Электрофизические и электрохимические способы обработки материалов
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Технология машиностроения
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 389
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-985-475-624-0
ISBN-онлайн: 978-5-16-100530-9
Артикул: 458950.01.01
Доступ онлайн
В корзину
В данном учебном пособии изложены основные сведения об электрофизических и электрохимических способах формообразования поверхностей деталей, включая электроэрозионную, электрохимическую, ультразвуковую, электронно-лучевую, лазерную и плазменную размерную обработку. Последовательно рассматриваются теоретические основы каждого из этих способов, технологические показатели, методики расчета режимов обработки, указываются технологические возможности и области эффективного применения, а также дается описание применяемого оборудования и оснастки.
Пособие будет полезно студентам, магистрантам и аспирантам машиностроительных и приборостроительных специальностей учреждений высшего технического образования и окажет помощь в подготовке производственных и научных кадров в области технологии электрофизической и электрохимической обработки материалов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 12.03.01: Приборостроение
- 15.03.01: Машиностроение
- ВО - Магистратура
- 12.04.01: Приборостроение
- 15.04.01: Машиностроение
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
М.Г. Киселев Ж.А. МрочеК А.в. ДрозДов Электрофизические и Электрохимические способы обработки материалов Минск Москва «Новое знание» «ИНФРАМ» 2014 Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования по машиностроительным и приборостроительным специальностям
УДК [621.7+621.9].04(075.8) ББК 34.5я73 К44 Киселев, М.Г. Электрофизические и электрохимические способы обработки материалов : учеб. пособие / М.Г. Киселев, Ж.А. Мрочек, А.В. Дроздов. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 2014. — 389 с. : ил. — (Высшее образование: Магистратура). ISBN 978-985-475-624-0 (Новое знание). ISBN 978-5-16-009430-4 (ИНФРА-М, print). ISBN 978-5-16-100530-9 (ИНФРА-М, online). Рассмотрены теоретические основы, технологические показатели, применяемое оборудование и области эффективного использования электрофизических и электрохимических способов формообразования поверхностей деталей, включая электроэрозионную, электрохимическую, ультразвуковую, электронно-лучевую, лазерную и плазменную обработку материалов. Для студентов машиностроительных и приборостроительных специальностей, а также для магистрантов и аспирантов, исследования которых связаны с использованием электрофизических и электрохимических способов обработки материалов. УДК [621.7+621.9].04(075.8) ББК 34.5я73 К44 © Киселев М.Г., Мрочек Ж.А., Дроздов А.В., 2013 © ООО «Новое знание», 2013 ISBN 978-985-475-624-0 (Новое знание). ISBN 978-5-16-009430-4 (ИНФРА-М, print). ISBN 978-5-16-100530-9 (ИНФРА-М, online). Рецензенты: кафедра «Электронная техника и технология» Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники; доктор физико-математических наук, профессор В.И. Прокошин ФЗ № 436-ФЗ Издание не подлежит маркировке в соответствии с п. 1 ч. 1 ст. 11
Оглавление Предисловие..............................................................................................................................8 Глава 1. Электроэрозионная обработка материалов.............................................10 1.1..Общее.описание.процесса.электроэрозионной.обработки. и.стадий.его.протекания.............................................................................................11 1.2..Тепловые.процессы.на.электродах..........................................................................17 1.3..Технологические.схемы.электроэрозионной.обработки.................................19 1.4..Технологические.параметры.электроэрозионной.обработки........................22 1.4.1..Производительность.электроэрозионной.обработки............................22 1.4.2..Точность.электроэрозионной.обработки...................................................25 1.4.3..Качество.поверхности.при.электроэрозионной.обработке.................28 1.5..Конструкции.электродов-инструментов,.методы.их.расчета. и.способы.изготовления.............................................................................................32 1.5.1..Особенности.проектирования.электродов-инструментов..................32 1.5.2..Материалы,.применяемые.для.изготовления.рабочей.части. электродов-инструментов...............................................................................33 1.5.3..Конструкции.электродов-инструментов...................................................34 1.5.4..Способы.изготовления.электродов-инструментов................................36 1.5.5..Методика.расчета.рабочей.части.электродов-инструментов. и.размеров.копиров.при.обработке.