Електричні параметри процесів
У ЕЕО використовуються короткі в часі імпульси струму великої величини (від одиниць до тисяч ампер) і досить високої напруги (до 200-300 В).
Для формування імпульсів напруги, що слідують один за одним через певні проміжки часу, застосовують спеціальні пристрої, які називаються генераторами імпульсів. Характеристики генераторів в основному визначають технологічні показники ЕЕО. Останнім часом широке застосування отримали статичні (тиристорні і транзисторні) генератори імпульсів, що мають різні характеристики і здатні формувати імпульси напруги різної форми і параметрів.
Основними параметрами періодичних імпульсів напруги різної форми є: тривалість, амплітуда, частота слідування і шпаруватість. Імпульси характеризуються також крутизною переднього і заднього фронтів, максимальним і середнім значеннями струму і напруги, максимальної і середньою потужністю імпульсу, енергієюімпульсу. На рис. 4, а наведено ідеальний прямокутний уніполярний імпульс.
Практично будь-яка електрична ланцюг крім активного провідникові має ємність і індуктивністю, які є інерційними елементами і вносять певну затримку в наростанні, а також спад переднього і заднього фронту. Тому фактично прямокутний імпульс має форму, показану на рис. 4, б. Осцилограма імпульсу струму і напруги наведена на рис. 4 в. На рис. 4, б вказані основні параметри імпульсів.
Тривалість імпульсу т "визначається часом його дії. При ЕЕО тривалість імпульсу зазвичай лежить в межах 10 -1 -10 -7 с. Тривалість імпульсу при постійній частоті пов'язана зі шпаруватістю зворотного пропорційною залежністю, т. Е.
Проміжок часу між двома імпульсами називається паузою ти. Проміжок часу, через який спостерігається повторення початку або закінчення імпульсів називається періодом Т ".
Скважностью імпульсів називається відношення періоду повторення до тривалості імпульсу
Розрізняють шпаруватість імпульсів по е.р.с. і по току. У першому випадку шпаруватість імпульсів характеризується при холостому ході генератора, в другому - при навантаженні.
визначається заданими тривалістю і шпаруватістю імпульсів.
Енергія імпульсу - це робота, що здійснюються одиничним імпульсом в МЕП. При технологічних розрахунках користуватися цією величиною незручно і її замінюють еквівалентної їй величиною середньою потужністю Рср або середнім струмом Iср. т. е.
Амплітуда - найбільше значення, якого досягають змінюються в часі величини струму або напруги. Амплітуда імпульсів струму змінюється при ЕЕО від одиниць до тисяч ампер, а амплітуда імпульсів напруги - від десятків до декількох сотень вольт.
Потужність, що реалізується в міжелектродному проміжку, чисельно дорівнює добутку енергії імпульсів Wи на частоту їх слідування f, т. Е.
Продуктивність ЕЕО можна визначити за формулою
Коефіцієнт k враховує ряд залежностей, що визначають оброблюваність матеріалів,
k = CxλT 2. (7)
де С - теплоємність оброблюваного матеріалу;
λ - коефіцієнт теплопровідності;
Т - температура плавлення.
Відповідно до формули (7) кількість матеріалу, що видаляється за час одного імпульсу, залежить від енергії імпульсу, а також від теплофізичних констант оброблюваного матеріалу, т е. Його температури плавлення, теплопровідності, теплоємності та густини. У зв'язку з цим оброблюваність різних матеріалів неоднакова. Якщо прийняти оброблюваність вуглецевих і низьколегованих сталей за одиницю, то оброблюваність інших матеріалів буде залежати від зміни величини коефіцієнта k.
У імпульсах розрізняють передній фронт τп.ф (наростання) і задній фронт τз.ф (спадання). Крутизна фронту характеризується швидкістю зміни струму або напруги в часі.
Для досягнення високих технологічних показників ЕЕО розрядні імпульси, що генеруються джерелами живлення, можуть відрізнятися від прямокутних уніполярних імпульсів, показаних на рис. 4. Вітчизняні широкодіапазонні генератори імпульсів (ШГІ) поряд з прямокутними імпульсами можуть формувати і борін. Це досягається складанням на навантаженні МЕП низькочастотних, так званих «захисних» імпульсів, з високочастотними силовими імпульсами.
