Особенности электроискровой и электроимпульсной обработки

Электроимпульсные технологии

Электроимпульсные (ЭИ) технологии основаны на использовании комплекса физических факторов, сопровождающих процесс быстрого преобразования электрической энергии в другие виды энергии путем импульсного электрического разряда (электровзрыва) в газообразных (в т.ч. в разреженных), жидких и конденсированных средах: ударной волны (УВ), светового излучения, диссоциации и ионизации вещества, электромагнитного поля и др. Реализация ЭИ технологии осуществляется по схеме: аккумуляция электрической энергии (например, в емкостном накопителе) — коммутация источника электроэнергии и нагрузки (инициирование ЭВ) — сброс электроэнергии в нагрузку. В ряде приложений ЭИ технология позволяет по сравнению с другими технологиями достичь качественно новых результатов.В Центре Келдыша работы по внедрению ЭИ технологий проводятся по четырем направлениям: Одно из них — Обеззараживание природной и сточной вод и др. жидкостей, очистка воды от веществ аммиачно-гидразинового ряда, фенолов, нефтепродуктов и др.- Обработка и упрочнение материалов и нанесение покрытий;- Моделирование импульсных механических и электрофизических нагрузок на пакеты материалов, образцы топлив и элементы конструкций РКТ при малых длительностях воздействия.Исследовательским центром имени М.В.Келдыша предлагается принципиально новый,экологически чистый электроимпульсный метод (технология) обеззараживания жидкостей (патент РФ № 2058940). Патент отмечен Дипломом и золотой медалью на 46-й всемирной выставке по новшествам, исследованиям и новым технологиям, состоявшейся в Брюсселе, 1997 г.Электроимпульсная технология (ЭИТ) основана на воздействии на обрабатываемую жидкость ударных волн, генерируемых импульсным электрическим разрядом и вызывающих дезинтеграцию и гибель микроорганизмов. Использование ее при обеззараживании воды состоит в следующем:- В объеме, занимаемом водой, формируется электрический разряд с помощью погруженных электродов специальной формы, питающихся от импульсного источника электроэнергии.- Электрический разряд формирует ударную волну, которая распространяется в объеме воды. Кратковременность электрического импульса позволяет реализовать ударную волну, толщина фронта которой меньше размера микроорганизмов, в результате чего в объеме, занимаемом микроорганизмом, при прохождении ударной волны возникает мгновенный градиент давления, который приводит к механическому уничтожению его.- Энергия в единичном импульсе и частота следования импульсов определяются бактериальным составом воды и для конкретного типа воды находится сначала расчетным путем (по имеющимся методикам и накопленным экспериментальным результатам), а затем уточняется экспериментально.- Обеззараживание может быть проведено как в замкнутом объеме, так и в проточной воде.Применение ЭИТ для обеззараживания воды позволяет обеспечить:- безреагентную дезинфекцию воды;- уничтожение всех видов микроорганизмов, включая вирусы и споры;- обработку воды независимо от количества взвешенных в ней твердых частиц и примесей;- эффективную дезинфекцию в объеме радиусом до1 метра.В настоящее время известны две безреагентные технологии обеззараживания воды, имеющие низкую энергоемкость: ЭИТ и УФ технология. Однако, ЭИТ позволит обеспечить более высокую надежность при больших расходах (из-за существенно меньшего числа воздействующих элементов: 1 пара электродов на

10 5 м 3 /сутки против

10 3 УФ-ламп), возможность обеззараживания непрозрачной (для УФ излучения) воды и меньшие эксплуатационные расходы.Опыты с применением ЭИТ для обеззараживания воды, проведенные в Центре Келдыша, показали эффективность и техническую возможность использования ЭИТ для обеззараживания воды как альтернативной реагентным методам (хлорированию и др.). Об этом свидетельствуют высокая эффективность обеззараживающего действия, низкая удельная энергоемкость, экологическая чистота, которая обеспечивается безреагентным характером обеззараживания и возможностью при необходимости отделения обрабатываемого объема воды от зоны разряда проницаемой для ударных волн мембраной. В опытах с мембраной удалось достичь положительных результатов при стерилизации молока и подсырной сыворотки.Основываясь на полученных экспериментальных результатах потенциальными областями применения ЭИТ являются следующие:- дезинфекция сточной воды;- дезинфекция питьевой воды;- стерилизация молока и жидких молочных продуктов;- стерилизация соков.Преимущества ЭИТ состоят в следующем:- Высокая экологическая чистота при обеззараживании воды.- Возможность использования при обработке непрозрачных жидкостей, в т.ч. соков, молока и т.п.- Низкая удельная энергоемкость (в десятки раз ниже по сравнению с тепловыми методами стерилизации).- Сохранение термически нестойких компонентов (витаминов и т.п.) за счет исключения из технологического процесса теплового нагрева.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Электроимпульсные станки отличаются от электроискровых тем, что работают на основе использования импульсных дуговых разрядов малой скважности, но разной энергии и частоты. Черновая обработка происходит при большой энергии и длительности до десятка тысяч микросекунд; чистовая обработка осуществляется при малой энергии и при высокой частоте.  [3]