непрофилированным. инструментом.......................................................................................................39 1.6..Технологические.процессы.электроэрозионного.формообразования. типовых.поверхностей.деталей................................................................................47 1.6.1..Исходные.данные.для.проектирования.технологических.. процессов...............................................................................................................47 1.6.2..Краткая.характеристика.области.технологического. использования.электроэрозионной.обработки.......................................48 1.6.3..Порядок.проектирования.технологических.процессов. электроэрозионной.обработки.......................................................................52 1.7..Технологические.процессы.электроэрозионной.обработки. типовых.поверхностей.и.деталей.машин.............................................................54 1.7.1..Прошивание.отверстий....................................................................................54 1.7.2..Прошивание.наружных.поверхностей.......................................................63 1.7.3..Маркирование.деталей.....................................................................................64 1.7.4..Электроэрозионное.шлифование.................................................................66 1.7.5..Электроэрозионное.разрезание.....................................................................67 1.7.6..Изготовление.деталей.непрофилированным. электродом-инструментом..............................................................................68 1.7.7..Технология.изготовления.цанг......................................................................72 1.7.8..Электроэрозионное.упрочнение...................................................................74 1.8..Электроэрозионное.оборудование..........................................................................74 1.8.1..Общие.сведения..................................................................................................74
Оглавление 4 1.8.2..Генераторы.импульсов......................................................................................75 1.8.3..Регуляторы.подачи.электрода-инструмента............................................81 1.8.4..Системы.рабочих.перемещений.электрода-инструмента...................84 1.8.5..Система.очистки.и.подачи.рабочей.жидкости.в.зону.обработки......86 1.8.6..Механическая.часть.станков..........................................................................88 Глава 2. Размерная электрохимическая обработка материалов......................98 2.1..Теоретические.основы.процесса.электрохимической.обработки................99 2.1.1..Механизм.анодного.растворения.................................................................99 2.1.2..Физико-химические.особенности.удаления.металла. при.размерной.электрохимической.обработке..................................... 101 2.1.3..Пассивация.поверхности.металла............................................................. 104 2.1.3.1..Условия.возникновения.пассивации......................................... 104 2.1.3.2..Рост.пленок.при.анодной.поляризации.металлов.. Нерастворимые.аноды................................................................................... 105 2.1.3.3..Перепассивация.металлов............................................................. 110 2.1.3.4..Условия.устойчивости.пассивного.состояния....................... 112 2.1.3.5..Особенности.анодного.растворения.сплавов......................... 115 2.1.3.6..Реакции.анодного.окисления....................................................... 116 2.1.4..Гидродинамические.процессы.в.межэлектродном.промежутке...... 117 2.1.5..Подбор.электролита.для.ЭХО................................................................... 122 2.1.6..Особенности.электрохимической.обработки.импульсным. напряжением..................................................................................................... 123 2.2..Технологические.схемы.размерной.электрохимической.обработки....... 123 2.3..Формообразование.при.размерной.электрохимической.обработке........ 127 2.3.1..Копирование.электрода-инструмента.на.заготовке........................... 127 2.3.2..Межэлектродный.промежуток................................................................... 129 2.3.3..Припуск.на.обработку................................................................................... 130 2.3.4..Производительность.электрохимической.обработки........................ 132 2.3.5..Точность.электрохимической.обработки................................................ 132 2.3.6..Качество.поверхностей.деталей.после.электрохимической. обработки............................................................................................................ 134 2.4..Электроды-инструменты.для.размерной.