Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса малоизносной электроэрозионной обработки стали и твердого сплава. 10
1.1. Общие понятия об износе электрода-инструмента 10
1.2. Выбор эрозионностойкого материала электрода-инструмента 12
1.3. Методы образования защитных пленок на электроде-инструменте 15
1.4. Подбор диэлектрической среды для работы с уменьшенным износом электрода-инструмента 19
1.5. Создание различных устройств и приспособлений для снижения износа электрода-инструмента
2. Теоретические исследования. Методы исследований
2.1. Особенности формирования коротких импульсов тока для малоизносной электроэрозионной обработки малых отверстий.
2.2. Анализ точности электроэрозионной обработки малых отверстий .
2.3. Анализ существующего технологического процесса электроэрозионной обработки малых отверстий и разработка метода оптимизации режимов их обработки 43
2.4. Методика проведения многофакторного эксперимента по определению параметров и оптимизации процесса малоизносной обработки малых отверстий 49
2.5. Разработка комплексного критерия эффективности процесса электроэрозионной прошивки малых отверстий при исследовании взаимосвязей базовых компонентов процесса 54
2.6. Методика проведения эксперимента по определению и оптимизации шероховатости поверхности при малоизносной электроэрозионной обработке малых отверстий 57
3. Экспериментальные исследования. 65
3.1. Исследование взаимосвязей базовых компонентов процесса и разработка комплексного критерия эффективности процесса электроэрозионной прошивки малых отверстий 65
3.2. Многофакторный эксперимент по оптимизации параметров процесса прошивки отверстий при ограничении по износуэлектрода-инструмента 72
3.3. Исследование влияния дополнительной индуктивности в разрядной цепи генератора импульсов на износ электрода инструмента и производительность процесса 83
3.4. Исследование многофакторной зависимости износа электрода-инструмента и производительности с разработкой методики оптимизации параметров процесса прошивки малых отверстий с дополнительной индуктивностью в разрядной цепи 94
3.5. Исследования шероховатости обработанной поверхности при электроэрозионной обработке малых отверстий с использованием малоизносной схемы генератора импульсов с индуктивностью в разрядной цепи 107
4. Практические результаты 118
4.1. Сравнительный анализ производительности электроэрозионной прошивки малых отверстий на оптимальных режимах без индуктивности и с индуктивностью в разрядной цепи при одинаковых требованиях по точности .
4.2. Типовой технологический процесс малоизносной электроэрозионной обработки высокоточных малых отверстий
4.3. Модернизация оборудования для электроэрозионной прошивки малых отверстий .
4.4. Разработка устройства для повышения эффективности электроэрозионной обработки малых отверстий
4.5. Сравнительная оценка экономической эффективности внедрения результатов работы 137
Заключение 137
Список литературы
- Подбор диэлектрической среды для работы с уменьшенным износом электрода-инструмента
- Анализ существующего технологического процесса электроэрозионной обработки малых отверстий и разработка метода оптимизации режимов их обработки
- Многофакторный эксперимент по оптимизации параметров процесса прошивки отверстий при ограничении по износуэлектрода-инструмента
- Типовой технологический процесс малоизносной электроэрозионной обработки высокоточных малых отверстий
Введение к работе
Актуальность темы. Исходя из того, что в общем случае процесс электроэрозионной размерной обработки материалов – результат взаимодействия потока энергии с веществом, задача состоит не только в том, как подвести энергию к веществу, но и как заставить вещество за короткие промежутки времени поглотить всю подведенную энергию, ограничив ее распространение на электрод-инструмент. В процессе обработки форма и размеры электрода-инструмента нарушаются из-за износа. Разрушение электродов при электроэрозионной обработке металлов происходит в основном под влиянием электротеплового воздействия искры. Усилия ряда исследователей были направлены в основном на изыскание эрозионностойких материалов для электрода-инструмента; также обрабатывались различные виды жаропрочных материалов и твердых сплавов в разных диэлектрических средах; рабочие электроды изготавливались из всевозможных композиций металлов и их окислов. Тщательно изучалась зависимость износа электрода от типа источника питания электроискрового станка, напряжения на искровом промежутке, длительности и формы импульсов и многих других факторов. Несмотря на достижения в исследуемом направлении, проблема снижения износа электрода для прецизионной электроэрозионной обработки, в число которой входит прошивка малых отверстий, остается актуальной. А именно, при прошивке малых прецизионных отверстий износ во многом определяет точность обработки, а значит качество обрабатываемого изделия, его эксплуатационные характеристики. Получение прецизионных отверстий требуется при изготовлении деталей электронных приборов: детали магнитных блоков, выводы электровакуумных приборов, волноводы и т.д. В настоящее время освоено также массовое производство атравматических хирургических игл, в которых прошиваются микроотверстия. Обрабатывают микроотверстия в инструментальных производствах: в фильерах, волоках, а также в производстве топливной аппаратуры – форсунки, распылители и т.д. Поэтому решение проблемы снижения износа электрода-инструмента остается актуальной темой и представляет несомненный научный и практический интерес. В рамках проведенных теоретических и экспериментальных исследований, поставленные задачи выполнены полностью, что говорит о высокой степени разработанности данной диссертационной работы.
