ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ (Что-то вроде лекций или метод), страница 4

Таблица 4.2. Зависимость состояния поверхности от режимов обработки

Таблица 4.3. Зависимость технологических характеристик процесса

от режимов обработки

Точность обработки зависит главным образом от выбранного режима, способа подвода рабочей жидкости, точности станка и типа электрода и не зависит от размеров обрабатываемой заготовки. Обычно точность находится в пределах 20...200 мкм. Наибольшая точность получается при работе на особо мягком режиме (±0,002 мм).

Наиболее распространенные операции электроэрозионной обработки с применением RС-генераторов — прошивка и шлифование (последнее целесообразно в тех случаях, когда не допускается охлаждение), причем производительность этих способов значительно ниже механического сверления и шлифования.

Возможны также следующие операции: обработка отверстий малого диаметра; получение металлических порошков; извлечение из отверстий остатков сломанного инструмента и крепежных деталей; поверхностное упрочнение инструментов; изготовление рабочих частей штампов и волок; маркировка и др. При этом качество поверхности таково, что обычно требуется абразивная доводка.

Электроимпульсная обработка. Электроимпульсной называют разновидность электроэрозионной обработки (см. рис. 4.8, б), которая характеризуется следующими особенностями:

1. Применением униполярных импульсов тока длительностью 500... 10 000 мкс (обычно около 1 000 мкс), скважностью 1... 10, благодаря чему износ инструмента составляет всего 0,1 ...0,3 %;

2. Высокой производительностью, достигающей 5 000... 10 000 м³/мин на грубых режимах;

3. Высокой шероховатостью обрабатываемой поверхности, находящейся вне класса на грубых режимах и достигающей Rz 80... 40 мкм на наиболее мягких режимах;

4. Малым относительным износом электродов-инструментов, составляющим для графита 0,1 ...0,5 %;

5. Применением обратной полярности — электрод-инструмент присоединяют к положительному полюсу источника тока;

6. Применением в качестве источников тока преимущественно машинных генераторов импульсов низкой и средней частоты (400...3 000 Гц);

7. Работой преимущественно на низких напряжениях (25... 30 В) и больших силах тока (50...500 А).

Высокие мощности, реализуемые в импульсах, позволяют проводить производительную предварительную обработку штампов, турбинных лопаток, твердосплавных деталей, осуществлять прошивку фасонных отверстий в деталях из нержавеющих и жаропрочных сплавов, с трудом поддающихся механической обработке.

Материалами для электродов-инструментов служат углеграфитовые композиции И23; В1; ЭЭГ; изредка применяются медные электроды марок Ml и М2. Обработка ведется в соляровом или трансформаторном масле.

Высокочастотная электроэрозионная обработка. Как видно из табл. 4.2, при электроискровой обработке высокое качество поверхности (Ra 0,32...0,16 мкм) обеспечивается прежде всего за счет небольшой энергии (от Ю^-3 до 10"³ Дж) импульсов, реализуемых в электродном промежутке. Однако производительность при этом (см. табл. 4.3) резко уменьшается. Высокочастотный электроэрозионный метод обработки, предложенный В. Ю. Вероманом, дает возможность получать и высокое качество поверхности и достаточно высокую производительность. Этот метод основан на повышении частоты следования эрозионных импульсов, обладающих малой энергией.

Электроэрозионный высокочастотный (ВЧ) метод (см. рис. 4.8, а, поз. IV) является наиболее точным, позволяющим обрабатывать детали с чистотой до Ra 0,32 мкм при производительности, в 30 — 50 раз превышающей производительность чистовых режимов электроискрового метода.

Обработка при электроэрозионном ВЧ-методе осуществляется с помощью специальных импульсов. Малая энергия этих импульсов обеспечивает высокую чистоту обработанной поверхности; высокая частота следования импульсов позволяет получить большую производительность, так как при одной и той же энергии импульса интенсивность съема обрабатываемого материала прямо пропорциональна частоте следования импульсов; малая длительность импульса предотвращает возникновение микротрещин на обработанной поверхности, а постоянство амплитуды способствует повышению точности обработки. Импульсы генерируют специальными генераторами IVс частотой 100... 150 кГц при скважности 2...3. Обработку проводят в среде 4(см. рис. 4.8, в) керосина, трансформаторного масла и т.д., а также в слабых электролитах и просто в водопроводной воде. При использовании слабых электролитов (растворов кислот, солей, щелочей) производительность снижается на 25...30%, но одновременно в 10—12 раз уменьшается износ инструмента I.

В качестве материала инструмента при ВЧ-обработке используется медь, а также бронзы БрАЖМц, латунь ЛС-59-1 и серый чугун.