электрохимической.. обработки...................................................................................................................... 137 2.4.1..Особенности.проектирования.электродов-инструментов............... 137 2.4.2..Материалы.для.изготовления.электродов-инструментов................ 137 2.4.3..Расчет.и.изготовление.электродов-инструментов.............................. 138 2.5..Технологические.возможности.размерной.электрохимической.. обработки...................................................................................................................... 148 2.6..Оборудование.для.электрохимической.обработки........................................ 152 2.6.1..Типовая.структура.оборудования............................................................. 152 2.6.2..Источники.питания.и.их.выбор................................................................ 152 2.6.3..Системы.регулирования.режима.ЭХО................................................... 155 2.6.4..Система.хранения,.подачи.и.очистки.электролита............................ 156
Оглавление 5 2.7..Анодно-абразивная.обработка.металлов........................................................... 159 2.7.1..Общая.характеристика.процессов............................................................ 159 2.7.2..Процессы,.протекающие.при.анодно-абразивной.обработке......... 162 2.7.3..Технологические.показатели.анодно-абразивной.обработки......... 166 2.7.4..Технологические.возможности.анодно-абразивной.обработки..... 169 2.7.5..Конструкции.инструментов.для.анодно-абразивной. обработки,.их.износ.и.профилирование................................................. 171 2.7.6..Станки.для.анодно-абразивной.обработки............................................ 173 2.7.7..Режимы.анодно-абразивной.обработки.................................................. 178 Глава 3. Ультразвуковая обработка материалов.................................................. 181 3.1..Ультразвуковые.колебания...................................................................................... 182 3.1.1..Общие.сведения............................................................................................... 182 3.1.2..Форма.ультразвуковых.волн....................................................................... 182 3.1.3..Акустические.свойства.среды..................................................................... 184 3.1.4..Основные.характеристики.ультразвукового.поля.............................. 186 3.1.5..Поглощение.и.отражение.ультразвука.................................................... 187 3.1.6..Стоячие.волны.................................................................................................. 188 3.2..Основные.сведения.об.акустических.колебательных.системах. технологического.назначения................................................................................ 190 3.2.1..Характеристики.колебательных.систем................................................. 190 3.2.2..Электроакустические.преобразователи.................................................. 192 3.2.2.1..Магнитострикционные.преобразователи................................ 192 3.2.2.2..Пьезоэлектрические.преобразователи...................................... 196 3.2.3..Ультразвуковые.концентраторы................................................................. 199 3.3..Ультразвуковая.очистка............................................................................................ 206 3.3.1..Общие.сведения............................................................................................... 206 3.3.2..Акустическая.кавитация............................................................................... 207 3.3.3..Звукокапиллярный.эффект......................................................................... 208 3.3.4..Акустические.течения.................................................................................... 209 3.3.5..Виды.загрязнений........................................................................................... 210 3.3.6..Влияние.физико-химических.свойств.моющей.жидкости.............. 211 3.3.7..Влияние.параметров.ультразвукового.поля.......................................... 212 3.3.8..Технология.ультразвуковой.очистки....................................................... 212 3.4..Ультразвуковая.размерная.обработка.свободным.абразивом.................... 219 3.4.1..Физическая.сущность.процесса................................................................. 219 3.4.2..Влияние.технологических.и.акустических.параметров.на. показатели.размерной.обработки.............................................................. 222 3.5..Технологические.возможности.ультразвуковой.размерной.. обработки...................................................................................................................... 225 3.5.1..Преимущества.метода.................................................................................... 225 3.5.2..Обработка.деталей.по.наружному.контуру........................................... 226 3.5.3..Разрезание.заготовок.и.раскрой.материала.......................................... 228 3.5.4..Обработка.отверстий..................................................................................... 231
