Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ особенностей получения малых отверстий в коллекторах из нержавеющих сталей 11
1.1. Назначение и техническиетребования предъявляемые к коллекторам 12
1.2. Анализ методов получения малых отверстий в коллекторах 14
1.3. Устранение дефектов поверхности отверстий с помощью пневмоструйной обработки 19
1.4. Основные технологические характеристики электроэрозионной обработки малых отверстий 1.4.1. Анализ погрешности эрозионной обработки малых отверстий 22
1.4.2. Анализ качества обработанной поверхности 27
1.4.3. Анализ путей повышения эффективности электроэрозионной обработки малых отверстий в коллекторах 32
1.5. Конструктивные особенности электроэрозионного оборудования для прошивки малых отверстий 35
1.5.1. Влияние электродов-инструментов на обработку коллектора 35
1.5.2. Анализ оборудования для электроэрозионной обработки малых отверстий 36
Выводы по первой главе 45
ГЛАВА 2. Обеспечение точности обработки и качества поверхности малых отверстий в коллекторах 46
2.1. Определение оптимального метода установки электрода-инструмента относительно обрабатываемой детали... 47
2.2. Влияние погрешности установки электрода-инструмента на форму обработанной поверхности з
2.3. Исследование зависимостей формы и размеров эрозионных лунок от режимов обработки в разных рабочих средах... 58
2.4. Проведение экспериментальных исследований зависимости шероховатости от режимов обработки в разных рабочих средах 62
2.4.1. Анализ шероховатости поверхности малого отверстия, полученного электроэрозионной прошивкой в воде 65
2.4.2. Анализ шероховатости поверхности малого отверстия, полученного эрозионной прошивкой в керосине 72
Выводы по второй главе 76
ГЛАВА 3. Повышение производительности электроэрозионной обработки при прошивании малых отверстий в коллекторах 78
3.1. Исследование зависимости производительности и износа электрода-инструмента от свойств обрабатываемого материала... 78
3.2. Определение величины межэлектродного зазора при прошивании малых отверстий 83
3.2.1. Проведение экспериментальных исследований распределения микрочастиц по размерам и форме и их анализ 85
3.2.2. Проведение экспериментальных исследований по определению морфологии и состава микрочастиц в образцах и их анализ 97
3.3. Определение зависимости между производительностью и уровнем настройки подачи следящей системы 110
Выводы по третьей главе 114
ГЛАВА 4. Практические результаты работы 115
4.1. Рекомендуемые технологические параметры электроэрозионной обработки 115
4.2. Решение вопроса стабилизации производительности с помощью устройства для электроэрозионной обработки 120
4.3. Экономическая целесообразность внедрения результатов работы и ее оценка 123
Выводы по четвертой главе 129
Общие выводы 130
Библиографический список
- Устранение дефектов поверхности отверстий с помощью пневмоструйной обработки
- Влияние погрешности установки электрода-инструмента на форму обработанной поверхности
- Анализ шероховатости поверхности малого отверстия, полученного эрозионной прошивкой в керосине
- Проведение экспериментальных исследований по определению морфологии и состава микрочастиц в образцах и их анализ
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время заметно возросла потребность в высокопроизводительной и высокоточной обработке отверстий малого диаметра в электронной, приборостроительной, машиностроительной, космической, авиационной и других отраслях. Годовой объем обрабатываемых деталей составляет сотни тысяч штук. Все чаще в производстве небольших деталей, например, коллекторов, используют материалы повышенной прочности - нержавеющие стали.
Основными трудозатратами при изготовлении коллекторов являются расходы на получение малых отверстий диаметрами от 0,2 до 0,3 мм, при этом к коллекторам предъявляют повышенные требования к точности размеров и формы, а также к качеству обработанной поверхности. Наиболее эффективным способом получения малых отверстий в заготовках из нержавеющей стали является электроэрозионная прошивка. По сравнению с другими способами выполнения отверстий она имеет ряд преимуществ таких, как: незначительные механические усилия при обработке, отсутствие необходимости в электродах-инструментах более твердых, чем обрабатываемый материал, не требуется дополнительной обработки для исправления дефектов поверхности при использовании точных настроек и оптимальных параметров обработки.