Униполярность импульсов обеспечивает малый износ электрода-инструмента, так как при коротких импульсах есть явно выраженный полярный эффект, заключающийся в том, что анод более чем катод подвержен эрозии.

4.6. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА

Ультразвуковой (УЗ) размерной обработкой называют направленное разрушение твердых и хрупких материалов, проводимое при помощи инструмента 7 (рис. 4.10), колеблющегося с ультразвуковой частотой и оказывающего на обрабатываемую поверхность заготовки 6 ударное действие при помощи мельчайших зерен абразивного порошка, вводимого в виде суспензии 4 в зазор между торцом инструмента и изделием 6.

Некоторую роль в происходящем процессе играют и гидравлические удары, возникающие в результате кавитации.

Относительно высокая производительность УЗ-обработки, несмотря на ничтожно малую производительность каждого единичного удара, обусловлена большой частотой колебаний инструмента (16...30 тыс. в секунду) и большим количеством зерен (20...100 тыс. на 1 см ), единовременно движущихся с большим ускорением и ударяющих по обрабатываемой поверхности.

Рис. 4.10. Ультразвуковая размерная обработка прошиванием (долблением):

а — принципиальная схема; б — схема съема материала при ультразвуковом прошивании; в — схема воспроизведения профиля инструмента в заготовке; 1 — генератор тока повышенной частоты; 2 — корпус магнитостриктора с охлаждающей водой; 3 — магнитостриктор (пакет с обмоткой); 4 — зазор, заполненный суспензией абразива; 5 — ванна; 6— обрабатываемая заготовка; 7— инструмент; 8 — концентратор-волновод (трансформатор амплитуды); 9— частички абразива

Под ударами зерен абразива скалываются мелкие частицы материала изделия. Съем материала происходит в основном с площадок, проектирующихся на плоскость, перпендикулярную к направлению колебаний инструмента.

Обработке поддаются хрупкие материалы типа стекла, твердого сплава, кварца, турмалина, корунда, радиокерамики, ферритов и т.д., а также полупроводниковые материалы, частицы которых скалываются ударами зерен абразива. Вязкие материалы (незакаленная сталь, латунь) плохо обрабатываются УЗ-способом, так как под ударами зерен абразива не происходит сколов, зерна вкрапливаются в обрабатываемый материал.

С помощью размерной УЗ-обработки можно выполнять такие операции, как фрезерование, шлифование, точение, разрезание, нарезание резьбы, долбление, прошивание.

Методы возбуждения УЗ-колебаний. Основой всяких УЗ-методов обработки или интенсификации технологических процессов является источник механических упругих колебаний, частота которых в основном по условиям техники безопасности (воздействие на человеческий организм) должна лежать выше верхнего звукового порога: 16...20 кГц.

В качестве источников УЗ-колебаний используются излучатели механического или электромеханического типа (рис. 4.11). Механические излучатели применяют в основном для создания УЗ-колебаний в газообразной среде или в воздухе. Электромеханические преобразователи используют в тех случаях, когда требуется возбудить УЗ-колебания в жидкой среде или в твердом теле. Каждому методу возбуждения УЗ-колебаний соответствует свой частотный диапазон и совокупность энергетических характеристик, что и определяет область их применения.

Рис. 4.11. Классификация источников ультразвуковых колебаний

При размерной УЗ-обработке наиболее широко применяют магнитострикционные преобразователи (магнитострикторы).

Магнитострикционные преобразователи. Магнитострикторы включают в себя магнитопровод с обмоткой. Принцип действия магнитострикционного преобразователя основан на использовании эффекта магнитострикции, который заключается в изменении размеров ферромагнитных материалов в переменном магнитном поле. Способность магнитопровода менять размеры оценивается в единицах относительного магнитострикционного удлинения

ε_М = Δl/l,

где Δl — амплитуда колебания длины сердечника вдоль магнитного поля; l — первоначальная длина сердечника.

Величина относительного удлинения зависит от упругих и электромагнитных характеристик материала, а также от напряженности магнитного поля

ε_М =- γ/Е·μН,

где γ — магнитострикционная постоянная, Э·МПа; μ — магнитная проницаемость; Н — напряженность магнитного поля, Э; Е — модуль упругости первого рода, МПа.

Для некоторых магнитострикционных материалов характерные зависимости ε_М‘ = f(H) представлены на рис. 4.12, а. Из графика следует, что относительные линейные удлинения весьма малы, составляют всего до 5-10^-6 см на сантиметр длины, и знак деформации может быть различным.

Рис. 4.12. Зависимость (а) относительного магнитострикционного удлинения ε_М от напряженности поля Н и схема (б) выбора рабочего участка ABC характеристики ε_М = f(Н):

1 — пермендюр; 2 — железо; 3 — литой кобальт; 4 — отожженный кобальт; 5 — никель