Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса. цель и задачи исследования 10
1.1. Анализ объекта исследования 10
1.2. Систематизация микрообъектов 13
1.3. Анализ методов получения микроэлементов деталей 13
1.3.1. Механическая обработка 13
1.3.2. Лазерная обработка 16
1.3.3. Электронно-лучевая обработка 20
1.3.4. Ультразвуковая обработка 24
1.3.5. Электрохимическая обработка 30
1.3.6. Электроэрозионная обработка 32
1.4. Сравнительный анализ альтернативных методов обработки 44
Выводы. Цель работы и задачи исследования 45
2. Теоретические исследования поведения электрода-инструмента при микроэлектроэрозионнои обработке 47
2.1. Теоретическое исследование поведения электрода-инструмента круглого сечения при электроэрозионной обработке 47
2.2. Теоретическое исследование поведения трубчатого электрода-инструмента при электроэрозионной обработке 59
2.3. Теоретическое исследование поведения пластинчатого электрода-инструмента при электроэрозионной обработке 62
2.4. Расчет максимальной силы тока для проволочных электродов-инструментов малого диаметра при электроэрозионном вырезании 73
Выводы по главе 2 76
3. Экспериментальное исследование процесса электроэрозионного микроформообразования 77
3.1. Электроэрозионное получение микроотверстий 77
3.1.1. Разработка алгоритма проведения экспериментальных исследований электроэрозионного получения микроотверстий 77
3.1.2. Электроэрозионное прошивание микроотверстий вращающимся электродом-инструментом круглого сечения 83
3.1.3. Электроэрозионное прошивание микроотверстий вращающимся профильным электродом-инструментом 86
3.1.4. Электроэрозионное прошивание микроотверстий трубчатым электродом-инструментом 87
3.1.5. Экспериментальное исследование потери устойчивости проволочных электродов-инструментов при воздействии технологической силы 91
3.2. Электроэрозионная обработка пазов профилированным электродом-инструментом 92
3.2.1. Разработка методики проведения экспериментальных исследований электроэрозионного получения пазов 92
3.2.2. Электроэрозионная обработка длинномерных пазов переменной ширины 96
3.2.3. Электроэрозионная обработка пазов сложной формы 98
3.2.4. Электроэрозионная обработка микропазов на цилиндрических поверхностях 105
3.3. Электроэрозионная обработка фасонных пазов электродом-проволокой 107
3.3.1. Проведение экспериментального исследования процесса обработки фасонных пазов проволочным электродом-инструментом 107
Выводы по главе 3 117
4. Примеры реализации электроэрозионного микроформообразования. выбор технологических параметров электродов-инструментов 118
4.1. Вырезание фасонных пазов малой ширины 118
4.2. Система протягивания электрода-проволоки малого диаметра 121
4.3. Прошивание пазов сложной формы 125
Общие выводы 129
Библиографический список 131
- Анализ методов получения микроэлементов деталей
- Теоретическое исследование поведения трубчатого электрода-инструмента при электроэрозионной обработке
- Электроэрозионное прошивание микроотверстий трубчатым электродом-инструментом
- Система протягивания электрода-проволоки малого диаметра
Введение к работе
В настоящее время в промышленности все чаще возникают задачи получения сложнопрофильных отверстий, длинномерных узких пазов и прочих труднообрабатываемых элементов, особенно, если речь идет о микрообъектах. Благодаря современным достижениям в области производства микроинструмента становится возможным решение ряда подобных задач с помощью механической обработки. Однако изготовление микроинструментов довольно дорого, поэтому возникает вопрос о целесообразности их применения, особенно, когда приходится иметь дело с труднообрабатываемыми материалами, а при обработке инструментальных материалов и твердых сплавов их использование вообще невозможно. Поэтому целесообразно использовать более эффективные методы обработки, в частности, электроэрозионную обработку.
Применение электроэрозионной обработки в промышленном производстве за последние годы резко возросло. Это связано, в первую очередь, с появлением на российских предприятиях современного электроэрозионного оборудования таких фирм, как Agie, Charmilles Technology, Fanuc, Mitsubishi, Elox, Sodick. Кроме того, в последние годы значительно повышены технологические показатели электроэрозионной обработки - производительность, точность, качество поверхности. Так, например, на станках фирмы Sodick отклонение от заданного контура составляет не более 4 мкм, шероховатость поверхности - 0,5 мкм Ra (8-й класс).
