PROCESE $I ECHIPAMENTE PENTRUPRELUCRAREA PRIN ELECTROEROZIUNE

9.1. Aspectele fhice ale procesului de prelucrare prinelectroeroziune

Electroeroziunea (eroziunea electrici) este un procedeu de prelucrare in carematerialul in exces de pe obiectul de procesat este ?ndepirtat prin ac;iunea repetatia descdrcirilor electrice. Tehnologiile bar-atepe electroeroziune cuprind:

. prelucrarea prin scinteie;r prelucrarea prin impulsuri;o prelucrarea prin contact:r prelucrarea cu plasmi.In cele mai multe dintre cazuri srnt utilizate primele doud moduri de

prelucrare, int6lnite sub denumirea generali de prelucrare prin electroeroziune.In procesul de electroeroziune, obiectul de prelucrat OP (fig. 9.1, a), dintr-

un material conductor electric, este conectat la ina dintre bomele sursei dealimentare; la cealalti boma fiind conectat electrodul sculS E.

electrod (E)

inrersriliupasiv *,

tf "tT

interstitiu activobiect de preiucrat (OP)

descdrcare electricEter de eroziune

Fig. 9.1. Prelucrare prin eroziune (a) qi schema electricd echivalentE (b).

Desclrcirile electrice sunt localizate in spagiul (interstigiu activ) delimitat deeiectrodul scuii E gi suprafala de prelucrat a obiectului OP, imersat intr-un mediudielectric lichid LD. Schema electrici echivalenG a configura;iei este indicati in

P'eesc si echioammte patru prelucrarea pin electroeroziwrc

fig. 9.1, b in care R este rezistenla electricl intemi a sursei de alimentare' iar C este

condensatorut ""r"

a.t..Ji ,oergiu disipati in canalul descircirii electrice ce se;;#il;electrodul E 9i obiectul deprelucrat OP'

Prelucrareaprinelectroeroziunesebazeaz|pefaptulcioricedescircareelectricS este insopti L .r"art* suprafelei electrozilor intre care se dezvolticanalul f"l?"fi:::zii configuraliei sunt plasali intr-r.r1 medirl dielectric lichid,erodarea urt"

"rnprin""t", #o aep"naente de parametrii impulsurilor aplicate 5i

deci de caracteristiciiJt."lrJrii,'arc electric, r"aot"i" --arc electric sau scinteie

electrici(fig.9.2).Deasemenea,parametriiimpulsurilordetensiunedeterminizonai;;;"LoQ in care erodarea estepreponderenti [9'1]'Stripungerea mediului dielectric

Desc6rcare in arc fichid este un fenomen deosebit de complexcare determini in canalul de descircareparametri energetici (temperaturd,

.ptttlYe)3re -arc erecrnc' ieoteuit de ridicali' Pe durata dezvoltirirbtiiilitare inscanteie descircirii

"1u11""'.t ditt1i":t-i*f:,1

\ --lT#"lrr""* Ioc procese chimice ireversibile t"t". T:.11:la 'modificarea importanti a rigiditaliidielectrice a spagiului dintre electrozi' c*'a

scdnteie -arc electric.

Fig. 9.2. Fonne ale at"a'#i tl"'t'io' ce impune circularea-materialului dielectricin interstigiul activ' De asemenea' compre-sibilitatea redusi a lichidului dielectric, determine, la dezvoltarea descirciriielectrice, o serie a" i.non, ne secundare ('oc hidraulic) care amplifici efectuldescircirii electrice asupra rnaterialului'

Descircirileelectriceseproducsuccesivgisuntlocalizateselectiv,indiferitele zone ale o,t"*irt"r"i-"iir, ,.tlootogic, in funclie de realizarea

locali a

condifilor de descircare electrici :otensiuneaUodemersingolasurseimailnaresauegalicuterrsiuneaU"

de strlpungere prin lichidul dielectric;o distanfa g a interstiliului activ mentinutS in limitele $nin< g