Цель исследований. Разработка методов и средств малоизносной технологии электроэрозионной прошивки малых отверстий, обеспечивающих существенное снижение износа электрода-инструмента, получение наибольшей производительности при обеспечении требуемой точности обработки.
Задачи исследований. В процессе выполнения работы поставлены и решены следующие задачи:
-
Провести анализ методов снижения износа электрода-инструмента, выбрать перспективное направление исследований.
-
Разработать критерий комплексной оценки эффективности процесса электроэрозионной обработки малых отверстий, позволяющий выбрать оптимальное направление исследований и разработок.
-
Разработать метод оптимизации режимов электроэрозионной обработки малых отверстий по существующей технологии, обеспечивающий получение наибольшей производительности при ограничении по точности обработки и, следовательно, по износу электрода-инструмента.
-
Исследовать возможность снижения износа электрода-инструмента и повышения эффективности процесса путем подключения в разрядную цепь генератора импульсов катушки индуктивности с оптимизацией ее конструкции и моделированием параметров процесса обработки.
-
Установить многофакторную зависимость и разработать методику оптимизации параметров процесса малоизносной обработки на модернизированном оборудовании, обеспечивающую получение наибольшей производительности при соблюдении требований по точности обработки и, следовательно, по износу электрода-инструмента.
-
Установить зависимость между шероховатостью обработанной поверхности и режимами малоизносной обработки на модернизированном оборудовании; разработать методику оптимизации режимов, обеспечивающую получение наибольшей производительности при соблюдении требований по шероховатости.
Научная новизна работы заключается в раскрытии закономерностей и связей в технологическом процессе и средствах реализации процесса малоизносной электроэрозионной прошивки малых отверстий, а также в решении научной задачи комплексной оценки процесса электроэрозионной прошивки малых отверстий при использовании различных режимов обработки с целью определения наиболее эффективных путей его совершенствования.
Положения, выносимые на защиту:
теория и критерий комплексной оценки процесса электроэрозионной прошивки малых отверстий, позволяющие определить наиболее эффективные пути совершенствования технологии прошивки отверстий;
закономерные связи между выходными параметрами процесса электроэрозионной прошивки отверстий и величиной дополнительной индуктивности высокой добротности в разрядной цепи генератора импульсов, позволившие найти оптимальное значение индуктивности, при котором обеспечивается наибольшая эффективность процесса;
закономерные связи между входными и выходными технологическими параметрами процесса малоизносной электроэрозионной прошивки отверстий и разработанные на их базе методики оптимизации режимов обработки с целью получения наибольшей производительности при соблюдении требований по точности обработки и, следовательно, по износу электрода-инструмента для существующего и модернизированного оборудования;
интерполяционная математическая модель зависимости шероховатости поверхности от энергии импульсов и индуктивности и созданная на ее базе методика нахождения оптимальных малоизносных режимов обработки, обеспечивающих получение наибольшей производительности процесса при соблюдении требований по шероховатости обработанной поверхности.