Однако, несмотря на это, все еще остается множество задач, связанных с обработкой микрообъектов, размеры которых зачастую составляют несколько десятков микрометров. Одним из самых перспективных методов в этой области является электроэрозионное микровырезание непрофилированным электродом-инструментом (проволокой). Такие малые размеры обрабатываемых элементов накладывают свои ограничения на
параметры процесса, в частности, становится невозможной обработка обычной проволокой диаметром 0,1 - 0,3 мм, так как ее применение не позволяет достичь требуемой точности при обработке в углах. Это требует применения более тонких проволок, что, в свою очередь, создает новую проблему, связанную с подачей электрода-инструмента (ЭИ) в зону обработки, так как традиционные способы протягивания проволок создают слишком большие растягивающие усилия. Применение электроэрозионного вырезания проволокой не всегда является целесообразным: так, например, при обработке тонких пластинчатых заготовок предпочтительнее использовать электроэрозионное прошивание (ЭЭП) профилированным ЭИ, что позволяет значительно сократить время обработки, а также не требует прошивки предварительного отверстия при обработке замкнутых контуров, что исключает лишнюю операцию из технологического процесса. Метод ЭЭП профилированным электродом-инструментом, в свою очередь, обладает серьезным недостатком: при обработке узких пазов может возникнуть вибрация электрода-инструмента за счет сил, действующих на электрод-инструмент при возникновении разряда. Кроме того, возникает проблема формообразования микроэлементов поверхности, размеры которых сопоставимы с размерами формообразующих инструментов. Процессы, происходящие при обработке макроизделий (например, при электроэрозионной обработке матрицы), не оказывают существенного влияния на точность положения электрода-инструмента ввиду его достаточно большой жесткости. При обработке микроотверстий такие факторы процесса как разряды, образующиеся газовые пузыри, частицы шлама могут оказывать существенное влияние на электрод-инструмент, поэтому его жесткость должна быть максимально возможной при заданных параметрах отверстия.
На основании вышеизложенного актуальной задачей является выбор рациональных параметров электродов-инструментов для осуществления микроэлектроэрозионной обработки.
Актуальность исследований подтверждается грантами: Президента РФ № НШ - 1523.2003.8 «Создание теории и технологических методов обработки на основе нано- и микроэлектрофизических и электрохимических воздействий на материалы в электролитах, вакууме и других средах»; Федерального агентства по образованию - А04-3.18-828 «Электроэрозионное формообразование микрообъектов при обработке малотехнологичных деталей».
Целью данной работы является расширение области применения электроэрозионной обработки посредством обоснования условий и параметров микроэлектроэрозионного формообразования.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
Теоретическое исследование поведения нежесткого электрода-инструмента в результате нагружения при электроэрозионном микроформообразовании.
Разработка математических моделей поведения электродов-инструментов при воздействии внешней силы в процессе обработки для различных видов электродов-инструментов (проволочных, пластинчатых, трубчатых).
Разработка методики проведения экспериментальных исследований с целью оценки эксплуатационных параметров различных конструкций электрода-инструмента.
Проведение комплексных экспериментальных исследований по оценке геометрических и физико-механических параметров электродов-инструментов с микрогеометрией.
Разработка технологического обеспечения процессов электроэрозионного микроформообразования.
Теоретические исследования напряженно-деформируемого состояния электрода-инструмента в данной работе выполнены с применением обобщенной гипотезы Кирхгоффа-Лява. Обработка результатов
8 экспериментальных исследований проводилась с использованием методов математической статистики. Расчеты параметров электродов-инструментов проводились с использованием программных продуктов MathCAD и Excel. Положения, выносимые на защиту:
Модели напряженно-деформированных состояний маложестких электродов-инструментов трех типов: проволочных, трубчатых, пластинчатых.
Результаты теоретических исследований влияния геометрических и физико-механических параметров электродов-инструментов на максимально допустимую силу нагружения до потери устойчивости ЭИ при электроэрозионной обработке.
Результаты экспериментальных исследований влияния условий осуществления процесса электроэрозионного микроформообразования и технологических параметров электродов-инструментов на точность и качество получаемых микроэлементов поверхности.