Достижение конечных результатов, отвечающих техническим требованиям получения малых отверстий (снижение износа электрода-инструмента, величины параметров шероховатости, повышение производительности оборудования, используемого для прошивки малых отверстий), является актуальной задачей. Ее решение способствует снижению себестоимости и повышению конкурентоспособности продукции. Одним из вариантов решения этого вопроса является уменьшение времени обработки детали, т.е. фактора, оказывающего наибольшее влияние на себестоимость работ.
Цель работы: повышение производительности прошивки малых отверстий при минимальных затратах и обеспечение качества получаемых отверстий в деталях из нержавеющих сталей.
В соответствии с поставленной целью в работе были сформулированы и решены следующие задачи:
экспериментально исследованы показатели точности и качества поверхности малых отверстий в коллекторах;
определен оптимальный метод установки электрода-инструмента относительно обрабатываемой детали;
разработаны математические модели, определяющие величину шероховатости в зависимости от параметров режимов обработки и рабочей среды;
разработана математическая модель, определяющая влияние режимов обработки (подача электрода-инструмента, энергия импульсов генератора) на производительность получения малых отверстий;
разработано устройство для электроэрозионной обработки, обеспечивающее эффективную эвакуацию продуктов эрозии.
Методы исследования:
методы математической статистики;
численные методы высшей математики.
Объект и предмет исследований. Объектом исследований является технология получения малых отверстий в изделиях из нержавеющей стали.
Предметом исследования являются детали типа коллектор из нержавеющей стали.
Научную новизну работы составляют следующие положения:
Получены математические модели на основе теоретических и экспериментальных исследований, определяющие качество обработанной поверхности в различных средах (вода и керосин), в зависимости от энергии импульсов генератора.
Разработаны методы обеспечения требуемой точности размеров полученных отверстий.
Предложен оптимальный метод снижения погрешности установки электрода-инструмента относительно обрабатываемой детали.
Экспериментально получена зависимость величины зазоров в боковом межэлектродном промежутке от энергии импульсов генератора.
Впервые определена величина подачи электрода-инструмента для биполярных режимов обработки, обеспечивающая наибольшую производительность процесса.
Выявлены причины снижения качества при изготовлении поверхности малых отверстий в изделиях из нержавеющих сталей.
Автор выносит на защиту:
математические модели зависимости шероховатости поверхности от вида рабочей жидкости (вода и керосин), применяемой при электроэрозионной обработке;
результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований по установлению зависимости основных технологических
параметров процесса прошивки малых отверстий от режимов электроэрозионной обработки;
конструкцию устройства для повышения эффективности электроэрозионной обработки малых отверстий;
инженерную методику назначения оптимальных режимов при прошивке малых отверстий.
Практическая ценность работы:
разработаны таблицы для определения оптимальных технологических режимов электроэрозионной обработки малых отверстий, которые позволяют более эффективно использовать оборудование, материал, инструмент, а также обеспечивать высокую производительность; разработано устройство для интенсификации процесса удаления продуктов распада из межэлектродного промежутка, позволяющее стабилизировать процесс электроэрозионной обработки при прошивании малых отверстий.
Внедрение результатов работы: результаты работы внедрены в Московском авиационном институте (Центр «Космических технологий»), в том числе внедрены:
оптимальные режимы высокопроизводительной электроэрозионной обработки малых отверстий;
новый метод снижения погрешности при обработке;
эффективный способ настройки регулятора подачи инструмента в станке 04ЭП-10М.
Результаты исследований также используются в учебном процессе БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгородского инженерно-экономического института и применяются при выполнении курсовых и дипломных проектов на кафедре технологии машиностроения.
Апробация работы: основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на 5-й Международной научно-практической конференции «Наука на рубеже тысячелетий» (Тамбов, 2008);
Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2009);
4-й Международной научно-практической конференции «Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В.И. Вернадского» (Тамбов, 2009);
6-й Международной научно-практической конференции «Наука на рубеже тысячелетий» (Тамбов, 2009);
Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2010).
Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации: введение, четыре главы, заключение, список литературы, включающий 115 источников. Общий объем диссертации 145 страниц, включая 53 рисунка, 30 таблиц, 2 приложений.
