книги / Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

С целью снижения погрешности от вибрации и деформации ЭИ при обработке углов рассчитывают новую траекторию движения, основываясь на нечетной логике (рис. 4.15) [15].

Рис. 4.15. Корректировка траектории движения ЭИ

Скорректированная траектория состоит из двух участков, расположенных под некоторым углом a. Длины l1 и l2, а также величина угла рассчитываются автоматически (компьютером) по результатам опытов и экспериментальным данным.

4.9.3. Влияние нагрева электродов на образование погрешности

При ЭЭО выделяется значительное количество теплоты, которое постепенно нагревает рабочую жидкость. Последняя, омывая ЭИ и ЭД, нагревает их. При обычных условиях ведения процесса температура РЖ, как правило, не поднимается выше 60–70 °С, но при обработке в предварительно нагретых жидкостях она может достигатьнескольких сотградусов [24].

В процессе обработки температура РЖ изменяется по экспоненциальному закону. Закономерность ее изменения по времени можно определить экспериментально; делаются попытки ее теоретического определения. Однако знание температуры РЖ еще не позволяет точно определить размеры ЭИ и ЭД, неравномерно нагревающихся в процессе обработки. В связи с этим при опреде-

71

лении температурной погрешности следует оперировать средневзвешенной избыточной температурой, которую можно определить по выражению

T =	T1L1 + T2 L2 + + Tn Ln	,	(4.12)
	L1 + L2 + + Ln

где Lр – расчетный размер, слагающийся из отдельных участков Li, Lр = L1 + L2 +…+ Ln; Т – избыточная температура, определяемая как разность температур соответствующего участка в конце и начале обработки, Т = Тк – Т0.

Вследствие нагрева ЭИ и ЭД возникают сравнительно большие температурные систематические погрешности δт в направлении, перпендикулярном перемещению электрода-инстру- мента; ориентировочно погрешность может быть определена из выражения

δт = Lp (αиQи − αзQз ),

(4.13)

где Lр – расчетный размер полости; αи, α з – коэффициенты линейного расширения материала электрода-инструмента и электродазаготовки соответственно; Qи, Qз – средневзвешенные избыточные

температурыэлектрода-инструментаиэлектрода-заготовки. Коэффициенты линейного расширения материала заготов-

ки и ЭИ могут различаться более чем в 2–4 раза. В связи с этим наибольшее значение рассматриваемой погрешности будет при обработке стальных заготовок ЭИ из алюминия и углеграфитовых материалов. В результате обработки поверхности, имеющей длину 200 мм, при нагреве РЖ до 60 оС возможно образование погрешности до 0,1 мм, которую следует отнести к систематической [24].

С целью повышения точности обработки целесообразно оснащать станки системой охлаждающих устройств, управляемых датчиками температур.

72

4.9.4. Погрешность размера межэлектродного зазора

Как отмечено в работе [24], серьезным источником случайных погрешностей является наличие зазора l между ЭИ и ЭД. В зависимости от неоднородности их структуры, изменения свойств РЖ и режима обработки межэлектродный зазор не остается постоянным при обработке партии заготовок даже на од-

ном режиме. Он колеблется в пределах от lmax до lmin при номинальном значении l0. Поле рассеивания зазора δ = lmax – lmin.

Объем металла, удаленный с электрода, и размеры лунок, образующихся на поверхности ЭИ и ЭД, зависят от их теплофизических характеристик, свойств РЖ и условий ведения процесса. Поэтому при обработке заготовки с неоднородной структурой каждый импульс тока будет образовывать на ее поверхности лунки различных размеров.

С другой стороны, от свойств материалов электродов и РЖ зависит напряжение поддержания дуги Us, величина которого влияет на энергию импульса Wи, что приводит к образованию различных межэлектродных зазоров l1 и l2 на разных участках зон обработки (рис. 4.16), обусловливая появление элементарных случайных погрешностей[10].

Рис. 4.16. Образование погрешности, связанной с изменением величины МЭЗ

73

Погрешность определяется разностью l1 – l2, которая находится следующим образом:

lэ = l1 + l2 = (1+ Δγ э )l1 =

= 1+ γ		h	− R	−	(	h	− R	,	(4.14)
(	э ) (	1	2 )			1	2 )

где γ э – колебание электрода.

Полученное выражение позволяет определить влияние многих факторов на элементарные погрешности, вызываемые колебанием МЭЗ, в частности на погрешность, связанную с размерами единичных лунок.

Как правило, расчет погрешности МЭЗ дает лишь примерные величины возможной погрешности обработки. На практике наиболее часто погрешность обработки на заданном оборудовании определяют путем статистического анализа данных об отклонении заданных размеров, полученных после обработки партии типовых деталей.

4.10. Рабочие жидкости

Для реализации процесса ЭЭО межэлектродный промежуток должен быть заполнен рабочей жидкостью. Основные требования, предъявляемые к РЖ: термическая стабильность под влиянием фи- зико-химических свойствпри воздействии электрических разрядов с параметрами, соответствующими применяемым при ЭЭО; низкая коррозионная активность к материалам ЭИ и обрабатываемой заготовки; высокая температура вспышки и низкая испаряемость; хорошая фильтруемость; отсутствие запаха и низкая токсичность; обеспечение высоких технологическихпоказателей ЭЭО.

