Электрод-инструмент для электроэрозионной вырезки Советский патент 1984 года по МПК B23P1/12 

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и может, быть использовано при электроэрозионной вырезке электродом-проволокой

Известен электро-инструмент для электроэрозионной выре-зки, выполненный из проволоки с покрытием из металла или сплава с низкой температурой плавленияJ, например цинка. Данный электрод-инструмент позволяет защищать основу проволоки от разрушения электрическими разрядами и тем cajvibiM ПОВЫСИТЬ производительность обработки без риска обрыва проволоки Cl

Однако применяе -ше при электроэрозионной вырезке электроды-проволоки имеют диаметр несколько десятых долей миллиметра и обладают малой жесткостью Зазор, отделяющий электрод-проволоку от детали, сое-, тавляет несколько ьдакрон, из-за чего под действием различных возмущающих сил возникают частые короткие замыкания меяоду электродом и деталью, что снижает производительность обработки .

Целью изобретения является повышение производительности путем уменьшения коротких замыканий, что достигается за счет получения полупроводниковых свойств покрытия при его контакте с деталью и проводящих .свойств при пробое о

Для достижения цели на электрод-проволоку с покрытием из легкогшав кик металлов наносят пленку из окиси металла покрытия толщиной 200-2000 Д

Данная пленка окиси металла имеет достаточную толщину, чтобы проявлять полупроводниковые свойства при контакте с деталью,, когда разность потенциалов между ними составляет несколько вольтр и в то же врегля становится проводящей в условиях электрического пробоя межэлектродного промежутка, когда разность потенциалов значительно возрастает.

На фиг 1 изображен проводникэлектрод согласно первому варианту реализации, разрез; на фиг, - узел I на фиг 1; на фиг. 3 - кривые напряжения токвр отмеченные во время контакта с поверхностью предлагаемого проводника; на фиг, 4 проводник -эле кррод по второму варианту реализации г разрез; на фиг„ 5 узел I на фиг , 4.

Проводник электрод включает сердечник 1 из меди (фиг. 1) и покрытие, состоящее из пленки 2 сплава меди-цйнка, покрытой слоем 3 окиси цинка (ZnO), Диаметр сердечника может быть 220 мкМр толщина пленки кюди-цинк 8 мкм и толщина слоя окиси цинка 1 мкм о

Для достижения хороших электриче кой проводимости и прочности к разрыву, можно, например использовать латунь или сталь с оболочкой металл являющегося хорошим проводником. Дл получения проводника необходимо произвести первоеосаждение в несколько микрон. При этом в принципе может использоваться любой металл или сплав при температуре кипения ниже , если он хорсяцо адгезирует к металлическому сердечнику, имеет удовлетворительные механическ свойства, стабилен химически и мало токсичен. Оксидная пленка может быть образована или осаждена на его поверхности. Учитывая небольшую толщину слоя, удельное электрическое сопротивление может быть очень высоким. Хорошие результаты получают с одной пленкой из цинка толщиной 5-15 мкм, осажденной электролитически. Толщина 5 Мкм того же порядк что и глубина кратера эрозии. Слой подвергается отжигу в окисля мцей атмосфере, например свободном воздухе, для получения на поверхности пленки оксида цинка.

Целесообразно окисление пленки цинка прерывать перед тем, как эес цинк преобразуется в оксид, так как металлический цинк имеет низкую температуру испарения, что способствуе получению хорсшик условий обработки Во время термической обработки образуется смесь цинка и его окиси, которая при &ТОЙ структуре проводника дает хорошие результаты.

Проводники нагревают в течение, по крайней мере, двух секунд при температуре не менее 600°С. Образование пленки происходит быстро в начале нагревания, затем все более лкэдленно, по-видимому, по причине с/амозациты оксида, в результате получают пленку толщиной 20Q-2000/V ри ётом существуе CBJrflb между неровностями поверхности и проникновением пленкй. в форме нитей на несколько рвдкрон вовнутрь подложки.

Когда подают через гшен к уполу проводящего- оксида разность потенциалов между несколькими вольтами и сотней вольт, в зависимости от их толщина, пленка становится проводящей в результате термического и/или электрического пробоя. Когда разность потенцигшов ниже этизс,. нескольких вольт, пленка проводит локально очень слабый ток, препятствуя таким образом образоваяию коротких замыканий. Таким образом, можио управлять толщиной пленки, чтобы пробой происходил при напряжении конкретного генератора. Электрические свойства оксидов зависят не только от их химического состава, но также от способа их приготовления, который

определяет их чистоту и физическую структуру. Эти пленки адгезируют на поверхности металлических пленок При этом они могут быть образованы неметаллическими материалами, такими как карбиды, бориды, силициды, сульфиды и нитриды.