Рекомендации по выбору ЭИ для обработки микроэлементов поверхности с помощью электроэрозионного прошивания.
Научная новизна работы заключается в определении функциональных зон устойчивости и параметров электродов-инструментов с учетом их устойчивости при электроэрозионном микроформообразовании.
Практическая ценность работы заключается в разработке рекомендаций по выбору условий и геометрических размеров электродов-инструментов для электроэрозионной обработки микроэлементов деталей, а также по использованию различных схем микроэлектроэрозионной обработки в условиях затрудненной эвакуации продуктов эрозии.
Предложенные в работе технологии использовались для изготовления зацепов проводников тросовых пил, применяемых при хирургических операциях. Изготовлены и испытаны образцы микроинструментария, имеющего сложные микропазы, для обеспечения операций на сосудах головного мозга. Разработан процесс изготовления деталей с микропазами
9 определению напора потока нефти при ее транспортировке. Определены параметры электродов-инструментов при получении микроотверстий в труднообрабатываемых материалах.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных конференциях «Современная электротехнология в промышленности центра России» (Тула, 2003 - 2006 гг.), Всероссийских научно-технических конференциях «Современная электротехнология в промышленности России» (Тула-2003, Тула-2005).
Работа состоит из следующих основных частей: Анализ состояния вопроса; Теоретические исследования поведения электрода-инструмента при микроэлектроэрозионной обработке; Экспериментальные исследования процесса электроэрозионного микроформообразования; Примеры реализации электроэрозионного микроформообразования. Выбор технологических параметров электродов-инструментов.
Работа выполнена на кафедре «Физико-химических процессов и технологий».
Автор выражает благодарность научному руководителю, заведующему кафедрой ФХПТ член-корр. АТН РФ, д.т.н., профессору В.В. Любимову, д.т.н., профессору В.К. Сундукову, а также всем сотрудникам кафедры и лаборатории за помощь, поддержку и полезные замечания при выполнении работы.
Анализ методов получения микроэлементов деталей
Для обработки микроэлементов в разной степени применимы любые методы (рис. 1.1). Однако получение микрообъектов с размерами порядка 0,1 - 1 мм механическими методами обработки связано с использованием специальных инструментов, что делает процесс формирования весьма затруднительным или нецелесообразным.
Кроме того, нередко возникает необходимость изготовления сложнопрофильных микрообъектов с большим объемом производства при одинаковых геометрических параметрах, что усложняет задачу.
При формировании микрообъектов механическими методами обработки возникает ряд трудностей технологического плана. При последовательной обработке поверхности для обеспечения необходимой точности необходимо изготавливать режущий инструмент на порядок меньше формируемого микроэлемента.
Так, например, рабочий радиус режущей кромки при формовании цилиндрической поверхности диаметром 0,1 мм и длиной 0,1 мм должен быть равен 0,005 мм. Возникает сложность в создании подобных инструментов. При этом шероховатость обработанной поверхности должна составлять Ra = ОД мкм, что не может быть достигнуто режущим инструментом. В процессе резания возникают такие побочные явления как нагрев заготовки и инструмента, а также деформация заготовки. В результате подобных явлений могут возникнуть нежелательные эффекты (изменение свойств материала, рост внутренних напряжений, возникновение микротрешин и т.д.).
Также необходимо учитывать, что на точность механической обработки влияет ряд факторов: износ и деформация станка, приспособлений и инструментов; деформация обрабатываемых заготовок; тепловые явления, происходящие в технологической системе; зависимость от системы СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь); режимы обработки [8-11]. Систематические и случайные погрешности отдельных элементов при обработке заготовки складываются, что влияет на точность обработки детали.
Таким образом, можно сделать вывод, что применение механических способов обработки для производства микрообъектов является нецелесообразным.
Многообразие электрофизикохимических методов обработки материалов дает возможность широкого применения этих методов для изготовления различных элементов микродеталей. Проанализируем применимость наиболее распространенных электрофизикохимических методов при обработке микрообъектов.
Лазерная обработка основана на использовании тепла, генерируемого специально сформированным световым лучом, характеризующегося оптической когерентностью и высокой концентрацией переносимой им энергии, плотность которой в месте фокусирования может быть многократно увеличена. При взаимодействии с веществом подобный луч способен оказывать интенсивное тепловое воздействие, завершающееся почти мгновенным расплавлением и испарением материала в точке фокусирования луча [2]. Монохроматичность, исключительно высокая когерентность и направленность излучения, возможность генерирования когерентных волн большой интенсивности в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра, получение высоких плотностей энергии, как в непрерывном, так и в импульсном режиме предопределили широкое использование лазеров в различных отраслях промышленности.
