3.6.2. Расчет и изготовление эи для типовых видов эхо

Форма обработанной поверхности неэквидистантна форме элект­рода-инструмента. Это объясняется, во-первых, непостоянством ре­жима обработки из-за колебания температуры, защелоченности электролита, напряжения и др. Во-вторых, даже при плоских па­раллельных поверхностях заготовки 1 и инструмента 2 (рис. 3.20) электрическое поле в межэлектродном зазоре неоднородно вблизи краев на участке . Здесь плотность тока и съем металла будут другими, чем на основной части детали. Такое отличие будет тем замет­нее, чем дальше отстоят друг от друга заготов­ка и электрод-инструмент.

Приблизить форму детали к требуемой чертежом можно либо нанесением слоя изо­ляции на электрод-инструмент или деталь, ли­бо коррекцией формы рабочей поверхности

Рис. 3.20. Электрическое поле в межэлектродном зазоре: 1 – заготовка, 2 – электрод-инструмент.

инструмента по результатам расчетов и экспери­ментов. При расчете формы электрода-инстру­мента в общем случае принимают режим обработки стабильным, а начальный (до корректировки) профиль инструмента эквидистант­ным профилю детали. Методика расчета выбирается в зависимости от схемы ЭХО.

При схеме с неподвижными электродами корректировка формы рабочей поверхности инструмента не дает положительных результатов так как из-за постоянного возрастания межэлектродного за­зора условия обработки по времени меняются. В этом случае ис­пользуют диэлектрические покрытия. На рис. 3.21 показаны примеры нанесения покрытий 2 на поверхность электрода-инструмента 1. Если размеры электропроводной части электрода-инструмента 2 совпадают с размерами заготовки 3 (рис. 3.21, а), то искажение поля будет лишь в непосредственной близости от кромок и про­филь детали будет близок к форме рабочей поверхности инструмен­та (показано пунктиром на рисунке). Если же размеры заготовки 3 отличаются от размеров рабочей части инструмента 1, ограничен­ной изоляцией 2 (рис. 3.21, б), то электрическое поле в зазоре будет неравномерным и форма детали около границ обрабатывае­мого контура искажается (пунктирная линия на рисунке).

Если наносить диэлектрик на заготовку 3 (рис. 3.22), то плот­ность тока возрастает вблизи границ изолятора 2. В этих местах независимо от размеров инструмента 1 будет увеличенный съем металла (пунктирная линия на рисунке) – возникает погрешность по глубине обработки.

Рис. 3.21. Искажение поля при совпадении (а) и несовпадении (б) размеров электропроводной части ЭИ с размерами заготовки: 1 – электрод-инструмент, 2 - покрытие или изолятор, 3 - заготовка.

Рис. 3.22. Образование погрешности по глубине обработки: 1 – электрод-инструмент, 2 – изолятор, 3 – заготовка.

Для большинства операций ЭХО неподвижными электродами погрешность по глубине не является определяющей. Поэтому целе­сообразно наносить изоляцию на заготовку. Покрытия наносят на заготовку с помощью масок или фотолитографии. После ЭХО по­крытия удаляют шлифованием, полированием или химическим трав­лением. Однако при этом покрытие используется только один раз и усложняется подготовка заготовок к ЭХО. Чтобы избежать чрез­мерного повышения трудоемкости операции, изготовляют диэлект­рический трафарет обрабатываемой поверхности, который плотно накладывают на деталь. Толщина трафарета должна быть не более 20...60 % от размера начального межэлектродного зазора. При большой толщине ухудшаются условия течения электролита и сни­жается точность обработки. В качестве материала для трафарета используют полиэтиленовую или лавсановую пленку, специальную бумагу, гетинакс, органическое стекло, винипласт толщиной 0,1...0,5 мм. Размеры отверстий в трафарете должны быть меньше, чем размеры обрабатываемых участков, чтобы компенсировать боковое растворение углублений на заготовке:

, (3.41)

где – ширина отверстия в трафарете; – ширина отверстия в детали по чертежу; – глубина растворения металла (если отвер­стие сквозное, берут толщину заготовки).

Трафареты изготовляют различными методами. Наиболее рас­пространено гравирование отверстий по копирам фрезой с высокой скоростью резания.

Изоляционные покрытия можно наносить на инструмент или заготовку с использованием технологии фотолитографии или фото­химии.

