Введение к работе
Актуальность темы. Электроэрозионная обработка нашла широкое распространение в машиностроении. В последнее время работами отечественных и зарубежных ученых показаны пути повышения интенсивности обработки. Одним из таких методов является получение каналов профильным и непрофилированным (проволочным) электродами с покрытием металлами, способными создавать в зоне разряда кумулятивный эффект с переходом импульсного воздействия на микродуговое, что способствует повышению производительности на порядок и более. Однако при этом значительно (до 8-Ю раз) повышается высота неровностей, что ограничивает технологические возможности использования высокопроизводительной электроэрозионной обработки и требует последующих чистовых операций. Последнее весьма трудоемко и не обеспечивает сохранения точности предшествующей операции. Предложен новый способ комбинированной обработки электродом-инструментом с термоактивным покрытием, обеспечивающим интенсивность обработки, достигнутую на лучшем оборудовании ведущих стран мира, и шероховатость не выше получаемой ранее при обработке изделий на чистовом этапе их формирования, когда производительность процесса снижалась на порядок и более. Новый способ эрозионно-тер-мической обработки до настоящего времени системно не исследовался и его технологические возможности в литературе не освещались. Для разработки технологического процесса эрозионно-терми-ческой обработки требуются новые электроды-инструменты со специальным металлическим покрытием нужной геометрии. Таких инструментов (кроме проволоки круглого сечения) в мире не выпускается, поэтому наряду с исследованием технологических показателей требуются методы создания новых видов профильных и непрофили-рованных электродов, реализующих достоинства разрабатываемого способа. Для этого может понадобиться модернизация имеющегося оборудования и формирование технических условий для последующих поколений создаваемых перспективных электроэрозионных станков, работающих с профильным и непрофилированным инструментом, и использующих технологические режимы, реализующие преимущества нового метода обработки. Рассматриваемая технология отвечает требованиям научно-технического прогресса в машиностроении.
Она особенно эффективна при наукоемкой технически сложной продукции авиационно-космической отрасли, а результаты исследования являются актуальными для различных отраслей промышленности. Работа выполнялась по госконтрактам Роскосмоса и в соответствии с научным направлением ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» ГБ № 2004.15 «Исследование процессов и средств технологического оснащения прогрессивных технологий». Работа прошла проверку и внедрена в опытном производстве ОАО «Конструкторское бюро химавтоматики» (г. Воронеж) и для серийного производства на «ВМЗ» - филиале «ГНПЦ им. М.В. Хруничева» (г. Воронеж).
Целью работы является интенсификация процесса электроэрозионной обработки за счет создания кумулятивного эффекта от термоактивного покрытия электродов с одновременным повышением качества поверхностного слоя и точности обработки путем управления энергией импульса разряда в межэлектродном пространстве. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
Изучение механизма протекания кумулятивного эффекта за счет горения покрытия на электроде и формирование условий, при которых термическое воздействие интенсифицирует эрозионный съем материала анода.
Обоснование выбора материалов для покрытий электродов-инструментов при эрозионно-термической обработке.
Разработка путей управления электроэрозионной и термической составляющей эрозионно-термического процесса при изготовлении изделий различного профиля.
Определение путей повышения точности и качества поверхностного слоя металлов за счет управления энергией импульса и местом его приложения после локального комулятивного воздействия на обрабатываемую поверхность.
Разработка технологических режимов, конструкции инструмента и требований к модернизации оборудования для реализации электроэрозионно-термического метода обработки для изготовления деталей современной техники.
Достоверность результатов исследований доказывается построением теоретической части работы на базе классических закономерностей электроэрозионной обработки, теории тепловых процес-
сов, управления комбинированными методами обработки с импульсными взаимосвязанными воздействиями на объекты, теоретических положений проектирования комбинированных технологических процессов для нетрадиционных методов обработки с наложением электрического ПОЛЯ.
Научная новизна работы включает:
Установление закономерностей интенсификации съема материала за счет эрозионной и термической составляющей процесса путем использования энергии кумулятивной струи термоактивного покрытия с последующим перераспределением энергии импульса в область канала проводимости первичного разряда.
Разработка механизма выравнивания поверхностного слоя на окончательной стадии формообразования за счет эрозионных управляемых импульсов без термического кумулятивного воздействия и разработка путей повышения точности формообразования за счет снижения погрешности электрода-инструмента ввиду уменьшения его износа при использовании покрытия.