Оглавление 6 3.5.5..Обработка.деталей.из.твердых.сплавов.................................................. 233 3.5.6..Гравирование..................................................................................................... 235 3.6..Оборудование.для.ультразвуковой.размерной.обработки.. материалов.................................................................................................................... 236 3.6.1..Общие.сведения............................................................................................... 236 3.6.2..Механизм.подачи............................................................................................ 237 3.6.3..Универсальные.ультразвуковые.станки.................................................. 239 3.6.4..Акустические.головки................................................................................... 241 3.7..Ультразвуковая.сварка.металлов.......................................................................... 243 3.7.1..Основные.сведения.о.механизме.процесса.ультразвуковой. сварки.металлов............................................................................................... 243 3.7.2..Акустические.колебательные.системы.и.технологические. установки.для.сварки.металлов................................................................. 245 3.8..Ультразвуковая.сварка.пластмасс......................................................................... 248 3.8.1..Общие.сведения............................................................................................... 248 3.8.2..Современные.представления.о.механизме.образования. соединений.при.ультразвуковой.сварке.пластмасс............................ 249 3.8.3..Влияние.режимов.ультразвуковой.сварки.пластмасс. на.прочность.соединения............................................................................. 252 3.8.4..Технология.ультразвуковой.сварки.пластмасс.................................... 255 Глава 4. Электронно‑лучевая обработка материалов........................................ 262 4.1..Физические.основы.электронно-лучевой.обработки.................................... 263 4.1.1..Основные.стадии.формирования.электронного.луча. и.применяемое.оборудование..................................................................... 263 4.1.2..Получение.свободных.электронов............................................................ 264 4.1.3..Ускорение.электронов.................................................................................... 265 4.1.4..Управление.электронным.лучом............................................................... 266 4.1.5..Вакуум.как.обязательный.фактор.электронно-лучевой.. технологии......................................................................................................... 267 4.1.6..Взаимодействие.электронного.луча.с.веществом............................... 268 4.2..Основные.технологические.процессы.электронно-лучевой.. обработки...................................................................................................................... 270 4.2.1..Особенности.электронного.луча.как.технологического. инструмента....................................................................................................... 270 4.2.2..Локальный.переплав...................................................................................... 271 4.2.3..Электронно-лучевая.плавка........................................................................ 272 4.2.4..Электронно-лучевая.сварка......................................................................... 276 4.2.5..Электронно-лучевое.испарение.материалов......................................... 278 4.2.6..Размерная.электронно-лучевая.обработка............................................ 280 4.3..Электронно-лучевое.технологическое.оборудование................................... 283 4.3.1..Общие.сведения............................................................................................... 283 4.3.2..Электромеханический.комплекс............................................................... 284 4.3.3..Энергетический.комплекс............................................................................ 288
