Разработка технологии и инструмента для размерной комбинированной обработки нежестких деталей непрофилированным электродом - щеткой Рязанцев Александр Юрьевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Анализ состояния исследований по чистовой обработке электродом – щеткой 11

1.1. Область эффективного применения комбинированной обработки электродом - щеткой 11

1.2. Механизм удаления припуска электродом - щеткой 16

1.3. Особенности проектирования электрода - щетки 19

1.4. Проектирование технологического процесса 27

1.5. Изменение эксплуатационных характеристик деталей после обработки электродом - щеткой 31

Анализ состояния вопроса и обоснование задач исследований 36

Глава 2. Научное и методическое обеспечение выполнения работ 38

2.1. Рабочие гипотезы 38

2.2. Материальное обеспечение исследований 39

2.3. Научная база для выполнения работы 44

2.4. Методика проведения экспериментов 53

2.5. Алгоритм выполнения исследований 55

Выводы 58

Глава 3. Механизм чистовой обработки нежстких деталей электродом – щткой 59

3.1. Взаимодействие инструмента с зоной обработки заготовки 59

3.2. Особенности работы инструмента при чистовой обработке нежстких деталей 69

3.3. Методика расчета инструмента для комбинированной чистовой обработки электродом – щеткой 69

3.4. Экспериментальное подтверждение теоретических исследований 79

Выводы 84

Глава 4. Технология чистовой обработки металлических заготовок электродом – щеткой 85

4.1. Технико - экономическое обоснование выбора варианта обработки 85

4.2. Влияние режимов обработки и геометрии электрода - щетки на эксплуатационные свойства нежстких изделий 93

4.3. Расчет и назначение технологических режимов чистовой обработки электродом – щткой 95

4.4. Построение технологии чистовой обработки электродом – щткой типовых деталей 99

4.5. Перспективы применения в машиностроении чистовой обработки электродом – щеткой 105

Выводы 107

Заключение 108

Общие выводы 108

Библиографический список

• Особенности проектирования электрода - щетки
• Материальное обеспечение исследований
• Особенности работы инструмента при чистовой обработке нежстких деталей
• Влияние режимов обработки и геометрии электрода - щетки на эксплуатационные свойства нежстких изделий

Введение к работе

Актуальность темы. С усложнением формы составляющих элементов современной наукоемкой продукции машиностроения, увеличением удельной нагрузки на конструкцию под действием наследственных явлений происходит изменение формы деталей, возникают погрешности, способные нарушить качество всего изделия. Для повышения качества изделий требуется создание механизма управления внешними силовыми воздействиями и проектирование технологических процессов, обеспечивающих получение и сохранение заданной геометрической формы, особенно крупногабаритных нежёстких деталей, за счет низкочастотных импульсных воздействий.

Чистовая размерная обработка металлических заготовок успешно выполняется шлифованием абразивным инструментом, где его профиль дискретно переносится на поверхность детали. Однако с усложнением обрабатываемых объектов и снижением их металлоёмкости уменьшается жёсткость заготовки, и силовые воздействия инструмента вносят погрешности геометрической формы, снижая возможности по достижению высокой точности. Это особо проявляется при изготовлении изделий для летательных аппаратов, где, с целью облегчения конструкции, широко применяют нежёсткие ажурные детали. Появившиеся в последние годы инструменты с непрофилированной и изменяемой в процессе обработки рабочей частью позволили выполнять чистовую обработку нежёстких деталей со сложным профилем. К таким инструментам относится металлический электрод - щётка (ЭЩ), который успешно применяется для безразмерной обработки сложноконтурных поверхностей.

Проведённые исследования показали, что возможно расширить область использования технологии и инструмента на размерную чистовую обработку труднообрабатываемых сплавов, применяемых для нежёстких сложноконтурных изделий, путём поддержания требуемого прижима пучков проволоки в электроде - щётке и совмещения электрических режимов процесса с параметрами инструмента. Это обеспечивает стабилизацию процесса, повышение технологических показателей и позволяет освоить высокопроизводительную чистовую обработку изделий с минимальной металлоёмкостью. Подобная задача решается впервые и её результаты способствуют созданию изделий новых поколений техники, что актуально для машиностроения.