1 $^*' pentrua evita scurtcircuitar""t i"tu*iriului gi pentru a asigura posibilitatea

amors'rii

descircirii electrice.FiecaredescircareelectricsintreelectrodulEgipiesaoPdeterminaun

.,proces elementar de eroziune'" cu formarea craterelor (de eroziune la piesa oP 9i de

uzarelaelectrodulE)printopirea,evaporareagiexpulzarealocaliamaterialului.Evacuarea prJiur.ro, de ero"iune din interstiliu qi menginerea,

prin avansul

automat al electrodul"il ai*"tf"i dintre electrodul sculi 9i obiectul de prelucrat'

conduce la "scufirnda--"';l"opierea) formei electrodului in obiectul de prelucrat'principalele

.""arri ientru'realizarea procesului de electroeroziune sunt.. concentrare. t"'tp"l"r redus al canalului de descSrcare electrici 5i pe o

durati redusi d" t*p'iJ;'iO-t t) a unei energii relativ mari care detennini

Procesu! elenrentar de electroeroziwte 19

gradiente mari ale proceselor termice in zon5, astfel inc6t si fie posibil| realiz-areaunor transformiri locale de stare a materialului, insogite de distrugeri locale,formarea craterelor qi evacuarea produselor rezs,ltate;

. restabilirea stirii electrice iniEiale a interstifului prin evacuarea produselorreziduale qi menlinerea automati a distanlei dintre electrod gi piesi astfel incAt si fierealizale condi;iile de repetabilitate ale descircdrilor electrice;

. asigurarea caracterului polarizat al descircirii electrice pentru a maximi-za prelevarea de material de pe obiectul de prelucrat qi minimizarea uztrrii elecro-dului.

Prelucrarea p rin electroeroziune permite:r copierea formei electrodului in obiectul de prelucrat;. decuparea unor profile complexe cu ajutorul unui electrod filiform.In acest fel, prelucrarea prin electroeroziune este larg aplicati la fabricarea

sculelor, gtanlelor, matrilelor, in industria constructoare de magini gi utilaje tehnolo-gice, pentru prelucrarea dimensionali a unor piese din materiale dure gi extradure,conductoare electric.

9.2. Procesul elementar de electroeroziune

9.2.1. Parametrii caracteristici ai impulsurilor de desclrcareelectricE

Daci la bomele schemei echivalente din fig. 9.1, b se aplici otensiune deamplitudine constanti Uo, tensiunea a la bornele condensatorului C va prezenta ovarialie de forma:

u =(Jo.[r-"-trfn'cl] (e.1)In momentul ?n care

tensiunea u atnge valoarea Uo(dupi un interval de timp egal cu/o), in interstiful activ umplut culichid dielestric, ?ncep si se dezvoltefenomene de descircare electrici(fig. 9.3). Tensiunea la bomele con-densatorului scade iar curentul indescdrcarea electricS ajunge lavaloarea maximi "Ia. Pe durata /a aprocesului de descircare, cea maimare parte a energiei se disipi incanalul de descircare sub formd deenergie termici gi mecanici.

Fig. 9.3. Variafia mdrimilor electrice la incdrcareagi descdrcarea condensatorului schemei echivalente.

in cazurile reale, in inter-

io,Ia

In

__-__-L

I

---_-_-r

stiful acliv este aplicati o succe-siure de imPulsuri, fiecare imPulsavind forma caracteristici indi-cati in fig.9.4. in fig. 9.4, o, t-aconsiderat ci tensiunea Uo deamorsare a interstiliului activrensltl in momentul fs. Durata 4este timPul de int6rziere (inter-valul de timP dintre momentul incare sunt indeptinite condifile deinifere a descircirii gi momentulin care incePe efectiv formareacanalului de descircarQ, avindun putemic caracter statistic19.21, iar intervalul de timp r" estedurata procesului de formare acanalului de descircare. Pe inter-

tbFig. 9.4. Forma specifica a irnpulswilot d".*tiT:..g)Side curent electric (b) in procesul de electroerozlune'

valuldetimpr"arelocdisipareaenergieiacumulateincapacitateaelectric5aschemei, iar to e*'ea.rr"t" pau'ei' N*3d dulata impulsului cu f4