Устранение дефектов поверхности отверстий с помощью пневмоструйной обработки
Еще одним методом для получения малых отверстий является электроэрозионная обработка. Она применяется при обработке, только токопроводя-щих материалов. Обработка происходит под действием; электрических зарядов в результате электрической эрозии, которая способствует разрушению поверхности электрода-инструмента и заготовки коллектора при прохождении между ними зарядов. Удаляемое вещество заготовки в процессе формообразования переходит в пар или расплав. Данный метод обеспечивает выполнение всех требований чертежа. Для обработки прецизионных микроотверстий в высокоточных изделиях (инструмент для микросварки, изделия электронной техники и приборостроения, медтехника и др.) целесообразным является применение электроэрозионного метода, который обеспечивает выполнение требований, предъявляемых к качеству микроотверстий, в;том.числе: по точности диаметра получаемых отверстий; по точности, формы, отверстий (конусности,, скругленню кромок); по точности положения оси микро-отверстия относительно базовых поверхностей изделия; по шероховатости обработанной поверхности; по отсутствию дефектного поверхностного слоя в отверстии.
Еще в конце XVIII в. английским ученым Дж. Пристли было описано явление эрозии металлов под действием электрического тока. В 1943 г. советскими учеными Б. Р: Лазаренко и Н. И. Лазаренко был предложен электроискровой- способ обработки металлов. Этими учеными впервые подробно были- освещены вопросы исследования геометрических форм и размеров продуктов электрической,эрозии металлов. В период с 1943 г. по 1950-е г. Б;Р. Лазаренко и Н. И. Лазарешо Б.Н. Золотыхом, А.Є. Зингерманом, Б.А. Красюком, А.И1 Кругловым, F.H. Мещеряковым, К.К. Намитоковым, Г.Н. Некрашевичем, Л.Є. Палатником, В;П. Смоленцевым и другими были выполнены основополагающие исследования физики электроэрозионной обработки,, которые позволили установить основные ее закономерности и определить пути дальнейшего улучшения ее технологических характеристик [89].
На рис. 1.2 представлена схема процесса удаления материала с поверхности электрода-заготовки.
На поверхностях обрабатываемой детали 1 (анод) и электрода-инструмента 2 (катод) имеется большое количество микронеровностей. Межэлектродный промежуток заполняется рабочей жидкостью 8. При подведении импульсного напряжения к электродам происходит электрический пробой жидкости и образуется канал разряда 4. По этому каналу устремляется электрическая энергия в виде импульсного разряда. Выделяется джоулевая теплота при которой микропорция материала анода из лунки 5 выбрасывается в межэлектродный промежуток. Благодаря теплу канал разряда окружается газовым пузырем 6. В результате наличия в канале распада и газовом пузыре динамических сил в рабочую жидкость выталкиваются частицы 7. Обычно с поверхности электрода-инструмента также выплавляется материал 3, что нежелательно, но трудно устранимо. После разряда происходит деио-низация межэлектродного промежутка. Следующий разряд возникает обычно между двумя другими ближайшими точками.
Каждый способ содержит недостатки, которые влияют на качество обработанного изделия. Для устранения следов обработки деталь дополнительно придется подвергнуть пневмоструйной обработки [84].