В зависимости от энергии воздействия луча на материал и геометрии обработки различают лазерную обработку отверстий (лазерное сверление), лазерную резку, лазерную сварку, лазерную маркировку, лазерную поверхностную обработку и т.д. В свою очередь метод лазерной поверхностной обработки объединяет различные виды обработки, отличающиеся результатом воздействия излучения на поверхность.
Особенности лазерной обработки: высокая плотность потока излучения в зоне обработки, дающая необходимый термический эффект за короткое время (длительность импульса 1 мс и менее); локальность воздействия излучения, обусловленная возможностью его фокусировки в световые пучки предельно малого диаметра (порядка длины волны излучения); малая зона термического влияния, обеспечиваемая кратковременным воздействием излучения; бесконтактный ввод энергии в зону обработки и возможность ведения технологических процессов в любой прозрачной среде (вакуум, газ, жидкость, твёрдое тело), через прозрачные окна технологических камер, оболочки электровакуумных приборов и т.д. [1,2, 13-15, 26 - 28]. Энергия излучения ОКГ промышленного типа невелика — 10-100 Дж, а КПД составляет 0,1 — 1%. Температура в точке приложения луча достигает величины 5500—9000 К, достаточной для расплавления и превращения в пар любого материала. Больших значений температура достигает у материалов с высокой теплопоглощающей способностью, а меньшие значения имеет у материалов, полупрозрачных с высокой отражательной способностью. Обрабатываемость различных материалов световым лучом определяется в основном теплофизическими свойствами материалов (температура плавления и кипения, теплоемкость, теплопроводность).
Лазерная обработка характеризуется высокой импульсной мощностью излучения и возможностью создания чрезвычайно высокой плотности энергии на небольшой площадке (0,01 мм). Длительность излучения ОКГ в зависимости от режима работы может колебаться в пределах 0,1 — 1,0 мкс. При работе в импульсном режиме продолжительность импульсов составляет 10—500 мкс. Обработка отверстий лазером возможна в любых материалах. Как правило, для этой цели используют импульсные лазеры с энергией импульса 0,1—30 дж при длительности 0,1—1 мс; плотность потока излучения в зоне обработки 10 Мвт/см и более. Максимальная производительность достигается при сверлении отверстий за один импульс с большой энергией (до 30 дж). При этом основная масса материала удаляется из отверстия в расплавленном состоянии под давлением пара, образовавшегося в результате испарения относительно небольшой части вещества. Однако точность обработки одноимпульсным методом невысокая (10—20% от размера диаметра). Максимальная точность (1—5%) и управляемость процессом сверления достигается при воздействии на материал серии импульсов (многоимпульсный метод) с относительно небольшой энергией (обычно 0,1—0,3 дж) и малой длительностью (0,1 мс и менее). Возможна обработка сквозных и глухих отверстий с различными формами поперечного (круглые, треугольные и т.д.) и продольного (цилиндрического, конического и др.) сечений. Освоено сверление отверстий диаметром 0,003—1 мм при отношении глубины к диаметру 0,5—10. Шероховатость поверхности стенок отверстий в зависимости от режима обработки и свойств материала соответствует 6—10 классам чистоты, а глубина структурно измененного, или дефектного, слоя составляет от 1 до 100 мкм. Производительность лазерных установок для сверления отверстий достигает 60—240 отверстий в мин. Наиболее эффективно применение лазера для сверления труднообрабатываемых материалов (алмаз, рубин, керамика и т.д.), получения отверстий диаметром менее 100 мкм в металлах, сверления под углом к поверхности [14].