: f1* f"* f"^' poate

fi definit factorul d. ;j; ku: tJT' unde 1' este perioada impulsului' In moduzual, se define$e fr";;;t : vr u impulsurilor cu care se opereazi in procesulde electroeroziune.* **i"

;;. q.+ .*t indicate 9i valorile medii U. Si .I' ale tensiunii la bomeleinterstifului activ 9i ;6;; ;r-entuqi electric in procesul de descircare' Pedurata procesului a" 4"."a,.,,., la bomele canalului de plasmS parcurs de curentul/d aPare tensiunea t4.

9.2.2. Mecanismele procesului elementar de electroeroziune

E:

Procesul elentmtar de electroeroziune 2t

ih faza I-a, cu o durati ti* t"= (10"...10-3) s, din momentul ro in care labornele interstifiului activ se atingetensiunea Uo, cAmpul electric ce apare in zonamicroneregularitipilor, cele mai apropiate dintre electrodul E qi piesa de prelucratOP, determind realizarea unui canal de descircare electricS.

Formarea canalului de descircare electrici are loc ?n urmitoarele etape:. aparifla unor canale conductoare intre cei doi electrozi, datoriti particu-

lelor in suspensie (impuritSli) care se plaseazd in lungul liniilor de c6mp electric(fig. 9.5, a); curentul electric ce parcurge aceste canale conductoare este suficient demare pentru a determina o puternici incilzire locali qi vaporizarea local5 adielectricului lichid;

. dupi un interval de timp ri (fig. 9.5, b), de la catod, in zona gazoasd aspagiului, incep si se dezvolte fenomene de desclrcare electricd sub formi destrimeri (descdrcdri incomplete care determini un canal cu conductivitate electricirelativ redusi); in deplasarea lor citre anod, electronii sunt acceleragi in cimpelectric, acumuleazl o energie cinetici relativ mare gi determini intense fenomenede ionizare prin ciocnire cu particulele neutre din spagiul gazos; canalul de descirca-re format se propagi spre anod, are o temperaturi suficient de mare (circa 3000 K),astfel inc6t are loc vaporizarea lichidului din jur qi dezvoltarea in continuare acanalului intr-un mediu gazos,

. procesul de descircare electricl se dezvolti spre anod (fig. 9.5, c), canalulde descircare fiind practic izolat de mediul dielectric inconjuritor printr-o zonigaz,oasA;

41:

--f -- \--+o - ol

- -- >'l

'v --zr?ftqffi'

ghFig. 9.5. Etapele dezvoltirii unui proces de electroeroziune

t--f'p--t-L--

AA

a

iII

Procese Ei echipamente pmtra prelucrarea pin electroeroziune

r in momentul in care canalul de descircare electric5 ajrrnge la anod(fig. 9.5, d1, htre catod li anod este retr,lizat un canal conductor pe care se va disipaenergia sursei de alimentare.

Procesul de formare a canalului conductor dureazi 10'7...10-8 s, are uncaracter exploziv, astfel ci in lichi4 intr-un plan paralel cu suprafap de prelucratapar Ei sp propagi unde de goc.

In kza II-a a procesului, prin canalul de descircare reahzat intre electrodulE gi obiectul de prelucrat OP, trece un curent de impuls, cu amplitudine care poateatinge sute de kAv cu o panti de 106...108 A/s (fig. 9.4, b) gi durata r". Impulsul decurent parcurgind canalul de descircare electrici determini un c6mp magneticpropriu, foartp intens, care va conduce Ia strangularea canalului de descircare'(efectul Pinch) [9.7J datoritn fo4ei Lorentz. in acest fel, canalul de descircareelectrici ajunge in stare de plasmi termici, cu o temperaturi de (12000...15000) K.Temperatura ridicati a canalului de plasmi conduce gi la descompunerea termici(pirolizi) a lic.hidului dielectric din jur cu formarea de gaze gi gi reziduuri carbonice.