При ЭЭО применение получили низкомолекулярные углеводородные жидкости различной вязкости, вода и незначительной степени кремнийорганические жидкости, а также водные растворы двухатомных спиртов. Температура вспышки паров РЖ не должна превышать 61 °С [20].

74

Всовременном оборудовании, как правило, применяются специальные РЖ на основе углеводородного сырья и с самыми различными добавками, отвечающие всем требованиям процесса ЭЭО и резко повышающие его качественные характеристики [17].

Вработе проволочно-вырезных станков, как правило, используют в качестве РЖ дистиллированную и техническую воду.

Втабл. 4.4 даны сведения о некоторых рабочих жидкостях в соответствиис ГОСТом.

Таблица 4.4

Сведения о некоторых рабочих жидкостях

	Наименование	ГОСТ	Температура закрытомввспышки ,тигле	Кинематическая вязкость 20при	,весУдельный м/Н	Содержание ароматических ,углеводородов%	Температура ,кипения	Рекомендуемая примененияобласть
				/с			С
			С	2
				м			о
			о	С,	3
				о
	Масло инду-							ЭЭОК,
	стриальное,	20799–75	100	12	–	30	–	ЭЭПр,
	И12А, И30А							ЭЭОт
	Трансформа-	10121–76	54	2,2	–	30	–	ЭЭПр,
	торное масло							ЭЭОт
	Вода	2874–82	–	–	–	–	–	ЭЭВ
	Дизельное	305–82	40–61	–	8600	–	–	ЭЭМ
	топливо Л

Как было отмечено [6], вид и состояние РЖ оказывают существенное влияние на технологические показатели ЭЭО. Уже на стадии формирования пробоя МЭХ сказываются диэлектрическая прочность рабочей среды и ее вязкость μ. Вязкостью определяется время формирования токопроводных частиц в «мостик», по которому происходит пробой рабочей среды. На стадии электрического разряда, когда происходит съем металла, протекают процессы разложения рабочей среды, окисления, полимеризации и конденсации углеводородов, накапливаются смолистые и асфаль-

75

товые сгустки (шлам), коллоидный кокс – сажа, различные соли, кислоты, частицы обрабатываемого материала и ЭИ.

Испаряясь с поверхности электродов, химические элементы рабочей среды под действием разряда вступают в соединения с окисными пленками, покрывающими электрод, и образуют новые химические соединения. Эти новые образования имеют различную прочность, термостойкость и электрическую активность, они изменяют тепловой баланс разряда, что сказывается на скоростях удаления материала с заготовки и эрозионном износе ЭИ. На поверхности ЭИ образуются защитные пленки. Протекание всех этих процессов во многом определяется физико-химическими свойствами рабочей среды.

На следующей стадии, когда происходит удаление продуктов эрозии и продуктов распада из зон разряда, особое значение имеет вязкость рабочей среды. С увеличением вязкости степень захвата продуктов эрозии увеличивается и процесс их удаления улучшается. Однако если МЭХ мал, то движение вязкой рабочей среды затруднено, и процесс удаления ухудшается.

Вязкость РЖ оказывает существенное влияние на параметр шероховатости обработанной поверхности (рис. 4.17).

Рис. 4.17. График выбора РЖ по вязкости (для получения необходимой шероховатости обработанной поверхности): 1 – рекомендуемая область; 2 – неблагоприятная область

76

Одновременно с помощью РЖ охлаждается рабочая зона, и предотвращается оплавление поверхности электродов.

Для каждого вида ЭЭО применяют РЖ, обеспечивающие оптимальный режим работы [20].

Негативное влияние на процесс ЭЭО оказывает нагрев РЖ (выше допустимого) в процессе работы станка. При изменении температуры РЖ возможно газовыделение из жидкости, ее разложение. С ростом температуры РЖ происходит изменение и теплофизических характеристик электродов. Поэтому все современные ЭЭ-станки обязательно имеют в своем составе помимо системы тщательной очистки рабочей жидкости устройства охлаждения, системы контроля температуры рабочей жидкости и поддержки температуры в заданных пределах [17].

4.11. Электроды-инструменты

Электроды-инструменты можно разделить на две группы [17]: профильные – объемные электроды, и непрофильные электроды – проволока.

Профильные – объемные электроды, разнообразные по форме и материалу, основные требования, предъявляемые к ним: высокая точность, малая шероховатость поверхностей, жесткость, малый износ при обеспечении высокой производительности.

Для изготовления профильных электродов применяют самые различныематериалы, откоторых зависят многиепараметрыЭЭО.

В качестве материала ЭИ для ЭЭО используют медь, латунь, алюминий и его сплавы, серый чугун, графитизированные материалы, вольфрам и др.

