Електрофізична та електрохімічна обробка

Електромеханічну обробку здійснюють за умови місцевого нагрівання шару металу, що знімається при підводі в зону різання електричного струму великої сили (300…1000А) та малої напруги (1…5В). Зона перед ріжучою кромкою різця при цьому нагрівається, що зменшує сили різання та зменшує шорсткість оброблюваної поверхні. При електромеханічному згладжуванні відбувається деформування мікронерівностей поверхні, що нагрівається з допомогою електричного струму. Інструментом слугує ролик чи полірувальник. В результаті обробки отримують шорсткість поверхні Rа = 0,2 мкм. Поєднання теплової (температура в зоні контакту інструменту та заготовки досягає 800…900 ⁰С) та силової дії змінює структуру та механічні властивості поверхневого шару, підвищуючи його твердість та зносостійкість. Поверхнева твердість збільшується на глибину 0,10…0,15мм.

Електроерозійна (електрофізична) обробка заготовок з особливо міцних та важкооброблюваних конструкційних матеріалів має чотири види: електроіскрова, електроімпульсна, анодно-механічна та електроконтактна.

Основою електроіскрової обробки є дія короткочасних іскрових розрядів (тривалістю меншу однієї стотисячної долі секунди) на оброблюваний матеріал. Для отримання іскрових розрядів використовують електричний генератор імпульсів обмеженої потужності. Заготовка, яка обробляється та електрод-інструмент, що пов'язаний зі слідкуючою системою, занурюють в діелектричну рідину. Частинки розплавленого металу та металу, що випаровується, попадаючи в рідину, швидко твердіють та перетворюються в мікроскопічні кульки. Знімання металу при цьому не перевищує 600мм³/хв. Цю обробку застосовують для прошивання отворів малого діаметру, прорізування вузьких пазів та вирізання по контуру, забезпечуючи при цьому шорсткість поверхні
Rа 1,0… 0,20 мкм та точність обробки 6…7-го квалітету.

Електроімпульсна обробка полягає в послідовному збудженні розрядів між поверхнями інструменту та заготовки за допомогою імпульсів напруги, що виробляються спеціальним генератором, який дає більш тривалий та потужний дуговий розряд. Збільшення потужності дозволяє підвищити продуктивність процесу при обробці стальних заготовок до 20 ∙ 10³ мм³/хв. Цим методом можна обробляти складні фасонні поверхні з точністю 0,03…0,05 мм та отвори з точністю 0,01…0,02 мм. Якість поверхні залежить від режимів роботи. При грубому режимі висота нерівностей складає 0,3…1,5 мм, а поверхневий шар із зміненими властивостями має глибину 0,2…0,4 мм; при чистовому режимі досягається шорсткість поверхні Rа = 12,5… 6,3 мкм.

При анодно-механічній обробці для створення короткочасних розрядів використовують швидке переміщення інструменту відносно оброблюваної заготовки. Інструментом слугує обертовий металічний диск, металічна стрічка чи дріт. В зону обробки подається електроліт. На поверхні заготовки утворюється струмонепровідна плівка. В місцях дотику заготовки з інструментом вона видаляється. Частинки металу, що утворилися внаслідок розряду, із зони обробки викидаються інструментом, який рухається. Крім ерозійної дії досягається, ще й електрохімічне розчинення (полірування) металу; зрізування металу незначне при великій шорсткості поверхні. Електрохімічне полірування відбувається при низькій напрузі (12…15В) та густині струму 30…60А/дм² без механічної дії на заготовку. Цей процес, тривалість якого складає 10…20 хв, оснований на тому, що розчинення металу на вершинах відбувається швидше ніж у впадинах. У результаті досягається дзеркальний блиск поверхні. За допомогою анодно-механічного процесу можна різати прокат та прорізати пази, забезпечуючи шорсткість поверхні Rа = 6,3 мкм з точністю в межах 10…12-го квалітету. При анодно-механічному шліфуванні досягається шорсткість Rа = 0,08 мкм і точність 7…9-го квалітету.