Оглавление 7 Глава 5. Светолучевая обработка материалов...................................................... 296 5.1..Физические.основы.получения.светолучевых.источников.энергии....... 297 5.1.1..Когерентное.излучение.и.условия.его.получения.............................. 297 5.1.2..Основные.схемы.оптических.квантовых.генераторов...................... 300 5.2..Оптические.системы.лазерных.установок........................................................ 311 5.3..Взаимодействие.излучения.ОКГ.с.обрабатываемым.веществом.. Классификация.методов.лазерной.обработки................................................ 316 5.4..Основные.операции.лазерной.технологии........................................................ 322 5.4.1..Поверхностная.термообработка................................................................. 322 5.4.2..Лазерная.наплавка.и.поверхностное.легирование............................. 330 5.4.3..Лазерная.сварка............................................................................................... 334 5.4.4..Технология.лазерной.резки......................................................................... 345 5.4.5..Технология.лазерного.прошивания.отверстий.................................... 356 5.4.6..Промышленные.лазерные.технологические.установки.................... 364 Глава 6. Плазменная обработка материалов.......................................................... 368 6.1..Устройства.для.получения.плазмы...................................................................... 368 6.2..Основные.физические.характеристики.и.свойства.плазмы....................... 370 6.3..Плазменные.источники.энергии........................................................................... 374 6.4..Технологическое.использование.плазмы........................................................... 376 6.4.1..Плазменный.нагрев.поверхностей............................................................ 376 6.4.2..Плазменное.плавление.материалов.......................................................... 377 6.4.3..Плазменная.сварка.и.наплавка.................................................................. 378 6.4.4..Схемы.формирования.покрытий.на.поверхности.изделий............. 382 6.4.5..Плазменная.резка............................................................................................ 385 Рекомендуемая.литература............................................................................................. 387
Предисловие Современное. машиностроение. и. приборостроение. характеризуется.постоянно.расширяющимся.применением.конструкционных. материалов.со.специальными.физико-механическими.свойствами.. Их.обработка.традиционными.способами.резания.крайне.затруднена,.а.в.ряде.случаев.и.невозможна..К.группе.таких.труднообрабатываемых.материалов.относятся.жаропрочные,.титановые,.твердые. и.магнитные.сплавы,.нержавеющие.стали,.различные.виды.керамики,.полупроводниковые.материалы,.твердые.и.сверхтвердые.природные.и.искусственные.кристаллы.и.т.п..В.этой.связи.актуальной. является.задача.создания.и.развития.новых.способов.формообразования.поверхностей.деталей,.изготовленных.из.таких.материалов. Как.показывает.многолетний.мировой.опыт,.эффективным.направлением. решения. указанной. задачи. является. использование. электрофизических.и.электрохимических.способов.размерной.обработки,.которые.за.последние.годы.получили.дальнейшее.развитие.и.широкое.промышленное.применение..К.ним.относятся.электроэрозионный,. электрохимический. и. ультразвуковой. способы. обработки,. в. которых. применяется. профилированный. или. непрофилированный.инструмент,.а.также.способы,.основанные.на.использовании.концентрированных.источников.энергии,.—.электроннолучевая,.лазерная.и.плазменная.обработка..Следует.подчеркнуть,. что. эти. способы. влияют. не. только. на. структуру. и. длительность. технологического.цикла,.но.и.на.конструкцию.новых.машин.и.приборов,. расширяя. арсенал. как. технолога,. так. и. конструктора. при. разработке.и.производстве.современных.изделий. Эффективное. применение. и. дальнейшее. развитие. электрофизических.и.электрохимических.способов.обработки.в.машино-. и.приборостроении.невозможны.без.соответствующей.технологической. подготовки. инженерных. и. научных. кадров,. что,. в. свою. очередь,. в. значительной. мере. связано. с. наличием. специальной. обучающей.литературы. В. данном. учебном. пособии. изложены. основные. сведения. об. электрофизических.и.электрохимических.способах.формообразования. поверхностей. деталей,. включая. электроэрозионную,. электрохимическую,.ультразвуковую,.электронно-лучевую,.лазерную. и.плазменную.размерную.обработку..Последовательно.рассматриваются.теоретические.основы.каждого.из.этих.способов,.техноло
Предисловие 9 гические. показатели,. методики. расчета. режимов. обработки,. указываются.технологические.возможности.и.области.эффективного. применения,.а.также.дается.описание.применяемого.оборудования. и.оснастки. Авторы.надеются,.что.пособие.будет.полезно.студентам,.магистрантам.и.аспирантам.машиностроительных.и.приборостроительных.специальностей.учреждений.высшего.технического.образования.и.окажет.помощь.в.подготовке.производственных.и.научных. кадров.в.области.технологии.электрофизической.и.электрохимической.обработки.материалов.