In interiorul bulei de gaz din jurul canalului de descircare electricipresiunea cregte frarte mult (peste 102 MPa) iar dime,nsiunile bulei cresc hcontinuare (fig. 9.5, e).

Trecerea curentului de impuls prin canalul de descircare electrici areurmitoarele efecte principa le :

r fluxul de electroni din canalul de descircare lovind suprafap anoduluidetermini distrugerea cristalelor metalului, cedAndu-i acestuia o parte importantidin energia lor cinetic5;

o desi durata de trecere a curentului electric este foarte redusi, temperitturalocali a electrozilor poate ajunge la valori importante astfel incit si rezulte topireaacestora (fi5.9.5,fl; volumul bulei de gaz continui si creasci;

o efectele termice ale bombardirii electrodului E gi obiectului de prelucratOP sunt diferite, in ftnc1ie de polaritatea gi durata trecerii curertului electric;mobilitatea electronilor este mult mai mare ca a ionilor pozitivi gi, pentru durate aletrecerii curentului electri sub 50 ps, efectele bombardirii anodului de cdtre electronisunt muh mai importante decet efe.ctele bombardirii catodului de citre ionii pofitivi;patru durate ale impulsului de curent electric peste 50 1rs, descircarea electrici subformi de scinteie trece in scinteie - arc electric, ionii pozitivi ajung si aibi o energiecinAici important5 $i, prin bombardarea catodului, rezulti un proces intens deevaporare a metalului @roductivitatea procesului creEte mult dar rezulti o calitateinadecvati a suprafelei procesate);

. datoriG densitilii foarle mari a curenfirlui electric in canalul de descircare(cu diametru de sute de microni), in punctele de contact cu electrozii metalici, are loco incilzire brusci a acestora, iar fo4ele electrodinamie ejecteazl in mediulinconjuritor po4iunea topiti de maal lichid;

Procesul integral de eroziwre electricd. Caracteistici energetice

r picdturile de metal lichid extrase din electrozi, ajturgAnd in zona tempera-turilor foarte ridicate din zona coloanei de plasmd, se vaporizeazi exploziv qidetermini intreruperea acestuia; curentul in circuit devine zero.

Faza a III-a se desfEgoari pe durata pauzei de curent electric. in momentulintreruperii curentului electric din circuit, volumul bulei de gaz era maxim iarpiciturile de metal lichid, ca produse de explozie se deplaseazi rapid spre periferiabulei (fig. 9.5, g). In continuare, incep procesele de deionizare a spagiului dintreelectrozi gi restabilirea rigiditnfii dielectrice a interstigiului activ. Presiunea dininteriorul bulei de gaz scade brusc, provocind implozia acesteia $i determinand unzgomot caracteristic. Reducerea brusc5 a presiunii conduce la vaporizarea explozivia materialului topit care va fi expulzat, sub forma de microparticule, in mediul lichid(frg.9.5, h).

Particulele metalice aflate in zonl srurt extrase prin reeircularea gi filtrareaIichidului dielectric.

Descircirile eleetrice succesive din interstigiul activ determini evacuareaunei cantitigi din materialul supus prelucrdrii gi, ca urmare, electrodul sculS E sead6ncege lent in obiectul de prelucrat OP.

9.3. Procesul integral de eroziune electricl.Caracteristici energetice

9.3.1. Forme caracteristice ale impulsurilor electrice ininterstifiul activ

Prelucrarea prin electroeroziune este posibili numai prin aplicarea deimpulsuri succesive in interstigiul activ. Daci energia nu s-ar aplica in impulsuri ciin mod continuu, efectul termic al descdrcdrilor electrice s-ar propaga treptat inmasa obiectului de prelucrat OP gi nu ar fi posibili concentrarea spagio-temporali atransformirilor de stare implicate in prelevarea localS a materialului.

