4.9. Станки для электрофизических и электрохимических

методов обработки

Этими методами обрабатываются заготовки из материалов с низкой обрабатываемостью резанием (твердые и жаропрочные сплавы, титановые, вольфрамовые и др.), а также детали с размерами и формами поверхностей, обработка которых обычными механическими методами затруднительна (детали с малыми криволинейными отверстиями, узкими прорезями, с углублениями сложной формы).

Работа электроэрозионных станков основана на использовании явления электрической эрозии – направленного разрушения токопроводящих материалов в результате теплового воздействия импульсных электрических разрядов между инструментом и заготовкой. Основными разновидностями электроэрозионного метода являются электроискровая и электроимпульсная обработка.

При обработке на электроискровом станке для прошивки отверстий (рис. 4.37, а) заготовку 2 погружают в бак с жидкостью и соединяют с положительным полюсом, выполняющим функции анода. Электрод (инструмент) 4, являющийся катодом, соединяют с отрицательным полюсом и укрепляют на ползуне 5, имеющем вертикальное перемещение по направляющим 6. Заготовка 2, стол 1, на котором ее закрепляют, корпус бака и станина станка электрически соединены между собой и заземлены, так что их электрический потенциал всегда равен нулю. Это необходимо для безопасности работы на станке.

Если, опустив ползун 5, прикоснуться электродом 4 к заго­товке 2, то в электрической цепи пойдет электрический ток от отрицательной клеммы 7 генератора Г к положительной клемме 8. В электрическую цепь включен резистор 11. Это катушка из длинной тонкой проволоки. Изменяя сопротивление, можно регу­лировать силу тока, контролируя ее по амперметру 10.

Для того чтобы получить импульсные разряды, непрерывно следующие друг за другом, между электродом 4 и заготовкой 2 в электрическую схему станка включается конденсаторная батарея 12. Ее включают параллельно заготовке 2 и электроду 4. Если замкнуть выключатель электрической цепи при разведенных электродах станка, то в первый момент стрелка амперметра 10 резко отклонится и постепенно возвратится на 0. Стрелка вольт­метра 9, наоборот, плавно отклонится от того значения напря­жения, которое создается генератором. Это означает, что про­изошла зарядка конденсаторов. Теперь можно приблизить элек­трод к заготовке. Как только расстояние между ними станет небольшим, произойдет электрический разряд. При этом вся энергия, накопленная в конденсаторах, разрядится в промежутке между электродом и заготовкой, и чем больше западе энергии, тем больше будет электрическая эрозия анода (заготовки).

Рис. 4.37. Станок для электроискровой прошивки отверстий (а)

и соленоидный регулятор (б)

После разряда электрический ток между электродом и деталью исчезнет, так как вся энергия, накопленная в конденсаторах, израсходована, и снова начинается зарядка конденсаторной ба­тареи. Следующий разряд произойдет, как только конденсаторы зарядятся. Этот процесс происходит непрерывно, импульсные разряды следуют один за другим до тех пор, пока не закончится обработка.

Во время обработки электрод 4 не должен касаться заготовки, Иначе произойдет короткое замыкание. Между электродом 4 и заготовкой всегда должен поддерживаться небольшой, так называемый искровой промежуток. Это достигается с помощью различных устройств. Наиболее простое устройство — соленоидный регулятор (рис. 4.37, б). К верхнему концу ползуна 5 при­креплен стальной стержень-сердечник 13, который входит внутрь катушки (соленоида) 14, присоединенной к основной цепи. При­соединение сделано по разным сторонам резистора 11 так, что концы проводов 15 находятся под разными потенциалами.

Когда электрод 4 прикоснется к заготовке, электрическая цепь станка замкнется и в ней потечет электрический ток. Тогда на концах катушки 14 создается разность потенциалов, и в ней также потечет электрический ток. Сердечник 13 намагнитится и втянется в катушку 14, т. е. поднимется, поднимая вместе с со­бой ползун 5 и электрод 4. Искровой промежуток 3 между элек­тродом 4 и заготовкой 2 восстановится, и основная электрическая цепь окажется разорванной — ток в ней исчезнет. Одновременно исчезнет ток и в катушке соленоида. Сердечник 13 размагни­тится, перестанет втягиваться в катушку и под действием соб­ственной массы опустится. Вместе с ним опустятся ползун 5 и электрод 4. Между электродом и заготовкой снова произойдет электрический разряд. По мере углубления отверстия электрод будет опускаться под действием силы тяжести.

Так будет продолжаться, пока идет процесс прошивки отвер­стия. Соленоидный регулятор автоматически постепенно опускает электрод по мере увеличения глубины отверстие. Если электрод можно сравнить с инструментом, то соленоидный регулятор может быть уподоблен механизму подачи. Электроды, применяемые при электроискровой прошивке, делают из мягкой латуни. Электрод должен иметь профиль, подобный профилю прошиваемого отвер­стия. Если диаметр отверстия больше 6 мм, то электрод лучше делать пустотелым. Электроискровой прошивкой удается также изготовлять отверстия с криволинейной осью.