Электроды-инструменты из меди (например, марок М1, М2, М3, АМФ и др.) дают возможность осуществлять ЭЭО на самых производительных режимах, обеспечивают наиболее стабильное течение процесса. Поскольку медь является легкообрабатываемым материалом, из нее легко изготавливать электроды практически любой сложной формы и профиля с высокой точностью на металлообрабатывающем оборудовании.

77

Эффективный метод получения медных электродов – метод электролитического осаждения, в частности, реализованный как система быстрой гальванопластики SEF, включающая экспресстехнологию получения рельефных 3D-электродов. Технология предусматривает использование специального оборудования, в котором происходит осаждение меди из электролита на помещенную в ванну с электродом мастер-модель с образованием твердого слоя из меди толщиной от 1 до 20 мм. Мастер-модель может быть изготовлена из самых простых материалов: дерева, гипса, глины, пластика и т.п.

Гальванопластика совершенно точно и быстро копирует мельчайшие детали поверхности сложных мастер-моделей, обеспечивая в конечном виде ЭИ для прошивных станков. Технология ускоряет подготовку производства, заменяя в ряде случаев дорогостоящие и сложныефрезерныеработыпо изготовлениюЭИиз меди.

Недостатком меди как материала ЭИ является ее высокая стоимостьисравнительно невысокаяэлектроэрозионнаястойкость.

Композиционные материалы из меди и вольфрама (например, марок эльконайт, МВ70 и др.) имеют очень высокую стойкость и предпочтительное применение для исполнения сложных работ. Недостатком данной группы материалов является их высокая стоимость.

Электроды-инструменты из алюминия и его сплавов (например, марок АО, Д1, АК7, АЛ3 и др.) дают более низкие показатели по стабильности процесса и электроэрозионной стойкости, чем медные. Однако благодаря невысокой стоимости алюминия и сравнительной легкости получения литых и штампованных электродов сложной формы они находят применение при предварительной ЭЭО нагрубых режимах.

Электроды-инструменты из серого чугуна (например, СЧ-15-32 и др.) обладают эрозионной стойкостью, близкой к меди, но стабильный процесс обработки при этом наблюдается в сравнительно ограниченной области при небольшой мощности, подводимой к электродам. Они применяются, например, при обработке твер-

78

дых сплавов вращающимся электродом-инструментом. Практика показывает ограниченную применимость ЭИ из чугуна.

Электроды-инструменты из графита, углеграфитового, графитизированного материала (например, марок ЭЭГ, МПГ6, МПГ7, АРВ2 и др.) широко используются при ЭЭО благодаря высокой электроэрозионной стойкости, хорошей обрабатываемости и низкой стоимости. По стабильности процесса электроды несколько уступают медным, особенно на чистовых режимах обработки. Ограничение применения графитизированного материала диктуется главным образом его сравнительно низкой механической прочностью, что не позволяет получать механообработкой сложнопрофильные тонкостенные конструкцииЭИ.

При использовании графитовых электродов для обработки сталей в ряде случаев удается получить практически их нулевой износ, так как в результате разложения рабочей жидкости на поверхности графитового электрода в перерывах между импульсами непрерывно восстанавливается разрушенный графитовыйслой.

Латунь, как правило, служит материалом трубчатых электродов, используемых для получения отверстий.

Непрофилированные электроды-проволоку обычно различают по материалу, диаметру и покрытиям. При ЭЭО используют проволоку латунную (d = 0,1…0,3 мм), медную (d = 0,2…0,3 мм), латунную с цинковым покрытием (d = 0,2…0,3 мм), вольфрамовую и молибденовую (d = 0,005…0,1 мм), но иногда и других типов и диаметров [17].

4.12.Расчетные формулы

изависимости параметров ЭЭО

Как было сказано ранее, основным инструментом при расчете ЭЭО являются импульсы тока, образующиеся специальным генератором импульсов. Характеристики ГИ в основном и определяют технологические показатели ЭЭО. Основными параметрами периодических импульсов тока являются: форма импульса, его длительность, частота следования и скважность. Импульсы характери-

79

зуются также крутизной переднего и заднего фронтов, максимальным и средним значением тока и напряжения, максимальной и средней мощностью и энергией [17].

На рис. 4.18. приведена идеальная прямоугольная форма импульса.

Рис. 4.18. Формаипараметры идеальногоимпульса:

tи(ton – взарубежных источниках) – длительность включения импульса, мкс; tп (toff – в зарубежных источниках) – длительность выключения (паузы) импульса, мкс; Т – период

Длительность включения импульса tи (ton – в зарубежных источниках) определяется временем его действия. При ЭЭО длительность импульса обычно лежит в пределах 10–1…10–7 с. Для конкретных условий обработки должна подбираться такая длительность импульса, чтобы соблюдались необходимые требования по производительности, точности ишероховатости поверхности.

Пауза tп – промежуток времени между двумя последовательно идущими импульсами.

Период Т – промежуток времени, через который наблюдается повторение начала или окончания импульсов.

Скважность q – отношение периода Т к длительности импульса tи:

q =	T .	(4.15)
	tи

80