення від окалини, обробки криволінійних поверхонь т. д. Рекомендується для обробки вуглецевих і легованих сталей, чавуну, кольорових сплавів, тугоплавких, важкооброблюваних і спеціальних сплавів.
Різновидом електроконтактной обробки є електроабразівная обробка - обробка абразивним інструментом (у т. ч. алмазно-абразивним), виготовленим на основі провідних матеріалів. Введення в зону обробки електричної енергії значно скорочує знос інструменту. [4]
3.5 Область застосування (ЕЕО)
Типові операції електроерозійної обробки. За технологічними ознаками встановлюються такі види ЕЕО:
1. Прошивання отворів: При ЕЕО прошивають отвори на глибину до 20 діаметрів з використанням стрижневого ЕІ і до 40 діаметрів - трубчастого ЕІ. Глибина прошіваемого отвору може бути значно збільшена, якщо обертати ЕІ, або оброблювану поверхню, або і те і інше з одночасною прокачуванням РЖ через ЕІ або з відсмоктуванням її із зони обробки. Швидкість електроерозійного прошивання (ЕЕПр) досягає 2-4 мм / хв.
2. Маркування: Маркування виконується нанесенням на виріб цифр, букв, фірмових знаків і ін Електроерозійні маркування забезпечує високу якість, не викликає деформації металу і не створює зони концентрації внутрішньої напруги, що виникає при маркуванні ударними клеймами. Глибина нанесення знаків може коливатися в межах від 0,1 до 1 мм. Операція може виконуватися одним ЕІ і по багатоелектродного схемою. Виготовляються ЕІ з графіту, міді, латуні, алюмінію. Продуктивність становить близько 3-8 мм / с. Глибина знаків залежить від швидкості руху електрода. При швидкості руху електрода більше 6 мм / с чіткість знаків погіршується. У середньому на знак заввишки 5 мм витрачається близько 4 c.
3. Вирізання: В основному виробництві електроерозійні вирізання (ЕЕВ) застосовують при виготовленні деталей електро-вакуумної та електронної техніки, ювелірних виробів і т. д. в інструментальному виробництві, при виготовленні матриць, пуансонів, пуансонодержателей та інших деталей, а також вирубних штампів, копірів, шаблонів, цанг, лекал, фасонних різців та ін
4. Шліфування: Цей процес шліфування застосовують для чистової обробки важкооброблюваних матеріалів, магнітних та твердих сплавів.
Відхилення розмірів профілю після електроерозійного шліфування знаходиться в межах від 0,005 до 0,05 мм, шорсткість Ra = 2,5 (0,25), продуктивність 260 мм ² / хв. [3]
Висновок
У сучасному суспільстві рівень життя людей визначається ефективністю виробництва. Першочерговим завданням вітчизняної економіки є підвищення продуктивності праці і якість продукції, що випускається. Це може бути досягнуто на основі високоефективних технологій автоматизованого виробництва.
Розвиток усіх галузей промисловості, особливо авіаційної і ракетно-космічної техніки, призвело до використання матеріалів зі спеціальними експлуатаційними властивостями: надтвердих, дуже в'язких, жароміцних, композиційних. Обробка заготовок з цих матеріалів звичайними методами (способами) механічної обробки дуже скрутна або неможлива взагалі. Тому паралельно з розробкою цих матеріалів створювалися принципово нові методи (способи) обробки. Характерно що при механічній обробці в технологічному обладнанні електрична енергія перетворюється в механічну і за рахунок силової дії інструменту (штампа, різця, фрези, шліфувального круга і т. д.) на заготівлю відбувається її формування (формоутворення).
Електрофізичні (ЕФ) методи обробки засновані на безпосередньому впливі різних видів енергії на оброблювану заготовку. При обробці заготовок цим методом відсутній силовий вплив інструменту на заготівлю або воно настільки мало, що практично не впливає на сумарну похибку обробки. Ці методи дозволяють змінювати форму оброблюваної поверхні заготовки і впливати на стан поверхневого шару. Так, в деяких випадках наклеп обробленої поверхні не утворюється, дефектний шар незначний, видаляються прижоги поверхні, отримані при шліфуванні, підвищуються корозійні, міцнісні та інші експлуатаційні характеристики поверхонь деталей.
Кінематика формоутворення поверхонь деталей електрофізичними методами обробки, як правило, проста, що забезпечує точне регулювання процесів і їх автоматизацію. Електрофізичні методи обробки є універсальними і забезпечують безперервність процесів при одночасному формоутворенні всієї оброблюваної поверхні. При цьому з'являється можливість обробляти дуже складні зовнішні і внутрішні поверхні заготовок.
Технологічне обладнання для електрофізичних методів обробки, так само як і металорізальні верстати, оснащується системами ЧПУ. Впровадження їх у різних галузях промисловості забезпечує одержання значного економічного ефекту.
Виконавши курсову роботу, я переконалася, що винахід електроерозійної обробки ось вже кілька десятиліть дозволяє машино-і приладобудівників вирішувати складні технологічні завдання при виготовленні деталей складної конфігурації з оброблюваних матеріалів. ЕЕО дозволяє конструкторам і технологам вибрати оптимальний варіант конструкції, матеріалу деталі і технологічного процесу.
До електротехнології відносяться електричні способи обробки металів, які отримали великий розвиток за останнє десятиліття.
Таким чином, нові методи обробки металів знайшли широке застосування в галузях промисловості і машинобудування. За допомогою цих методів істотно підвищується якість і точність обробки матеріалів.
Список літератури
1. Артамонов Б.А., Волков Ю.С. та ін Електрофізичні та електрохімічні методи обробки матеріалів. М.: Вища школа, 1983
2. Лівшиць А.Л. Електроерозійна обробка металів. М.: Вища школа, 1979
3. Артамонов Б.А. та ін Розмірна електрична обробка металів. М.: Вища школа, 1978
4. Довідник з електрохімічним і електрофізичних методів обробки. Під ред. Волосатова В.А. Ленінград: Машинобудування, 1988
5. Немилов Є.Ф. Електроерозійна обробка матеріалів, Л., Машинобудування, 1989
6. Фатєєв Н.К. Технологія електроерозійної обробки, Л., Машинобудування, 1990
7. Артамонов Б.А., Волков Ю.С. та ін Електрофізичні та електрохімічні методи обробки матеріалів М.: Вища школа, 1983
8. Дріц М.Є., Москальов М.А., Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. М.: Вища школа, 1990
9. Дальський А.М. Технологія конструкційних матеріалів. М.: Машинобудування, 2002