2.2. Проектирование инструмента для ээо

К особенностям работы инструмента при ЭЭО относятся:

• отсутствие прямого контакта между электродами, т.к. процесс протекает при наличии межэлектродного зазора, что снижает силы, воздействующие на электроды, до малых величин;

• увеличение размеров профильных электродов-инструментов (ЭИ) для калибровки вскрытого участков заготовки неизношенной частью инструмента в связи с имеющим место износом его рабочей зоны;

• потребность в расчете величины натяжения и скорости перемотки проволоки для непрофилированных проволочных ЭИ;

• необходимость в ЭИ для черновой и чистовой обработки;

• выполнения подбора материала с учетом требований процесса ЭЭО;

• выбора конструкции ЭИ в зависимости от площади обработки (до 5*10⁵ мм² ЭИ может быть цельным, свыше этого – желателен пустотелый);

• подвода под давлением в зону обработки рабочей среды (проектирование каналов, заглушек и др.);

• необходимость расчета узлов подвода тока в зону обработки.

При выборе материала рабочей части ЭИ учитывают его свойства:

• эрозионную стойкость;

• удельную проводимость;

• обрабатываемость;

• стоимость;

• механическую прочность;

• коррозионную стойкость в рабочей среде;

• возможность вредных выделений при разрядах.

Чаще других в качестве материалов для ЭИ рекомендуют:

- на чистовые операции: медь (чистую), латунь;

- на черновые операции: графитовые, алюминиевые, цинковые сплавы.

В особых случаях для обеспечения высокой точности рекомендуют использовать вольфрам, молибден. Для электроконтактной обработки применяют сталь, чугун, реже латунь, медь. В качестве материала для непрофилированного проволочного ЭИ используют: латунь, вольфрам (диаметр 0,02-0,1 мм), многослойные проволоки.

Для прошивки отверстий используют профильные стержни (стандартные и специального профиля), трубки различных сечений; для разрезки – проволоку выбранного диаметра с погрешностью сечения не более  1,5%;

Для специальных ЭИ применяют:

• сборные конструкции с рабочей частью из рекомендованных материалов и с возможностью ее быстрой замены;

• пустотелые сборные и цельные изделия;

• сборные ЭИ из стандартных частей (трубок, профилей, стержней);

• напыленные или нарощенные на модель (например, гальванопластикой) рабочие части ЭИ;

• рабочие участки, полученные гибкой, вытяжкой, штамповкой, сваркой, пайкой, склеиванием.

2.2.1. Технология изготовления ЭИ

Для изготовления ЭИ из меди, латуни, алюминиевых сплавов применяют штамповку, вытяжку, прокатку, а в случае использования цинковых сплавов – гальванопластику, напыление.

Для повышения технологических показателей ЭЭО необходимо обеспечить точность профиля не хуже 8-10 квалитета, шероховатость рабочей части Ra=2,5-5,0 мкм.

При правке стержней (например ЭИ для прошивки отверстий) используют нагрев с последующим растяжением.

При изготовлении ЭИ для ЭЭО профиля пера лопаток газовых турбин, штампов, прессформ используют литье (в основном точное) с последующей механообработкой. Такой технологический процесс целесообразен, если годовая потребность в ЭИ превышает 50 штук для каждого наименования.

Особый технологический прием требуется для изготовления ЭИ из графитовых композиций – так называемое вихревое копирование, где новым мастер-инструментом или ранее обработанной деталью как напильником формируют рабочую часть ЭИ путем вибрации их относительно ЭИ.

Порошковая металлургия при изготовлении ЭИ нашла применение в массовом производстве.

Гальванопластика и напыление на модели позволяют получить толщину покрытия 2-5 мм и применяются при формообразовании рабочей части ЭИ сложной формы.

Проволочные многослойные электроды выполняют путем гальванического нанесения на проволоку, например, цинка.

2.2.2. Особенности проектирования

Инструмент имеет форму, обратную обрабатываемому контуру на детали, его размеры берутся с учетом межэлектродных зазоров. Исключением являются непрофилированные электроды, для проектирования которых требуется определить только диаметр и материал проволоки или стержня. В этом случае рассчитывают натяжение проволоки, а для стержня — устойчивость при условиях обработки. Все виды электродов-инструментов изнашиваются, и это следует учитывать при определении их начальных размеров.