На рис. 5 наведені форми імпульсів напруги, що генеруються серійними вітчизняними генераторами моделі ШГІ.
Прямокутні імпульси (рис. 5, а) генеруються як окремими імпульсами, так і пакетами імпульсів. Імпульс складається практично з двох частин: з «підпалює» імпульсу великої амплітуди і малої тривалості і робочого-меншої амплітуди, але значно більшої тривалості. Розпалювання імпульс служить для пробою міжелектродного проміжку при великих його значеннях, а робочий імпульс - для знімання металу.
Гребінчасті імпульси (рис. 5, б) складаються з наступних один за одним коротких робочих імпульсів з порівняно великою напругою і так званих захисних імпульсів, які діють в інтервалах між робітниками. Таке поєднання імпульсів дозволяє знизити знос ЕІ.
Розглянемо процес розвитку іскрового розряду в МЕП і зміни напруги за час дії імпульсу напруги.
При подачі на ерозійної МЕП імпульсу напруги (рис. 6) в перший момент йде його наростання (ділянка 0-1). Тривалість наростання залежить від крутизни переднього фронту імпульсу і величини і характеру межелектродного зазору. На цій ділянці проходить процес іонізації робочого середовища. На другій ділянці 1-2 напруга різко падає, що відповідає пробою міжелектродного зазору і утворення іскрового розряду. Ділянка 2-3 відповідає часу розряду. На ділянці 3-4 відбувається спад напруги. Ця ділянка є заднім фронтом імпульсу.
Параметри імпульсів певним чином впливають на електроерозійний процес.
Так, тривалість і амплітуда імпульсу спільно визначають його енергію. Збільшення тривалості імпульсу і амплітуди підвищує його енергію, що призводить до зростання швидкості знімання металу з деталі і погіршення якості поверхні. Зміна шпаруватості імпульсів при незмінній частоті їх проходження призводить до зміни тривалості імпульсу і паузи між ними. Оскільки шпаруватість імпульсу є зворотною величиною заповнення імпульсом періоду, то зменшення шпаруватості викликає підвищення швидкості знімання металу. Шпаруватість імпульсів впливає на знос ЕІ. При роботі з зворотною полярністю електродів зниження скважности зменшує знос ЕІ, а при прямій полярності електродів зниження скважности призводить до підвищення зносу ЕІ. Зміною шпаруватості імпульсів можна змінювати шорсткість оброблюваної поверхні за рахунок зміни енергії імпульсу. Збільшення скважности покращує якість поверхні, але призводить до зносу ЕІ. Якщо задана шорсткість поверхні і знос ЕІ, то регулювати середнє значення робочого струму доцільно зміною шпаруватості.
Частота проходження імпульсів, як і тривалість імпульсу, впливає на ті ж технологічні параметри. З ростом частоти знижується продуктивність процесу, поліпшується якість поверхні і підвищується точність ЕЕО.
На стабільність електроерозійного процесу істотно впливають крутизна і стабільність імпульсів напруги, так як ці параметри імпульсу напруги визначають сталість і тривалість імпульсів струму, т. Е. Його енергію при постійній амплітуді.
Енергоємність електричної ерозії визначається тими процесами, які відбуваються на кордонах між каналом розряду, з одного боку, і анодом або катодом - з іншого.
Процес розряду супроводжується надходженням потоку енергії на ту частину катода, яка межує з каналом. Цей потік складається з наступних складових: кінетичної енергії іонів, потенційної енергії іонів, теплової енергії нейтральних частинок плазми, теплової і кінетичної енергії пари розплавленого металу. Поповнення енергії здійснюється за рахунок енергії імпульсу.
Для практичних цілей про енергоємності процесу можна судити по середньої потужності, яка споживається від генератора імпульсів. Вимірювання потужності може бути вироблено приладом ваттметром. Середні значення струму і напруги на ерозійному проміжку за один період можуть бути виміряні приладами магнітоелектричної системи.