Электрические методы обработки материалов - Могорян Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
части импульса развивается испарение: скорость выброса паров и запас
энергии, который они несут, определяется теплофизическими константами
материала и характеристиками импульса. Выброс паров создает такие
условия, что между электродами может происходить обмен энергией. Доля
энергии, переносимая парами на противоположный электрод, зависит от
отношения скорости частиц пара к скорости звука в нем, а также от
плотности и температуры паров.
Под действием этих процессов металл на поверхности электрода плавится и
частично испаряется, а к концу импульса образуется лунка, в значительной
части заполненная расплавленным и нагретым металлом.
Такая картина может наблюдаться при относительно невысоких удельных
мощностях в источниках тепла (105-104 Вт/см2), а в условиях
электроискровой обработки- при длительностях импульсов 10~5--НУ-3 с. Как
показывают данные скоростной съемки и расчета, в парообразном состоянии с
электродов удаляется при этом не более 15-40% металла, заключенного в
объеме единичной лунки.
При больших значениях удельной мощности (более 106 Вт/см2), т. е. при
коротких импульсах (менее 10_6 с), доля испарения с поверхности металла,
подвергшегося нагреву за счет действия плоского источника тепла, может
составить около 30%.
Как свидетельствуют данные скоростной съемки и расчета, при относительно
невысоких удельных мощностях (10й-104 Вт/см2) некоторая часть металла с
поверхности лунки испаряется. В зоне, окружающей канал разряда,
образуется газовый пузырь. По мере развития разряда энергия газов,
заполняющих образовавшуюся полость, растет, чему способствует и
продолжающийся выброс паров с поверхности расплава, содержащегося в
лунке. Вследствие этого происходит дальнейшее расширение газового пузыря.
После перехода тока через максимум роста энергии газа, содержащегося в
газовом пузыре, расширение резко замед-,
*2 Н. В. Могорян
М
ляется и уже не может компенсировать диссипацию энергии, связанной с
продолжающимся по инерции расширением пузыря. Снижению давления
способствует также конденсация паров на стенках газовой полости.
Поскольку температура и давление газов падают значительно быстрее, чем
температура поверхности лунки, это приводит к дополнительному выбросу
небольших порций паров с поверхности лунки уже после окончания импульса
тока.
Продолжающееся адиабатическое расширение газового пузыря и конденсация
остатков паров приводят к еще более резкому падению давления в газовом
пузыре, которое становится ниже атмосферного. В результате расплавленный
и перегретый металл, содержащийся в лунке, вскипает во всем объеме и
выбрасывается из нее в виде мелких капель и некоторого количества паров.
В этом случае выброс металла происходит в результате гидро- и
газодинамических процессов, протекающих в межэлектродном промежутке.
I. 2. Энергетическая характеристика процесса
Производительность и точность электроискровой обработки, чистота
обработанной поверхности определяются многими факторами. Важнейшими из
них являются параметры электрической схемы, обусловливающие режимы
работы; материал обоих электродов; среда, окружающая электроды; взаимное
расположение, форма и размеры электродов, а также качественная работа
вспомогательных устройств.
Количество металла, удаленного с поверхности анода единичным импульсным
разрядом, определяется величиной накопленной системой энергии и другими
параметрами импульса. Энергия, запасенная в системе накопителем, равна
ап Ш
W = - мкДж; W= умкДж, (1.1)
\
где С - емкость накопительного конденсатора, мкФ; U - напряжение, до
которого заряжается конденсатор, В; L - индуктивность накопительной
катушки, мкГн; I - значение тока в цепи накопительной катушки, А.
18
Из (1.1) видно, что изменять величину энергии, запасенной в импульсе,
можно или за счет емкости конденсатора, или за счет напряжения на нем при
емкостном накопителе энергии. Однако следует отметить, что изменение
емкости и напряжения по-разному влияет на производительность процесса,
точность и чистоту обработанной поверхности. Так, например, увеличение
напряжения приведет к увеличению межэлектродного промежутка, а
следовательно, и его сопротивления, в результате чего увеличится
длительность импульса. При прохождении длительных импульсов на
поверхности электрода образуются лунки с большим отношением их диаметра к
глубине (рис. 5, а). Если же при той же энергии конденсатора уменьшить
напряжение, то разряд будет более коротким, а образовавшиеся лунки будут
иметь малое значение отношения диаметра к глубине (рис. 5, б). И в том и
в другом случае с поверхности анода будет выброшено одинаковое количество
металла, однако нетрудно заметить, что чистота обработанной поверхности в
первом случае будет выше (рис. 6, а). Высота микронеровностей Rz во
втором случае будет больше по сравнению с первым (рис. 6, б). Также на
рис. 6 видно, что рельеф поверхности, обработанной электроискровым
методом, имеет специфический характер. Даже в случае обработки на очень