Методология и методы исследования. Исследования проводились на электроэрозионных станках 04ЭП-10М и 04ЭП-10МФ2 с использованием измерительных средств: измерительного микроскопа ММИ-2, профилографа-профилометра АБРИС ПМ-7.
При проведении экспериментальных исследований использовался метод математического планирования и статистической обработки результатов эксперимента; при исследовании шероховатости обработанной поверхности – профилографирование. При математическом моделировании использовались: графоаналитический метод, метод наименьших квадратов, метод средних.
Теоретическая и практическая значимость и внедрение результатов работы. По результатам исследований были разработаны технологический процесс малоизносной электроэрозионной обработки высокоточных малых отверстий, методики расчета оптимальных режимов малоизносной обработки как на существующем, так и модернизированном оборудовании, которые обеспечивают получение
наибольшей производительности при одновременном выполнении требований по точности отверстий и шероховатости обработанной поверхности. Разработанная технология необходима для повышения эффективности прошивки малых отверстий в атравматических хирургических иглах, твердосплавном инструменте для микросварки и микропайки интегральных микросхем, деталях электронных приборов, распылителях, форсунках, деталях гидропневморегулирующей аппаратуры, фильерах, волоках, ювелирном инструменте, многих изделиях аэрокосмической и оборонной техники. Результаты работы внедрены в ОАО «Белгородский завод «Ритм», а также учебный процесс БГТУ им. В.Г.Шухова при изучении дисциплин «Электрофизические, электрохимические и механические методы обработки поверхности», «Технологии машиностроения», «Планирование и организация эксперимента».
Достоверность результатов подтверждается полученной доказательной базой, применением классических закономерностей, хорошей сходимостью экспериментальных и теоретических результатов, подтверждением основных положений в процессе внедрения результатов на предприятии.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены: на II Международной научно-практической конференции «Перспективное развитие науки, техники и технологий» г.Курск, 2012г.; на Международной научно-практической конференции «Вопросы образования и науки: теоретический и методический аспекты» г. Тамбов, 2014г.; на Международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г.Шухова «Наукоемкие технологии и инновации (ХХI научные чтения)», Белгород, 2014г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, получены 2 патента на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 103 наименований; содержит 151 страницу машинописного текста, 48 таблиц, 41 рисунок.
Подбор диэлектрической среды для работы с уменьшенным износом электрода-инструмента
Разрушение электродов при электроэрозионной обработке металлов происходит в основном под влиянием электротеплового и механического воздействия искры. Усилия ряда исследователей [16,17] были направлены в основном на изыскание эрозионностойких материалов для электрода-инструмента. Этим требованиям мог бы отвечать материал с высокой тепло- и электропроводностью, малым переходным сопротивлением, механической и химической стойкостью при повышенных температурах, термостойкостью. В связи с этим существенное значение имеют такие физические константы материалов, как температура плавления, испарения, теплота сублимации и т.д.
Для изготовления капиллярных отверстий применяется латунная проволока (диапазон диаметров отверстий 0,1-0,4 мм) и проволока вольфрамовая (диапазон диаметров отверстий 0,03-0,1 мм) [4].
Из-за трудности механической обработки вольфрама, его высокой твердости и хрупкости он используется только в виде проволоки, прутков, тонкого листового материала для прошивания отверстий, узких щелей и т. д. Большая упругость вольфрамовой проволоки вызывает затруднения при ее выпрямлении [42].
Для отверстий диаметром d o,l мм в качестве электрода-инструмента применяют вольфрамовую проволоку, покрытую слоем меди. Такое покрытие повышает жесткость электрода-инструмента, облегчает его закрепление и токоподвод. Слой меди на заходной части электрода-инструмента стравливают на конус. Для этого его помещают в ванну с травящим раствором и вынимают с постоянной скоростью. За счет большего времени пребывания в ванне конца проволоки образуется конус, длина которого не должна превышать 5…6 диаметров [4]. При расчетах диаметра электрода-инструмента и оптимальной длины его вылета пользуются данными табл. 1.1 [71].