При проектировании необходимо учесть возможность создания электродов-инструментов для черновой и чистовой обработки, их количество, оценить целесообразность использования на черновых операциях инструмента, ранее примененного для чистовой обработки. Если предусматривается доводка, электроды-инструменты корректируют на размер припуска последующей операции.

При проектировании следует учитывать требования к материалам, из которых изготовлен электрод-инструмент, их стоимость и дефицитность. Если площадь обрабатываемой поверхности S>5-105 мм², то для снижения массы электрод-инструмент выполняют пустотелым (для так называемой схемы обработки-трепанации).

В случае принудительной прокачки рабочей жидкости в электроде должны быть предусмотрены каналы, выходящие в зону обработки. На рис. 2.31 показана конструкция электрода-инструмента для прошивания полостей в матрицах для прессования. Рабочая часть 1 выполнена из эрозионностойкого материала. В ней имеются отверстия 2 для прокачки жидкости из внутренней полости в зону обработки. Рабочая часть соединена с технологической 3, которая служит для закрепления инструмента, подвода тока и выполняется из дешевых конструкционных металлов.

Рис. 2.31

Если электрод-инструмент имеет небольшие габариты, то его изготовляют цельным из материала, применяемого для рабочей части.

2.2.3. Материалы, применяемые для рабочей части

При выборе материала принимают во внимание его эрозионную стойкость, удельную проводимость, возможность изготовления инструмента требуемой формы с минимальными затратами, стоимость, прочность, коррозионную стойкость, отсутствие вредных для здоровья обслуживающего персонала выделений под действием высоких температур при разряде.

Для чистовой обработки, осуществляемой обычно на электроискровом режиме, наиболее часто используют инструменты из обычной и пористой меди, латуни. Медь должна быть без примесей, так как даже минимальные включения других элементов резко снижают электроэрозионные свойства, повышают износ. Для черновых операций, выполняемых на электроимпульсном режиме, в качестве материала электродов-инструментов применяют графитовые и медно-графитовые композиции, алюминий, цинковые сплавы. Графитовые материалы стремятся выбирать мелкозернистой структуры — они обладают повышенной механической прочностью. Из таких материалов можно создать инструменты с острыми углами и тонкими перемычками, эффективные на чистовых операциях. К недостаткам следует отнести повышенную стоимость по сравнению с материалами с более крупными зернами и более низкую производительность процесса. Для черновых операций чаще применяют дешевые и стойкие графитовые материалы с укрупненным зерном.

Для изготовления мелких отверстий используют инструменты из вольфрама, молибдена, латуни. Вольфрам и молибден обладают высокой эрозионной стойкостью в широком диапазоне режимов. Но это дорогие, дефицитные, трудно поддающиеся обработке материалы.

Для электроконтактной обработки применяют инструменты из меди, латуни, чугуна, дешевых марок стали. Возможно применение и обычных эрозионностойких материалов. Серый чугун имеет удовлетворительную эрозионную стойкость при обработке на всех режимах. Он хорошо обрабатывается, недорог, из него выполняют электроды-инструменты для чистовых операций.

Непрофилированные электроды-инструменты обычно изготовляют из вольфрамовой или латунной проволоки. Вольфрамовая проволока имеет большую удельную прочность, но низкую удельную проводимость и применяется для электродов диаметром d_пр≤0,08 мм.

2.2.4. Конструкция

В зависимости от назначения и материала электроды-инструменты могут быть цельными или сборными.

При схеме прошивания применяют электроды-инструменты в виде стержней (рис. 2.32, а) и трубок (рис. 2.32, б) из проката различных сечений. В них рабочая и технологическая часть объединены. Отверстия в трубках могут быть круглыми, прямоугольными, винтовыми и др. Медные стержни и трубки выпускают серийно, их минимальный наружный размер 0,2 мм; допустимая погрешность ±0,01 мм. Аналогичные электроды-инструменты могут быть выполнены из латуни, алюминия и его сплавов.

Для прошивания отверстий используют проволоку диаметром d_пр = 0,025 ... 1,5 мм, с погрешностью не более ±1,5% от номинального размера.