Поверхность электрода выглядит как очень неровная, так, если бы она возникла в результате образования гранул различных размеров (от 0,1 до нескольких мкм) с многочисленными промежутками , все это напоминает структуру губки. Анализ микрозондом поперечного разрыва показал наличие отверстий от 1 до 2 мкм, что подтверждает упомянутую губчатую структуру в отношении поверхности. Тот же анализ показал, что термическая обработка вызывает диффузию атомов меди металлического сердечника в слой цинка и наоборот, так 4to чистый цинк исчезает в пользу сплава медь-цинк, содержащего примерно 10-20% меди.

Атомы цинка .диффундируют более быстро, чем aTONftj меди, поэтому путоты, образованные атомами цинка, которые диффундируют вовнутрь, не сразу заполняются атомами меди, и это может быть причиной наблюдаемой пористости..

Образованный электрод значительно легче смачивается водой, которая Служит рабочей жидкостью. Это улучшает охлаждение электрода, что позволяет увеличить рабочий ток.

Почти полное подавление коротких закыканий во время обработки убедительно доказывает, что оксид цинка, который является полупроводником, препятствует легкому проходу тока во время случайных контактов между проводником и деталью. О контакте, который ведет к короткому замыканию при очень небольшом сопротивлении, известно, что при больших интенсивностях металлы плавятся и локально свариваются, что происходит между сталью и медью. Наоборот, -с помощью предлагаемого проводника, который не сваривается, происходит быстрый локальный нагрев, которому способствует большое сопротивление в точке контакта оксида цинка и развитие электрического разряда, производящего обработку.

Две типичных кривых напряжения тока получены во время контакта с поверхностью проводника (фиг. 3) в зависимости от точки выбранного контакта и приложенного давления. Кривая OL является кривой, которая чаще всего образуется с изгибом

1 - 5 в и I- 0,1

при величинах Up

1 мА, асимметрия показывает наличие соединения с эффектом выпрямителя.

так как используются материалы различной проводимости, а именно металл и полупроводниковый оксид.

Проводник с сердечником 1 из меди и двумя покрытиями 2 и 3, наложенными друг на друга (сплав меди и цинка), покрывается соответственно пленками .оксида цинка (ZnO) 4 и 5 (фиг. 4). Вместо одного слоя цинка толциной 8 мкм наносят первый слой 2 толщиной 4 мкм и производят первый обжиг в

0 указанных условиях, что образует пленку 4 из оксида цинка. За этой операцией следует нанесение второго слоя 3 цинка толщиной 4 мкм, и производят второй обжиг, аналогичный пер5вому, что дает поверхность пленки 5 из оксида цинка. Те же явления диффузии меди в цинк и наоборот отмечаются вместе с образующейся пористостью, придающей поверхности неров0ность.

Эта структура из двух пленок оксида позволяет снизить крупность одной пленки, толщина которой ограничена 1 мкм и неизбежно

5 подвергается локальным разрушениям -под действиями разрядов. Благодаря наложеннЕ1м друг на друга планкам оксида получают проводник, срок службы активной поверхности которо0го повышен. Наилучшие результаты получаются с помощью наслоенной структуры, содержащей три или четыре слоя, и обжигов для обработки детали толщиной 40 мм, можно исполь5зовать и большее количество слоев для обработки детали толщиной 100 мм и больше.

Наличие ZnO в поверхности на пленке одного цинка позволяет повысить скорость резания на 30% по отно0шению R проводнику без оксидной пленки для детали; толщиной 40 мм. Если изготавливают тот же проводник из меди с первым слоем цинка толщиной 4 мкм с последующим обжигом, затем

5 вторым слоем толщиной 4 мкм также с последующим обжигом, то скорость увеличивается на 55% по отношению к первой величине. Продолжая увеличивать тот же диаметр сердечника из

0 меди и тот же окончательный диаметр проводника с его покрытием толщиной 8 мкм, получают наилучшие {результаты, используя три или четыре слоя-и обжиги, увеличение скорости в этих

5 условиях превъаиает 60%.

Сердечник проводника может быть медным, но можно использовать и другие металлы например вольфрам или молибден. Этот сердечник может

0 быть также образован из нескольких наслоенных металлов. Использование предлагаемого электрода обеспечит значительное повышение производительности обработки.

ЭЛЕКТРОД-ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ИЛРЕЗКИ, выполненный в виде проволоки,, имеющей покрытие из легкоплавких металлов, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности обработки за счет получения полупроводниковых свойств покрытия электрода при его контакте с деталью и проводящих свойств при электрическом пробое, на покрытие из легкоплавкого металла наносят пленку окиси данного металла тогациной 200-2000А О со О)