Электроды-инструменты для схемы прошивания изготовляют в зависимости от вида обработки: изготовление отверстий металли­ческим инструментом или струйным мето­дом, углубление с постоянным и изменя­ющимся периметром, конических, сфери­ческих и других поверхностей, кольцевая вырезка (трепанация) и др.

Отверстая при прошивании могут быть цилиндрическими, коническими сквозны­ми или глухими. В большинстве случаев электрод (рис. 3.23) выполняют в виде трубки 1, изолированной снаружи покры­тием 2. Со стороны рабочего торца обыч­но делают бурт 3, предохраняющий по­крытие 2 от разрушений струей электро­лита и продуктами обработки. Если от­верстие круглое, то электроду-инструмен­ту придают дополнительное вращение, позволяющее повысить точ­ность размеров сечений. При расчете электрода-инструмента необ­ходимо найти диаметр , обеспечивающий получение отверстия диаметром .

За счет съема буртом 3 металла с боковых поверхностей отвер­стия

(3.42)

Рис. 3.23. Электрод-инструмент для схемы прошивания: 1 – трубка, 2 – покрытие, 3 – бурт.

где у – съем металла с боковых поверхностей. Он равен изменению бокового зазора за время прохождения каждого сечения отверстия буртом: .

Здесь конечный зазор берут по уравнению (3.25):

,

где время воздействия бурта на боковую поверхность равно от­ношению его высоты к скорости подачи инструмента . Начальный боковой зазор можно приравнять к торцовому установившемуся зазору , который выбирают по рекомендациям § 2.2. Тогда по формуле (3.42)

. (3.43)

Для получения прецизионных отверстий высота бурта должна быть как можно меньше, однако по возможностям технологии 0,2...0,3 мм.

У электродов-инструментов с толстыми стенками вместо изоля­ции боковой поверхности можно диаметр инструмента уменьшить на 1,5...2 мм по сравнению с диаметром бурта. Длина электрода

, (3.44)

где – глубина отверстия; – длина участка для закрепления электрода в электрододержателе; – длина выхода инструмента (при прошивании сквозных отверстий); =1 ,2...2 – коэффици­ент, учитывающий сокращение длины электрода при ремонте.

Если , то инструмент следует рассчитывать на же­сткость, при этом повышенные требования предъявляют к техноло­гической системе в целом.

Электроды изготовляют в такой последовательности: 1) рассчи­тывают диаметр по уравнению (3.43); 2) трубку необходимого диаметра рихтуют, для чего ее в нагретом состоянии растягивают вдоль оси; 3) отрезают кусок трубки по длине, рассчитанной по формуле (3.44); 4) шлифуют или протачивают наружную поверх­ность на глубину слоя изоляции, сохраняя бурт и участок для за­крепления электрода-инструмента в электрододержателе; 5) нано­сят слой изоляции; 6) зачищают рабочую часть электрода-инстру­мента от изоляции и других нетокопроводных частиц; 7) осуще­ствляют контроль электрода-инструмента.

При прошивании некруглых узких отверстий большие трудно­сти вызывает изготовление центрального отверстия в электроде-ин­струменте. В этом случае используют сплошные электроды-инстру­менты 1 (рис. 3.24). Зазор между электродом-инструментом 1 и заготовкой 2 уплотняют по всей глуби­не отверстия прокладками 3. Электро­лит подают с одной стороны отверстия. Он проходит под торцом инструмента и выходит с другой стороны.

При прошивании отверстий струй­ным методом их диаметр зависит от размеров струи и определяется диа­метром сопла.

Рис. 3.24. Электрод-инструмент для прошивания некруглых узких отверстий: 1 – электрод-инструмент, 2 – заготовка, 3 – прокладки.

Прошивание полостей применяют для изготовления ковочных штампов, литейных форм, пресс-форм, лопаток энергетических машин (газотурбинных двигателей, гидроагрегатов) и др. При проектировании электрода-инструмента необходимо рассчитать форму рабочей поверхности электрода-инструмента, а также положение щелей и отверстий для подвода электролита в зону обработки. Чтобы определить форму рабочей поверхности, сначала по чертежу обрабатываемой поверхности детали строят эквидистантный профиль электрода-инстру­мента с зазором, равным установившемуся зазору . Далее находят действительную форму электрода-инструмента. Известно три ме­тода нахождения его размеров: а) аналитический и графоаналити­ческий; б) метод моделирования электрическим полем; в) произ­водственный.