Рис. 2.32

При выполнении прецизионных отверстий (рис. 2.33) после вскрытия их рабочей частью 2 производят калибровку (доводку). Для этого калибрующую часть 1 выполняют с большим диаметром и подключают ее к генератору с более мягким калибрующим режимом. Известно выполнение электродов с несколькими ступенями и подключением каждой из них на отдельный электрический режим. Иногда калибровку выполняют специальным грибовидным электродом-инструментом (рис. 2.34), у которого рабочий диаметр D значительно превышает диаметр d, по которому электрод-инструмент устанавливают в электрододержателе. Разница в диаметрах снижает погрешность диаметра отверстия, возникающую вследствие боковых разрядов. По той же причине стремятся уменьшить высоту h. Грибовидные конструкции могут быть цельными и сборными. Нерабочие участки электрода-инструмента 1 иногда покрывают изоляцией или втулкой 2 из диэлектрика.

Для прошивания полостей применяют сплошные или сборные электроды-инструменты из графитовых материалов. Иногда корпус электрода-инструмента выполняют из дешевого конструкционного материала, а на рабочую часть гальваническим методом или напылением наращивают эрозионностойкий слой.

Рис. 2.33 Рис. 2.34

Сборные электроды-инструменты могут быть выполнены, например, из набора стержней или трубок (рис. 2.35). Для изготовления полостей стержни или трубки 1 в виде пакета устанавливают в макете 2 детали и закрепляют в таком положении электрододержателем 3, в котором могут быть предусмотрены полость и отверстие 4 для прокачки рабочей жидкости через электроды (рис. 2.35, а). Если необходимо изготовить глухое или сквозное отверстие сложной формы, то трубки или стержни 4 набирают в шаблоны 1, 2, которые скоординированы штифтами 3 или другими элементами (рис. 2.35, б).

При электроэрозионном шлифовании в качестве инструмента используют металлический или графитовый диск; для отрезания применяют диски из листового материала с толщиной от 0,3...0,5 мм до нескольких миллиметров или стальную ленту, перемещающуюся по шкивам. Толщина ленты не превышает 1...1,5 мм.

2.2.5. Изготовление

Инструменты из меди, алюминия и их сплавов обычно изготовляют штамповкой, вытяжкой, прокаткой (см. рис. 2.33).

а) б)

Рис. 2.35

Точность изготовления соответствует 8...10-му квалитету СЭВ, шероховатость поверхности R_а=2,5...5 мкм. Для придания электродам-инструментам прямолинейности их правят в специальных приспособлениях. Их закрепляют в зажимах, к которым прикладывают растягивающие усилия. Одновременно электроды нагревают током низкого напряжения. Не снимая усилия, электроды охлаждают, после чего они приобретают требуемую форму. Контрольную операцию выполняют на инструментальной плите путем измерения просвета между плитой и электродом-инструментом.

Заготовки для электродов-инструментов, имеющих сложную объемную форму (см. рис. 2.32), выполняют литьем. Это экономически целесообразно, если требуется значительное количество одинаковых инструментов. Например, при литье в оболочковые формы их должно быть не меньше 50. Вследствие усадки литые заготовки имеют невысокую точность и требуют дополнительной механической обработки лезвийным и абразивным инструментом (точение, фрезерование, сверление, шлифование и др.). Для точного базирования электрода-инструмента в станке его обрабатывают совместно с электрододержателем, используя в качестве установочных баз присоединительные к станку элементы электрододержателя.

При механической обработке меди, алюминия и их сплавов передние углы инструмента должны быть невелики. Скорость резания для твердосплавных резцов и фрез достигает 5 м/с, подача — до 0,3 мм/об. В случае обработки графитовых материалов желательно использовать твердосплавный инструмент с передним углом 10...12° при скорости резания до 6 м/с, подаче при фрезеровании до 10 мм/с, глубине резания на чистовых операциях порядка 0,5...2 мм. Инструменты из графитовых материалов шлифуют. При этом необходимо оснащать станки местной вытяжкой вентиляцией или пылеуловителями.