Электроимпульсные станки отличаются значительно большей производительностью, чем электроискровые. В них отсутствуют конденсаторы, а необходимые для электрической эрозии импульсные разряды создаются в специальном генераторе. Подключив преобразователь к заводской электросети ( напряжение 380 В, частота 50 Гц), получают на выходных зажимах преобразователя ток повышенной частоты 490 Гц напряжением 50 В. Селеновый выпрямитель пропускает ток только в одном направлении. Таким образом, в течение одной секунды между электродом 3 и деталью 4 происходит 490 разрядов. Чтобы предохранить электрод от короткого замыкания, детали сообщается колебательное движение.  [5]

Электроимпульсные станки на глубину обработки настраиваются ручным включением глубиномера, автоматическим включением и при помощи концевых мер длины. Наиболее часто настраивают станки ручным включением глубиномера. Погрешность настройки Дм в этом случае определяется суммой следующих величин: а) погрешности начала отсчета АИо, обусловленной запаздыванием включения глубиномера эрозии относительно начала процесса электрической эрозии; б) погрешности механизма глубиномера Ам, вызываемой неточностью его изготовления, сборки и отладки; в) погрешности установки глубины по лимбу ДЛ, определяемой ценой деления лимба и квалификацией рабочего; г) погрешности Др, обусловленной различием электрических режимов в начале и конце обработки.  [6]

На электроимпульсные станки переводится обработка сложных межлопаточных каналов рабочих колес газовых турбин, изготовляемых из жаропрочных сплавов ( рис. 94); каналы выбирают за 2 — 3 операции, с постепенным снижением режимов. Чистовые электроды после их износа используют как черновые. На абразивную полировку оставляется припуск 0 2 — 0 5 мм.  [8]

Поэтому копировально-прошивочные электроимпульсные станки снабжаются устройством для прокачки жидкости.  [10]

Весьма удобны электроимпульсные станки при ремонте форм, при подгонке размеров уже готовой формы по прессуемой детали и в случае, когда съем припуска необходимо производить без отжига формы.  [12]

Для этой цели все современные электроимпульсные станки снабжаются источниками питания, рассчитанными на несколько частот с одновременным регулированием амплитуды или скважности импульсов.  [13]

В соответствии с различными конструктивными решениями, связанными с различными вариантами многоконтурной обработки, электроимпульсные станки можно подразделить на станки с одним или с несколькими независимо работающими генераторами; каждая из этих групп включает одно — и многошпиндельные станки, причем один шпиндель может нести один или несколько электродов-инструментов, питающихся каждый от своего контура. Наличие шпинделя, общего для нескольких контуров, означает, что они связаны общим приводом подачи. Наличие генератора, общего для нескольких контуров, означает, что они электрически взаимосвязаны.  [14]

План размещения оборудования инструментального цеха: / — 7, / /, 13 — 19 — токарно-винторезные станки; S, 22, 66 — наждачные точила; 9 -механическая ножовка; 10 — фрезерно-от-резной станок; 12-токарно-револьвер — ный станок; 20, 37, 70 и 71 — прессы винтовые ручные; 21 и 35 — верти-кально-сверлильныестанки; 23 и 25 — поперечно-строгальные станки; 24 — разметочная плита; 26 — 32, 34 и S6 — фрезерные станки; 33 — долбежный станок; SS, S9 и 51 — электроискровые п электроимпульсные станки ; 40, 64 и 65 — настольно-сверлильные станки; 41 — 43 — координатно-расточные станки; 44 — 50 — заточные станки; 52 — профильно-шлифовальный станок; 53 — резьбо-шлифовальный станок; 54 — 58 — шлифовальные станки; 59 и 61 — проверочные плиты; 62 и вз — настольно-токарные станки; 67 — стыковой электросварочный аппарат; 68 — одиопостовой сварочный трансформатор; 69 — сварочная плита; 60 — доводочный станок; 72 — кран-балка с приводом от электродвигателя, управляемая с пола.  [15]

Источник

Особенности электроискровой и электроимпульсной обработки

В зависимости от условий обработки, применяемых режимов, оборудования и технологических приемов, а также получаемых технологических характеристик эрозионную обработку электрическими разрядами подразделяют на электроискровую и электроимпульсную, а в зависимости от частоты повторения разрядов на низко-, средне- и высокочастотную.