При механической обработке деталей с применением сверления в местах выхода инструмента остаются технологические заусенцы. Обычно заусенцы удаляются путем ручного опиливания. Другие способы, например, обдувка деталей паром, механическая зачистка, обработка в галтовочных аппаратах, обработка ультразвуком в абразивной суспензии не нашли широкого распространения из-за недостаточной универсальности, сложности конструкции применяемого оборудования, сложности самого процесса и плохой управляемости удаления заусенцев. Растворение заусенцев с помощью электрохимического способа не исключает возможности растворения остальной- поверхности детали [106, 110]. Поэтому в нашем случае целесообразно применять пневмоструйную обработку, которая обеспечивает требуемое качество рабочей поверхности не только после сверления, но и после электроэрозионной обработки. Пневмоструйная обработка, кроме того, используется для скруглення острых кромок, удаления окалины, ржавчины и очистки поверхностей от загрязнения. Она осуществляется струей воздуха, в которую эжек-тированы частицы абразива или микрошарики. На первом этапе с поверхности детали удаляются загрязнения и дефектные слои (ржавчина, окалина). На втором этапе струей твердых частиц сглаживается микрорельеф обрабаты 20 ваемой поверхности и снижает шероховатость поверхности, которая соответствует выбранной фракции зерна. В качестве оборудования используются технологические блоки и специальные установки, например, УП-500, УП-700, УП-1400 [84]. Так, например, поверхность детали, обработанная электроэрозионным методом из стали 40Х HRC=50-56 площадью 100 см2 и имеющая шероховатость Ra 8-10 мкм, подверглась пневмоструйной обработке карбидом кремния зеленым зернистостью 20, давлением воздуха 0,5 МПа и достигла значения Ra 2-2,5 мкм. После следующего перехода с применением зернистости М28, давлением воздуха 4 МПа шероховатость достигла зна-чения Ra 0,6-0,7 мкм (рис. 1.3). Причем и первый и второй циклы протекали за одинаковый промежуток времени.
Влияние погрешности установки электрода-инструмента на форму обработанной поверхности
При исследовании было рассмотрено несколько методов, которые возможно использовать при электроэрозионной обработке: визуальный метод касания без вибрации электрода-инструмента, визуальный метод касания с вибрацией, визуальный метод касания с искрой от генератора импульсов станка без вибрации, визуальный метод касания с искрой с вибрацией, метод касания с искрой без вибрации с водой (межэлектродная среда), метод касания с искрой с вибрацией при использовании воды. Для каждого метода было проведено по десять опытов. Каждое измерение проводилось вдоль образующей заготовки коллектора. На первый взгляд (без проверочных расчетов) более эффективным является метод касания с искрой и с вибрацией. Проверим нашу гипотезу с помощью статистической обработки результатов.
Для каждого метода была произведена статическая обработка результатов опытов одной выборки.
Определение среднеарифметического значения измеряемого центра заготовки под отверстие производилось по формуле T=-±Tt, (2.1) и 1 где Т- центр отверстия в коллекторе; п — количество отверстий. Затем производилось определение среднеквадратичного отклонения экспериментальных значений стойкости от среднеарифметического по формуле: І,{Т,-Т)2 1-LTT- (2"2) Выявление и исключение грубых ошибок (промахов) произведены с помощью выявления предельных значений измерений по формулам: T T + Pn-vA—, (2.3) V п i„=r-/U P -, (2.4) где/?тах- коэффициент максимальных грубых ошибок [108, 109]. Сравнивая измерения с полученными значениями Ттах и Tmin, исключаем значения измерения из статического ряда которые являются грубой ошибкой. Затем происходит корректировка результатов опытов на новое количество опытов и рассчитывается а.
Оценка необходимого количества опытов по /„ — минимального числа параллельных опытов проводится по формуле где tnp, t„T- соответствующее расчетное и табличное значение /„-критерия, Кд —заданная допустимая относительная погрешность измерений t -табл. значения критерия Стьюдента [108, 109]; /— соответствующее им число степеней свободы.
Затем определяются значения критерия tn. Полученные результаты сравниваем с табличными [108]. Принимаем наименьшее табличное значение /„-критерия относительно расчетного значения tnp и число степеней свободы/ Следовательно, число минимальных опытов равно nm\n=f+l. При условии п пт\п количество опытов (измерений) достаточно.
В заключении вычисляем относительную погрешность измерений, %: = = (2-7) Окончательный результат статистической обработки опытов одной выборки следующий: с доверительной вероятностью pg=0,95 можно утверждать, что данные по методам измерения верны, так как значения относительной ошибки измерений удовлетворяют требованиям, т.е. К Кд.
Статистическая обработка полученных результатов по всем опытам представлена в таблице 2.1. Величина среднеарифметического значения измеряемого центра заготовки Т индивидуальна для каждого метода и не подлежит сравнению между шестью опытами.