Теоретическое исследование поведения трубчатого электрода-инструмента при электроэрозионной обработке
Формулы, аналогичные (2.34), (2.35), (2.41), (2.42), выражающие связь внешней силы и амплитуды угла поворота поперечного сечения, а также предельно допустимые значения амплитуды и внешней силы, получены также для трубчатого электрода-инструмента, имеющего начальную длину 10, внутренний диаметр afB, наружный диаметр dH (рис. 2.9). Зависимость амплитуды угла поворота от внешней силы для трубчатого электрода-инструмента выражается формулой: где P = FS - суммарная сила на торце трубчатого электрода-инструмента. Как и при изгибе сплошного электрода-инструмента, далее будем рассматривать только положительные значения амплитуды А, определяемые формулой (2.43). Зависимость внешней силы от амплитуды угла поворота поперечного сечения трубчатого электрода-инструмента имеет вид: Из предельного условия равенства моментов (2.39) и (2.40), вычисленных для трубчатого электрода-инструмента, находим предельно допустимое значение амплитуды: а из выражения (2.44) - предельно допустимое значение внешней силы, то есть такое значение, при превышении которого в трубчатом электроде-инструменте начинаются пластические деформации:
Соответствующие предельно допустимые перемещения точек трубчатого электрода-инструмента могут быть найдены по формулам (2.26). Отметим, что при de = 0 из формул, полученных для трубчатого электрода-инструмента, следуют формулы, полученные для сплошного электрода-инструмента. При использовании трубчатого электрода-инструмента увеличивается производительность обработки за счет своевременного удаления газообразных продуктов эрозии из межэлектродного промежутка.
Также возможно использование прокачки электролита через электрод-инструмент. Однако механические свойства такого электрода-инструмента уступают свойствам цельнометаллического стержня. Рис. 2.11. Зависимости величины предельной силы от внутреннего диаметра трубчатого ЭИ при длине вылета 100 мм (материалы электродов-инструментов: вольфрам, латунь, медь). Однако основное влияние на устойчивость ЭИ во время обработки оказывает диаметр внутреннего отверстия - чем он больше, тем более неустойчив электрод-инструмент. Следующие три графика демонстрируют зависимость величины предельной силы от внутреннего диаметра трубчатого ЭИ фиксированной длины. Расчет также производился для трех различных материалов электрода-инструмента - вольфрама, латуни и меди. Влияние материала проявилось в виде высокой устойчивости вольфрамового ЭИ и почти одинаковой устойчивости электродов-инструментов из меди и латуни. Зависимость внешней силы от амплитуды угла поворота поперечного сечения пластинчатого электрода-инструмента имеет вид: Из предельного условия равенства моментов (2.39) и (2.40), вычисленных для пластинчатого электрода-инструмента, находим предельно допустимое значение амплитуды: а из выражения (2.48) - предельно допустимое значение внешней силы, то есть такое значение, при превышении которого в электроде-инструменте начинаются пластические деформации:
Соответствующие предельно допустимые перемещения точек пластины могут быть найдены по формулам (2.26). Как видно из рис. 2.15, пластинчатый электрод-инструмент ведет себя неустойчиво даже при незначительном увеличении его длины. Это свидетельствует о технологических трудностях получения микропазов большой протяженности (L/b 10 - - 20). Следующие графики демонстрируют зависимости величины предельной силы на электроде-инструменте от его ширины. при фиксированной длине вылета 10мм (материал ЭИ: вольфрам, латунь, медь). Как следует из данных графиков, с уменьшением величины вылета пластинчатого ЭИ величина предельно допустимой силы существенно увеличивается. Таким образом, для электроэрозионного прошивания необходимо подбирать параметры электрода-инструмента, соответствующие предельно допустимой силе, испытываемой при обработке. Согласно проведенным теоретическим исследованиям, можно разработать ряд рекомендаций по выбору оптимального вылета электрода-инструмента для прошивания микроэлементов. Из приведенных зависимостей следует, что имеет место явление существенного изменения максимальной силы, выдерживаемой электродом инструментом, в результате изменения некоторых его параметров - диаметра для цилиндрического ЭИ (стержня) и внутреннего диаметра для трубчатого электрода-инструмента. Изменение вылета электрода-инструмента оказывает большое влияние на величину предельной силы у всех типов электродов-инструментов. В связи с этим можно выделить три зоны на графике (рис. 2.19) - зона рекомендуемого вылета, где допустимо существенное изменение предельной силы (зона I); величина вылета электрода-инструмента имеет в этой зоне решающее значение. На графике не показана область вылета до 30 мм, так как величина предельной силы в этом случае существенно возрастает из-за многократно увеличивающейся жесткости электрода-инструмента. Можно рекомендовать величины вылета электрода-инструмента, лежащие в данной области для операций электроэрозионного прошивания.