Глава 1 ЭлектроЭрозионная обработка материалов Электрическая. эрозия. (разрушение. материала. контактов. под. действием.электрических.разрядов).была.известна.давно..Она.представляет. собой. вредное. явление,. вызывающее. сокращение. срока. службы.и.снижение.надежности.электрических.устройств. В.40-х.гг..прошлого.столетия.академик.Молдавской.академии. наук.Б.Р..Лазаренко.использовал.электрические.разряды.для.размерной. обработки. металла. (рис.. 1.1).. В. качестве. генератора. импульсов. использовалась. батарея. конденсаторов,. заряжаемых. от. источника.постоянного.тока..Время.зарядки.конденсатора.регулировалось.реостатом..Электрод-инструмент.перемещали.к.заготовке.. По.мере.их.сближения.возрастала.напряженность.электрического. поля.и.в.пространстве.между.электродом-инструментом.и.заготовкой.(межэлектродный промежуток — МЭП) возникал.электрический.разряд,.под.действием.которого.происходило.разрушение. материала.заготовки..Продукты.обработки.попадали.в.диэлектрическую.жидкость,.где.охлаждались.и,.не.достигая.электрода-ин.струмента,.осаждались.на.дно.ванны..Через.некоторое.время.электрод Рис. 1.1. Принципиальная.схема.первой. лабораторной.установки.для.электроэрозионной.обработки: 1. —. реостат;. 2. —. батарея. конденсаторов;. 3. —. электрод-инструмент;. 4. —. пластина;. 5.—.диэлектрическая.жидкость 1 2 3 4 5
1.1. Описание процесса электроэрозионной обработки и стадий его протекания 11 инструмент. прошивал. пластину. 4.. При. этом. контур. отверстия. соответствовал.зеркальному.отображению.профиля.инструмента.. Так.явление,.считавшееся.вредным,.было.эффективно.использовано.для.размерной.обработки.металлов. Изобретение. электроэрозионной обработки. (ЭЭО). имело. огромное.значение,.так.как.к.традиционным.способам.формообразования. (резанию,. литью,. обработке. давлением). прибавился. совершенно. новый,. в. котором. для. удаления. материала. непосредственно.использовались.электрические.процессы. 1.1. общее описание процесса электроэрозионной обработки и стадий его протекания Электрическая эрозия.—.направленное.разрушение.электропроводящих.материалов.в.результате.кратковременного.теплового. действия.импульсных.электрических.разрядов.между.инструментом.и.заготовкой.детали.в.жидкой.диэлектрической.среде. По. мере. сближения. электрода-инструмента. с. заготовкой. напряженность. Е электрического. поля. возрастает. обратно. пропорционально.расстоянию.между.электродами: . E.=.U/s, где.U.—.разность.потенциалов.электрода-инструмента.и.заготовки;. s.—.зазор.между.электродами. Наибольшая.напряженность.возникает.при.этом.на.участке,.где. межэлектродный. зазор. минимален.. Расположение. этого. участка. зависит.от.величины.шероховатости.на.поверхности.инструмента. и. заготовки,. а. также. от. наличия. и. размеров. электропроводных. частиц.(продуктов.разрушения),.находящихся.в.межэлектродном. промежутке. На.рис..1.2.показано.формирование.зазора.s.между.электродоминструментом.и.заготовкой..В.районе.hв.выступа.напряженность. поля. будет. наибольшей,. что. повышает. вероятность. пробоя. межэлектродного. промежутка. в. этой. точке.. Частица. 1. размером. hч. уменьшает.расчетный.зазор.до.размера.s1.+.s2.