Приведенные данные показывают, что наиболее приемлемым и точным является метод касания с искрой без вибрации и без воды (метод 3). Кроме этого, в пределах значения прецизионного допуска оси отверстия находятся значения доверительного интервала 2, 4 и 6-го методов. Но для применения рассмотренных выше методов необходимо учитывать следующие факторы, выявленные при проведении экспериментальных исследований: 1. При использовании вибрации существует вероятность смещения оси электрода-инструмента, а следовательно, увеличения погрешности относительного положения инструмента и детали. 2. При использовании воды сокращается время на инициирование искры при установке контакта между инструментом и деталью. 3. При использовании воды происходит нарушение поверхностного слоя электрода-инструмента и заготовки — появляются небольшие выработки в месте искрового контакта. Поэтому методы, базирующиеся на использова нии искры и воды, можно применять при нежестких требованиях к качеству поверхности детали.
Таким образом, для решения указанной задачи можно использовать любой из рассмотренных методов, но наиболее точным методом установки обрабатываемой детали относительно электрода-инструмента, как при прошивании малых отверстий, так и при любой другой электроэрозионной обработки является визуальный метод касания с искрой без вибрации и без воды. Таблица 2.1
Результаты статистической обработки полученных данных Метод Количество опытов, проведенных при экспериментальных исследованиях, шт. Минимальное количество параллельных опытов (рассчитанное)Ппііп, ШТ. Среднеквадратичное отклонение экспериментальных значений а Доверительный интервал измерений А, мм 1 .Визуальный метод касания без вибрации электрода-инструмента 10 3 0,049 0,035 2.Визуальный метод касания с вибрацией электрода-инструмента 10 2 0,032 0,023 3.Визуальный метод касания с искрой от генератора импульсов без вибрации электрода-инструмента 10 2 0,025 0,018 4.Визуальный метод касания с искрой от генератора импульсов с вибрацией электрода-инструмента 10 2 0,037 0,026 5.Визуальный метод касания с искрой от генератора импульсов без вибрации электрода-инструмента при использовании воды 10 3 0,048 0,034 6. Визуальный метод касания с искрой от генератора импульсов с вибрацией электрода-инструмента при использовании воды 10 3 1,002 0,024 2.2. Влияние погрешности установки электрода-инструмента на форму обработанной поверхности
Одной из наиболее постоянных первичных погрешностей является погрешность, вызываемая установкой электрода-инструмента - Аустэи. При прошивании отверстий ее необходимо устранять каждый раз перед получением нового отверстия в новой заготовке. Устранить ее можно методом, описанным в п. 2.1, но для получения малого отверстия с точной формой и размерами необходимо устранение данной погрешности относительно обрабатываемой детали. Для этого нужно знать при измерениях более точные значения ее величины. На практике величина данной погрешности не изучена. Поэтому потребовалось проведение исследований.
Чтобы определить точные значения погрешности и спрогнозировать дальнейшие действия по обработке заготовки были проведены следующие исследования. В приспособление на столе станка 04ЭП-10М была закреплена пластина с точными гранями. Положение граней было выверено относительно стола станка по осям х и у. Относительно каждой оси было проведено по 50 измерений. Перед каждым измерением электрод-инструмент устанавливался заново. При этом был использован визуальный метод касания с искрой от генератора импульсов без вибрации электрода-инструмента, как наиболее оптимальный.
Анализ шероховатости поверхности малого отверстия, полученного эрозионной прошивкой в керосине
Эффективность электроэрозионной обработки малых отверстий зависит от множества факторов: энергии импульсов, их частоты, материалов обрабатываемой детали и электрода-инструмента, состава рабочей жидкости и др. Кроме этого, на режимы электроэрозионной обработки немаловажное влияние оказывает материал электрода-инструмента. Так как выбор материала электрода конкретно для обработки материала 12Х18Н10Т в справочной литературе не описан, а носит общий рекомендательный характер для группы материалов, то возникла проблема в проведении дополнительных исследований по данному вопросу.
