Технологии / Электрофизическая обработка металлов

Электрофизическая обработка металлов

Расширенное использование труднообрабатываемых материалов для изготовления деталей машин, усложнение конструкций этих деталей в сочетании с возрастающими требованиями к снижению себестоимости и увеличению производительности послужило причиной разработки и освоения методов электрофизической обработки.

Электрофизические методы обработки металлов основаны на использовании специфических явлений, возникающих под действием электрического тока, для удаления материала или изменения формы заготовки.

Основным преимуществом электрофизических методов обработки металлов является возможность их использования для изменения формы заготовок из материалов, не поддающихся обработке резанием, причём обработка этими методами происходит в условиях действия минимальных сил или при полном их отсутствии.

Электрофизические методы обработки металлов охватывают практически все операции механической обработки и не уступают большинству из них по достигаемой шероховатости и точности обработки. 

 

Электрохимическая обработка деталей из металлов и сплавов

При электрохимической размерной обработке металлов электроды (заготовка — анод и инструмент — катод) располагаются на очень близком расстоянии друг от друга (50 – 500 мкм). Между ними под давлением прокачивается электролит (водные растворы солей). Благодаря тому, что зазор между электродами очень мал, напряженность электрического поля велика и обработка металла происходит очень быстро (0,5 – 2 мм/мин, а в некоторых случаях до 5 – 6 мм/мин со всей обрабатываемой поверхности). Если при этом поддерживать постоянным расстояние между электродами, то на заготовке (аноде) можно получить достаточно точное зеркальное отображение формы электрода-инструмента (катода).

Таким образом, с помощью электролиза можно сравнительно быстро обрабатывать заготовку, делать в деталях отверстия, пазы или полости любой формы.

Наиболее широко в промышленных масштабах электрохимическая обработка применяется при изготовлении лопаток авиационных двигателей, штампов, пресс‑форм и литейных форм, при обработке отверстий, щелей, пазов любой формы. Для этого используются электрохимические станки — универсальные и специальные.

К преимуществам электрохимической размерной обработки, по сравнению с другими методами, следует отнести возможность обрабатывать любые металлы и сплавы, независимо от их свойств. Твердые, а также жаропрочные и другие специальные сплавы обрабатываются с той же скоростью, что и обычные стали; кроме того, электрод-инструмент при этом не изнашивается. Все это дает большую экономию материала и снижает трудоемкость изготовления деталей.

 

Электроискровое легирование деталей из металлов и сплавов

Электроискровое легирование используется для повышения износостойкости, жаростойкости и коррозионной стойкости поверхности деталей машин, стойкости режущего инструмента, для создания шероховатости под последующее гальваническое покрытие, легирования поверхностных слоев, увеличения размеров изношенных деталей.

Сущность электроискрового упрочнения заключена в образовании мелкодисперсной закалочной структуры и в легировании поверхностных слоев материала анода при искровом разряде в воздушной среде.

Электроискровому упрочнению подвергают: кулачки, фиксаторы, направляющие, прижимы, толкатели, стержни выпускных клапанов, клинья, пазы, шлицы, отверстия.

Электроискровое упрочнение проводят на мягких, средних и жестких режимах. Мягкие режимы обеспечивают получение тонкого плотного мелкодисперсного слоя. Жесткие режимы позволяют получать более толстые слои, но не обеспечивают однородность упрочненного слоя.

 

Электроэрозионная обработка деталей из металлов и сплавов

Электроэрозионная обработка является разновидностью электрофизической обработки и характеризуется тем, что изменение формы, размеров и качества поверхности заготовки происходит под действием электрических разрядов.

Электрические разряды возникают при пропускании импульсного электрического тока в зазоре 0,01 – 0,05 мм между электродом-заготовкой и электродом-инструментом. Под действием электрических разрядов материал заготовки плавится, испаряется и удаляется из межэлектродного зазора в жидком или парообразном состоянии. Подобные процессы разрушения электродов (заготовок) называют электрической эрозией.

В целях интенсификации электрической эрозии зазор между заготовкой и электродом заполняют диэлектрической жидкостью (керосин, минеральное масло, дистиллированная вода). При достижении на электродах напряжения, равного напряжению пробоя, в среде между электродом и заготовкой образуется канал проводимости в виде заполненной плазмой цилиндрической области малого сечения с плотностью тока 8 000 – 10 000 А/мм². Высокая плотность тока, поддерживаемая в течении 10⁻⁵ – 10⁻⁸с, обеспечивает температуру на поверхности заготовки до 10 000 – 12 000˚С.

Удаленный с поверхности заготовки металл охлаждается диэлектрической жидкостью и застывает в виде сферических гранул диаметром 0,01 – 0,005 мм. В каждый последующий момент времени импульс тока пробивает межэлектродный зазор в том месте, где промежуток между электродами оказался наименьшим. Непрерывное подведение импульсов тока и автоматическое сближение электрода-инструмента с электродом-заготовкой обеспечивают продолжение эрозии до тех пор, пока не будет, достигнут заданный размер заготовки или не будет удален весь металл заготовки в межэлектродном зазоре.