Аботкй токопроводящих материалов

 

О П И С А Н И Е 342747

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Свита Советскит

Социалистичесииа

Республии

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 13Л1.1969 (№ 1306257/25-8) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 22.И.1972. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 19Х11.1972

М. Кл. В 23р 1/00

Комитет по делам иаобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.9.047.7(088.8) 5

; .т

Автор изобретения

1Р 55 . П

1 55 51 !

I ь: : . л

В. Н, Щепетов

Заявитель

СПОСОБ ЭРОЗ И ОН НО-ХИМЙЧ ЕСКОЙ ОЬРАБОТКЙ

ТОКОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ ч

Известны способы эрозионно-химичеекой обработки токопроводящих материалов однонаправленными импульсами тока в полупроводящих жидких средах при малых межэлектродных зазорах.

Целью изобретения является снижение энергетических затрат на обработку, повь1шение точности и чистоты обрабатываемой поверхности.

Для этого по предлагаемому способу используют двухступенчатые импульсы напряжения, первая ступень которых являегся длинными низковольтными импульсами с амплитудой, достаточной для обеспечения процесса электрохимической обработки, а вторая ступень является короткими импульсами с амплитудой, обеспечивающей пробой межэлектродной среды и эррозионную обработку изделия.

На фиг. 1 изображен график импульсов

1IàïðÿæåIIèÿ; на фиг. 2 — график импульсов тока.

В процессе работы электрод-инструмент и обрабатываемая деталь сближаются таким образом, чтобы возникали пробои многоэлектродного зазора из полупроводящей жидкой среды в промежутках времени от t5 до t> от

T+ t5 до T+ t2, от 2T+i5 до 2T+t и т, д. (см, фиг. 1), т. е, при воздействии вторых ступеней имйульсов, когда возникают всплески напряжений, Б первых фазах импульсов, т, е. в про»ежутках времени от О до t5, от T до T+t5, от

5 2Т до 2T+t, и т. д. происходит под действием сравнительно небольшого электрического поля Ер известная электрохимическая обработка. В это время наряду с растворением анода происходит непрерывное выделение в

10 жидкой среде мельчайших пузырьков газа и пара, которые под действием сил электростатического поля перемещаются к электродам в области с высокой напряженностью поля, т. е. концентрация пузырьков происходит

15 зонах с наименьшими межэлектродиымтт промежутками, где они прп больших плотностях тока, создаваемых всплесками напряжений (2 — фиг. 1), могут обволакивать газовыми полостями небольшие участки электро Iou.

20 Поскольку диэлектрические постоянные газообразных сред меньше, чем жидкостей, то в них возникают более высокие напряженностот электрического поля, под действием которых пузырьки могут ионизироваться, т. е. из25 лучать заряды при «холодных» электродах.

Эмиссия электронов в данном случае осуществляется благодаря высокой темпер атуре газового пузырька, примыкающего к катоду, который служит как бы концом погруженно30 го в электролит электрода-инструмента. На.

342747 пряженность поля у этого «острия» значительно превышает напряженность поля в соседних областях, т. е. в зонах с большими межэлектродными зазорами.

Многократное повышение напряжения с крутым передним фронтом волны за счет источника питания BO вторые фазы импульса (2 — фиг. 1) создает условия, при которых ионизация пузырьков завершается практически мгновенным электрическим пробоем межэлектродного промежутка в зоне с минимальным зазором. При уменьшении промежутка вероятность возникновения пробоя увеличивается. Она также возрастает не только с увеличением напряжения, но и с у.величением плотности тока, т. е. пробивает межэлектродный зазор по существу плотность мощности. Как следствие этого во вторые фазы импульсов (2 — фиг. 1 н 2) от источника питания забирастся максимальная мощность.

Вслед за пробоем межэлектродного промежутка на образованную тонкую токопроводящую нить обрушивается основная часть энергии источника питания, которую очень быстро «распределяют» между собой электроны и затем медленно отдают «тяжелым» часгицам плазмы. Но зато они практически мгновенно всю кинетическую энергию и работу выхода, высвобождающуюся при входе электронов в анод, превращают в тепло в точке удара с обрабатываемой деталью. В результате за счет разогнанного пучка электронов материал анода испаряется, что увеличивает ионизацию. Образовавшиеся при этом положительные ионы фокусируют па зону испарения — анодное пятно — вновь поступающие электроны. Кроме того, положительные ионы компенсируют пространственный заряд электронов. Таким образом, любое испарение анода, возникающее в результате пробоя межэлектродного промежутка, имеет тенденцию увеличивать плотность тока путем концентрации электронов, что, в свою очередь, увеличивает испарение.