Цельные электроды из графитовых материалов можно изготовить методом вихревого копирования (рис. 2.36). Блок 1 из графитового материала обрабатывают деталью 2, предварительно подвергнутой электроэрозионной операции. Детали придают колебания в двух направлениях в плоскости, перпендикулярной направлению ее подачи S. Деталь совершает возвратно-постунательные движения. Лунки, оставшиеся после электроэрозионной обработки на поверхности детали, работают как лезвия инструмента. Для получения требуемой точности углубления (будущего электрода-инструмента 1) размеры детали 2 уменьшают на размер амплитуды ее перемещений. Или же если впоследствии при обработке па станке электроду-инструменту, полученному из блока 1, придать колебательные движения с амплитудой, применяемой при его изготовлении, то можно выполнить углубление с помощью эталонной детали без уменьшения размеров. При отсутствии детали делают инструмент, которым осуществляют вихревое копирование. Такая технология удобнее вышеописанной, так как здесь проще предусмотреть базы для крепления инструмента в станке, обеспечить ему требуемую жесткость.

Рис. 2.36

Графитовые, медно-графитовые, вольфрамокобальтовые электроды-инструменты можно получать по технологии порошковой металлургии. Так изготовляют пустотелые и сплошные конструкции. Форма рабочей поверхности таких инструментов повторяет конфигурацию пресс-форм. Этот процесс рентабелен только при выпуске значительных партий одинаковых электродов-инструментов. К недостаткам процесса следует отнести неравномерность свойств материала после прессования, особенно при сложной конфигурации электрода-инструмента.

Нанесение на рабочую поверхность эрозионностойкого материала возможно этектродуговым, плазменным, газоплазменным напылением. В этом случае вместо корпуса часто применяют модели многократного использования из керамики, графита, сталей, алюминия, чугуна. Модели могут быть сборными, что упрощает их изготовление. Напыление производят в две стадии: сначала наносят основу из нержавеющей стали, затем слой эрозионностойкого материала толщиной 1,5...2 мм. Полученную оболочку снимают, крепят к электрододержателю и устанавливают на станок. При гальваническом методе формообразования рабочей части можно применять модели из металлов, пластмасс, гипса, легко поддающихся обработке. На нетокопроводящие модели сначала осаждают химическим путем токопроводящий слой, далее его наращивают до требуемой толщины эрозионностойким материалом. Предельная толщина стоя 2...5 мм. Модели могут быть одно- и многоразового использования. После гальванического осаждения металла рабочая поверхность имеет высокую точность размеров, малую шероховатость и не нуждается в дальнейшей обработке. Площадь рабочей части может достигать сотен квадратных сантиметров. Недостатками методов являются зависимость толщины слоя от формы модели и большая длительность процесса (до 100 ч на 1 мм толщины).

Для изготовления рабочего профиля используют также электрохимический, электроэрозионный, ультразвуковой методы. Так, электроды-инструменты, предназначенные для изготовления сеток с мелкими прямоугольными отверстиями, целесообразно выполнять непрофилированным проволочным электродом. С этой целью торцовую поверхность заготовки разрезают вдоль оси взаимно перпендикулярными пазами (рис. 2.37).

Рис 2.37

Электроды-инструменты для шлифования получают механической обработкой и прессованием, электроды- инструменты для отрезания — штамповкой из листа с последующей термофиксацией (круглые) или сваркой концов ленты (ленточные).

Кроме того, при изготовлении электродов-инструментов используют пайку, склеивание и другие технологические процессы, применяемые в машиностроении.

2.2.6. Расчет рабочей части

При электроэрозионном шлифовании, для повышения технологических показателей обработки целесообразно повышать скорость перемещения инструмента относительно детали. Поэтому при электроэрозионном шлифовании используют скорости круга υ₀ до 40...50 м/с. Диаметр круга d_a рассчитывают так, чтобы при имеющемся на станке приводе инструмента обеспечить требуемую окружную скорость: , где n₀ — частота вращения шпинделя станка.

Если инструмент изготовлен из графита, чугуна или другого хрупкого материала, то необходимо выполнить его проверочный расчет на прочность при рабочих скоростях, принимая при этом коэффициент запаса прочности не менее 2. Желательно, кроме того, один - два диска от партии испытать в разгонной камере до частоты вращения, вызывающей их разрыв.

При разрезании расчет профильного дискового инструмента аналогичен приведенному для шлифования.

Для прорезания узких пазов (менее 0,1...0,15 мм) используют проволочный электрод-инструмент, который рассчитывают, исходя из ширины паза b_п. При этом следует учесть уменьшение диаметра проволоки за счет эрозии. Начальный диаметр

где k = 2...5— коэффициент, учитывающий эрозию проволоки; s = 5...20 мкм— межэлектродный зазор.

