Технологии Электроэрозионной обработки

Физическая сущность методов электроэрозионной обработки.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) основана на разрушении токопроводящих материалов под действием электрических импульсных разрядов, создаваемых источником питания технологического тока между электрод-инструментом 1 и электрод-заготовкой 2 в диэлектрической рабочей жидкости 3 (рис.1).

Рис. 1 Схема возникновения и развития электрического разряда.

В промежутке между электродами происходят достаточно сложные физические процессы, о протекании которых можно судить по осциллограммам рабочих токов или напряжений, снятых в функции времени. Характерный пример осциллограмм изменения напряжения и тока рабочего импульса приведен на рис.2.

Рис..2 Осциллограммы изменения напряжения и тока рабочего импульса.

В первоначальный момент времени, рабочее напряжение резко возрастает от нуля до максимума, достигаемого в том месте межэлектродного промежутка (МЭП), где напряженность электрического поля оказывается наибольшей в результате микронеровностей электродов или наличия проводящих частиц, взвешенных в диэлектрической жидкости, вызывая возникновение пробоя. Диэлектрическая прочность в месте пробоя нарушается, и образуется тонкий токопроводящий канал, замыкающий электроды, (рис.1а), что соответствует искровой стадии электрического разряда.

Возникновение токопроводящего канала приводит к уменьшению напряжения на межэлектродном промежутке до напряжения дугового разряда, которому отвечает наличие на осциллограмме более или менее горизонтальной площадки. При этом по образовавшемуся токопроводящему каналу за время (10^-4…10^-8с) протекает импульс тока большой плотности (8…10 кА/мм²), что вызывает расширение канала разряда и рост температуры в зоне разряда до нескольких тысяч градусов. Участки электродов 4 и 5 в зонах их контакта со столбом электрического разряда плавятся и испаряются (рис.1 б). Под действием высоких температур диэлектрическая жидкость в зоне разряда разлагается и испаряется, благодаря чему здесь образуется быстро расширяющийся парогазовый пузырь 6.

При окончании действия электрического импульса ток снижается, тепловыделение падает, а, следовательно, падает и давление паров в расширяющемся парогазовом пузыре. В результате снижения давления, расплавленный металл электродов, примыкающий к парогазовому пузырю, вскипает и выбрасывается в виде мелких капель в окружающую жидкость, где застывает в виде мелких твердых частиц 7 (рис.1в).

Твердые продукты эрозии выносятся из межэлетродного промежутка в диэлектрическую жидкость под воздействием ударных волн и гидродинамических явлений, вызванных образованием и «захлопыванием» газового пузыря. На поверхностях электродов образуются лунки, размеры которых определяются энергией и длительностью импульсов, а также теплофизическими характеристиками материалов электродов.

При электроэроэрозионной обработке съем материала происходит преимущественно с одного из электродов, даже если материалы электродов одинаковы. При этом направленность съема материала определяется полярностью подключения электродов. Обрабатываемая заготовка присоединяется к тому полюсу источника импульсных разрядов, на котором эрозия интенсивнее.

При малых длительностях импульса (10^-6 …10^-8с) ионная составляющая рабочего тока незначительна, благодаря чему энергия, передаваемая ионами катоду, меньше энергии, передаваемой аноду. Следовательно, тепловое воздействие электрических разрядов на анод выше, чем на катод, а съем металла с анода будет больше. В этом случае для обеспечения меньшего износа электрод-инструмента (ЭИ) целесообразно применить прямую полярность, когда заготовка является анодом, а электрод-инструмент – катодом.

С увеличением длительности разряда кинетическая энергия ионов возрастает, и съем металла с катода становится выше, чем с анода, в этом случае целесообразно применять обратную полярность, при которой ЭИ выступает анодом, а заготовка – катодом.

При размерной обработке энергия в зону съема материала вводится отдельными порциями в виде электрических импульсов достаточно малой длительности. В паузах между импульсами жидкость восстанавливает свои диэлектрические свойства, наблюдается ее деионизация. Если производить непрерывный подвод энергии, то будут разогреваться и плавиться большие объемы материала, при этом размерная обработка становится невозможной.