Электроискровая обработка сталей и сплавов

Необходимость обработки высокопрочных сталей диктуется их широким использованием в различных отраслях машиностроения. Обработка сталей резанием требует много времени и дефицитного инструмента из высокопрочных материалов. Поэтому, наравне с ультразвуковой и электронно-лучевой обработкой металлов, находит широко применение электроискровая обработка. Главным образом, для прошивки тонких протяженных отверстий.
Впервые метод электроискровой обработки металлов был предложен советскими научными сотрудниками Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко в 1943 году. В отличие от металлорежущего инструмента, электроискровая обработка позволяет получить отверстия практически любой формы и размера.
Метод электроискровой обработки основан на образовании тлеющего разряда вольтовой дуги в жидкой среде. В зависимости от частоты и напряжения дуги, искровые пробои зазора в жидкой среде могут происходить с различной частотой (несколько десятков или сотен пробоев в секунду). При каждом пробое искрового промежутка между инструментом и деталью происходит ионизация среды газового пузырька, образующего канал между поверхностью детали и инструмента, служащих двумя электродами. Ток при этом постоянный, что обеспечивает отрыв небольших порций металла с поверхности заготовки и выброс его в жидкую среду. Так как, прострел искрового зазора вызывает разряд конденсатора резонирующего контура, то интенсивность искры резко падает, что вызывает схлопывание жидкой среды в искровом зазоре. Это приводит к попаданию частичек металла, оторванных с поверхности заготовки в жидкую среду без их переноса к инструменту.
Циркуляция жидкости в рабочей области вызывает вымывание частичек металла из искрового зазора и охлаждение электрода и заготовки.
При электроискровой обработке металл детали служит анодом, инструмент – анодом. Инструмент плавно подводят к поверхности заготовки до пробоя искры. Перед работой заготовку закрепляют в тиски и поднимают к ним ванну с маслом, чтобы погрузить заготовку в масло. Величина зазора для пробоя искры обычно составляет около 0,05 – 0,10 мм (для конденсатора емкостью 200-600 мкФ. Сила тока и напряжение определяются интенсивностью обработки и размерами деталей. Ток обычно составляет 0,2 – 300 А, напряжение 10 – 220 В. Процесс напоминает сварку, но, импульсную и с обратным потоком металла, от заготовки к электроду. Металл при этом уносится жидкой средой.
Для циркуляции среды может служить насос, оснащенный фильтром для отделения механической взвеси снятого металла. Для обработки небольших деталей (объем ванны с жидкой средой не менее 1 литра жидкости на 50 гр. веса детали) используют простое погружение детали в жидкость без принудительной циркуляции и непрерывной очистки носителя. Одним из основных недостатков электроискровой обработки является деструкция масла в искровом зазоре под действием высоких температур и химического взаимодействия с металлом искры. В результате, масло засоряется продуктами деструкции и становится более токсичным.
Для снижения вязкости масляной ванны и упрощения циркуляции в искровом зазоре, масло можно в начале работы слегка подогреть. Как вариант, используемый для прошивки тонких отверстий, применяют менее вязкий керосин. Но, керосин обладает более низкой температурой вспышки паров. Что повышает опасность производства, требует дополнительной вентиляции и увеличивает расход жидкости. На сегодняшний день, основным фактором, лимитирующим качественное развитие электроискровой обработки, является поиск новых рабочих жидкостей. Применение сжиженных инертных газов технически сложно и пригодно лишь для тонких отверстий в небольших деталях, а галогенсодержащая органика или кремнийорганические жидкости малоустойчивы к поляризующему действию электрической дуги и дают агрессивные продукты разложения.
Несмотря на все недостатки, электроискровая обработка широко применяется для прошивки тонких отверстий и позволяет повысить производительность до 5-6 раз по сравнению с механической обработкой. И это при снижении себестоимости продукции.