§ 4.5. Расчет рабочей части

При прошивании отверстий постоянного сечения размеры элект­рода-инструмента определяют, исходя из размеров отверстия. Для круглых сечений

где d_э - диаметр электрода-инструмента; д_д - диаметр отверстия в детали; s_б — боковой зазор, т. е. расстояние между противолежащи­ми участками поверхностей электрода и заготовки, параллельных направлению их движения.

Боковой зазор зависит от энергии импульсов, материалов элект­родов, состава и направления движения рабочей среды, размеров отверстия. На черновых режимах s_б = 0,15...0,5 мм, на чистовых s_б = 0,005...0,05 мм. Если после электроэрозионной обработки преду­смотрена дополнительная операция, то формула (1.19) примет вид

где z - припуск на последующую обработку. Припуск z должен быть не менее шероховатости поверхности, глубины измененного слоя, погрешности в результате электроэрозионной обработки и по­грешностей установки и базирования на последующей операции. Если электрод-инструмент ступенчатый, то расчет проводят толь­ко для калибрующей части.

Длина электрода-инструмента

где L₁ — длина участка закрепления в электрододержателе; L₂ — глубина отверстия; L₃ — сокращение его длины за счет износа; L₄ — длина участка, необходимого для калибровки отверстия, если оно сквозное. Для расчета берут L₁ > (2...3)d_э; L₄ = (1,2...1,8)L₂; сокращение длины L₃ можно оценить как износ у в процентах от длины отверстия L₂, т. е. L₃=L₂γ/100. Тогда

Если отверстие глухое, то потребуются электроды-инструменты дли­ной U для черновой и длиной L" для чистовой обработки:

В тех случаях, когда одного электрода-инструмента для калиб­ровки глухого отверстия повышенной точности недостаточно, при­меняют несколько калибрующих электродов-инструментов с рабо­чей частью, имеющей длину Lⁱ > L". При смене электрода-инстру­мента следует сохранять единые установочные базы; это позволяет устранить погрешности базирования.

При прошивании полостей размеры вертикальных участков рас­считывают по формуле, аналогичной формуле (1.19), когда вместо диаметров подставляют длину участков в сечении, перпендикуляр­ном направлению движения электродов. Число электродов-инстру­ментов, потребных для чистовой обработки, зависит в основном от эрозионной стойкости их материалов. В ряде случаев можно по­лучить требуемую полость без смены электрода-инструмента.

При сложном профиле углубления (рис. 1.27) межэлектродный зазор вдоль поверхности инструмента изменяется от торцового s_T

Рис. 1.27 Рис. 1.28

до бокового s_б. Расчет выполняют для калибрующего электрода-инструмента без учета его износа. Характер изменения зазора в общем случае нелинейный. На примере рис. 1.27 изменение зазо­ра от торца (точка 0) до окончания криволинейного участка (точка 1) выражается зависимостью ab (рис. 1.28). Заштрихована зо­на, в которой имеет место изменение зазора. Учитывая значитель­ное колебание размеров зазоров из-за колебаний условий обработ­ки, можно в этих пределах заменить действительную кривую аb прямой cd, которая открывает возможность приближенно найти профиль электрода-инструмента, если задана форма углубления в детали. Расчет выполняют аналитическим или графо-аналитическим методом. Во втором случае расчет ведут в таком по­рядке:

1) строят в масштабе профиль углубления в детали;

2) берут из экспериментов или рассчитывают торцовый и боко­вой зазоры;

3) откладывают по нормали к поверхности углубления в дета­ли размеры зазоров s_T и s_б;

4) строят линию изменения зазоров от торца электрода-инстру­мента до бокового участка. Зазор s_i, принимая, что он изменяется по прямой cd, в каждой точке можно оценить по формуле s_i = (s_б – s_T) (l_i/l), где l_i - расстояние от торца до расчетной точки профи­ля углубления; l - длина контура углубления в детали (см. рис. 1.27). Размер бокового зазора зависит от скорости и направления протекания среды в случае ее принудительной прокачки. При чис­товых операциях размер бокового зазора может находиться в пре­делах 0,01...0,1 мм.

Диапазон скоростей прокачки жидкости через промежуток со­ставляет 0,03...0,8 м/с для графитовых электродов-инструментов и 0,03...0,2 м/с для медных. При меньших скоростях продукты обра­ботки накапливаются в промежутке, нарушая процесс электроэро­зионной обработки. Если скорость превышает верхний предел, то возрастает давление жидкости на электрод-инструмент, снижается точность процесса, увеличивается расход энергии на ее прокачку. Отверстия 1, 2, 3 для подвода жидкости (рис. 1.29) целесооб­разно расположить так, чтобы длина пути, проходимого частицами

Рис. 1.29

до выхода из промежутка, была наимень­шей, а различие между этими длинами было бы не более чем вдвое. Тогда боко­вой зазор s_б между электродом-инстру­ментом 4 и заготовкой 5 будет иметь ми­нимальные отклонения от среднего рас­четного значения. Отверстия 1, 2, 3 рас­полагают по оси симметрии детали, что позволяет обеспечить заданные условия течения жидкости. Если площадь рабочей поверхности электрода-инструмента не превышает 2000...3000 мм², то можно ограничиться одним отверстием в центре рабочей поверхности ин­струмента. Отверстия выполняют в выступающих частях электро­да-инструмента. Площадь сечения отверстий для подвода жидкости рассчитывают с учетом выбранной скорости ее прокачки и зазора в такой последовательности:

1) находят расход жидкости, требуемый для обеспечения задан­ной скорости потока в межэлектродном промежутке:

***

***

***

где vm - скорость потока жидкости (для расчетов выбирают верх­ний предел); L_п - длина периметра углубления в детали (для рас­четов берут наибольший периметр); s_б - боковой межэлектродный зазор. Если прошивают отверстие, то вместо бокового берут тор­цовый зазор;

2) рассчитывают общую площадь сечения отверстий в электро­де-инструменте для подвода жидкости - F_отв=Q/v_ж.отв, где v_ж.отв, средняя скорость протекания жидкости через отверстия. Для устранения кавитации на выходе жидкости из отверстия v_ж.отв < 8…10 м/с;

3) исходя из конструкции углубления, находят число отверстий n для подвода жидкости;

4) определяют среднюю площадь отверстия F₁ = F_отв/n;

5) рассчитывают диаметр отверстия . Диамет­ры отверстий выбирают такими, чтобы не искажалась форма поло­сти - обычно d=l...3 мм.

Вместо прокачки иногда применяют отсос жидкости через от­верстия. Это позволяет избежать попадания загрязненной рабочей среды в боковое пространство между электродами и снижает чис­ло паразитных импульсов через боковой зазор. Однако конструк­ции приспособлений для отсоса значительно сложнее, чем для про­качки жидкости, поэтому такой способ нашел ограниченное ис­пользование. Кроме устройств для отвода и подвода рабочей среды при больших площадях обработки применяют отверстия для дегаза­ции межэлектродного промежутка. Их располагают во впадинах ра­бочей части электрода-инструмента между отверстиями для про­качки жидкости.

При электроэрозионном шлифовании, как показано в § 1.5, для повышения технологических показателей обработки целесообразно повышать скорость перемещения инструмента относительно дета­ли. Поэтому при электроэрозионном шлифовании используют ско­рости круга v₀ до 40...50 м/с. Диаметр круга d_и 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 проверочный расчет на прочность его 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,l 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 се 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.).