Аналитический расчет формы инструмента выполняют методом решения стационарных задач с использованием функций Грина или методом разделения контура на отдельные участки, опи­сываемые плоскими, цилиндрическими и сферическими поверхно­стями. Такие расчеты проводят с применением ЭВМ.

Метод решения стационарных задач даже с использованием со­временной вычислительной техники применим для определения ин­струмента только в случае простой его формы. Поэтому на практи­ке обычно используют метод разделения контура на отдельные участки. При этом находят отклонения формы инструмента от эк­видистантной для каждого участка поверхности и определяют тре­буемые размеры инструмента.

Все поверхности отдельных участков полостей с некоторой по­грешностью можно классифицировать следующим образом: 1) го­ризонтальные (зазор можно считать установившимся, его размер рассчитывают по рекомендации 3.4.2); 2) вертикальные; 3) на­клонные; 4) криволинейные (цилиндрические, сферические и др.).

Зная скорость подачи электрода-инструмента , определенную по формуле (3.7), размеры электрода-инструмента на вертикаль­ных участках рассчитывают по формуле (3.43).

На рис. 3.25 показана схема расчета бокового зазора для наклонных участков. В начале процесса обработки боковой зазор изменяется во времени (режим нестационарный). Далее зазор асимптотически приближается к установившемуся значению. В рас­четах зазор принимают установившимся, если он составляет более 0,95...0,97 от теоретического значения.

Рис. 3.25. Схема расчета бокового зазора для наклонных участков

Расчет ведут в такой после­довательности.

1. Определяют нормальную составляющую скорости подачи (рис. 3.25), где угол между обрабатываемой поверх­ностью электрода-инструмента 1 и направлением его подачи нахо­дят в зависимости от угла наклона поверхности заготовки 2 к направлению подачи электрода-инструмента по экспериментальным графикам типа приведенного на рис. 3.26 для сплава 5ХНМ.

Рис. 3.26. Экспериментальная зависимость от для сплава 5ХНМ.

2. По высоте поверхности через постоянный шаг проводят три-четыре сечения, отстоящие от нижней поверхности полости на рас­стояниях и т.д. Для этих сечений находят момент времени их обработки , где – номер сечения.

3. Определяют границу установившегося режима . Для этого пользуются номограммами, аналогичными приведенной на рис. 3.27. В точках на рис. 3.27, где , режим считают стационар­ным и боковой зазор рассчитывают по формуле (3.26);

На участках, где , расчет ведут по уравнениям (3.27а), (3.27б), в которых скорость подачи инструмента берут равной , и находят значения конечного зазора .

Уравнения (3.27) могут быть решены графически. Тогда метод расчета будет относиться к графоаналитическому.

Рис. 3.27. Номограмма для определения границ установившегося режима обработки.

4. Вычисленные значения зазоров откладывают в выбранных сечениях по нормали к поверхности детали и получают участок профиля электрода-инструмента.

Схема расчета электрода-инструмента при прошивании криволинейной поверхности приведена на рис. 3.28.

Рис. 3.28. Схема расчета ЭИ при прошивании криволинейной поверхности: 1 – электрод-инструмент, 2 - заготовка.

Расчет выполняют в такой последовательности:

1. На профиле углубления в детали отмечают несколько сече­ний (от двух до десяти) и определяют в каждом время от начала обработки .

2. В выбранных сечениях (для примера на рисунке показана схема расчета для сечения 5) проводят касательные и нормали к поверхности детали, находят углы наклона поверхности заготов­ки к направлению подачи электрода-инструмента (можно непосред­ственно измерять угол по чертежу). Для каждого сечения находят нормальную составляющую скорости подачи .

3. По номограммам (см. рис. 3.27) находят границу установив­шегося режима. Для точек, в которых режим неустановившийся, ко­нечный боковой зазор находят по уравнениям (3.27). Для устано­вившегося режима расчет можно выполнять приближенно по зави­симостям идеального процесса:

. (3.45)

4. Вычисленные значения бокового зазора откладывают по нор­мали к поверхности заготовки и экстраполируют в криволинейный участок профиля электрода-инструмента.

Определение формы инструмента методом моделирования. Моделирование — это описание одного процесса с помощью друго­го, протекающего аналогично исследуемому. В случае идеального процесса форма и положение обрабатываемой поверхности в лю­бой момент времени совпадают с эквипотенциальной поверхностью поля. Положение этих поверхностей определяется градиентом по­тенциала. Следовательно, возможно однозначное решение задачи.