Следует учитывать, что стандартные диаметры вольфрамовой и латунной проволоки не могут во всех случаях отвечать расчетным значениям. Поэтому приходится либо протягивать проволоку на требуемый диаметр, либо так подбирать скорость ее перемотки, чтобы мог быть получен коэффициент k, обеспечивающий получение заданной ширины паза. Для латунной проволоки диаметром d_и=0,1 мм скорость перемотки должна быть не менее 5 мм/с (k=2,5), для d_и=0,2 мм — не менее 1,5 мм/с (k=2...2,3), для d_и=0,3 — не менее 0,8 мм/с (k=3...3,5). Если скорость проволоки диаметром 0,3 мм удвоить, то коэффициент k примет значение 1,8...2. Таким образом, изменяя скорость перемотки, можно в несколько раз изменить расчетный диаметр проволоки и подобрать ближайший стандартный ее размер. Для обработки заготовок с толщиной свыше 15...20 мм рекомендуется использовать проволоку диаметром более 0,2 мм.

Если ширина паза в детали не ограничена, то скорость перемотки проволоки берут близкой к минимальному значению, а расчет ширины паза не делают.

При электроэрозионном легировании размеры электрода-инструмента обычно выбирают из конструктивных соображений (размеров обрабатываемой поверхности заготовки, способа подвода инструмента к месту обработки и др.).

2.2.7. Пути снижения износа

Одним из путей снижения износа электрода-инструмента является использование материалов, имеющих высокую эрозионную стойкость. Если расположить известные материалы, используемые для изготовления электродов-инструментов, в порядке возрастания их эрозионной стойкости, то перечень будет выглядеть так: алюминий и его сплавы, серый чугун, латунь, медь, вольфрам, графитированные материалы.

Износ электродов зависит от формы и энергии импульсов, причем для различных материалов форма импульсов, обеспечивающая минимальный износ, различна. Значительное влияние на износ оказывает прокачка жидкости. У медных электродов-инструментов с уменьшением скорости прокачки износ снижается, у медно-графитовых композиций — повышается. Наиболее интересным решением проблемы является создание условий, при которых износ электрода-инструмента компенсируется слоем углерода, осаждающегося на рабочей поверхности инструмента в результате разложения угле-родосодержаших рабочих жидкостей. Если добиться равновесия между удаляемым за счет эрозии и осаждающимся на электрод-инструмент материалом, то износ полностью прекратится. Этого удается достичь за счет особой формы импульса, вырабатываемого генератором. Импульсу придают крутой передний фронт с большим амплитудным значением напряжения, что обеспечивает нормальный разряд; далее напряжение снижают и ведут процесс в течение времени, необходимого для разложения рабочей среды и осаждения графита (так называемый импульс «гребенка»). Таким путем удается сохранить достаточно высокую производительность и устранить или снизить до минимума износ электрода-инструмента. Например, у инструмента из меди, покрытой слоем графита, осажденного из рабочей жидкости, износ снижается в десятки раз по сравнению с медным электродом-инструментом.

При использовании проволочного электрода износ инструмента не оказывает влияния на точность вырезания профиля, так как при неизменном режиме обработки сечения электрода-инструмента на входе в заготовку и на выходе из нее постоянны в течение всего процесса изготовления детали.

2.2.8. Особенности проектирования, расчета и изготовления копиров для станков с непрофилированным электродом

Точность изготовления детали зависит от параметров копира. Для станков с непрофилированным электродом копир должен быть жестким, поскольку он является носителем размеров, и в то же время иметь минимальную толщину кромки, чтобы проволока касалась ее без перекосов. Копир изготовляют из латуни или другого сплава, обладающего небольшим переходным сопротивлением в месте контакта с проволокой, а рабочую кромку со стороны, противоположной заготовке, срезают, оставляя ее высоту l_р не более 0,3 мм (рис. 2.38). Тогда колебание угла наклона проволоки 1 не вызывает значительных отклонений ее от рабочей кромки 2, что позволяет повторить профиль копира на детали с минимальными погрешностями.

Рис. 2.38

Копир 1 (рис. 2.39) крепят над заготовкой 2, добиваясь минимального зазора между его нижней плоскостью и заготовкой.