Электроискровая обработка основана на использовании электрических импульсных разрядов малой длительности (от долей мкс до нескольких сотен мкс) и малой энергии (до 4-5 Дж), следующих с большой скважностью и высокой частотой (до 1,5×106 кГц). Обработку производят при сравнительно невысоких напряжениях, обычно не превышающих 250 В. При этих напряжения расстояние между электродами невелико и составляет несколько сотых долей миллиметра. Затраты энергии на съем 0,1 кг металла составляет 4-5 кВт×ч.

Этот вид обработки применяется преимущественно для прецизионной обработки небольших деталей радиоэлектронной промышленности, топливной аппаратуры (мелкие отверстия, шлифовальные операции), вырезка фасонных контуров твердосплавных вырубных штампов непрофилированным (проволочным) электродом. При этом способе обработки достигается относительно низкая шероховатость R_a = 1; 2; и высокая точности обработки. Для получения наибольшей производительности при съёме металла с заготовки и наименьшего износа инструмента электрод-инструмент подключают к отрицательному полюсу генератора катоду, а заготовку – к положительному полюсу – аноду.

Электроимпульсная обработка представляет собой разновидность электроэрозионной oобработки. Она характеризуется большей скоростью съема металла при относительно высокой шероховатости обработанной поверхности. Соответственно и режимы обработки, форма используемых при обработке импульсов имеют существенные различия. В результате увеличения вводимой в зону импульсной обработки электрической мощности скорость съема металла по сравнению со скоростью съема при электроискровой обработке повышается в 8-10 раз.

Увеличение длительности импульсов при низкой скважности и устранении обратной полуволны напряжения приводит к резкому снижению износа электрода-инструмента. В отличии от электроискровой обработки здесь применяется обратная полярность: анод-инструмент, катод-деталь. Благодаря высоким скоростям съема металла при снижении относительного износа инструмента становится возможной обработка фасонных поверхностей большой площади, требующих значительного съёма металла. Высокий КПД генератора импульсов, применяющегося при импульсной обработке, обеспечивает проведение обработки при пониженном удельном расходе электрической энергии.

Процесс импульсной обработки, как и все электроэрозионные процессы, основан на расплавлении малых частиц металла в зоне электрических разрядов. Чем выше частота разрядов, тем ниже (при прочих равных условиях) шероховатость поверхности. Поэтому при электроимпульсной обработке используют токи повышенной частоты, получаемые от специальных генераторов.

Режимы электроимпульсной обработки отличается от режимов электроискровой обработки применением пониженных на­пряжений и относительно большими значениями средних токов. Так, для генераторов импульсов типа МГИ верхний предел регулирования напряжения составляет 24-26 В, а нижний 11-12 В. При напряжении менее 11 В производительность и стабильность процесса резко снижаются. Скорость съема металла при электроимпульсной обработке зависит главным образом от силы тока. При достаточной мощности источника питания величину тока ограничивают в соответствии с размерами обрабатываемой поверхности, так как повышение силы тока сверх оптимальной приводит к оплавлению заготовки, быстрому износу электрода-инструмента и потере стабильности процесса.

Технологические схемы электроэрозионной обработки.Электроэрозионная обработка может осуществляться профилированным или не профилированным электродом-инструментом. В первом случае его размеры и форма рабочих поверхностей определяются в соответствии с заданной поверхностью изготовляемой детали (рис.4.3). Во втором – электрод-инструмент имеет простейшую конфигурацию (проволока, диск или стержень), а его размеры лишь частично связаны с размерами электрода-детали (рис.4.4).

Рис.4.3. Схемы электроэрозионной обработки профилированным электродом: 1 – заготовка; 2 – электрод-инструмент; 3 – диэлектрическая жидкость; S_пp – направление подачи инструмента; методы прямого (а-г) и обратного (д) копирования; е – прошивание отверстий с криволинейной осью

Рис.4.4. Схемы электроэрозионной обработки непрофилированным электродом: а – вырезание сложнопрофильных деталей; б – резка заготовки; в – вырезка паза; г – электроэрозионное шлифование; д – растачивание; 1 – заготовке; 2 – не профилированный электрод; 3 – диэлектрическая жидкость

Формообразование обрабатываемой детали электроэрозионным методом можно осуществить по трем схемам.