Для нахождения формы электрода-инструмента рассматривают статические и стационарные (неподвижные и неизменяющиеся времени) электрические поля, поле скорости жидкости, движущей­ся в капиллярно-пористом теле, и т. д.

Известен метод непрерывного моделирования, при котором бе­рут капиллярно-пористое тело, например фильтровальную бумагу 1 (рис. 3.29), которую накладывают на под­ставку 2, пронизанную капиллярами 3. Часть капилляров можно перекрыть заслонкой 4, повторяющей по форме начальную обрабаты­ваемую поверхность. Подставку 2 помещают в жидкость, которая через свободные капилляры смачивает фильтровальную бумагу 1. Процесс смачивания и последующего распространения жидкости по фильтровальной бумаге фиксиру­ют с помощью кино- или фотоаппарата 5. По­лучаемая картина подобна изменению формы обрабатываемой поверхности при ЭХО. Форму заслонки 4 подбира­ют так, чтобы получить требуемый контур углубления на детали.

Рис. 3.29. Метод непрерывного моделирования формы электрода-инструмента: 1 – фильтрованная бумага, 2 – подставка, 3 - капилляры, 4 – заслонка, 5 – кино- или фотоаппарат.

Методы моделирования не находят широкого применения из-за слишком грубого приближения к результатам реального процесса ЭХО.

Производственные методы. Все рассмотренные выше методы нахождения формы электрода-инструмента не учитывают гидродинамики потока электролита, изменения его температуры и других факторов, поэтому расчет и моделирование дают прибли­женные результаты. Их уточняют путем экспериментов на промыш­ленном оборудовании. В производстве используют два метода: об­ратного копирования и последовательных приближений.

При методе обратного копирования электрод-инструмент выпол­няют с помощью ЭХО, где в виде инструмента используется вы­полненная слесарно-механическим методом модель детали. Метод дает хорошие результаты при небольшой толщине слоя металла, удаляемого с рабочей части электрода-инструмента при схеме об­работки с неподвижными электродами. При удалении значитель­ных припусков этот метод может использоваться для предвари­тельной обработки.

Окончательную доводку рабочего профиля электрода-инструмен­та выполняют методом последовательных приближений путем уточ­нения формы после обработки пробной партии деталей. Уточнение ведут до получения деталей, соответствующих требованиям чер­тежа.

Определение расположения щелей и отверстий для подачи электролита. При обработке углублений по схеме прошивания мо­жет быть два варианта подачи электролита в зазор между элект­родом-инструментом и деталью: а) вдоль или поперек обрабатыва­емой поверхности; б) через щели и отверстия в электроде-инстру­менте.

Рис. 3.30. Схема подачи электролита в зону обработки: 1, 2 – электроды-инструменты, 3 – заготовка.

Первый вариант выбирают при обработке неглубоких (до 10...15 мм) полостей в случае небольшого (до 100...150 мм) пути про­текания электролита и плавного аэродинамического профиля об­рабатываемой поверхности. К таким дета­лям относятся лопатки газотурбинных дви­гателей, ковочные штампы с неглубоким профилем и т.п. На рис. 3.30 показана схе­ма подачи электролита вдоль зазора меж­ду электродами-инструментами 1, 2 и лопат­кой турбины 3.

Если полость имеет значительную глуби­ну, не плавный аэродинамический профиль, то электролит обычно подают через отвер­стие в электроде-инструменте 1 (см. рис. 3.23). Недостатком этого способа является сложность изготовления электродов-инстру­ментов и необходимость последующей обработки участка поверхно­сти детали напротив щели – там остаются выступы (керны) высо­той до 1 мм.

При выборе числа щелей и отверстий для подвода электролита и мест их расположения необходимо учитывать следующие реко­мендации: 1) щели и отверстия следует располагать на выступаю­щих местах электрода-инструмента вдоль осей симметрии профиля; 2) при проектировании гидравлического тракта нужно исключать возможность образования встречных потоков, следует стремиться, чтобы путь электролита в каждом сечении от щели или отверстия до одной из границ обрабатываемого контура был минимальным. Застойные зоны приводят к нарушению процесса анодного раство­рения и коротким замыканиям на отдельных участках поверхно­сти.