Impulsurile de curent din interstiliul activ, ca amplitudine gi formi prezintiun pronunfat caracter probabilistic, determinat de condifile specifice zonelor in carese dezvolti descircirile electrice. Formele caracteristice ale impulsurilor de curentdin intersti;iul activ ca gi a tensiunii la bomele acestuia sunt indicate [9.8] ?nfig.9.6:

a) impulsuri in gol, caracteizate de curent electric nul (t = 0) gi a = (Jo ,unde Uo < Uo , aceste impulsuri rezulti atrurci c6nd distanla dintre electrodul E giobiectul de prelucrat OP este mai mare dec6t distanp de amorsare corespunzitoaretensiunii Us (i'n mod ueual 0,1...0,6 mrn);

b) impulsuri de lucru (specifice proceselor tipice de electroeroziune),cr;rar/ieizate in principal prin amplitudnea,Ia a curentului electric ai tensiunea Ua labomele canalului de plasmi, corespunzind descircirii electrice in mediul lichid;

descircarea electrici poate avea loc intre electrod qi obiectul de prelucrat (impulsuride prelevare), intre electrod qi pa(icule solide datorate unei descircdri anterioare qiaflate in mediul lichid (impulsuri de .I*trftt") sau poate cuprinde ambele traiectorii(impulsuri mixte, de prelevare gi mirunfire);

bFig. 9.6. Forme tipice ale impulsgrilor de cwent electric (a) 9i tensiurflor la bornele

interstiliului activ (b).

c) impulsuri de descircare in mediu gazos, in bule de gazqi vapori din zonainterstifului actiE forma tipici a descircirii in mediu gazos este caraclerizati printensiunea de amorsare a descircirii (Joa , tensiunea Ua la bomele canalului de plasdgi curentul

"Ia in descircare, mai mici decit in cazul impulsurilor de lucru; acesteimpulsuri nu sunt insoSite de prelevare de material;

d) imputsuri fictive, carc apar in mediul dielectric datoriti trecerii curentuluielectric prin pungile conductoare determinate de impuritilile plasate in lungul liniilorde cimp electric; forma tensiunii la bomele circuitului de curent nu pune in evidenpexistenla unui proces de descircare electrici; aceste impulsuri nu sunt insolite deprelevare de material de pe electrozi;

e) impulsuri de scurtcircuit care apar in cazul unui contact metalic dintreelectrodul E gi obiectul OP; curentul in circuit este egal cu curentul de scurtcircuit1"" iar tensiunea la bome este nuli.

9.3.2. Productivitatea procesului de prelucrare

Productivitatea gi precizia procesului de prelucrare prin electroeroziune gideci calitatea suprafepi prelucrate sunt dependente de un mare numir de parametri:

r parametrii schernei electrice echivalente care determini regimurile delucru;

e!

Procese;i echiPamatte prelucrarea electroeroziune

ceea ce conduce la evacuarea din zoni a produselor delichidului dielectric,electroeroziune. De asemenea, pe durata pauzei, sistemul electric trebuie si

' acumuleze energia necesari impulsuluiurmdtor. Restabilirea caracteristicilor izo-lante ale lichidului dielectric trebuie si fierealizatA inainte ca sistemul si acumulezeenergia prescrisd.

Durata to a Pauzei indePlineqtecondilia:

b rp

Procesul integral de eroziune electicd. Carccteristici arergetice

Cre$erea frecven,tei / a impulsurilor este limitata in special de durataprocesului de restabilire a rigiditigii dielectrice a mediului dielectric. Pentrureducerea duratei procesului de restabilire a rigiditnfii dielectrice pot fi adoptateurmitoarele mdsuri:

. utilizarea circulagiei fo4ate a lichidului dielectric pentru evacuarea rapidia produselor de eroziune qi a particulelor ionizate din zona de descircare electric[;

. vibrarea cu amplitudine redusi gi frecvenli ridicati a unuia dintre electro-zii configuraliei;

o rotirea tnuia dintre electrozi (daci configuragia de lucru permite aceasta);o utiiizarea unor lichide dielectrice ?n care, in urma reacfilor de pirolizi, nu

apar produse solide de descompunere ci gaze, aare contribuie la eliminarea prinflotagie a materialului de eroziune.