Электроэрозионное прошивание микроотверстий трубчатым электродом-инструментом
При проведении эксперимента использовались трубчатые электроды-инструменты, полученные электролитическим осаждением [25]. Материал электрода-инструмента - медь.
Поперечное сечение трубчатого ЭИ из меди, (DBHyrp= 0,3 мм) Был проведен эксперимент по обработке вольфрама трубчатым электродом-инструментом при толщине пластины h = 5 мм. Наружный диаметр электрода-инструмента D3Il = 0,8 мм; обработка проводилась с вращением. Время обработки составило 1 ч 15 мин, износ электрода-инструмента составил 13 мм при глубине полученного отверстия 4 мм. В процессе обработки газовые продукты реакции удалялись через внутреннее отверстие электрода-инструмента. Это создало условия для эффективного процесса электроэрозии по всей глубине обработки. Диаметр полученного отверстия составил 0,86 мм.
Процесс электроэрозионного прошивания с большим заглублением в заготовку проходит нестабильно; с течением времени эффективность обработки существенно уменьшается. Первоначально эксперименты были проведены без применения направляющей втулки для электрода-инструмента. Однако такая схема не может применяться при прошивании микроотверстий, так как газовые пузыри, образующиеся при электрическом разряде, оказывают существенное воздействие на положение электрода-инструмента; что является причиной его отклонения от первоначального положения. Решением проблемы является установка цилиндрической направляющей для электрода-инструмента, ограничивающей его перемещение по осям X и Y.
Однако даже в этом случае имеет место смещение электрода-инструмента от первоначального положения. Это явление возникает из-за наличия зазора между направляющей и обрабатываемой заготовкой, который необходим для беспрепятственного удаления продуктов эрозии из зоны обработки и снижения силы трения между направляющей и заготовкой, а также для предотвращения электрического контакта. В случае контакта между металлической направляющей и электродом-инструментом возможно короткое замыкание и прекращение обработки.
Отклонение электрода-инструмента небольшой толщины от первоначального положения происходит также вследствие его углубления в заготовку, в результате чего происходит увеличение вылета электрода-инструмента из направляющей, что является причиной уменьшения его жесткости. При этом предположительно имеет место следующий негативный фактор: при отклонении электрода-инструмента происходит уменьшение межэлектродного зазора, и как следствие возникает пробой, разрушающий обработанную поверхность и электрод-инструмент. Таким образом, происходит разбивка получаемого отверстия.
Экспериментальные данные ЭЭО различными электродами-инструментами приведены в табл. 3.2.
Таким образом, можно резюмировать, что наилучшие результаты по точности и производительности достигнуты при электроэрозионной обработке вращающимся электродом-инструментом. Более эффективное удаление продуктов эрозии из межэлектродного промежутка обеспечивает увеличение точности более чем в пять раз, увеличение производительности в 1,5 раза (сталь Х18Н9Т) и более чем в 1,3 при обработке вольфрама по сравнению с электроэрозионной обработкой невращающимся электродом-инструментом. Наибольшей эффективности удается достичь при использовании трубчатого электрода-инструмента, который обеспечивает эффективное удаление продуктов пиролиза, препятствующих проникновению рабочей жидкости в зону обработки. Обработка вращающимся профильным электродом-инструментом более эффективна по сравнению с электродом-инструментом круглого сечения за счет дополнительного перемешивания рабочей жидкости в зоне обработки.
Система протягивания электрода-проволоки малого диаметра
Малые размеры обрабатываемых элементов накладывают существенные ограничения на параметры электроэрозионной обработки, в частности, невозможна обработка обычными электродами-проволоками диаметром 0,1 - 0,3 мм так как их применение не позволяет достичь требуемых геометрических параметров и точности при обработке в углах. Поэтому необходимо использование более тонких электродов-проволок, что в свою очередь ставит задачу, связанную с подачей электрода-проволоки в зону обработки, так как традиционные способы протягивания электродов проволок создают слишком большие растягивающие силы. Эти силы обусловлены моментом инерции ведомой катушки. Поэтому уменьшение диаметра электродов-проволок с целью повышения точности обработки сопровождается ростом опасности обрыва электрода-проволоки при операциях микроэлектроэрозионного вырезания. Во избежание этого необходимо нагружать электрод-проволоку, исходя из ее диаметральных размеров. При прохождении электрода-проволоки через зону обработки площадь ее поперечного сечения в местах возникновения разряда уменьшается [3]. Каждая лунка на электроде-проволоке является концентратором напряжений, что отрицательно сказывается на его прочности. Поэтому повторное использование электрода-проволоки запрещено всеми производителями оборудования для электроэрозионного вырезания.