Работа выполнялась по тематическим карточкам Роскосмоса в соответствии с постановлением Правительства РФ №2164-П «О проведении государственной программы «Мобильный комплекс» (раздел «Техническое перевооружение»), с федеральной целевой программой «Научные и научно -

педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 гг.» (раздел 1.2.1 «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Ракетостроение») и научным направлением ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» по плану ГБ НИР № 2010.15 «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно -космической технике».

Целью работы является создание технологии и инструмента для чистовой размерной обработки непро филированным электродом - щёткой нежёстких сложнопрофильных металлических деталей.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Установить и формализовать связи между геометрией проволоки электрода - щётки и технологическими параметрами процесса.

2. Разработать способы управления величиной прижима электрода -щётки при обработке нежёстких деталей сложной геометрической формы.

3. Разработать методику проектирования рабочей части электрода -щётки с управляемой величиной прижима инструмента к месту обработки.

4. Создать конструкцию электрода - щётки, обеспечивающую размерную чистовую обработку нежёстких деталей переменного профиля.

5. Раскрыть особенности проектирования технологического процесса комбинированной обработки нежёстких деталей.

6. Обосновать область эффективного применения электрода - щётки для чистовой обработки поверхностей нежёстких изделий со сложной геометрической формой.

Научная проблема. Во всех ранее выполняемых работах расчёт технологических режимов выполнялся при условии наличия у заготовки и проволоки электрода - инструмента жёсткости, достаточной для сохранения стабильной величины прижима электрода - щётки при любом профиле обрабатываемой поверхности, и не требовалось учёта изменения его величины за счёт податливости места обработки заготовки, жёсткости проволоки, режимных параметров. Это приводило к нарушению технологических режимов и показателей процесса обработки нежестких деталей из - за неуправляемого изменения положения инструмента относительно обрабатываемой поверхности и необходимости использования излишнего прижима, снижающего технологические возможности и область использования метода обработки непро филированным электродом - щёткой.

Объект исследований. Нежёсткие обрабатываемые элементы сложноконтурных деталей из тонких металлических материалов с постоянной и переменной толщиной листа.

Научная новизна включает:

7. Формализацию качественных и количественных силовых связей между величиной прижима проволоки электрода - инструмента и режимами чистовой обработки, отличающиеся использованием технологических связей в системе: характеристики инструмента - режимы обработки - профиль и податливость места обработки, изменяющихся в реальном масштабе времени (подана заявка на патент №2016121613 от 31.05.2016 г.).

8. Раскрытие механизма контактного размерного формообразования нежёсткой поверхности переменного профиля заготовки, включающего обратные связи для адаптивного управления процессом получения высокой точности путём поддержания прижима пучков проволоки электрода - щётки.

9. Разработку методики проектирования рабочей части и конструкции электрода - щётки, обеспечивающей размерную чистовую обработку нежёстких деталей переменного профиля, с управляемой величиной прижима инструмента к месту обработки.

10. Научное обоснование структуры технологического процесса высокоточной чистовой обработки электродом - щёткой с корректировкой величины прижима по изменению состояния положения зоны обработки.

Методы и достоверность исследований.

При построении работы использовались теоретические положения классических закономерностей в области технологии машиностроения, электрических методов обработки, известные закономерности проектирования комбинированных технологических воздействий, теоретические основы подобия в технике, критериальный анализ для выбора воздействий, наиболее полно отвечающих запросам потребителей и разработчиков перспективной продукции машиностроения.

Достоверность результатов подтверждается получением

воспроизводимых результатов при моделировании процессов, применением современных технических средств, высокой сходимостью рассчитанных и полученных экспериментальным путем результатов исследований, положительными результатами использования комбинированных технологий в процессе их освоения и внедрения в производство на предприятиях машиностроения.

Практическая значимость работы:

11. Разработаны технологические режимы и технологический процесс, обеспечивающие качественную обработку нежёстких деталей электродом -щёткой.