а) б)

Рис. 2.39

Для получения надежной изоляции копира 1 от заготовки 2 его устанавливают с помощью диэлектрического кольца 3 (рис. 2.39, а), с помощью клеев 3 (рис. 2.39, б), механическими прижимами. При установке на клей 3 копир базируют по съемной пробке или кольцу. Схема расчета копира приведена на рис. 2.40. Размер копира

(2.1)

где — размер детали; s — зазор; z — припуск па последующую обработку.

Рис. 2.40

За счет износа проволоки 1 при движении ее в направлении стрелки происходит уменьшение ее диаметра, паз в детали 3 приобретает уклон в сторону копира 2, поэтому припуск под последующую обработку заготовки считают с учетом угла наклона α боковой стенки паза к оси проволоки. В формуле (2.1) берут знак «—», если обрабатывают охватывающий контур детали, например получают отверстие. При изготовлении охватываемого элемента конструкции, например стержня, размеры копира должны превышать размеры детали и в формуле (2.1) берут знак «—».

2.2.9. Расчет рабочей части ЭИ

Наиболее простые ЭИ для прошивания сквозных отверстий круглого сечения (диаметр dд) рассчитывают по зависимости

d_э = d_д – 2S_б,

где S_б – боковой межэлектродный зазор. Для черновых режимов S_б = 0,15-0,5 мм, для чистовых - S_б = 0,005-0,05 мм.

В случае необходимости выполнения последующих операций

d_э = d_д-2(S_б + Z),

где Z – припуск на последующую операцию.

Длина электрода (L)

L = L₁ + L₂ + L₃ + L₄,

где L₁ – длина участка закрепления; L₂ – глубина отверстия; L₃ - длина изношенного участка; L₄ – участок для калибровки отверстия.

Обычно L₁ ≥ (2-3) d_д; L₄ = (1,2-1,8) L₂; ,

где  - износ рабочей части ЭИ в % от длины отверстия L₂.

Для прошивания глухих отверстий длину электрода для черновой (L') и чистовой (L'') обработки рассчитывают по зависимостям.

L' = (2-3)d_д + L₂ + L₂/100,

L''= (2-3) d_д + L₂.

Проектирование рабочего профиля ЭИ для обработки полостей выполняют с учетом величины торцевых (S_т) и боковых (S_б) зазоров, которые изменяются по нелинейному закону (рис. 2.41) и могут иметь значительное рассеивание (на рис. 2.41 пунктиром показаны границы изменения величин зазоров). Для упрощения расчетов криволинейные участки S заменяют прямыми.

Если профиль рабочей части ЭИ имеет сложную форму (рис. 2.42), то его проектируют после расчета отдельных участков, которые сопрягают плавными кривыми. Чем больше выбрано таких участков, тем точнее профиль ЭИ. Контур детали (рис. 2.42) находят сопряжением начальных и конечных точек каждого участка (0-1 на рис. 2.42).

Рис. 2.41.

Рис. 2.42

Расчет и проектирование ЭИ для полостей выполняют в следующей последовательности:

- строят на чертеже в масштабе профиль углубления в детали;

• рассчитывают межэлектродные зазоры S_т, S_б (МЭЗ);

- откладывают на чертеже МЭЗ (от S_т до S_б);

• строят профиль рабочей части инструмента;

• проектируют отверстия для прокачки рабочей среды, для чего принимают для ЭИ из графита скорость рабочей среды 0,03-0,8 м/с, из меди и ее сплавов – 0,03-0,2 м/с. При этом желательно иметь только одно отверстие или щель, расположенные по оси (плоскости) симметрии; но при площади обработки свыше 300 мм² приходится проектировать систему отверстий (щелей), располагая их так, чтобы избежать пересечения потоков;

- определяют расход жидкости через отверстия (щели) по формуле

Q₁ = V_жL_nS_б,

где L_n - длина периметра углубления в детали;

V_ж - скорость прокачки жидкости.

- находят общую площадь сечения отверстий и общий расход жидкости Q.

2.2.10 Автоматизированный расчет и выбор электродов-инструментов

В зависимости от кинематики оборудования инструмент может иметь форму, обратную профилю детали, или постоянное сечение, например, круглое, но в последнем случае его необходимо перемещать по обрабатываемому контуру, последовательно формируя по принципу лобзика границы углубления.

