3.4.2. Способы регулирования величины межэлектродного зазора

Как следует из уравнения (3.9), и скорость анодного раство­рения, и точность обработки тем выше, чем меньше межэлектрод­ный зазор. Однако с уменьшением зазора усложняется процесс его регулирования, возрастает сопротивление прокачке электролита, может произойти пробой, вызывающий повреждение обрабатывае­мой поверхности. Из-за увеличения газонаполнсния при малых зазорах снижается скорость анодного растворения. Следует выби­рать такой размер зазора; при котором достигаются оптимальные скорость съема металла и точность формообразования.

Для ЭХО отверстий и небольших полостей, лопаток газотурбинных двигателей, а также при разрезании заготовок устанавливают и поддер­живают зазор = 0,1...0,3 мм; для крупных полостей, лопаток энерге­тических машин, для схем протяги­вания и точения задают зазор = 0,3...0,5 мм; при струйном методе обработки расстояние между электродами выбирают в диапазоне 1...15 мм; в случае неподвижных электродов в начале процесса устанавливают зазор = 0,1...0,3 мм.

При эхо используется три способа регулирования межэлек­тродных зазоров.

1. При работе с неподвижными электродами (см. рис. 3.1) за­зор постоянно возрастает, скорость анодного растворения снижает­ся. Режим изменяется в течение обработки заготовки, т.е. является нестационарным. В начале процесса анодного растворения элек­трод-инструмент 1 находится относительно заготовки 2 на расстоя­нии (рис. 3.14). Через некоторое время граница обрабатывае­мой поверхности заготовки, занимавшая положение I-I, перемес­тится в положение II-II, а зазор возрастает на толщину растворенного слоя.

Обозначим на рис. 3.14 ось х, направленную по потоку электролита, и ось у, перпендикулярную обрабатываемой поверхности заготовки. Если в уравнении (3.7) скорость растворе­ния металла записать через , то при = const

Рис. 3.14. Изменение межэлектродного зазора при ЭХО неподвижными электродами: 1 – электрод-инструмент, 2 – заготовка.

.

Интегрируем это выражение:

,

где - межэлектродный зазор в конце обработки:

. (3.25)

2. При постоянной скорости подачи инструмента режим обра­ботки с течением времени становится близким к стационарному. Рассмотрим схему прошивания (см. рис. 3.2, а) при скорости подачи const. Если выбранная скорость подачи меньше, чем ско­рость растворения металла, то зазор постепенно увеличивается. Это приводит к снижению скорости удаления материала. Через некоторое время скорость подачи инструмента и скорость раство­рения материала заготовки выравниваются и режим становится стационарным. При превышении скорости подачи электрода-инст­румента над скоростью растворения металла также происходит саморегулирование зазора. Устанавливается стационарный режим (с_у = const). Тогда из уравнения 3.7):

. (3.26)

Рассмотрим случай нестационарного процесса, когда начальный зазор больше установившегося , определяемого по формуле (3.26). Скорость изменения зазора , где – скорость подачи инструмента. Учитывая, что , находим или .

Интегрируя уравнение по времени от 0 до , при изменении зазора от до получим

. (3.27а)

Если начальный зазор меньше установившегося, то

. (3.27б)

Из уравнений (3.27а), (3.27б) можно найти установившийся зазор и зазор в конце обработки, а также время обработки .

3. При периодическом перемещении электрода-инструмента от­носительно заготовки через определенные промежутки времени от­ключают рабочий ток, подводят электрод-инструмент до контакта с заготовкой, затем отводят его на расчетное расстояние и вновь включают рабочий ток. Между циклами подвода и отвода инстру­мента его либо оставляют неподвижным относительно заготовки, либо перемещают к ней или от нее со скоростью рабочей подачи.

В момент включения рабочего тока зазор равен расчетному. Далее, в зависимости от схемы перемещения электрода-инструмен­та между циклами его подвода и отвода зазор либо возрастает по закону, выражаемому зависимостью (3.25), либо остается постоян­ным. Время между циклами измеряется секундами, поэтому изме­нение зазора во времени незначительно и в расчетах его можно принимать равным расчетному, а режим считать стационарным.

3.4.3. Расчет и назначение припуска на обработку

Чтобы получить деталь заданной формы, необходимо знать тол­щину слоя металла, удаляемого с заготовки, т.е. припуск . Припуск на заготовке 2 (рис. 3. 15) может изменяться в пределах до­пуска (на рисунке ). При этом зазор также будет менять свой размер от до . В области меньшего зазора скорость съема металла будет выше. При достаточном времени обработки можно получить деталь с контуром рабочей части по линии II-II, который практически повторяет профиль электрода-инструмента 1. Чем ближе контур I-I исходной заготовки к контуру детали II-II, тем меньше нужен минимальный припуск . Минимальный припуск рассчитывают в зависимости от допуска [ ] на деталь и глубины анодного растворения металла: , где – съем металла на участке с минимальным зазором. На рис. 3.15 , а минимальный зазор .