1. Копирование формы электрода-инструмента, представляющего собой обратное отображение формы детали. При этой схеме обработки путём поступательного движения электрод-инструмент внедряется в заготовку по мере удаления металла под воздействием импульсов электрической энергии.

2. Взаимное перемещение заготовки и электрода-инструмента по определенному закону. Схема формообразования имеет сходные черты с некоторыми процессами механической обработки. Съем металла с заготовки, в отличие от механических процессов, осуществляется за счет эрозии удаляемого металла под действием подводимых импульсов электрической энергии.

3. Сочетание обеих схем формообразования. Осуществляя взаимное перемещение специального инструмента и заготовки по определенному закону, получают изделие сложной формы. Эта схема требует сложного оборудования и электродов-инструментов. Наиболее широкое распространение в практике получила первая схема формообразования, а выполняемые с её помощью операции называют копировально-прошивочными. Электроэрозионное прошивание круглых отверстий сплошным электродом-инструментом — одна из наиболее широко применяемых в машиностроении операций. Ее частным случаем является прошивание отверстий с криволинейной осью. Принципиальные схемы этих операций показаны на рис.4.3. Последнюю из этих операций производят аналогично первой, но электрод-инструмент, являющийся катодом, имеет криволинейную форму, повторяемую в изделии.

По второй технологической схеме электроэрозионной обработки проводят резание с использованием в качестве электрода инструмента металлического диска или проволоки. Обработка проволочным электродом-инструментом позволяет вырезать детали со сложным контуром высокой точности. Для нее характерны доступность и относительная несложность автоматизации движе­ния подачи по заданной программе. Недостатком операций по этой схеме является ограничение их использования только вырезными или отрезными работами.

Операции третьей схемы электроэрозионной обработки получили наименьшее распространение. Они используются при обкатке (рис.4.5), электроэрозионной правке фасонных электроалмазных кругов, образовании в стальных и твердосплавных роликах и валиках, узких (менее 0,5 мм) канавок и т.д.

Рис.4.5. Схема формообразования обкатыванием: 1 – заготовка; 2 – электрод-инструмент; 3 – диэлектрическая жидкость; S_пр, S_кр – направление подачи

Электроэрозионное шлифование используется для обработки заготовок из труднообрабатываемых металлов и твёрдых сплавов. Удаление металла при электроэрозионном шлифовании происходит под воздействием импульсных разрядов между вращающимся электродом-инструментом и обрабатываемой заготовкой, а не в результате механического воздействия. Электроэрозионное шлифование подразделяется на круглое (наружное торцевое в внутреннее) и плоское шлифование. Оно осуществляется по схеме обычного абразивного шлифования. В связи с этим для электроэрозионного шлифования могут быть применены дисковые чашечные, цилиндрические и брусковые электроды-инструменты. Обработку производят при напряжении постоянного тока 25-30 В и ограничении тока до 300 А. Ток изменяется в пределах 5-300 А в зависимости от режима процессе.

Элементы электроэрозионного станка. Процесс электроэрозионной обработки происходит при объединении в одно целое генератора импульсов, системы автоматического регулирования межэлектродного промежутка, в также электроэрозионного станка. Последний должен обеспечить необходимое взаимное расположение обоих электродов, их закрепление и относительное перемещение, подвод к ним питания от генератора импульсов, заданные условия для протекания электрических разрядов в рабочей жидкости, условия наблюдения за процессом обработки с соблюдением правил безопасности.

Генератор импульсов располагают в станине станков. Если этого не позволяют размеры генератора импульсов, то его выполняют как отдельный агрегат и располагают возможно ближе к станку. Электрическую цепь между генератором импульсов и электродами делают, по возможности короче и выполняют ее многожильными коаксиальными проводами для уменьшения влияния поверхностного эффекта.

Электроэрозионные станки снабжены специальными ваннами для обеспечения условий протекания электрических разрядов в рабочей жидкости. У одного тапа станков имеются стол, служащий для установки и закрепление детали, и рабочая головка с несущим элекгрод-инструментом, закрепленном в электродержателе. Стол и рабочая головка смонтированы на общем угловом кронштейне. После закрепления и выверки взаиморасположения электрода-заготовки и электрода-инструмента кронштейн перед началом электроэрозионной обработки вместе с деталью и электродом-инструментом погружают в заполненную рабочей жидкостью ванну. У станков этого типа имеется недостаток – при опускания кронштейна в ванну может возникнуть дополнительная погрешность. У станков другого типа, лишенных указанного недостатка, кронштейн с закрепленным на нем электродом-инструментом и деталью остается неподвижным, а перед электроэрозионной обработкой поднимается заполненная рабочей жидкостью ванна.