Выбор инструмента выполняется в зависимости от размеров детали (по техническим характеристикам станка), форму требуемого профиля, наличия наиболее подходящего инструмента или материала для его изготовления на предприятии.

На рис. 2.33 показан алгоритм автоматизированного выбора для электроэрозионной обработки непрофилированного инструмента, который может быть в форме проволоки или стержня. Паз считается глубоким, если его глубина более 5 размеров ширины. Если же паз глубокий, но не сквозной, то используется электрод-проволока, огибающая по торцу стержень, перемещаемый по контуру детали (с односторонним подводом).

Очень узкие (менее 40 мкм) пазы обработать не удается, т.к. минимально необходимый для устойчивого протекания процесса натяг проволоки превышает ее прочность на разрыв. Пазы до 0,12 мм целесообразно выполнять проволокой из вольфрама, т.к. ее прочность выше латунной, хотя удельное электрическое сопротивление вольфрама заметно больше.

За один проход можно получить пазы до 0,35 мм, при этом предпочтительнее использовать многослойную (например, с цинковым покрытием) проволоку, которая позволяет повысить скорость обработки при незначительном ухудшении качества паза. Если такой проволоки нет, то применяют латунную. При этом предпочтительнее отожженная проволока, прокалиброванная по диаметру. Для широких пазов целесообразно применять другие методы обработки или (при электроэрозионной обработке) делать несколько проходов с применением более дешевой латунной однослойной проволоки.

На рис. 2.34 приведен алгоритм автоматизированного выбора материала и метода изготовления профильного электрода-инструмента для электроэрозионной импульсной обработки.

Небольшие ЭИ простой формы (например, круглые) могут выполняться из металлических или углеграфитовых прутков точением. Применима медь, ее сплавы, допустимы алюминиевые сплавы, чугун, сталь, титан. Однако последние не обеспечивают высокой производительности и точности, т.к. износ таких материалов может быть на несколько порядков выше, чем у углеграфита.

Размеры электрода-инструмента представляют собой ответную часть профиля углубления в детали, являются эквидистантными размерам профиля и отличаются от них на

Рис. 2.43.

Рис. 2.44.

величину межэлектродного зазора, который выбирается при чистовых режимах в диапазоне 20-100 мкм. При этом следует учитывать, что электроды изнашиваются. На чистовых режимах износ углеграфитовых ЭИ составляет 0,2-0,5% от объема снятого металла, медных - 1-5%.

Поэтому, чем выше точность контура, тем большее количество электродов понадобится для изготовления детали.

Если профиль отверстия имеет постоянное сечение, то для небольших серий ЭИ их можно выполнять на станках с непрофилированным электродом, смещая проволоку эквидистантно получаемому контуру на разность межэлектродных зазоров при выполнении операции прошивки и вырезания ЭИ проволокой. Современные станки с непрофилированным электродом имеют угловую координату, позволяющую получать постоянный уклон по высоте ЭИ.

Для больших партий ЭИ экономически целесообразно выполнять их профиль пластическим формообразованием: экструдированием, прокаткой, волочением, штамповкой.

Дополнительные затраты, необходимые для изготовления оснастки, быстро окупаются за счет снижения трудоемкости обработки ЭИ.

Для черновых и получистовых операций целесообразно применять углеграфитовые материалы, которые хорошо обрабатываются металлическим инструментом, достаточно прочны, имеют малый износ. Однако, при проектировании ЭИ из углеграфита следует воздерживаться от выполнения выступов с шириной менее 0,5-1 мм, т.к. их механическая прочность может оказаться недостаточной. При большой серийности ЭИ их рабочий профиль удобнее выполнять вихревым копированием, которое позволяет быстро тиражировать инструмент.

Если при электроэрозионной обработке необходимо спрофилировать боковые поверхности (например, межлопаточные каналы в монолитных роторах или статорах энергетических машин), то электрод целесообразно выполнять из углеграфита, меди или композиций методом порошковой металлургии, при котором обеспечивается плотность и другие свойства ЭИ, необходимые для малоизносной обработки.