Глава 1. Электроэрозионная обработка материалов 12 Если.электроды.сблизить.до.пробойного.расстояния,.то.напряженность.электрического.поля.может.достигнуть.значения,.при. котором. в. месте. минимального. зазора. возникнет. электрический. разряд..В.результате.на.поверхности.заготовки.образуется.углубление. в. форме. сферической. лунки.. При. воздействии. серии. разрядов. поверхность. приобретает. кратерообразную. форму. с. явно. выраженными.углублениями.в.виде.множества.перекрывающих. друг.друга.лунок.(рис..1.3). В.электрическом.поле,.возникшем.в.межэлектродном.пространстве,.в.направлении,.обратном.направлению.движения.электронов,. происходит. перемещение. более. тяжелых. частиц. —. ионов.. Электроны,.имеющие.меньшую.массу,.быстро.достигают.положительно. заряженной.поверхности.заготовки.и.нагревают.металл,.вызывая. его. расплавление. и. испарение. в. месте. прохождения. тока.. Большинство.ионов,.имеющих.значительную.массу,.при.электроискровом.режиме.обработки.не.успевает.достичь.отрицательно.заряженного. электрода. и. вызвать. удаление. металла. с. его. поверхности.. Поэтому.съем.металла.происходит.преимущественно.с.анода,.которым. служит. заготовка.. Интенсивность. износа. электрода-ин.стру Рис. 1.2. Схема.формирования. межэлектродного.зазора: 1. —. электропроводная. частица;. 2. —. диэлектрическая.жидкость;.3.—.электрод-инструмент;.4.—.заготовка 4 1 2 3 s2 hч hв s s1 Рис. 1.3. Фотография.поверхности. после.электроэрозионной.. обработки
1.1. Описание процесса электроэрозионной обработки и стадий его протекания 13 мента.определяется.количеством.ионов,.достигающих.его.поверхности..При.этом.чем.меньше.будет.износ.инструмента,.тем.точнее. получается.деталь..С.этой.целью.стремятся.сформировать.импульс. с. меньшей. длительностью,. чтобы. ионы. не. успевали. достичь. поверхности.катода..Однако.это.приводит.к.увеличению.времени.обработки.и.снижению.ее.производительности..Полярность,.при.которой. заготовка. является. анодом,. называют. прямой,. и. она,. как. правило,.используется.при.электроэрозионной.обработке.на.электроискровом.режиме. По. мере. увеличения. длительности. импульсов. возрастает. интенсивность.съема.металла.с.катода.(инструмента).за.счет.воздействия.на.него.потока.ионов..При.этом.можно.подобрать.такое.время. прохождения.тока,.при.котором.доля.съема.металла.электронами. составит.лишь.незначительную.часть.от.общего.объема.удаленного. с.электродов.материала..Следовательно,.в.этом.случае.за.катод.следует.принимать.заготовку..Полярность,.при.которой.анодом.является.электрод-инструмент,.называют.обратной,.и.она.используется. при.электроэрозионной.обработке.на.электроимпульсном.режиме. Полярность. зависит. не. только. от. длительности. импульса,. но. и.от.материалов,.используемых.в.качестве.электродов-ин.стру.ментов..Так,.для.снижения.износа.электрода-инструмента.вследствие. воздействия.потока.электронов.его.изготавливают.из.материалов,. слабо.разрушающихся.под.действием.искровых.разрядов,.в.частности.графитовых.и.медно-графитовых.композиций. Для. количественной. оценки. износостойкости. электродов-инстру.ментов.используют.понятие.относительного износа —.отношения. массы. или. объема. материала,. удаленного. с. электрода-инстру.мента,.к.массе.или.объему.металла,.снятого.с.заготовки. Одной.из.разновидностей.электроэрозионной.обработки.является.электроконтактная обработка..В этом.случае.импульсы.тока. формируются.непосредственно.в.промежутке,.что.поясняется.схемой. электроконтактного. метода. обработки,. приведенной. на. рис.. 1.4.. Процесс.протекает.в.диэлектрике.2..Поскольку.поверхности.электрода-инструмента. и. заготовки. не. являются. идеально. гладкими. (на.них.всегда.имеются.неровности),.то.при.вращении.электродаинструмента.выступы.приближаются.к.заготовке.вплоть.до.механического.контакта..На.определенном.расстоянии.s.между.электродами.происходит.разряд,.переходящий.в.дуговой.и.вызывающий.