В процессе обработки форма и размеры электрода-инструмента изменяются из-за износа и происходит потеря точности обработки. Одним из путей уменьшения износа электрода-инструмента является использование материалов, имеющих высокую эрозионную стойкость. Поэтому из известных материалов, используемых для изготовления электродов-инструментов, в процес 79 се исследования были рассмотрены: медь, латунь, вольфрам и молибден. Если расположить эти материалы в порядке уменьшения теплофизических свойств и эрозионной стойкости (слева на право), то перечень будет выглядеть в следующем виде (табл. 3.1-3.3).
Эрозионная стойкость по критерию Палатника, П-10"11 Вольфрам (8393) Молибден (2648) Медь (1625). Латунь (1268)
Опыты, проводились на станке 04ЭП-10М, в состав которого входит транзисторный генератор. Материал обрабатываемой детали 12Х18Н10Т. Были использованы следующие режимы: частота генератора импульсов -44 кГц, 66 кГц, 100 кГц; глубина прошиваемого отверстия по индикатору -/ = 1 мм. Межэлектродной жидкостью служила вода. Прошивка отверстия производилась электродами-инструментами в форме проволоки со следую 80 щими диаметрами: медный - 00,43 мм и 01 мм; из латуни - 00,3 мм и 00,28 мм; вольфрамовый - 00,3мм; молибденовый — 00,27 мм. Энергия импульсов генератора 6,17 кДж во всех опытах. Каждым диаметром электрода-инструмента прошивалось по три отверстия. Исследовались следующие зависимости:
Q=F(f), y=F1(f), (3.1) где Q - производительность обработки (объем удаленного металла за едини-цу времени), мм /мин; у - относительный износ электрода-инструмента, %; /- частота импульсов, кГц. Q- jr, (3.2) где Т — время прошивания малого отверстия, мин; home. — глубина прошиваемого отверстия, мм {home= кШд-кэи)\ hUHd — глубина прошиваемого отверстия по индикатору станка, мм. у = -Л00%, (3.3) отв где кэи - линейный износ электрода-инструмента, мм. Результаты исследований представлены на рис. 3.1 и 3.2 в виде графиков зависимости относительного линейного износа электрода-инструмента и производительности от частоты генератора импульсов и от материала электрода-инструмента, а также в табл. 3.4 и 3.5. 300
Процесс электроэрозионной обработки, особенно для данных нетрадиционных материалов, характеризуется общей нестабильностью и зависимостью от чрезвычайно большого количества параметров.
По результатам исследований можно сделать следующие выводы и рекомендации относительно выбора материала электрода-инструмента и используемого режима обработки.
1. Электрод-инструмент из молибдена не может быть рекомендован на частоты свыше 66 кГц, так как происходит резкое увеличение износа электрода-инструмента одновременно со снижением производительности.
2. У электрода-инструмента из меди на частоте 44 кГц происходит большой износ, но в то же время обеспечивается высокая производительность.
3. Для всех материалов электрода-инструмента средний режим станка оказался оптимальным, так как при частоте 66 кГц без существенных изменений износа электрода-инструмента обеспечивается удовлетворительная производительность, за исключением латуни.
4. В связи с небольшим износом и стабильной производительностью для прошивания малых отверстий в коллекторах желательно использовать в качестве материала для электрода-инструмента вольфрам.
Каждый разряд при электроэрозионной обработке начинается с электрического пробоя межэлектродного промежутка. Несмотря г на существование большого количества теорий пробоя, среди, нихпока неттакой; котораяюбъ-ясняла бы все наблюдающиеся при электроэрозионной обработке закономерности. Считается; что для пробоя в идеально чистой жидкости на плоские электроды достаточно подать пробивное напряжение, равное: ипр=а-Е„рУ (ЗА) где а — зазор; Епр — пробивная напряженность электрического поля.
Напряжение пробоя является вероятностной величиной. Теоретически сложно рассчитать для электроэрозионной обработки среднее пробивное напряжение и„р, ер-, которое: зависит от среднего зазора; микрогеометрии по 84 верхностей электродов и содержания примесей, т.е. в конечном счете, определяется режимом обработки и положением точки измерения в межэлектродном промежутке. Значение зазора позволяет задать необходимые параметры регулирования генератора импульсов, следящей системы, вибратора, которые будут поддерживать стабильность электроэрозионной обработки, а следовательно, будут способствовать повышению производительности. Для стабильного прошивания малых отверстий в коллекторах необходимо поддерживать определенную величину межэлектродного зазора, которую можно определить только практическим путем. Поэтому были проведены исследования по определению размера микрочастиц, образованных в процессе эрозионной обработки при разных биполярных энергиях импульсов.