В природе не существует в чистом виде материала, удовлетворяющего изложенным требованиям, поэтому для увеличения стойкости электрода инструмента при электроэрозионной обработке приходится составлять сложнейшие композиции из многих металлов и их окислов. Так, например, Г.В.Самсонов и И.М.Муха [18] предлагают при обработке твердого сплава и стали У8 в качестве материала для электродов-инструментов использовать тугоплавкие соединения: бориды, карбиды, силициды, стандартные электроконтактные сплавы АВМ30, АВМ50, медь с добавлением нитрида бора, сплавы системы WC-Co-Cu и WC-Co-Cu-Ni
По их мнению, износ электрода зависит прежде всего от износостойкости материалов, из которого он изготовлен. Н.К.Фотеев рекомендует [19] для повышения стойкости обрабатывающего электрода использовать серебро-вольфрамовую, вольфрамо-медную, медно-графитовую, карбидовольфрамо-кобальтовомедную композиции.
Вопросу изготовления эрозионностойкого материала для обрабатывающего электрода большое внимание уделяют ученые многих стран мира. Японский физик Иноуэ Киеси, считая, что электрод-инструмент «защищается» благодаря созданию большого количества отрицательных ионов, предлагает составлять следующие композиции:
Zn + 0,6%WO3 + 3%Fe2O3 + 2,5%V2O5 Cu + 0,7%Cu2O + 0,3%MnO2 + 2%SiO2 + 4%V2O5
В другой работе он рекомендует на металл, служащий основой электрода, в расплавленном состоянии равномерно наносить слой вещества, содержащего от 0,1 до 10% окислов этого металла. При этом, как утверждает автор, износ электрода-инструмента уменьшается до 10%, а производительность увеличивается в 1,5 раза. В одном из патентов, полученных в США, рекомендуется для уменьшения износа электрода-инструмента создавать скелетную основу из W, Co, Mo, Ta, Nb и наполнять ее сплавом, состоящим из Ge, In, Li, Mg, Al. Herterick и Peterson (США) для увеличения стойкости электрода при электроискровой обработке металлов предлагают следующий способ его защиты: взяв за основу медный электрод, покрыть его жаропрочным материалом, затем нанести слой меди и повторить так несколько раз. Как утверждают авторы, это обходится значительно дешевле медно-вольфрамовых электродов, характеризующихся пониженным износом. Основываясь на результатах проведенных экспериментов, Powell и Fynn (США) пришли к выводу, что для уменьшения износа обрабатывающего электрода, достаточно изготавливать его из нержавеющей стали, а затем покрывать медью несколько раз. Таким образом, для увеличения стойкости электрода необходимо составлять различные сложные композиции из металлов и их окислов, либо изготавливать материал с эрозионностойкой характеристикой методами порошковой металлургии, или же с целью защиты электрода наносить разного рода покрытия.
Б.Н.Золотых и Б.М.Любченко предложили к материалу электрода-инструмента, с точки зрения технологичности его использования, предъявлять также определенные требования в отношении его механических свойств. Поскольку при формообразовании деталей методом прямого или обратного копирования электроду-инструменту должны придаваться заданные чертежом форма, размеры и качество поверхности, материал электрода должен иметь достаточно высокую прочность и пластичность, которые обеспечили бы как возможность получения заданной конфигурации, точности и шероховатости методами механической или электроэрозионной обработки, так и снизили бы вероятность хрупкого разрушения под действием термических напряжений и гидравлических ударов, возникающих при электроэрозионной обработке.
Немаловажным фактором является снижение потерь энергии в теле электрода. В связи с этим необходимо, чтобы выполнялось требование: падение напряжения на электроде-инструменте должно быть много меньше среднего падения напряжения на промежутке. Иными словами, материал электрода-инструмента должен иметь достаточно высокую электропроводность[25].
Анализ существующего технологического процесса электроэрозионной обработки малых отверстий и разработка метода оптимизации режимов их обработки
На рис.2.6, а представлены виды односторонней конусной разбивки отверстия в случае малого бокового износа электрода-инструмента. В процессе проведения экспериментов установлено, что отверстие имеет в продольном сечении в нижней части конусную разбивку только в случае прошивки отверстий, у которых глубина более 10 диаметров, однако около места выхода пузырей и входа в отверстие - она близка к цилиндрической. Если рассматривать поперечное сечение, то разбивка имеет форму эллипса. Наибольшая эллипсная разбивка эл.1 образуется рядом со входом в отверстие. Используя результаты проведенных экспериментов, получена эмпирическая формула эллипсной разбивки.