12. Установлены границы эффективного использования электрода - щётки для деталей различной жёсткости и геометрии, что обеспечило стабильность

получения качественных характеристик обработки.

3. Разработана методика расчёта электрода - инструмента для чистовой обработки нежёстких деталей сложной геометрии.

4. Создан инструмент, обеспечивающий постоянство прижима проволок рабочей части электрода - щётки к поверхностям различной геометрии для качественной обработки нежёстких деталей.

5. Экспериментально подтверждены режимы, спроектированы и внедрены технологические процессы обработки электродом - щёткой нежёстких заготовок, что повысило точность процесса, качество изделия и расширило область эффективного технологического использования электрода -щётки на обработку деталей нежёсткой конструкции.

Положения выносимые на защиту, включают:

1. Раскрытие механизма получения комбинированной обработкой электродом - щёткой сложнопрофильных нежёстких поверхностей с заданной точностью за счёт управления поддержанием прижима пучков проволоки.

2. Обоснование структуры комбинированного технологического процесса чистовой обработки электродом - щёткой с учётом специфики нежёстких деталей со сложным профилем, для стабилизации выходных параметров процесса.

3. Создание новых видов электродов - инструментов и методик их расчёта для чистовой обработки нежёстких деталей со сложным геометрическим профилем.

4. Обоснование перспектив эффективного использования разработанной технологии обработки электродом - щёткой деталей нежёсткой конструкции.

5. Внедрение результатов исследований на предприятиях машиностроения и в учебный процесс подготовки для студентов высших учебных заведений и техникумов по техническим специальностям.

Апробация работы:

Результаты работы и ее составные части представлялись и обсуждались в рамках Aerospace Science Week 2014 на 13 - й международной конференции «Авиация и космонавтика» (Москва, 2014); I -й международной научно -практической конференции «Антропоцентрические науки: инновационный взгляд на образование и развитие личности» (Воронеж, 2014); 7 международной научно-технической конференции «ТМ-2015» (Брянск, 2015); IV всероссийской научно - технической конференции «Актуальные проблемы ракетно -космической техники» (Самара, 2015); VI ежегодной научно - технической конференции молодых учёных и специалистов Центра управления полётами ІДНИИМАШ (Королев, 2016); молодежной конференции «Новые материалы и технологии в ракетно - космической и авиационной технике» (Звездный, 2016);

международной научно - технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2016); на 8 - й международной научно -технической конференции «Наукоёмкие технологии на современном этапе развития машиностроения (ТМ - 2016)» (Москва, 2016).

Диссертационная работа была заслушана в полном объеме на заседании кафедры "Технология машиностроения" ФГБОУ ВО "Воронежский государственный технический университет" г. Воронеж.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы прошли проверку в цехах "ВМЗ" - филиала ФГУП "ГКНГЩ им. М.В. Хруничева" и внедрены в производство для ракетных двигателей, а также на HI 111 «Гидротехника» с реальным экономическим эффектом более 1 миллиона рублей. Разработаны и внедрены в производство 12 рационализаторских предложений с экономическим эффектом более 1,5 миллионов рублей. Материалы проведенных исследований используются в учебном процессе Воронежского государственного технического университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ общим объемом 5,5 печ. л., где соискателю принадлежит 3,5 печ. л. В их число входит 4 публикации в изданиях по списку ВАК РФ, монография, а также поданы 3 заявки на патент.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - определена методика расчёта инструмента с непрофилированной рабочей частью; [2] - предложен механизм чистовой обработки электродом - щёткой нежёстких деталей; [3] -рассмотрены особенности проектирования технологического процесса очистки прецизионных литых деталей; [4] - сформулированы методы изготовления турбулизаторов; [5] - получены зависимости влияния геометрии электрода -инструмента на качество поверхностного слоя; [6, 7] - проанализировано применение нетрадиционных методов обработки на промышленных предприятиях; [8] - обосновано применение непрофилированного электрода -щётки в ракетно - космической технике; [9] - рассмотрены особенности использования комбинированных методов обработки при изготовлении деталей жидкостных ракетных двигателей; [10] - проанализировано обеспечение требований по качеству поверхностного слоя деталей обработанных электродом - щёткой; [11] - предложены перспективные технологии комбинированной обработки; [12] - сформулированы особенности проектирования технологических процессов при низкочастотной импульсной обработке; [13] - определена последовательность и методика расчётов технологических режимов для чистовой обработки непрофилированным электродом - щёткой; [14] - обоснованы применяемые методы