Необходимое движение электрода-инструмента обеспечивается приводом его подачи. Контроль электрических параметров процесса электроэрозионной обработки проводится по показаниям электрических приборов (вольтметра и амперметра). Кроме регулирования электрического режима в установках электроэрозионной обработки необходимо осуществлять автоматическое регулирование перемещения электрода-инструмента. Для этого существует система автоматического регулирования межэлектродного промежутка. Она должна удовлетворять следующим основным требованиям: точно поддерживать заданное значение управляемой величины, определяющей установленный зазор; обладать малой инерционностью всех своих элементов; быть малогабаритной, экономичной, недорогой в изготовлении, простой и надежной в работе.

Существующие станки для электроэрозионной обработки условно делят на два типа: копировально-прошивочные и для обработки непрофилированным инструментом. Первые предназначены для создания полостей сложной формы, прошивания сложно-контурных окон фасонных и прямолинейных щелей, отверстий цилиндрической и более сложной конфигурации и др.

Электроэрозионный копировально-прошивочный станок включает в себя станину, рабочий стол для крепления детали, ванну с рабочей жидкостью, устройства вертикального, поперечного и продольного перемещений электрода-инструмента, генератор импульсов, блок управления станком, бак с рабочей жидкостью и вспомогательные устройства.

В станках для обработки непрофилированным инструментом тонкая медная, латунная или вольфрамовая проволока перематывается с одной катушки на другую. Электрод-заготовка крепится на рабочем столе, который может перемещаться по координатам X и Y соответствующими приводами, работающими по командам от системы управления. Электродная проволока используется однократно.

Источник



Импульсные установки

Работа этих устройств основана на явлении электроэрозии,т.е разрушение обрабатываемого материала(Ме) под действием импульсов тока, протекающего между электродом обрабатываемой поверхностью, как правило в диэлектрической среде.

При протекании импульсов тока в искровом канале происходит превращение электроэнергии в тепло в искровом канале между электродам и поверхностью. Происходит нагрев, и его удаление.

Основные параметры обработки:

-частота следования импульсов от сотен до сотен тысяч Гц,

-амплитуда тока от долей до тысяч А,

-длительность импульсов от долей до нескольких тысяч секунд.

Изменением этих параметров устанавливается необходимый режим обработки.
Схема1.

1-вертикальная стойка станка

3-стол для установки рабочей ванны, которая обеспечивает перемещение рабочей ванны по двум координатам в горизонтальной плоскости.

4-обратываемое электрод-изделие, располагающееся внутри рабочей ванны и перемещающейся вместе с ней.

5-устройство для вертикального перемещения.

6-источник высокого импульсного напряжения (периодическое, не ниже 1кВ).

7-система снабжения рабочей диэлектрической жидкостью(обычно трансформаторное масло). Система включает в себя насосы, фильтры, системы возврата жидкости, охладители.

8-электрод-инструмент, изготавливается из более тугоплавкого материала, чем электрод-изделие (вольфрам, графит).

Электрод-инструмент (8) подводится к поверхности изделия (4) и включается источник напряжения (6).

Т.е. к промежутку между электродом-инструментом (8), изделием (4) прикладываются импульсы высокого напряжения и в этом промежутке возникают электроискровые разряды. Эти каналы являются очень концентрированными преобразователями электрической энергии в тепловую с объемной плотностью 10^12 Дж/м3.

При этом плотность мощности 1-10^7 Вт/см2. Выделившаяся тепловая энергия приводит к нагреву, расплавлению, испарению металла изделия и его удаление с помощью рабочей жидкости. При этом многократные электрические разряды проходят послойно всю обрабатываемую поверхность. В итоге в изделии образуются углубления, которые копируют форму электрода.

В качестве источников питания используются импульсные источники питания на основе емкостных накопителей энергии.

Питание происходит от сети 220В с помощью трансформатора тока. Повышенное напряжение выпрямляется с помощью выпрямителя VD, выпрямленное напряжение используется для периодической загрузки батареи конденсатора Cб. После зарядки этой емкости образуется разрядный контур, содержащий индуктивность Lp и рабочий искровой промежуток. Емкость разряжается, в разрядном контуре протекает ток Lp. После этого тиристор VD запирается и процесс зарядки емкости Сб повторяется. Управление режимом обработки (шероховатость, производительность) производится путем измения мощности и частоты следования импульсов тока ip.

Такие установки имеют высокую производительность и высокое качество обработки. При некоторых видах обработки такие установки незаменимы.

Источник