Если обрабатываемое углубление вытянуто, то выполняют одну щель, расположенную вдоль длинной стороны по оси симметрии (рис. 3.31, а). При квадратном или ромбовидном попереч­ном сечении обычно про­резают щели, направлен­ные по диагонали (рис. 3.31, б). Полости, имею­щие расширение на кон­цах, должны обрабаты­ваться электродами, име­ющими кроме продольной щели одну или две проре­зи в местах расширения (рис. 3.31, в, г).В элек­тродах-инструментах, име­ющих форму тел вращения, подвод электролита может осуществляться через центральные отверстия или через сис­тему отверстий по контуру наружной поверхности (рис. 3.31, д).

Рис. 3.31. Варианты щелей и отверстий для подвода электролита в зону обработки: а) по оси симметрии, б) по диагонали, в) и г) в местах расширения, д) по контуру наружной поверхности.

Изготовление электродов-инструментов для прошивания полос­тей ведется в такой последовательности.

1. По результатам расчетов изготовляют шаблоны с профилем, обратным профилю рабочей части электрода-инструмента. Количе­ство шаблонов выбирают таким, чтобы можно было контролиро­вать все сечения.

2. По шаблонам как по моделям изготовляют литейные формы, отливают заготовку с каналами для подвода электролита. Если ка­налы в электроде-инструменте не предусмотрены, заготовку выпол­няют из стандартного проката или из поковки.

3. С помощью механической обработки изготовляют посадочные поверхности и доводят рабочий профиль электрода-инструмента по шаблонам.

4. Изготовляют щели и отверстия. Ширина щели 1...2 мм, дли­на – на 10...12 мм меньше длины электрода-инструмента. Диаметр отверстий 1,5...3мм.

5. Изготовляют на электрохимическом станке полость в образце материала заготовки и контролируют точность профиля углубления.

6. Скругляют кромки щелей и отверстий и полируют рабочую поверхность. Если углубление в образце не соответствует проекту, то рабочий профиль изготовляют методом обратного копирования и доводят его слесарно-механическим методом.

7. Покрывают изоляцией нерабочие участки. При серийном про­изводстве целесообразно уточнить профиль шаблонов по оконча­тельной форме электрода-инструмента и использовать их в даль­нейшем для изготовления рабочей части.

Если необходимо получить отверстия большого диаметра или обработать снаружи крупную заготовку, то из листа изготовляют трепанирующий электрод-инструмент. Лист изгибают по форме об­рабатываемого контура в детали. Нерабочие поверхности покры­вают слоем изоляции. Для предохранения такого покрытия от раз­рушения потоком электролита с рабочего торца предусматривают бурт, аналогичный тому, который используют для прошивания от­верстий (см. рис. 3.23).

Электроды-инструменты для электрохимического точения. По схеме точения обрабатывают как наружные, так и внутренние по­верхности. Для электродов-инструментов рассчитывают площадь рабочей части. При длине электрода и силе тока источника пи­тания наибольшая ширина рабочей части (рис. 3.29, а, б)

, (3.46)

где – коэффициент допустимой загрузки источника тока при длительной работе; – плотность тока по результатам расчета технологических показателей процесса.

Если составляет 0,1...0,15 длины периметра детали, то рабочий торец электрода-инструмента можно оставлять плоским, а боковые поверхности покрыть слоем изоляции (рис. 3.32, а). Подвод элект­ролита осуществляют вдоль электрода-инструмента через плоский патрубок.

В случае большей ширины необходимо изготовить рабочий профиль по радиусу заготовки (рис. 3.32, б).

Рис. 3.32. Формы рабочего торца электродов-инструментов: а) плоская, б) по радиусу заготовки, в) коробчатая, г) с радиальными щелями, д) с центральным отверстием.

Угол охвата детали

, (3.47)

где – площадь рабочей поверхности электрода-инструмента: .

Для обработки торцов используют электроды, имеющие короб­чатую форму (рис. 3.32, в). Их рабочая часть может иметь форму диска с радиальными пазами для подвода электролита. Если мощ­ность источника питания недостаточна для обеспечения расчетной плотности тока, то рабочую часть делают в форме сектора (рис. 3.32, г) или нескольких секторов, часть которых выполнена из ди­электрика (рис. 3.32, д). Подвод электролита осуществляют через радиальные щели (рис. 3.32, г) или через центральное отверстие (рис. 3.32, д).