При електроконтактній обробці для створення короткочасних розрядів використовують швидке переміщення інструменту відносно оброблюваної заготовки без подачі електроліту. Швидкість інструменту в 2,5…3 рази більша ніж при анодно-механічному способі. Зрізування металу при електроконтактній обробці досягає 8 кг/хв.; однак поверхню заготовки отримують грубою (шорсткість 50 мкм).

Електрохімічна обробка основана на анодному розчиненні металу та прокачування електроліту між заготовкою та електродом. При обробці використовують постійний струс з напругою 12…25 В та дешевий електроліт (водний розчин кухонної солі). Продуктивність обробки складає 0,3…0,5 мм³/хв з 1 см² поверхні заготовки. Електрохімічна обробка забезпечує точність 0,1 мм при глибині дефектного шару в межах 0,005…0,05 мм та шорсткість обробленої поверхні Rа = 0,40 мкм. Прокачуванням електроліту попереджається осадження металу на інструменті катода. Тому інструмент може працювати довго не змінюючи своєї форми та розмірів.

Електроабразивна обробка основана на електрохімічному розчиненні твердого матеріалу при одночасному видаленні продуктів розчинення із зони обробки. Цей метод відрізняється від анодно-механічної обробки тим, що використовується один інструмент – електропровідний абразив з графітним наповнювачем, що являється одночасно катодом та інструментом, який видаляє анодну плівку. Електроабразивна обробка дозволяє отримати шорсткість Rа = 0,1 мкм та 6…7-й клас точності. Продуктивність обробки досягає 25 мм³/хв з 1 см² поверхні. Для електрофізичних та електрохімічних методів характерне проведення процесу при простому поступальному русі інструмента з копіювання його форми по всій оброблюваній поверхні, можливістю зміни технологічних показників процесу в широкому діапазоні, відсутність силової дії на обробляючу заготовку, а також незалежність обробляючого матеріалу заготовки від його в’язкості та твердості. Цим процесом доволі легко автоматизуються.

Ультразвукову обробку застосовують для обробки заготовок з матеріалу підвищеної крихкості (тверді сплави, скло, кварц, мінералокераміка, сітал, алмаз, германій, кремній та ін.). При цьому отримують глухі та наскрізні отвори різного січення, вузькі пази, різьби, проводять обробку поверхонь обертання та виконують інші операції. Досягають точність обробки отворів 6…7-го квалітету та шорсткість Rа = 0,1 мкм. Продуктивність методу залежить від властивостей оброблюваного матеріалу та поверхні інструменту і складає 10…9000 мм³/хв. При ультразвуковому шліфуванню та хонінгуванню забезпечується зменшений тиск абразивного інструменту на оброблювану заготовку та менше засалювання інструменту. Ультразвукову обробку здійснюють на верстатах з діапазоном частот 15…30 кГц при амплітуді коливань 0,01 мм. Вихідна потужність верстатів 0,2…10 кВт.

Електрофізикотермічну обробку здійснюють за допомогою джерела тепла, що утворюється в результаті концентрації енергії пучка електронів, іонів, фотонів та випаровувань матеріалу. До таких методів відносять електронно-променева, іонно-променева та світло-променева (лазерна) обробка. Ці методи застосовують для прошивання малих отворів, пазів в тонких деталях, а також для їх розрізання. Електронно- та іонно-променеву обробку здійснюють в глибокому вакуумі із забезпеченням 9…10-го квалітету точності та шорсткості Rа = 0,8…0,1 мкм.

Обробку дуговим плазмовим струменем здійснюють за допомогою пальника, в якому дуговий розряд виникає у вузькому електрично-нейтральному каналі між двома електродами. Вздовж стовпа дуги пропускають газ, який в зон розряду іонізується, набуваючи властивостей плазми та виходить з пальника у вигляді струменю, що яскраво світиться та має температуру 15000⁰С. За допомогою цього виду обробки можна наносити покриття та різати заготовки з різноманітних матеріалів – провідників, напівпровідників та діелектриків. Крім різання пальниками можна здійснювати стругання поверхонь, підготовку кромок листів з нержавіючої сталі та інших металів та сплавів під зварювання.