Для стабильности процесса электроэрозионной обработки, а также для повышения точности обработки и производительности целесообразно поддерживать необходимую величину межэлектродного зазора в пределах допустимых отклонений. На станке 04ЭП-10М стабильность поддержания зазора обеспечивается высокочувствительной следящей системой, которая управляется регулятором подачи на пульте.
Для исследования зависимости на электроэрозионном станке 04ЭП-10М было получено два исследуемых образца. Эксперименты проводились при следующих условиях: в качестве электрода-инструмента использовалась омедненная вольфрамовая проволока, частота генератора импульсов — 44 кГц, энергия импульсов для первого образца составила 6,17 мкДж, для второго - 28,04 мкДж, рабочая среда- дистиллированная вода. Перед прошиванием отверстий для удаления медной оболочки электрод-инструмент подвергся травлению двадцатипятипроцентным раствором оксида хрома. Диаметр электрода составил 0,2 мм. 3.2.1. Проведение экспериментальных исследований распределения микрочастиц по размерам и форме и их анализ
Исследования образцов проводились с помощью лазерного анализатора размера частиц «Analysette 22 NanoTec», который является прибором универсального применения для определения распределения частиц по размерам в суспензиях, эмульсиях и порошках с помощью лазерной дифракции (рис. 3.3).
По сравнению с «классическими» методами измерения - рассевом, седиментацией либо анализом по изображению, - лазерная дифракция обладает рядом важных преимуществ, таких, как краткое время анализа, хорошая воспроизводимость и точность, простая калибровка, большой диапазон измерений и высокая универсальность.
Диапазон измерений «Analysette 22 NanoTec» составляет от 0,01 до 2000 мкм.
В анализаторах, определяющих распределение частиц по размерам посредством лазерной дифракции, используется физический принцип рассеяния электромагнитных волн. Конструкция состоит из лазера, через измерительную ячейку направленного на детектор. При помощи диспергирующего устройства частицы подают в измерительную ячейку и проходят сквозь лазерный луч. Свет, рассеянный пропорционально размеру частиц, посредством линзы фокусируется на детектор. По распределению рассеянного света при помощи комплексной математики рассчитывают распределение частиц по их размерам. В результате получают объемные доли, соответствующие эквивалентным диаметрам при лазерной дифракции.
Благодаря встроенной ультразвуковой ванне (объем около 500 мл, энергия и частота ультразвука 80 Вт/36 кГц), даже труднодиспергируемые пробы могут анализироваться без применения дополнительного оборудования. Цифровой ультразвуковой генератор всегда поддерживает установленную мощность на оптимальном и постоянном уровне.
Нижний предел чувствительности при малых количествах мелких и крупных частиц в распределениях их по размерам (в пределах диапазона измерений) - 3 %. Воспроизводимость, согласно ISO 13320-1, d5o 1 %.
Обработка полученных результатов производится с помощью программного обеспечения, поставляемого фирмой FRITSCH. Программное обеспечение LaPaSS для лазерных анализаторов размеров частиц основано на использовании реляционной базы данных, в которой надежно сохраняются все записи пользователя, параметры и результаты. Построение графиков так же производится данной программой.
Проведение экспериментальных исследований по определению морфологии и состава микрочастиц в образцах и их анализ
В главе 3 был сделан вывод о возможности нахождения оптимальных величин производительности при прошивании малых отверстий в коллекторах. Главными условиями для обеспечения высокопроизводительной эрозионной обработки являются: правильный подбор рабочей жидкости, материал электрода-инструмента, оптимальный метод установки электрода относительно заготовки, настройка станка на оптимальную величину зазора и использование оптимальных режимов обработки.
Для определения величины оптимальной производительности при прошивании малых отверстий необходимо продифференцировать уравнение 3.6 по независимым переменным Е nS и приравнять частные производные к нулю.