Универсальные электроискровые станки обычно имеют вер­тикальную компоновку (рис. 4.38). Автоматический регулятор подач 7 сообщает вертикальные перемещения электроду-инстру­менту 8. Ванну 4 с заготовкой 9, установленной на столе 3, можно перемещать в вертикальном направлении с помощью электро­двигателя. Суппорт 5 при обработке отверстий с криволинейной осью поворачивается вокруг горизонтальной оси. Поперечный суппорт 6 перемещается по направляющим продольного суппорта. Продольный суппорт 5 установлен на направляющих 2 станины. Механизмы станка находятся внутри корпуса.

Рис. 4.38. Универсальный электроискровой станок

Электроискровый метод обработки металлов вытес­няется электроимпульсной обработкой. Это объясняется тем, что электроискровая обработка имеет ряд серьезных недостатков: производительность сравнительно низка; износ электрода-инструмента относительно большой (например, износ латунных электродов составляет 25—30 % объема металла, снятого с за­готовки), что значительно удорожает этот вид обработки и затруд­няет получение необходимой точности. Кроме того, электро­искровая обработка требует большого расхода электроэнергии. Электроимпульсный способ обработки металлов не лишен пол­ностью недостатков электроискрового метода, однако, является более производительным.

В электрической схеме (рис. 4.39) электроимпульсного станка отсутствуют конденсаторы, которые были нужны в электроискро­вом станке для получения импульсных разрядов.

В электроимпульсном станке импульсные разряды, необходимые для электрической эрозии, создаются (генерируются) в специаль­ном генераторе импульсов. Роль такого генератора им­пульсов играют преобразователь 1 и селеновый выпрями­тель 2. Преобразователь изменяет (преобразует) на­пряжение и частоту перемен­ного тока; его подключают к заводской сети (напряже­ние 380 В, частота 50 Гц). На выходных зажимах пре­образователя получают ток с более низким напряжением (50 В) и повышенной частотой (490 Гц). Селеновый выпрямитель 2 пропускает ток только в одном направлении. Таким образом, в течение 1с получают 490 импульсов. При этом между электродом 3 и заготовкой 4 происходят электрические разряды. Заготовке сообщается колебательное дви­жение в направлении подачи, что предохраняет электроды от короткого замыкания.

Рис. 4.39. Станок для электроимпульсной обработки

В отличие от электроискровой обработки при электроимпульс­ном процессе заготовка, соединена с катодом электрической цепи, а инструмент — с анодом. Обработку ведут в жидкой среде (в маслах низкой вязкости: индустриальное 12, трансформаторное, а также в керосине и др.). Электроды изготовляют из меди, алюминия, чугуна, графита и т. д. Процесс электроимпульсной обработки основан на расплавлении малых объемов металла электродов в тех местах, где между ними проскакивают электрические разряды. Каждый разряд снимает очень небольшое количество металла, но так как разряды происходят очень часто, один за другим, то общий объем металла достаточно велик. По мере съема металла электрод-инструменту сообщается подача.

Электроимпульсный метод позволяет производить обработку на небольших площадях (до 180 см²) с высокой производитель­ностью (4000 мм³/мин).

Ультразвуковые станки применяются для размерной обработки заготовок из хрупких и твердых материалов. Преимущество: возможность обработки не только токопроводящих материалов, но также полупроводников и диэлектриков. Ультразвуковой метод особенно эффективен при обработке таких материалов, как стекло, керамика, кварц, германий, кремний. Его также можно использовать для обработки закаленных сталей и твердых сплавов.

Метод основан на разрушении материала заготовки ударами абразивных зерен, получающих энергию от инструмента, совершающего продольные колебания с частотой 16-30 кГц и амплитудой 10-50 мкм. Для получения ультразвуковых колебаний инструмента чаще всего применяют магнитострикционные преобразователи.

Работа ультразвукового станка заключается в следующем. В зону между заготовкой и вибрирующим пуансоном (инструментом), который очень близко подходит к заготовке, но не касается ее, поступает абразивный порошок, находящийся в жидкости во взвешенном состоянии. От воздействия вибратора (преобразователя) абразивные зерна с большой силой ударяются о поверхность заготовки и с большой скоростью выбивают частицы материала (стружку). Одновременно пуансон постепенно опускается в выдолбленное таким способом пространство, и процесс продолжается.

Электрохимическая обработка материалов основана на химических процессах, протекающих в результате прохождения постоянного электрического тока через цепь, образованную электродами и находящейся между ними жидкостью (электролитом), проводящей ток. При электрохимической обработке происходит растворение и удаление с заготовки слоя металла, переходящего в неметаллическое состояние в результате образования химических соединений. Такая обработка характеризуется малой шероховатостью обработанной поверхности, высокой производительностью и большой энергоемкостью процесса. Способ используют для образования отверстий и полостей, а также для удаления заусенцев.