Электрофизические методы обработки материалов

Введение

Совершенствование конструкции изделия РЭС связано с необходимостью применения новых конструкционных материалов, обладающих особыми свойствами, и поэтому возникает ряд технологических проблем при обработке новых материалов или изготовлении изделий, форма поверхности которых и ее состояние не могут быть получены известными механическими методами. Наряду с обработкой особо прочных материалов большие трудности представляет обработка весьма хрупких материалов, например, полупроводников или неметаллических материалов (ситалла, кварца, керамики, поликора, стекла), получение изделий из сверхтонкой ленты (масок, микрофонных элементов и др.), получение изделий с поверхностью высокого класса, удаление деформированного слоя, снятие заусенцев. В настоящее время для решения вышеперечисленных технологических задач нашли широкое применение электрофизические методы обработки, позволяющие обрабатывать материалы с высокими механическими свойствами без применения больших механических усилий и с применением инструментов, твердость которых значительно меньше твердости обрабатываемого материала. Кроме того, электрофизические методы позволяют производить локальную обработку материалов без изменения свойств материала детали, а в некоторых случаях и улучшать физико-механические свойства (уничтожать наклеп, удалять прижоги, повышать антикоррозийные свойства, улучшать электрофизические свойства – электропроводность и магнитную проницаемость и др.).

1. Электроэрозионная (электроискровая) обработка

В основе этого метода обработки материалов лежит процесс электроэрозии электродов из проводящих материалов при пропускании между ними импульсов электрического тока. Сущность процесса электроэрозии заключается в разрушении поверхности электродов при электрическом пробое межэлектродного промежутка как в газовой среде, так и при заполнении промежутка непроводящими жидкостями (керосином, трансформаторным маслом и т.д.), причем в последнем случае процесс электрической эрозии протекает интенсивнее.

Схема электроискрового станка с генератором импульсов RC изображена на рис. 1.1. Конденсатор С, включенный в зарядный контур, заряжается через резистор R от источника тока. Когда напряжение на электродах 1 и 3, образующих разрядный контур, достигнет пробойного, то происходит разряд в виде электрической искры. Процесс возникновения и развития разряда разделяется на две стадии: подготовка канала разряда; стадия большого тока.

Рис. 1.1. Схема электроискрового станка: 1 – электрод-инструмент; 2 – ванна; 3 – электрод-заготовка; 4 – диэлектрическая жидкость; 5 – изолятор

В первой стадии проводящие частицы, находящиеся в жидкости, под влиянием электрического поля ориентируются по силовым линиям и образуют проводящий мостик между электродами (между инструментом и деталью). При прохождении тока мостик взрывается и образуется канал сквозной проводимости. Во второй стадии через образовавшийся канал проходит вся энергия, запасенная в конденсаторе, создавая импульс тока большой мощности, разрушающий анод. Искровой разряд протекает в течение 10^-5 – 10^-8 с и практически не нагревает электрод (инструмент и деталь).

При прохождении искрового разряда в жидкости возникает электрогидравлическое явление, создающее взрывной эффект, который способствует удалению металла из межэлектродного промежутка, Последовательность действия разрядов, вызывающих электрическую эрозию, приводит к образованию в изделии выемки, представляющей как бы отпечаток электрода инструмента. Для нормальной работы зазор между инструментом и деталью должен быть постоянным, что обеспечивается автоматической регулировкой подачи инструмента. К инструменту предъявляется требование высокой эрозионной стойкости. В зависимости от формы электрода (инструмента) и характера обработки электроэрозионная обработка разделяется на два основных вида: электроискровая профилированным электродом-инструментом; электроискровая непрофилированным инструментом (движущей проволокой).

Электроискровая обработка профилированным электродом производят на станке, схема которого изображена на рис. 1.2.

Материал инструмента выбирается в зависимости от материала детали и вида операции. Например, при обработке латуни инструмент из меди или латуни; твердых сплавов – инструмент из вольфрама, молибдена, меди, латуни. Для изготовления отверстий малого диаметра используется инструмент из латуни. При шлифовке и заточке применяется инструмент из стали и чугуна. В качестве жидкости используются керосин или трансформаторное масло. При электроискровом методе применяют короткие импульсы длительностью 20 – 200 мкс и частотой 2 – 5 кГц.

В зависимости от количества энергии в импульсе различают жесткий, средний и мягкий режимы обработки. Жесткий или средний режимы применяют для предварительной обработки; мягкий – для отделочной обработки. При жестком режиме производительность составляет 200 – 400 мм³ /мин, точность обработки – h11, h12, шероховатость поверхности Ra 40 – 20 мкм. При мягком режиме производительность составляет 0,01 – 20 мм³ /мин, точность обработки до h6, h7 и шероховатость – Ra 0,32 – 0,16 мкм (единицы и десятые доли мкм).

Рис. 1.2. Схема обработки на станке с профилированным электродом: 1 – диэлектрическая жидкость; 2 – изделие; 3 – электрод-инструмент; 4 – суппорт горизонтальный; 5 – суппорт поперечный; 6 – механизм вертика