В главе 3 был сделан вывод о возможности нахождения оптимальных подач для конкретных значений энергий импульсов. На основе этих выводов была разработана таблица оптимальных подач электрода-инструмента, обеспечивающих наибольшую производительность (табл. 4.1.). В таблице в скобках указан примерный режим энергий импульсов для станка 04ЭП-10М и рекомендуемая подача.
На основе исследований и выводов работы была разработана таблица зависимости величины производительности от энергии импульсов и величины подачи электрода-инструмента диаметром 0,2 мм для частоты импульсов /=44кГц (табл. 4.2.). В таблице в скобках указан примерный режим энергий импульсов для станка 04ЭП-10М в зависимости от изменения величины подачи.
Все полученные табличные данные используются для высокопроизводительной технологии.
Представленные выше рекомендации по использованию режимов обработки для получения отверстий диаметром 0,2 мм можно применять и для прошивания отверстий диаметром 0,3 мм, так как величина производительности изменяется незначительно.
Энергию импульсов следует выбирать в зависимости от требуемой шероховатости поверхности. В табл. 4.3 и 4.4 представлены значения шероховатости поверхности отверстий для различных энергий и частот импульсов при использовании в качестве рабочей среды воду и керосин. В скобках указаны режимы частот и энергий импульсов для станка 04ЭП-10М.
По результатам исследований и выявления рациональных технологических режимов обработки предлагается методика реализации технологического процесса изготовления изделий имеющих малые отверстия. винтами, закреплена плита 4 с центральным коническим отверстием. В конструкцию устройства электроэрозионной обработки введена стойка 7, жестко соединенная с корпусом 5, например, через подпятник 8. Верхняя часть стойки 7 размещается в центральном коническом отверстии плиты 4 и выполнена таким образом, что ее наружная и внутренняя поверхности имеют форму концентрических полусфер. Во внутренней полусферической поверхности стойки расположен шарик 9, точечно контактирующий с нижней плоскостью платформы, и выполняющий роль шариковой опоры. Такое выполнение обеспечит точечный контакт наружной поверхности верхней части стойки и внутренней поверхности центрального конического отверстия плиты 4.
Стойка 7 в конструкции устройства для электроэрозионной обработки является базовым элементом для размещения механизмов, обеспечивающих рабочие движения платформы 3. На нижней части стойки 7 установлена направляющая шпонка 10 посредством которой на стойке закреплена втулка 11. На наружной цилиндрической поверхности втулки И размещена зубчатая рейка 12, взаимодействующая с венцом зубчатого сектора 13. Зубчатый сектор 13 с помощью вала 14 кинематически связан с приводом осевого перемещения 15. Вал 14 закреплен в кожухе 16 с помощью подшипников (на рисунках условно не показаны). При этом втулка 11 и зубчатый сектор ІЗ размещены в кожухе 16 жестко связанном с корпусом 5, а привод осевого перемещения 15 расположен вне кожуха 16 непосредственно на конце вала 14.
На верхнюю плоскость втулки 11 опирается червячное колесо 17, свободно установленное на стойке 7 и взаимодействующее с червячным валом 18, связывающим его с приводом 19 вращательного движения. Опорой для червячного вала 18 служит малый кожух 20. На ступице червячного колеса 17 жестко закреплен двуплечий рычаг 21. Второе плечо рычага 21 несет ролик 22, контактирующий с нижней плоскостью платформы 3.
Оба привода: осевого перемещения. 15 и вращательного движения 19 электрически связаны с блоком управления 23. Устройство для электроэрозионной обработки работает следующим образом. Перед началом работы устройства предварительно назначается величина угла наклона платформы, которая зависит от точностных параметров обработки поверхности и соответственно углу рассчитывается величина вертикального перемещения втулки 11 и связанных с ней элементов устройства. В нейтральном положении платформа 3, жестко связанная с плитой 4, с расположенными на ней электроискровым прошивочным станком 1, занимает горизонтальное положение относительно корпуса 5, обрабатываемая деталь устанавливается на столе электроискрового прошивочного станка 1. От блока управления 23 поступает сигнал на привод осевого перемещения 15 и привод вращательного движения 19, которые и обеспечивают все перемещения элементов устройства.