Экспоненциальный бином (1-е12) в данной формуле помогает учитывать, начиная от его дна, изменение эллипсности по высоте отверстия. Исходя из расчетов и проведенных исследований установлено: при обработке отверстий диаметром до 50 мкм и глубиной до 10 - 15 диаметров значение эллипсности менее 1 мкм. При обработке отверстий диаметром 100 мкм и глубине более 15 диаметров значение эллипсности достигает 5 - 6 мкм.
На рис.2.6, б показан односторонний боковой износ электрода-инструмента при прошивке в труднообрабатываемых материалах (высоколегированные стали, тантал, хром и пр.) глухих отверстий. На входе отверстия образуется эллипсная односторонняя разбивка эл.1, при этом на дне происходит уменьшение размера относительно допустимого диаметра на величину эл.2, которое в электроде-инструменте возникает из-за бокового одностороннего износа. Причем, занижение для вольфрамовых электродов диаметром 15 - 100 мкм составляет: эл.2 =(0,3-1,0) эл.1. в зависимости не только от материала электрода и детали, но и режимов обработки, глубины и диаметра отверстия [63].
С целью уменьшения износа электрода-инструмента при обработке малых отверстий зачастую используют более мягкие режимы прошивки с небольшим уменьшением производительности прошивки. Одним из способов борьбы с погрешностями формы отверстий, возникающими при боковом износе электрода с целью удаления концевого участка, может быть его торцевание при обратной полярности. Это используется после прошивки каждого отверстия во время обработки одним электродом целой серии одинаковых отверстий.
Если прошивать сквозное отверстие, то с погрешностью эл.2 (рис.2.6,в), борются путем неоднократного перемещения электрода-инструмента после вскрытия дна отверстия на величину равную 0,3-0,5 глубины отверстия. Случается, что перемещение электрода происходит до тех пор, пока не сформируется круглое отверстие, и не прекратятся возникающие боковые разряды.
На сегодняшний день, все разработанные станки для электроэрозионной обработки отверстий оснащены оптическими головками, поэтому погрешности расположения отверстия, вместе с погрешностями взаимного расположения группы микроотверстий, сводятся к минимуму. Каждый раз оператор визуально контролирует точность установки электрода и детали, а также их относительное положение. Причем, происходит это перед обработкой каждой детали. Бывают исключения, например, если прошивается в одной детали целая серия одинаковых отверстий. Тогда от точности совершающегося движения безлюфтового координатного стола, (на котором закреплена деталь), зависит точность межосевых расстояний между отверстиями, которая составляет на различных моделях станков 1-5 мкмнепрерывное перемещение электрода-инструмента, по мере разрушения электрода-детали, в следящем режиме и образования отверстия; соответственно составляющим процесса является автоматический следящий регулятор подачи, поддерживающий определенный межэлектродный зазор в процессе обработки.
Нетрудно заметить, что все физические процессы, протекающие в межэлектродном промежутке, имеют одну причину - электрический разряд, который, являясь главным обрабатывающим инструментом процесса, преобразовывает в тепловую энергию всю, выделяемую на электродах и в рабочей жидкости. В местах контакта канала разряда с поверхностью электродов происходит нагрев, расплавление и испарение металла, и удаление микрочастиц с поверхности электродов в окружающую рабочую жидкость.
Таким образом, наряду с разрушением электрода-детали и образованием отверстия, происходит разрушение электрода-инструмента или, как говорят технологи, его износ. Это явление способствует снижению точности обработки. Поэтому, на первом этапе (до модернизации генератора импульсов) была поставлена задача по разработке методики, которая позволяла бы назначать такие режимы обработки, при которых обеспечивалась наибольшая производительность с одновременным выполнением требований по точности прошиваемых отверстий.