Основы управления процессом эрозионно-термической обработки за счет энергетического регулирования режимов процесса, выбора материалов инструмента и покрытия, повышения эффективности его использования в водных рабочих средах.
Практическая значимость работы включает:
Создание нового (подана заявка на патент) способа эрозионно-термической обработки с использованием профильного и проволочного электрода-инструмента с покрытием, обладающим возможностью создавать в зоне обработки кумулятивный эффект, что может на порядок и более повысить производительность при изготовлении деталей.
Разработку технологических режимов интенсивной обработки эрозионно-термическим методом с достижением повышенной точности контура и получением качественного поверхностного слоя.
Создание новой конструкции электрода-инструмента с покрытием для интенсивного формирования поверхностей с повышенной точностью и качеством поверхностного слоя.
Разработку методики расчета скорости перемотки проволочного электрода с покрытием, обеспечивающей наиболее полное использование дорогостоящего инструмента.
Методы проектирования технологических процессов обра-
ботки каналов и пазов инструментом с покрытием, обеспечивающие требуемое качество поверхностного слоя при высокой интенсивности процесса формообразования.
6. Разработка требований к оборудованию при использовании эрозионно-термического метода обработки, что позволяет разработать пути модернизации существующих эрозионных станков и определить направления совершенствования вновь создаваемого конкурентоспособного оборудования с повышенными технологическими возможностями при производстве сложной наукоемкой техники.
Личный вклад соискателя включает:
Создание нового эрозионно-термического способа и инструмента для обработки электродом с термоактивным покрытием, обеспечивающим возможность формирования кумулятивного энергетического воздействия с образованием рабочего импульса в зоне высокой плотности энергии и с интенсификацией процесса путем последующих импульсов в зону выступов от локального кумулятивного высокоэнергетического воздействия на анод теплового потока.
Построение механизма взаимодействия термического и эрозионного импульсов с управляемым перераспределением энергии и моделирование процессов, происходящих при эрозионно-термиче-ской обработке.
Разработка новой конструкции электрода-инструмента с покрытием требуемого профиля, позволившего реализовать способ для изготовления деталей профильным и проволочным инструментом при изготовлении сложнопрофильных каналов и пазов, в частности высококачественных поверхностей проточного тракта турбин, где последующие (после эрозионной) операции для повышения точности, чистоты поверхностного слоя затруднены или невозможны.
Основные требования и рекомендации по модернизации или созданию оборудования, учитывающего возможности технологического процесса с использованием эрозионно-термического метода обработки.
Разработка типовых технологических процессов, реализующих новый метод, конструкции инструмента с покрытием и модернизированного оборудования для типовых изделий наукоемкой техники.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили одобрение специалистов на Международной
научно-технической конференции «Разработка, производство и эксплуатация турбо- электронасосных агрегатов и систем на их основе» (Воронеж. 2003); Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии» (Липецк, 2006); научно-техническом семинаре «Применение низкочастотных колебаний в технологических целях» (Рос-тов-н/Д., 2006); научно-практической конференции «Проектирование механизмов и машин» (Воронеж. 2008); VI Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (Брянск, 2008); Международной научно-технической конференции «Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки» (Ростов-и/Д.. 2008); X Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроительном комплексе» (Орел. 2008); региональной научно-технической конференции «Нетрадиционные методы обработки» (Воронеж. 2009): отраслевых и региональных мероприятиях Роскосмоса; кафедре технологии машиностроения ВГТУ (Воронеж. 2008-2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: \ 1 ] - построение технологического процесса обработки; [2] - обеспечение качества поверхностного слоя; [3] - режимы обработки сложнопрофильных деталей: [4] - обоснование области использования нетрадиционных методов обработки: [5] - организация использования нетрадиционных методов; [6] - механизм нанесения покрытий; [7, 8, 9] -управление качеством поверхности; 10 - анализ возможностей нового способа; [11. 12] - разработка техпроцессов; [13] - выбор методов обработки лопаток; [14, 15] - оптимизация технологических параметров эрозионного процесса; [16] - устройство для осуществления способа.
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, 4 главы, заключение. Основная часть работы изложена на 149 страницах и содержит 49 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 105 наименований, приложения.