Кроме этой положительной обратной связи имеет место еще положительная обратная связь и за счет источника питания, поскольку уменьшение сопротивлснпя межэлектродного промежутка, вызванное увеличением плотности заряженных частиц, приводит и увеличению тока, который, в свою очередь, уменьшает сопротивление зазора и т. д.

В результате вышеуказанных положительных связей амплитуды тока может возрасть, например, от 10 ка до 2000 ка и создавать при этом такое собственное магнитное поле, которое сжимает шнур разряда, что уменьшает количество тепла, уходящего в окружающий электролит. Этот эффект также создает положительную обратную связь и усиливает локальное испарение анодного пятна.

Слой электролита на аноде, так же как и вышерассмотренные положительные обратные связи, локализует возникновение пробоя

65 на одном месте, заставляет разряд протекать главным образом в ионизированных парах металла, что усиливает его разрушительное действие и придает явлению характер локального «взрыва». При этом с увеличением плотности тока повышается эффективность процесса и при больших плотностях тока практически вся энергия расходуется на размерную обработку детали.

Таким образом, с целью повышения производительности процесса при заданной энергии необходимо уменьшать продолжительность разряда и увеличивать амплитуду тока.

Для уменьшения разрушения электродаинструмепта необходимо создать такие условия, чтобы количество энергии, поступающее во время разряда па катод, было недостаточно для его даже небольшого локального разрушения, ". е. нельзя допускать бомбардировки катода положительными ионами с плотностями мощности выше порога разрушения.

Поскольку подвижность электронов как минимум на два порядка больше подвижности ионов, то в среднем электроны достигают анода значительно быстрее, чем положительные ионы катода. Следовательно, разру шнтельные бомбардировки ионами электрода-инструмента можно практически исключить за счет выбора длительности всплесков в импульсах напряжений (2 — фиг. 1) короче среднего времени движения ионов из разряда на катод, т. е. и с этой точки зрения необходимо уменьшать продолжительность времени разряда, При больших перенапряжениях электрические пробои коротких межэлектродных промежутков могут происходить даже за время меньше 0,01 мксек, в течение таких длительностей разрядов происходи г только разрушение за счет ускоренных электронов анода — обрабатываемой детали, Таким образом, после образования небольшой лунки на обрабатываемой детали необходимо уменьшить до нуля напряжение на межэлектродном промежутке. Наступает третья фаза в импульсе напряжения (3 — фиг. 1), когда с межэлектродного промежутка с крутым задним фронтом волны отключается напряжение.

Быстрому гашению разрядов, деионизацни частиц и спаду тока до нуля (3 — фиг. 2) способствует наличие в межэлектродном промежутке движущейся полупроводящей жидкой среды и в большинстве случаев наличие газообразного водорода, выделяемого при применениях в качестве жидких сред, например, водных растворов солей, кислот и щелочей.

Далее за время от 4 до T происходит восстановление исходного состояния. Затем возбуждается второй импульс и все повторяется сначала, после этого действует следующий импульс и т. д. Разряды происходят до тех пор, пока в этом месте находится минимальный зазор. Затем они выравнивают зазор в другом месте.

342747

Предмет изобретения

Vve 2

Составитель T. Казииова

Техред Л. Куклина

Редактор T. Горячева

Корректор Л. Бадылама

Заказ 2260/4 Изд. № 966 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4у5

Типография, пр. Сапунова, 2

Поскольку при резких повышениях напряжений электрические пробои возникают в местах с наибольшими градиентами поля, т, е. там, где обрабатываемая деталь находится ближе к электроду-инструменту, то за счет периодических разрядов на обрабатываемой детали " поправкой на постоянный межэлектродпый промежуток копируется форма электрода-инструмента.

Из вышеизложенного следует, что управляемые пробои межэлектродного зазора при высоких плотностях тока дают возможность одновременно повысить производительно=ть процесса и точность изготовления деталей с получением высококачественных обработанных поверхностей. Кроме того, они исключают затягивание разрядов, которые могли бы привести к порче обрабатываемой детали и износу электрода-инструмента.

Способ эрозионно-химической обработки токопроводящих материалов однонаправленными импульсами тока в полупроводящих жидких средах при малых межэлектродных зазорах, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат на обработку, повышения точности и чистоты обрабаты1О ваемой поверхности, используют двухступенчатые импульсы напряжения, первая ступень которых — длинные низковольтные импульсы с амплитудой, достаточной для обеспечения процесса электрохимической обработки, а

15 вторая ступень — короткие импульсы с амплитудой, обеспечивающей пробой межэлек. тродной среды и эрозионную обработку изделия,