Разработанная методика решала две параллельные задачи. Во-первых, необходимо найти зависимость точности отверстия ОТВ от относительного линейного износа электрода-инструмента. Во-вторых, определить зависимость относительного линейного износа от режимов обработки и других основных входных параметров процесса. На заключительном этапе необходимо соотнести между собой результаты расчетов по этим задачам.
В работе [10] было установлено, что при электроэрозионной обработке отверстий основной погрешностью изготовления отверстий является овальность, которая является следствием погрешности установки электрода-инструмента, выраженной в отклонении оси электрода-инструмента от направления его подачи на угол . Если предельно допустимую овальность отверстия приравнять к ее точности ОТВ, то допустимый относительный линейный износ электрода-инструмента может быть определен по формуле:
Многофакторный эксперимент по оптимизации параметров процесса прошивки отверстий при ограничении по износуэлектрода-инструмента
Исходные данные: необходимо прошить отверстие диаметром d=70 мкм, глубиной H=1000мкм с точностью отв=2 мкм. Исходя из требований к точности и глубине отверстия определяем по формуле (3.15) допустимый износ электрода-инструмента: где =0,06 - погрешность положения оси электрода инструмента, взятая с учетом нормального закона распределения погрешности и доверительной вероятности 0,95. По таблице 3.12 или расчетным путем по формуле определяем условный параметр отверстия (см. отмеченное пересечение в табл. 3.12). Зная допустимый износ доп=91% и условный параметр отверстия П0 = 33,573, по таблице 3.14 или расчетным путем по формуле определяем условный параметр режимов Пр = 2,7 (см. отмеченное в табл. 3.14).
При этом, для повышения надежности расчетов выбор промежуточных параметров по таблице производят в ближайшую сторону по правилам классического округления.
Заключительным этапом является определение по таблице 3.13 по найденному параметру режимов Пр = 2,7 искомых режимов обработки: энергии импульсов Е= 28,04 мкДж и частоты импульсов f=66 кГц (см. отмеченное в табл. 3.13). Согласно логике разработанной методики, именно эти режимы обеспечивают для данных исходных условий наибольшую производительность, при этом износ электрода-инструмента не превышает допустимого (91%) и, следовательно, обеспечивается требуемая точность обработки (2 мкм). Это легко проверяется расчетами по формулам (3.16) и (3.10). Таким образом, задача оптимизации износа электрода-инструмента и основных режимов обработки (Е и f) решена в полной мере.
На рисунке 3.7 изображен для данного примера график зависимости Y(E,f) = П0 0Д49 . оді5 _ 335J3 . 0Д49 . уоді. На рисунке 3.8 показан Рис.3.7. График зависимости износа электрода инструмента от энергии и частоты импульсов (d=70 мкм, H=1000 мкм). график линии равного отклика функции y(E,f), соответствующей двумерному сечению поверхности отклика плоскостью =доп=91%. Рис.3.8 Линия равного износа электрода-инструмента =91% для d=70мкм и H=1000 мкм.
На рис.3.8 заштрихованная часть представляет собой область допустимых значений режимов обработки, при которых износ электрода-инструмента не будет превышать допустимого значения доп=91%. На этом примере хорошо видно, что графоаналитический метод дает границу допустимых значений режимов, но не дает однозначного ответа на вопрос назначения конкретных оптимальных режимов обработки (E и f). Эта задача успешно решается с помощью, так называемого, дискретно-табличного метода [76], продемонстрированного выше на конкретном примере с использованием таблиц 3.12 – 3.14. Именно этот метод позволяет получить конкретную совокупность оптимальных режимов (E=28,04 мкДж, f=66 кГц), которая обеспечит наибольшую производительность и требуемую точность при обработке на станке О4ЭП-10М, так как дискретные табличные значения режимов (табл. 3.13) взяты из паспорта станка. На рис.3.8 точка А соответствует оптимальным режимам обработки, найденным с использованием этого метода оптимизации.
