Развитие машиностроения

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 | Т-образной 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 прошивания криволинейного отверстия

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.

Отверстия 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 длина вылета, мм	Диаметр, мкм	Оптимальная длина вылета, мм
Получаемого отверствия	Электрода-инструмента		Получаемого отверствия	Электрода-инструмента
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 отверстия 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 перемычек, мм	Толщина сеток, мм	Ширина перемычек, мм	Число отверствий, шт	Изготов-ления одной сетки	Вспомога-тельное
2,8±0,05 4,0±0,005	0,25±0,005 0,25±0,005	0,1 0,2	0,03±0,002 0,03±0,002	95 200	50 90	40 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.

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. Оно осуществляется по схеме аналогичной схеме обычного абразивного шлифования.

Рис. 23

Рис. 23. Схема электроэрозионного шлифования:

а - круглого ; б - плоского; в - конической поверхности 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

Высота неровностей, МКМ	Шлифование
	торцевое	наружное и плоское плоское	внутреннее
	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
2,5 1,25 0,63 0,32	120 29 11 5,2	69 7,3 1,85 0,89	75 16 8 4	74 19 7 2,9	30 3,85 1,2 0,5	68 18 8 4	33 9,8 3,2	8,8 1,7 0,56	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 электродом-инструментом 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 ммІ/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 электродом-проволокой 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 r_д скругления внутренних углов, который может быть получен в детали.

Этот радиус должен быть равен сумме радиуса r_п части проволоки и межэлектродного зазора а. На практике получены следующие данные:

dnp = 0,3 мм

r_д =0,065 мм

dnp=0,2 мм

r_д =0,05 мм

dnp = 0,l мм

r_д =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.

Таблица технологических показателей:

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:

Qs_пр = 0,046 I^1,68;

Qs_поп = 0,077I^1,51

при обработке с поперечными подачами, где Qs -максимальная производительность, ммі/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	Глубина обработки,мм	Производительность, смі/мин, при окружной скорости детали, м/с
			0,02	0,1	0,2
100	Поперечная продольная	10 15	0,64 0,52	0,62 0,52	0,61 0,51
300	Поперечная продольная	10 25	5,6 3,48	5,11 3,05	4,43 2,44
500	Поперечная продольная	11 25	14,15 7,38	12,11 6,10	9,96 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 I^0,61 или Ra = 0.57 I^0,61

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	процесс
	наименование	особенности
Углеродистая сталь, содержащая углерод, в количестве свыше 0,6%,а также легирующие элементы в большом количестве	Сверхскоростная закалка	Кратковременный нагрев до 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	Растворение в расплавленном и высоконагретом металле углерода, электрода или окружающей среды с образованием карбидов железа, хрома, титана и др
Сталь	Обогащение легирующими элементами	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 0,5-1,6мм 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 = 0,25RІC

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 LC-генератор, 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 отверстия 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	МГИ-2М	МГИ-3М	МГИ-4
Частота импульсов, Гц Средняя сила тока, А Среднее напряжение холостого хода, В Мощность приводного электродвигателя, кВт Скважность на холостом ходу	400 100 25 7 2,8	400 360 25 28 3,2	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

Таблица 16. Характеристики генераторов импульсов типа ШГИ

Тип генератора импульсов	Сила тока, А, не более	Диапазон частот, кГц	Произво-дительность, ммі/мин не более	Шероховатость поверхности, мкм	Износ инструмента на чистовых режимах, %	Потреб-ляемая мощность, 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. 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.