комбинированной обработки при изготовлении изделий ракетно - космической техники.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, приложений, списка литературы из 121 наименования. Работа изложена на 150 страницах с 41 рисунком и 12 таблицами. Приложения содержат программы, копии документов о внедрении результатов работы в промышленности и заявок на патенты.

Особенности проектирования электрода - щетки

При обработке ЭЩ заготовка подвергается комбинированному воздействию эрозионной, химической и механической составляющих процесса. Их взаимодействие позволяет достичь производительной обработки изделий из высокопрочных, труднообрабатываемых материалов с высоким качеством и при высокой жесткости детали обеспечить точность, отвечающую требованиям к чистовым процессам [40; 41; 42; 51 и др.]. В работах [51 и др.] установлен факт взаимного влияния электрохимической, электроэрозионной и механической составляющих комбинированного процесса на технологические показатели съема материала ЭЩ, но качественные и количественные показатели получены без учета положения обрабатываемой поверхности детали в процессе обработки. Полученные в [51] экспериментальные зависимости по определению усилий, возникающих между электродами, позволяют создать методику расчета точности обработки нежестких деталей путем управления режимами обработки и параметрами ЭЩ при соблюдении в первую очередь поддержания стабильного прижима ЭЩ к участку детали и создать новые конструкции секционного электрода - щетки [87 и др.], сконструировать опытно - промышленную установку [96 и др.].

Дальнейшие исследования механизма комбинированной обработки ЭЩ были выполнены Кирилловым О.Н. [39 - 42; 44 - 47 и др.], где проведены исследования процессов обработки поверхностей с переменным припуском, в частности, исследован механизм обработки электродом - щеткой и обоснована оптимальная величина прижима ЭЩ, созданы оригинальные пути уменьшения износа электрода-щетки, разработана технология обработки ЭЩ поверхностей с переменным припуском, что позволило провести исследования процесса изготовления деталей с минимальной жесткостью, обработка которых ранее выполнялась вручную с большими потерями изделий из - за массового брака и неуправляемой точности профиля. Был обоснован шаг между отдельными пучками при выбранной величине прижима. Интересная работа была проведена в Липецком государственном техническом университете Юриковым Ю.В. под руководством профессора Саушкина Б.П. [121]. Им была установлена возможность без потери точности профиля детали осуществлять ЭЩ электроэрозионное нанесение покрытий с толщиной до 0,5 мм. Рассмотрены технология и механизм устранения поверхностных дефектов, например, кольцевых выемок с глубиной 0,125…0,5 мм. Процесс адаптирован к нанесению покрытий и упрочнению труднодоступных мест типа пазов, щелей, мест перехода поверхностей, вертикальных стенок. К сожалению, рассмотренный механизм не учитывает макропрофиль обрабатываемого участка и изменение его геометрии в зависимости от жесткости зоны обработки.