Установленные в данных исследованиях четырехфакторные зависимости (d, H, E, f) и Q (d, H, E, f) позволяют также качественно и количественно оценить эффективности процесса в целом через коэффициент эффективности, который получается путем деления модели (3.13) на (3.12): По величине и знаку показателя степени при каждом из четырех факторов можно судить о силе влияния фактора на эффективность процесса. Видно, что с увеличением диаметра электрода почти прямо пропорционально увеличивается коэффициент эффективности. Это объясняется существенным снижением износа электрода-инструмента (см. модель(3.12)), что связано с уменьшением удельной термической нагрузки на единицу площади обработки и увеличением площади бокового кольцевого межэлектродного зазора и, следовательно, облегчение эвакуации продуктов эрозии из рабочей зоны. И хотя увеличение диаметра снижает производительность процесса (см. модель (3.13)), однако это снижении менее значимо, чем снижение износа электрода.
Увеличение глубины обработки H почти обратно пропорционально снижает коэффициент эффективности, что связано с ухудшением условий удаления продуктов обработки из рабочей зоны, находящейся на торце электрода, что приводит к повторному диспергированию частиц и, как следствие, к снижению производительности и увеличению износа электрода.
Из зависимости (3.17) также видно, что для данных условий обработки увеличение энергии импульсов способствует повышению эффективности процесса, так как при этом существенно увеличивается производительность процесса (см. модель (3.13)). И хотя при этом также увеличивается износ электрода, однако этот параметр находится в менее значимой связи с энергией импульсов (см. модель (3.12)). Рост производительности процесса объясняется увеличением объема единичной лунки от одного импульса большей энергии. Так как рост объема единичных лунок происходит как на детали, так и на электроде, то наряду с увеличением производительности растет и износ электрода, но менее значительно из-за различия эрозионной стойкости материалов обрабатываемой детали и электрода-инструмента.
Типовой технологический процесс малоизносной электроэрозионной обработки высокоточных малых отверстий
Разработана общая технологическая последовательность действий, являющаяся стержневой частью типового технологического процесса получения микроотверстий на разработанном электроэрозионном оборудовании. Описание этого процесса дается в следующем разделе. Общие положения.
Процесс осуществляется на электроэрозионных станках моделей, 04ЭП-10М, а также на модернизированных станках моделей 04ЭП-10МФ2. Модернизация заключалась в подключении индуктивности высокой добротности в разрядную цепь генератора сверхкоротких импульсов типа ВТГ-1. Прошивка отверстий осуществляется вольфрамовой проволокой соответствующего диаметра, покрытой слоем меди до диаметра 0,4–0,5 мм. Вольфрамовые, молибденовые, латунные, медные электроды диаметром более 0,2 мм применяются без покрытия как обладающие достаточной жесткостью в процессе прошивки и могут быть непосредственно зажаты в цанговом патроне.
Электроды перед установкой в станок рихтовались путем прокатывания между плоскими шлифованными пластинами.
В качестве рабочей жидкости используется обычная вода, подаваемая через кран тонкой регулировки расхода в цанговый патрон электродержателя.
Для стравливания медной оболочки рабочего конца электродов в ванну травления заливается 50 %-ный раствор хромового ангидрида в воде в количестве 15-20 мл. Подключить последовательно к межэлектродному промежутку катушку индуктивности. Катушка подключалась в разрыв выходного кабеля генератора импульсов, подсоединяемого к столу станка.
Порядок осуществления технологического процесса
1. Закрепить в цанговом патроне при помощи соответствующей цанги из комплекта ЗИП электрод нужного диаметра. Вылет вольфрамового электрода – 100 диаметров.
2. С помощью переднего и бокового микроскопов проверить параллельность оси электрода вертикальной риски окулярной штриховой шкалы. Вертикальная риска должна быть предварительно установлена строго параллельно направлению подачи электрода, что достигается ускоренным вертикальным перемещением электрода и соответствующим поворотом окулярной шкалы до получения параллельности.
3. Ванночку для травления с электролитом с помощью консольно-поворотного устройства подвести под электрод и, перемещая каретку с электродом вниз-вверх и многократно опуская электрод в ванночку, произвести травление медной оболочки, обеспечив оптимальный вылет вольфрамовой электрод-проволоки. С помощью регулятора установить оптимальный ток травления 1,5 А.