Глава 1. Электроэрозионная обработка материалов 14 расплавление. металла.. Вследствие. вращения. электрода-ин.струмента.выступ.на.его.поверхности.удаляется.от.заготовки.и.разряд. в.среде.диэлектрика.быстро.затухает..Очевидно,.что.в.этом.случае. длительность.и.частота.следования.импульсов.тока.будут.зависеть. от. формы. и. количества. выступов. на. наружной. поверхности. инструмента.и.от.скорости.его.вращения..В.принципе,.вращающийся. электрод-инструмент. сам. регулирует. параметры. импульсов,. поэтому.не.требуется.специального.генератора,.а.используется.постоянный.или.переменный.ток.низкого.напряжения..Электроконтактную. обработку. осуществляют. при. прямой. полярности.. По. мере. удаления.металла.с.заготовки.в.зависимости.от.схемы.обработки:. либо.вдоль.обрабатываемой.поверхности.(шлифование),.либо.по. нормали.к.ней.(резание).—.электрод-инструмент.перемещают.со. скоростью.vи. Если.процесс.протекает.в.воздушной.среде.(без.диэлектрической.жидкости),.то.возникают.более.длительные.дуговые.разряды,. так.как.после.контакта.между.инструментом.и.заготовкой.дуга.может.гореть.довольно.продолжительное.время..При.этом.расплавленный.металл.может.достигать.противоположной.поверхности. и.там.застывать,.т.е..одновременно.могут.протекать.два.процесса.—. размерный.съем.и.наращивание.металла..Под.действием.тепла.дуги. выплавляются.большие.участки.заготовки,.процесс.протекает.весьма.интенсивно.и.сопровождается.сильным.световым.излучением.. Электроэрозионное.легирование.осуществляют.при.обратной.полярности,. и. частицы. расплавленного. металла. оседают. на. катоде. (заготовке). В общем.случае.однократный.акт.удаления.металла.в.процессе. электроэрозионной.обработки.состоит.из.трех.основных.стадий. Рис. 1.4. Схема.электроконтактной.обработки: 1.—.вращающийся.электрод-инструмент;.2.—.диэлектрическая.жидкость;. 3.—.обрабатываемая.заготовка 1 2 3 vи
1.1. Описание процесса электроэрозионной обработки и стадий его протекания 15 П е р в а я . с т а д и я. —. пробой. межэлектродного. промежутка. в.результате.образования.локальной.зоны.с.высокой.напряженностью.поля..Под.действием.разряда.происходит.ионизация.промежутка. между. электродами,. через. который. между. ними. начинает. протекать. электрический. ток,. и. образуется. канал проводимости.. Скорость.нарастания.силы.тока.в.канале.проводимости.достигает. сотен.килоампер.в.секунду..В.результате.на.границах.канала.происходит. плавление. металла. и. образуются. лунки,. форма. которых. близка.к.сферической. В т о р а я . с т а д и я.—.образование.около.канала.проводимости. газового. пузыря. из. паров. жидкости. и. металлов.. В. результате. их. высокого.давления.(до.2.⋅.107.Па).канал.проводимости.стремится. расшириться.. По. инерции. газовый. пузырь. и. окружающая. его. жидкость.сначала.остаются.неподвижными,.а.затем.начинается.их. расширение.в.радиальном.направлении.со.скоростью.150...200.м/с.. На.наружной.границе.образуется.фронт.уплотнения,.где.давление.резко.меняется.от.исходного.в.жидкости.до.высокого.pфр.на. границе. Тр е т ь я . с т а д и я.—.прекращение.прохождения.тока.и.отрыв. ударной.волны.от.газового.пузыря..Ударная.волна.постепенно.гасится. окружающей. жидкостью.. В. межэлектродном. промежутке. (рис.. 1.5). в. начале. этой. стадии. располагаются. жидкий. металл. в.углублениях.электродов.1.и.6;.газовый.пузырь,.внутри.которого. находятся.пары.металлов.заготовки.и.инструмента,.а.также.жидкий. диэлектрик.5..Когда.газовый.пузырь.достигает.наибольшего.размера,.давление.внутри.него.резко.падает..При.этом.в.лунках.расплавленный.металл.вскипает.и.выбрасывается.в.межэлектродный. промежуток. Рис. 1.5. Схема.завершающей.стадии. единичного.разряда: 1. —. электрод-инструмент;. 2. —. жидкий. металл;. 3. —. газовый. пузырь;. 4. —. пары. металлов.заготовки.и.инструмента;.5.– диэлектрик;.6.—.электрод-заготовка 1 2 2 3 4 5 6
Доступ онлайн
В корзину