Вопросы чистовой полировки ЭЩ рассмотрены в работах Смоленцева В.П. и Писарева А.В. [76; 77 и др.]. Здесь были уточнены физическая и математическая модели формообразования микроповерхности с получением малой величины шероховатости под покрытие поверхности, что ранее считалось не достижимым. Установлены качественные и количественные связи составляющих воздействий на комбинированный процесс, что позволило разработать метод получения предельно достижимых минимальных значений шероховатости поверхностного слоя за счет создания инструмента с переменной жесткостью пучков [51 и др.], например с использованием проволоки переменной толщины, комбинации в ЭЩ нескольких материалов. Изучены закономерности формообразования микропрофиля с учетом различного прижима, роль химической и эрозионной составляющих процесса на формирование микронеровностей. Были созданы инструмент и оборудование, с помощью которого достигнута предельно достижимая шероховатость участков детали. Однако, все работы выполнены при минимальных прижимах, где жесткость деталей практически не влияет на технологические результаты. В работах [95; 97 и др.], исследован механизм зачистки изделий металлургического передела, созданы механизм и технология комбинированной обработки непрофилированным ЭЩ с автоматизацией режима их зачистки [96 и др.]. Были разработаны технологические режимы, средства технологического оснащения для зачистки изделий с использованием основных узлов освоенных промышленностью станков для обработки изделий металлическими иглофрезами. Как видно из анализа материалов, до последних лет механизм обработки ЭЩ учитывал, в основном, особенности безразмерной обработки, хотя приведенная информация показывает, что при высоких окружных скоростях дискового инструмента может происходить управляемый контактный процесс, что позволяет получить высокий съем, точность с обеспечением требуемого качества поверхностного слоя и точности, свойственной чистовой обработке. Выполненные ранее исследования [42; 51; 93 и др.], показали принципиальную возможность использования ЭЩ для чистовой обработки деталей с ограниченной жесткостью участков с высоким качеством поверхностного слоя и точностью, которая может быть обеспечена, если создать условия поддержания стабильного расчетного прижима, установить связь его с геометрией поверхности ЭЩ. Для этого рекомендуется использовать высокую скорость на периферии инструмента и расчетный шаг между пучками. Но, при существующем современном уровне изучения механизма, не удалось получить точное размерное формообразование нежестких деталей и область использования высокоскоростной обработки ЭЩ относилась ближе к безразмерной обработке, типа полировки. Во всех доступных материалах [51; 93 и др.] использование принятой методики проектирования ЭЩ для нежестких деталей не позволило совместить высокую точность, интенсивность процесса с обеспечением высокого качества поверхностного слоя, поэтому решение такой задачи представляет несомненный интерес для расширения технологических возможностей рассматриваемого способа обработки ЭЩ.

Материальное обеспечение исследований

Нежсткие объекты вызывают серьзные трудности при выборе способа их изготовления. В результате малой жсткости при обработке наблюдается произвольное изменение прижима, что приводит к потере точности, ухудшению шероховатости поверхности, а зачастую, к потере эксплуатационных характеристик изделия. Высокие упругие свойства материалов, из которых изготавливают нежсткие детали, обуславливают особые требования к технологическим процессам их производства. Среди нежстких деталей наибольшие трудности в обработке вызывают элементы (в том числе сложнопрофильные) деталей типа пластин, а среди поверхностей, подвергаемых обработке – плоские поверхности.

Для подтверждения теоретических результатов обработки непрофилированным электродом - инструментом была разработана экспериментальная универсальная установка (рис. 2.1) для размерной комбинированной высокоскоростной обработки, где в качестве инструмента используется электрод - щетка, рассчитанная по предложенной методике. Технические характеристики экспериментального оборудования обеспечивают высокоскоростную обработку с окружными скоростями до 40 м/с и выше, что обеспечивает получение стабильных показателей качества поверхностного слоя обрабатываемых изделий, в том числе нежстких деталей сложной геометрической формы.

Установка имеет широкий диапазон изменяемых параметров: силу тока до 15 А и напряжение до 12 В. Она оснащена источником питания постоянного тока с плавно регулируемым напряжением. Спроектированная установка имеет небольшие габариты, массу, что делает ее мобильной и позволяет использовать в цехах с временным размещением около стационарного оборудования.