Для изготовления пресс-форм, штампов необходимы крупные ЭИ, которые могут быть получены напылением слоя меди или стали на модели с последующей местной доработкой профиля по шаблонам. При этом, в зависимости от серийности ЭИ, модели выполняют для одноразового применения (например, из пластмасс) или для длительного использования (чаще всего из металлов).

Крупногабаритные ЭИ, особенно со сложным рабочим профилем, выполняют гальванопластикой путем наращивания слоя меди толщиной 3-7 мм или тонкого слоя серебра (для особо сложных ЭИ больших габаритов).

Инструмент для электроконтактной обработки выбирают исходя из характера выполняемой операции (рис. 2.45). При разделительных операциях (отрезка заготовок, обдирка слитков и др.), где главным показателем эффективности метода является производительность, в качестве ЭИ используют диски или ленты из малоуглеродистых сталей, реже – чугуна. Такие операции выполняют обычно на воздухе, поэтому износ ЭИ составляет 40-80% от объема снятого металла, и потребность в инструментах значительна. Независимо от серийности разрезаемых заготовок ЭИ выполняют из листов, толщина которых зависит от размеров дисков. Иногда для повышения жесткости на них выштамповывают радиальные углубления высотой в несколько десятых миллиметра. При больших поперечных размерах заготовок, когда диаметр диска становится свыше 300-400 мм, более эффективна бесконечная лента, натянутая на ролики. Толщина ее может быть снижена до десятых долей миллиметра, что экономит расход материала деталей. Недостатком применения ленты является значительная потеря ее из-за необходимости смены после износа рабочей кромки, т.к. остаточное сечение ленты должно обеспечивать ее прочность при работе.

Если выполняется чистовая разрезка материала, то процесс протекает в жидкой среде (суспензиях, жидком стекле, в воде и др.), что заметно снижает износ ЭИ, однако повышаются требования к качеству его изготовления.

Рис. 2.45.

Требуется большая точность, сбалансированность, отсутствие или обеспечение заданной величины биений. Для этих целей применяют диски. которые после вырубки рихтуют или термообрабатывают в кассетах.

Для остаточных финишных операций (например, в случае разрезки вольфрама, магнитных сплавов) используют диски с нанесенным на них слоем абразивного или алмазного зерна путем гальванического закрепления никелем, шаржированием или вдавливанием зерен в металлический корпус ЭИ.

Второе направление применения электроконтактной обработки - шлифование хрупких, вязких и высокопрочных сплавов. В ряде случаев требуется обеспечить при этом острую кромку без заусенца (уплотнительные кольца, пакеты пластин электродвигателей и др.). Тогда применяют бесконтактную обработку, при которой чугунный круг работает в жидкой среде без металлического контакта с деталью. В остальных случаях используют электроабразивный ЭИ, где съем металла осуществляется зерном и за счет электрической эрозии. Таким инструментом удается обрабатывать вязкие материалы (например, медь), т.к. за счет эрозии происходит очистка инструмента и восстановление режущих свойств зерен абразива.

Вопросы для самопроверки

1. Какие особенности свойственны приспособлениям для ЭЭО?

2. Конструкция приспособлений - дополнительного инструмента для установки ЭИ.

3. Приспособления для крепления стержневых ЭИ.

4. Электрододержатель для пластинчатых ЭИ.

5. Головка ориентации.

6. Поворотные приспособления для ЭИ.

7. Приспособления для разметки заготовки при установке ЭИ.

8. Приспособление для определения точек совмещения ЭИ и заготовки.

9. Поворотный стол.

10. Приспособления для обработки штампов.

11. Приспособления для выверки баз по шаблону и базовым поверхностям.

12. Тиски для крепления заготовок.

13. Орбитальная головка.

14. Вращающиеся шпиндели.

15. Вращающиеся столы.

16. Приспособления для шлифования.

17. Приспособления для обработки спиральных канавок.

18. Приспособления для закрепления ЭИ в вырезных проволочных станках.

19. Угловое приспособление для станков.

20. Поворотный стол для вырезных станков.

21. Особенности проектирования ЭИ.

22. Материалы, применяемые для рабочей части ЭИ.

23. Типовые конструкции ЭИ.

24. Технология изготовления ЭИ.

25. Расчет рабочей части ЭИ.

26. Пути снижения износа ЭИ.

27. Изготовление копиров для станков с непрофилированным проволочным электродом.