3.2 Методика изготовления трубчатых электродов-инструментов со спиралевидным пазом на поверхности

Существует проблема получения отверстий сверх малого диаметра порядка 200 мкм в труднообрабатываемом материале. Особое значение имеет глубина отверстия с соотношением глубины “h” к диаметру “D”, где h/D 5. Обработка данного объекта может производиться методом электроэрозионного прошивания. Повышения производительности и качества поверхности можно добиться путем обеспечения прокачки РЖ. Для этого необходимо, чтобы в ЭИ имелись необходимые конструкционные элементы [67].

При создании трубчатых ЭИ с микроэлементами на поверхности возникают задачи, состоящие в изучении их конструктивных особенностей и разработке методики их изготовления.

На основании анализа возможностей электроэрозионной обработки микроотверстий [61, 67], были рассмотрены различные варианты ЭИ цилиндрической формы: в форме стержня, трубчатой формы, с канавками на поверхности. Из рассмотренных вариантов для последующего анализа был выбран ЭИ, имеющий форму, объединяющую различные варианты рассмотренных выше ЭИ и имеющий на своей поверхности продольный микроэлемент спиралевидной формы.

Проведенные ранее исследования по изготовлению трубчатых ЭИ показали целесообразность использования метода электролитического формирования [61,64-67].

Цель, объект и средства исследования.

Цель: изучение конструктивных особенностей трубчатого ЭИ имеющего на своей поверхности продольный микроэлемент спиралевидной формы и разработка методики его изготовления.

Объект исследования: ЭИ со спиралевидным микропазом.

Средства исследования:

1) импульсный источник питания (ИИП);

2) осциллограф (О);

3) электролитическая ячейка (ЭЯ);

4) оптический микроскоп БМИ-1М с микронной индикацией (ОМ);

5) секундомер (С);

6) миллиамперметр (М);

7) фотоаппарат (Ф).

Блок-схема оборудования для осуществления опыта представлена на рисунке 3.2.

На рисунке 3.6 представлен ЭИ, получаемый методом электролитического микроформообразования, диаметром “D” длиной “L”, имеющий на своей поверхности конструктивные элементы, позволяющие обеспечить повышенную точность и производительность при МЭЭО отверстий.

1 – спиралевидный паз; 2 – электрод-инструмент;

L – длина электрода-инструмента; T – шаг спиралевидной канавки; D – внешний диаметр электрода-инструмента; d –диаметр продольного отверстия или диаметр оправки; B – ширина канавки; S – толщина стенки электрода-инструмента; H – глубина канавки; R – радиус канавки

Рисунок 3.6 – Электрод-инструмент для микроэлектроэрозионной обработки [67]

Продольное отверстие в трубчатом электроде-инструменте 2 диаметром “d”, которое может служить для прокачки рабочей жидкости или для выхода через него продуктов эрозии;

Спиралевидный паз 1 шириной “В”, глубиной “Н”, расположенный на боковой стороне ЭИ толщиной “S“ и имеющий шаг витков “Т”, при толщине промежуточного слоя “h”.

Конструктивные элементы, представленные на рисунке 3.6, могут изменяться в зависимости от заданных условий формообразования.

Рассмотрим параметры конструктивных элементов трубчатого ЭИ, имеющего наружный диаметр до 200-300 мкм.

Шаг винтовой канавки “Т” на поверхности ЭИ, можно изменять в зависимости от шага нанесения изолятора. На рисунке 3.7 представлены ЭИ с различными шагами винтовой канавки Т=n×Т1.

а б

а – шагом винтовой канавки “Т”; б – шагом винтовой канавки Т1= Т/n, при Ød=const; ØD=const

Рисунок 3.7 – Электрод-инструмент с различными шагами винтовой канавки Т=n×Т1 [67]

Глубина “Н” формируемого спиралевидного паза связана с толщиной стенки “S”, при изменении которой изменяется диаметр “D” электрода-инструмента (рисунок 3.8).

При увеличении толщины стенки электрода-инструмента S1=n×S, увеличивается диаметр D1=n×D. Кроме того, увеличение толщины стенки электрода-инструмента S1=n×S, позволяет увеличить глубину Н1=n×Н формируемого паза, при неизменной толщине промежуточного слоя “h”.

Ширина В канавки зависит от параметров и формы изолятора, наносимого для получения спиралевидного паза.

а б

а – толщиной “S”, глубиной “Н” формируемого паза и диаметра “D”; б – толщиной S1= n×S, глубиной Н1=n×Н формируемого паза и диаметра D1=n×D, h – толщина промежуточного слоя

Рисунок 3.8 – Электрод-инструмент с различными параметрами толщины, глубины формируемого паза и диаметра [67]

На рисунке 3.9,а представлен ЭИ с шириной канавки “В1”, где использован изолятор с круговым сечением диаметром “N”. На рисунке 3.9,б представлен ЭИ с шириной канавки В2>В1, где использовался изолятор с прямоугольным сечением шириной “К” и толщиной “М”. При необходимости получения на ЭИ канавок c соотношением ширины к диаметру оправки B2>>d, целесообразно использовать изолятор с прямоугольным сечением.

Рассмотренные конструктивные элементы оказывают значительное влияние на прочность ЭИ, как при его изготовлении, так и в процессе МЭЭО.

а

б

а – использовался изолятор с круглым сечением диаметром “N“, где канавка имеет ширину “В1”; б – использовался изолятор с прямоугольным сечением шириной “К” и толщиной “М”, где канавка имеет ширину “В2”;

1 – изолятор, наносимый на конструкционный слой

Рисунок 3.9 – Электрод-инструмент с различными характеристиками канавок [67]

На рисунке 3.10 представлены стадии формирования трубчатого ЭИ со спиралевидным пазом.

а

б

в

г

д

а – гальваническое формообразование конструкционного слоя; б – нанесение изолятора; в – нанесение формообразующего слоя меди; г – снятие изолятора; д – снятие сформированного слоя с оправки;

1 – вольфрамовая проволока диаметром “d”; 2 – нанесенный конструкционный слой меди толщиной “S1”; 3 – изолятор с диаметром “d1”; 4 – нанесенный формообразующий слой меди толщиной “S1”

Рисунок 3.10 – Стадии формирования трубчатого электрода-инструмента со спиралевидным пазом

Изготовление медного трубчатого ЭИ диаметром “D“ со спиралевидным пазом необходимо осуществлять в следующей последовательности:

1) на проволоку, имеющую диаметр “d“ с предварительно нанесенным разделительным слоем, наносится конструкционный слой меди толщиной “S1” (см. рисунок 3.10,а);

2) на конструкционный слой меди толщиной “S1” наматывается изолятор диаметром “d1” и производится обезжиривание (см. рисунок 3.10,б);

3) осаждение формообразующего медного слоя толщиной “S2” (см. рисунок 3.10,в);

4) снятие изолятора с формообразующего слоя (см. рисунок 3.10,г);

5) механическое снятие полученного слоя меди толщиной “S3” с оправки (см. рисунок 3.10,д).

В результате проведенного выше анализа конструктивных элементов можно сделать вывод, что трубчатый ЭИ имеет параметры, значительно влияющие на процесс его формирования.