Уникальность установки обеспечивается тем, что регулировка скорости вращения шпинделя выполняется в широком диапазоне при помощи вариатора. На ней можно устанавливать, практически, любые режимы при обработке образцов изделий. На ней используется электродвигатель коллекторный однофазный с двойной изоляцией ДК 110-750-12И7, способный развивать полезную мощность 750 Вт и частоту вращения до 12000 оборотов в минуту, при этом крутящий момент на валу остается постоянным. В приводе применена стабилизация частоты вращения с использованием обратной связи по скорости. Регулировка окружной скорости контролируется при помощи оптической пары и оптического диска, приводимого в движение электродвигателем, который одновременно вращает шпиндель. При необходимости, привод может настраиваться на определенный диапазон скоростей, в связи с чем в схеме предусмотрено изменение коэффициента обратной связи по скорости путем изменения диаметра шкива привода оптического диска. Использование электроимпульсного привода позволяет регулировать технологические режимы, в частности прижим, а также изменять частоту вращения электрода - щтки по мере е износа в процессе выполнения высокоскоростной контактной комбинированной обработки с обеспечением постоянной окружной скорости инструмента. Что позволяет поддерживать постоянное давление ЭЩ и обеспечить минимальное изменение поверхностной деформации нежестких участков обрабатываемых изделий. Управление частотой вращения привода осуществляется с помощью пульта. При настройке консоль перемещается по стойкам, ее вертикальное перемещение обеспечивается ходовым винтом. Рабочая жидкость из зоны обработки удаляется при помощи эластичных трубок. Технические характеристики установки приведены в таблице 2.1. Для чистоты экспериментов были подобраны материалы для изготовления установки, не вызывающие коррозии деталей и образцов. Такие материалы приведены в таблице 2.2. При выборе материалов для изготовления экспериментального оборудования, учитывалось, что рабочая среда может быть агрессивной.

Особенности работы инструмента при чистовой обработке нежстких деталей

Нежесткая заготовка (или ее участки) под действием силы контакта ЭЩ с обрабатываемой поверхностью вызывает изгиб проволоки и всего пучка, что может превысить заданную величину прижима, вызвать автоколебания и нарушить процесс обработки электродом - щеткой.

Величина изгиба проволоки зависит от величины прижима, жесткости участка детали, параметров ЭЩ и схемы установки участка заготовки: при наличии опор на концах проблемного участка наибольший прогиб зоны обработки будет при расположении инструмента на середине участка.

При расчете прижима может учитываться несколько вариантов базирования детали в зоне обработки: 1. За счет замены в электроде - щетке пучков проволоки на более мягкие и смягчения режимов можно уменьшить силу прижима инструмента к зоне обработки заготовки до величины, при которой деталь не изгибается, и в силу этого прижим остается стабильным в течение всего срока обработки. 2. Введением дополнительных опор. 3. Поворотом детали под углом, при котором стрела прогиба становится нормальной к обрабатываемой поверхности, а ее величина не превышает размера прижима.

Для снижения величины прижима (Пр) (рис.3.9) необходимо максимально приблизить наружный профиль инструмента к форме обрабатываемого участка заготовки, которая может иметь различные радиусы ( R ) скругления. Здесь минимальный прижим наблюдается в донной части углубления сложного профиля и не может переходить в зазор. Обрабатываемая поверхность может иметь переменный профиль. Обработка электродом - щеткой включает несколько видов воздействий:

1. Силу от импульса разряда в момент подхода пучка к зоне обработки Ограничением этого этапа является размер пучка и шаг между пучками, где необходимо, чтобы первый пучок полностью вышел из зоны обработки до того, как возникнет касание заготовки следующим пучком. При этом размер сечения (диаметр) пучка должен быть минимальным.

2. Очистку зоны обработки концами проволоки (рис. 3.2), где касание обеспечивается сближением концов проволоки с заготовкой на величину, как минимум, гарантированного прижима Пр. Такой этап позволяет подготовить поверхность к анодному удалению припуска после выхода пучка из зоны обработки.

Отсюда следуют технологические рекомендации по выбору прижима (не менее Пр (рис. 3.9), но не более касания боковой поверхностью изогнутой проволоки обрабатываемой поверхности). Как правило, для рассчитанного инструмента прижим Пр=0,20,6 мм. Кроме того, для обеспечения требуемой для анодного процесса скорости прокачки рабочей среды (Vp.c. на рис. 3.3) необходимо, чтобы концы пучков механически прокачивали и ускоряли течение рабочей среды, поэтому вращение электрода - щетки рекомендуется назначать по направлению, обратному подаче инструмента.