4. На координатном столе установить, выверить и закрепить с помощью электромагнитной плиты приспособление с деталью.
5. Используя ручное установочное перемещение каретки, механизированное ускоренное перемещение вибратора с электродом и координатные перемещения стола с помощью переднего и бокового микроскопов произвести точную относительную ориентацию обрабатываемой детали и электрода.
6. Установить требуемую полярность питания электродов: прямую – для прошивки микроотверстия, обратную – для подрезания и торцевания дефектной рабочей части электрода-инструмента.
7. Включить вибратор и регулятором установить амплитуду вибрации: для электродов диаметром до 50 мкм – малую (до 5 мкм), диаметром 50–200 мкм – среднюю (5–10 мкм), диаметром свыше 200 мкм – повышенную (свыше 10 мкм). Частота вибрации устанавливается близкой к резонансной.
8. Установить оптимальный режим обработки: энергию и частоту электрических импульсов. Режим обработки устанавливать в зависимости от диаметра электрода, требований к шероховатости поверхности микроотверстий, точности обработки и глубины отверстий. В условиях единичного и мелкосерийного производства при выборе режимов обработки следует руководствоваться рекомендациями, приведенными в технологической инструкции.
9. Открыть кран подачи воды в зону обработки и с помощью дополнительного тонкого регулятора расхода воды установить непрерывную струю.
10. Включить питание электродов и рабочую подачу электрода-инструмента. С помощью регулятора подачи установить равномерную подачу электрода. С помощью стрелочного индикатора ИЧ-10 производить измерение величины перемещения электрода, глубины прошивки, линейного износа электрода. При прошивке сквозных отверстий, с целью исключения влияния погрешности формы изношенной концевой части электрода на точность отверстия, необходимо после вскрытия дна отверстия дополнительно перемещать электрод на величину 0,3-0,5 глубины отверстия.
11. После окончания обработки выключить питание электродов, на ускоренном ходу вывести электрод из отверстия, отключить подачу воды, открепить и снять деталь.
12. Контроль размеров микроотверстий и шероховатости обработанной поверхности производить на микроскопе МИИ-4. Контролю подвергается 100 % деталей.
Результаты выполненных в работе исследований и разработок были применены для модернизации отечественных электроэрозионных станков моделей 04ЭП-10М и 04ЭП-10МФ2. И хотя эти станки старых разработок, их модернизация позволила существенно поднять эффективность станков, расширить технологические возможности, повысить производительность при обработке высокоточных отверстий, особенно при большом соотношении глубины к диаметру обрабатываемых отверстий (свыше 15-20 раз).
В 1983 году прецизионный электроэрозионный станок мод. 04ЭП-10М, пройдя промышленные испытания был принят к серийному производству на заводе «Ритм». Новый станок имел следующие отличительные конструктивные особенности: использование генератора коротких биполярных импульсов в качестве источника технологического тока высокочастотного транзисторного наносекундного диапазона (защищен а.с.№ 884923); был применен высокочувствительный регулятор подачи (защищен а.с.№ 952503); так же применен высокочастотный вибратор регулируемой частоты. Станок (рис.4.1) состоит: расположенную на столе прошивочную стойку 8. Также встроенные в стол блоки электронные 7. В инструментальных ящиках 6 находится комплект инструментов и всевозможных приспособлений. В этот комплект входят съемный вращающийся шпиндель, для замены патрона 9 в вибраторе 2, а так же всевозможные устройства для крепежа деталей на координатном столе 4. На станке использован электрохимический Способ формообразования электрода – имеет электрохимическую природу, для этого на стойке находится ванна травления 10 на вращающемся кронштейне. В самом центре стола размещен пульт управления 5. Следящая система (ее механическая часть) находится в каретке 1 и служит для включения электродвигателя постоянного тока, червячного редуктора с регулируемым мертвым ходом и винтовой редуктор. Оптические головки 11 и 3 (передняя и боковая) Предназначенные для точного расположения детали относительно электрода передняя и боковая головки 11 и 3, так же служат для наблюдения за процессом прошивки. Было изготовлено свыше 500 станков.