Рис. 3.15. Припуск на

обработку: 1 – электрод-инструмент, 2 – заготовка.

При неподвижных плоских электродах съем металла можно представить как разность между межэлектродными зазорами в конце обработки заготовки и перед выполнением операции:

.

Подставляя выражение из формулы (3.25), можно записать

,

откуда

. (3.28)

Знак « + » перед корнем показывает, что съем металла может быть только положительной величиной.

При схеме точения и электрохимического шлифования, если постоянная скорость подачи электрода-инструмента близка к скорости анодного растворения материала, . Тогда из выражения (3.26)

. (3.29)

При схеме протягивания (см. рис. 3.4) круглой трубы

, (3.30)

где – радиус электрода-инструмента; – внутренний радиус трубы до обработки; – длина рабочей части электрода-инструмента.

После нахождения значения определяют и корректируют чертеж детали с учетом обеспечения минимального припуска. Минимальный припуск при обработке неподвижными электродами и протягивании составляет 0,1…0,3 мм в зависимости от его неравномерности (отношения его наименьшего значения к наибольшему). Допустимая неравномерность припуска по такой схеме 0,4. По схеме прошивания и разрезания минимальный припуск и его неравномерность не ограничиваются. При точении и шлифовании с постоянной подачей минимальный припуск при межэлектродных зазорах до 0,5 мм изменяется в пределах 0,1…0,5 мм, а его неравномерность может быть не более 0,5.

3.5. Расчет технологических показателей ЭХО

3.5.1. Точность

Точность размеров и формы детали зависит от погрешности электрода-инструмента и от погрешности, вызванной отклонениями режима ЭХО от расчетного.

При ЭХО между инструментом и заготовкой нет механического контакта, а удаление материала идет по всей поверхности одновременно. Ограничить растворение на участках, где снят весь припуск, практически не удается. Кроме того, погрешность детали зависит от припуска на обработку, его неравномерности, стабильности процесса анодного растворения по обрабатываемой поверхности, точности оборудования.

В конце обработки погрешность детали должна быть в пределах допуска , т.е. . Для идеального процесса ЭХО погрешность детали может быть представлена через погрешность заготовки (см. рис. 3.15):

, (3.31)

где и – съем металла в конце обработки на участках с зазорами и ; – время обработки.

Съем для времени можем рассчитывать по формуле (3.28), съем находят по формуле, аналогичной (3.28), где начальный зазор взят равным :

. (3.32)

Из уравнения (3.32) видно, что погрешность детали тем меньше чем меньше погрешность заготовки, начальный зазор и чем больше время обработки.

При обработке с подвижным электродом-инструментом (схемы прошивания, точения, шлифования на врезание) рассмотрим обработку по схеме на рис. 3.15. Скорость подачи инструмента принята постоянной.

Погрешность детали находят из выражения (3.31), где съем металла берут по формуле (3.29) для установившегося зазора. Приближенно погрешность детали можно найти в предположении, что на рис. 3.15 зазор . Тогда согласно формуле (3.31)

. (3.33)

Время обработки при постоянной скорости подачи инструмента . Из уравнения (3.26)

.

Подставляя значения и в уравнение (3.33), получаем

. (3.34)

Отсюда

. (3.35)

Из уравнения (3.35) следует, что погрешность размеров детали зависит от начальной погрешности размеров заготовки, зазора и припуска на обработку. Кроме того, рабочей поверхности электро­да-инструмента придают форму, несколько отличающуюся от той, которую требуется получить в детали. Этот процесс называют корректированием электрода-инструмента. Тем не менее точность процесса не всегда удовлетворяет требованиям современной техно­логии, и это сдерживает его использование для получения прецизи­онных изделий.

Различные факторы не одинаково влияют на общую погреш­ность обработки. Наибольшее влияние оказывает нестабильность электропроводности электролита, зазора, выхода по току (до 50 % от общей погрешности). Большие ошибки вносят отклонения от рас­четного режима течения электролита (до 20 %), упругие и темпера­турные деформации (до 15 %), погрешности настройки и установки (до 15 %). Для снижения деформации станка, инструмента, детали, повышения точности настройки станков и установки деталей исполь­зуют средства, применяемые в металлообработке.