При достаточной жесткости пучка проволоки (например, за счет центробежных сил) прижим концов проволоки (Пр на рис.3.5) может быть равным снимаемому припуску Z и в конце обработки (чистовой этап формообразования) величина прижима будет выбираться по значению припуска.

Нежесткая заготовка (или ее участки) (рис.3.6) под действием силы разряда (как правило, всего пучка) может вызвать изгиб проволоки и всего пучка (рис.3.7) с радиусом r , что может превысить величину прижима, вызвать автоколебания и нарушить процесс обработки электродом - щеткой.

Схема обработки нежесткой детали; r - радиус изгиба нежесткой детали за счет импульсных воздействий с силой F1 Величина изгиба зависит от схемы установки участка заготовки: при наличии опоры 1 - 2 (рис.3.3, б) наибольший прогиб будет при расположении инструмента на середине участка (1/2). При расчете прижима может учитываться несколько вариантов базирования заготовки в зоне обработки: 1. За счет замены в электроде - щетке пучков проволоки на более мягкие и смягчения режимов уменьшить силу F1 (рис.3.7) до величины, при которой деталь не изгибается, и в силу этого прижим остается стабильным в течение всего срока обработки. 2. Введением дополнительных опор типа, приведенных на рис.3.3. 3. Поворотом детали в положение, показанное на рис.3.8. Рис. 3.8. Обработка участка нежесткой детали при прижимах и силе F 1, вызывающих ее изгиб радиусом r , - угол поворота места обработки заготовки для выравнивания прижима пучка к заготовке Как видно из рис.3.8 стрела прогиба становится вертикальной, а ее величина может не превышать размера прижима. 4. Изменением траектории перемещения оси электрода - щетки параллельно контуру зоны обработки заготовки с поддержанием постоянства прижима, что обеспечивает стабилизацию процесса снятия припуска и точность, требуемую для чистовой обработки. Этот вариант не нашел практического использования из - за высокой сложности управления процессом и отсутствия оборудования для его реализации. Но его следует рассмотреть как перспективный при чистовой обработке деталей электродом - щеткой с учетом возможности изменения геометрии поверхности за счет изгиба и крутильных воздействий. Такой вариант был рассмотрен соискателем и учеными Воронежской научной школы на уровне изобретений новых способов и устройств. Сила F0, действующая на обрабатываемую поверхность заготовки, включает силу разряда пучка ( ) и силу воздействия концов проволоки в малых соприкосновениях с зоной обработки за счет наличия прижима (F2) F0=F1+F2 (3.2) По [1] сила F1 зависит от напряженности магнитного поля и магнитной постоянной рабочей среды (//с) в межэлектродном зазоре (S0) (рис.3.1) F1 =кф I KS0j Mcd2nnn, (3.3) где kф - размерный коэффициент, учитывающий условия формирования импульса (характеристики инструмента, режимы и др.); I1- максимальная сила тока в импульсе на единичную проволоку, А; с - магнитная постоянная (Гн/мм). Зависит от состава рабочей среды, геометрии электродов и других факторов. Для воздушной среды по [1] магнитная постоянная составляет 4107 Гн/м; nn - количество проволоки в пучке. При чистовой обработке главным требованием становится получение качественной поверхности, поэтому выбирают для пучка мягкую проволоку малого диаметра. При этом, строго оценивая процесс разряда, следует указать, что импульсное воздействие на проволоку в момент подхода ее к заготовке смягчает удар. Величина силы удара (F2 ) становится незначительной и может не учитываться в расчетах.

Влияние режимов обработки и геометрии электрода - щетки на эксплуатационные свойства нежстких изделий

Нежсткие сильфоны изготавливаются из стали, латуни, бронзы из тонких металлических лент, листов, тонкостенных однослойных и многослойных труб. Такие детали должны обладать заданной упругостью, что достигается управляемой зачисткой переходных участков, часть которых не доступна для профильного режущего инструмента. Кроме того, в местах сварки (пайки) требуется удалить грат и не повредить оболочку, что тоже вызывает технологические затруднения, т.к. сильфоны могут иметь малую жесткость, при которой сила воздействия инструмента вызывает необратимую деформацию и брак деталей.