Обычно на проволочных электроэрозионных станках используются стандартные механизмы перемотки и натяжения электрода-проволоки, предназначенные для обеспечения непрерывной подачи его в зону обработки [4]. Конструктивно механизм состоит из механизмов натяжения, намотки и раскладки. Механизм натяжения электрода-проволоки служит для создания постоянной силы его натяжения, которая обеспечивается электродвигателем. Механизм перемотки предназначен для обеспечения плавного непрерывного движения электрода-проволоки с заданной скоростью. В приводе механизма используется электродвигатель. Механизм раскладки обеспечивает укладку перематываемого электрода-проволоки на катушке. Скорость намотки электрода-проволоки регулируется изменением режима питания электродвигателя.
Однако, подобные системы не могут обеспечить стабильную работу станка при использовании тонких электродов-проволок (особенно из меди и латуни). В этом случае возрастает опасность их разрыва из-за превышения допустимых напряжений на разрыв (свыше 0,2+0,3 Н).
Наиболее часто используемые проволоки для электродов-инструментов - из меди, латуни, вольфрама. Проволока выпускается без покрытий, а также с различными покрытиями (например, с цинковым покрытием).
Расчет допустимых сил натяжения выполняем по формуле: где a - допустимое напряжение, Н/мм , S - площадь поперечного сечения электрода-проволоки. Результаты расчета допустимых сил натяжения электродов-проволок представлены на рис. 4.5. Как следует из рис. 4.5, натяжение электродов-проволок диаметром менее 0,02 мм не должно быть более 1,0 Н независимо от вида материала. При этом необходимо учитывать, что вследствие эрозии в зоне обработки [3] поперечное сечение использованной проволоки уменьшается, что вызывает необходимость дополнительного уменьшения нагружающей силы.
Для электродов-проволок малого диаметра (d 0,1 мм) мало перспективно применение обьиных механизмов перемотки, в которых натяжение создается моментом инерции ведомой катушки. Одним из вариантов решения задачи является применение механизма перемотки с натяжением проволоки воздушной струей, что создает достаточное усилие для удержания электрода-проволоки в направляющих, но не приводит к ее обрыву. Схематичный вариант механизма представлен на рис. 4.6:
Электрод-проволока 4 сматывается с барабана 1, приводимого во вращение электродвигателем, после чего поступает на один из корректирующих роликов 3. После направляющих проволока поступает на барабан 2, который создает натяжение электрода-проволоки и одновременно гасит колебания, создаваемые воздушной струей. За зоной обработки электрод-проволока поступает в ящик для сбора отработанного материала 6.
В отличие от традиционного механизма подачи, подобный механизм создает значительно меньшее натяжение, что позволяет использовать его при обработке электродом-проволокой малого диаметра (d 0,04 + 0,08).
Метод электроэрозионного прошивания пазов сложной формы был успешно применен при обработке детали "проводник". При нейрохирургической операции проводник вместе с закрепленной посредством кронштейна тросовой пилой вводится в отверстие черепной кости. Проводник выполняет не только транспортную, но и защитную функцию - предотвращает повреждение оболочки мозга (рис. 4.7): Для достижения меньшего износа электрода-инструмента в зоне малой жесткости электрода-инструмента (глава 3, рис. 3.23) рекомендуется увеличение жесткости за счет создания дополнительного ребра жесткости. Как следует из экспериментальных данных, происходит снижение износа на 35-40%.
Для прошивания пазов переменной ширины был применен профильный электрод-инструмент; для повышения точности формообразования его боковые поверхности необходимо покрыть изолирующим лаком. Перед обработкой профильным электродом-инструментом целесообразна предварительная обработка паза плоским электродом-инструментом. На практике данный способ обработки был применен для прошивания паза переменной ширины в детали "трубка пробозаборная" (рис. 4.8)