Сильфоны имеют конструкцию однослойной или многослойной гофрированной оболочки, в которых при воздействии внешних сил возникает упругая деформация, что не позволяет обрабатывать деталь традиционным механическим способом, в связи с возникновением больших напряжений на поверхности детали, создаваемых в результате обработки. Точность изготовления сильфонного компенсатора очень важна, так как сильфоны часто служат чувствительными элементами различных датчиков, в том числе и в ракетной технике. Сильфоны используют как датчики воспринимающие разность давлений газов и жидкостей. Мембранные сильфоны, применяют при разделении рабочих сред, причем их изготавливают исключительно сварным способом, после чего требуется управляемый съем припуска, который осуществим только при зачистке непрофилированным инструментом, где ЭЩ вне конкуренции.

На "ВМЗ" - филиале ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева" возникла проблема зачистки сварных швов и паяных соединений нежстких сильфонных компенсаторов, изготавливаемых на предприятии из нержавеющих сталей. Проведнные эксперименты показали, что при размерной комбинированной обработке непрофилированным электродом - щткой получена поверхность с высоким качеством, в соответствии с требованиями технической документации Ra 0,63 мкм, скорость обработки сварных швов возросла до 30 м/мин, что выше в несколько раз, чем при обработке механическим или слесарным способами. В связи с тем, что изделие работает в агрессивных средах, возникла необходимость исследования структуры паяных и сварных соединений после обработки. Заключение центральной измерительной лаборатории, показало после обработки отсутствие нарушения химического состава обработанных материалов, в их поверхностном слое наблюдается увеличение микротврдости, после обработки зерно более мелкое, что позволило улучшить физико - механические свойства, эксплуатационные характеристики и увеличить ресурс их работы. На рис. 4.3 показана схема обработки ЭЩ паяных и сварных соединений сильфона.

Рис. 4.3. Схема обработки места пайки однослойного сильфона (а) и участка соединения с опорной стенкой (б); 1 - электрод - щтка; 2-1, 2-2 - заготовки; 3 – валик припоя; 4 – опорная стенка. Hn – высота валика припоя; n - частота вращения ЭЩ Из рис. 4.3а видно, что величина прижима ЭЩ к обрабатываемому изделию может быть больше, чем высота валика. Требуется назначение прижима, при котором даже при изменении положения стенки детали, вследствие малой жесткости конструкции, не происходило касание проволоки пучков и поверхности обрабатываемой обечайки. Это возможно только в случае применения ЭЩ, рассчитанной с учетом параметров детали и режимов обработки. На рис.4.3б приведен участок зачистки, где сопрягаемые детали имеют различную жесткость. В данном случае прижим к заготовке рассчитывают с учетом защиты от касания проволоками только обечайки.

В таблице 4.3 приведены сведения для технико - экономического обоснования целесообразности применения ЭЩ для чистовой обработки сложнопрофильных нежестких деталей типа «сильфон».

Разрез форсунки с тангенциальными каналами после удаления заусенцев и скругления кромок. Материал 12Х18Н10Т

Особенностью обработки является ограниченная доступность подхода инструмента к зоне выхода отверстий малого диаметра (сопел) во внутренний канал, где ЭЩ имеет большие преимущества и значительные перспективы использования.

На рис. 4.5 приведена тонкостенная деталь типа «обечайка» после сварки и зачистки сварного шва (рис. 4.5а) и положение элементов перед сваркой (рис. 4.5б), где показаны кромки контактных участков и скосы на этих участках. Требуется получить идентичность профиля в пределах 0,05 - 0,08 мм, что сложно обеспечить в детали после гибки, т.к. под собственным весом она непредсказуемо деформируется даже на оправке. Применение ЭЩ имеет весомые преимущества, если использовать инструмент с малым (в рекомендованном диапазоне) диаметром проволоки и подобранным прижимом к заготовке.