Электрод-инструмент для точения внутренней поверхности изго­товляют в форме вала с центральным отверстием для подвода электролита. На наружной поверхности электрода-инструмента, используемого при обработке внутренней по­верхности (рис. 3.33, а), час­то устанавливают выступаю­щие из корпуса 1 диэлект­рические упоры 3, которые регулируют размер межэлектродного зазора. Высота упоров должна быть близка к размеру зазора. Электрод-инструмент по длине имеет несколько рабочих участков, вступающих в работу последовательно.

Ширину упоров рассчитывают по формуле

, (3.48)

где – радиус обрабатываемого отверстия; – число упоров.

Если 3…5 мм, то возрастает трение между заготовкой и электродом-инструментом. Тогда на рабочей части корпуса 1 уста­навливают заподлицо с профилем диэлектрические

a)

б)

Рис. 3.33. Электроды-инструменты для точения внутренних поверхностей а) постоянного диаметра круглого сечения: 1 – корпус, 2 – вкладыш, 3 - диэлектрические упоры; б) непостоянного диаметра или некруглого сечения: 1 – штанга, 2 – корпус, 3, 4 – упоры, 5 – рабочая часть ЭИ, 6 – заготовка.

вкладыши 2, ширина которых берется как разница между рассчитанной по фор­муле (3.48) и выбранной шириной упоров. Изготовляют такие электроды-инструменты из проката. Упоры и вкладыши крепят вин­тами или клеем. Наружную поверхность упоров обрабатывают на токарных станках после сборки электрода-инструмента.

Если отверстие имеет переменный по длине диаметр или некруг­лое поперечное сечение, то электрод-инструмент может быть выпол­нен в виде перемещаемой по трубе каретки, несущей рабочую часть 5 с упорами 3 (рис. 3.33, б). Ширину рабочей части определяют по формуле, аналогичной (3.46). Электролит подают через внутрен­нюю часть штанги 1 и корпуса 2. Размер межэлектродного зазора поддерживают за счет диэлектрических роликов 3. При перемен­ном диаметре заготовки 6 упоры 4 раздвигаются или, наоборот, сближаются, обеспечивая постоянный прижим роликов 3 к заго­товке.

При изготовлении такого электрода-инструмента следует нане­сти диэлектрические покрытия на нерабочие участки поверхности и обеспечить герметичное соединение деталей. В частности, штан­гу 1 с корпусом 2 можно соединить резьбой с посадкой по конусу.

Электроды-инструменты для работы по схеме протягивания. По такой схеме обрабатывают внутренние и наружные поверхности круглого и некруглого сечения с плавным переходом между сече­ниями. Для повышения точности круглого цилиндрического отвер­стия детали придают вращательное движение с частотой враще­ния 0,5...1,5 об/с.

Рис. 3.34. Электрод-инструмент для обработки внутренних поверхностей по схеме протягивания: 1 – корпус, 2 – передняя направляющая, 3 – задняя направляющая.

Электрод-инструмент для обработки внутренних поверхностей круглых труб (рис. 3.34) рассчитывают в такой последователь­ности.

1. Находят наибольший мёжэлектродный зазор

,

где – номинальный диаметр отверстия в детали; – верхнее предельное отклонение диаметра ; – номинальный диаметр от­верстия в заготовке; – начальный межэлектродный зазор.

2. Определяют средний размер межэлектродного зазора

.

3. Для среднего зазора находят плотность тока на аноде (заго­товке)

.

4. Определяют силу тока источника питания

.

5. Рассчитывают наибольшую возможную длину рабочей части инструмента

.

6. Находят диаметр передней и задней направляющих (в мм)

,

где – нижнее предельное отклонение диаметра отверстия в заго­товке.

7. Находят длину передней и задней направляющих

; ,

где = 40...60; = 60...80 – коэффициенты, учитывающие длину пути электролита до получения однородного потока жидкости.

8. Определяют диаметр рабочей части электрода-инструмента

.

9. Рассчитывают общую длину электрода-инструмента

.

Корпус 1 электрода-инструмента (рис. 3.34) выполняют обычно из латун­ного проката. Ток от штанги подводят через конический участок с резьбой. Ко­нус на штанге и в корпусе притирают; площадь контакта не менее 70 %. Перед­нюю 2 и заднюю 3 направляющие изготовляют из диэлектриков (органического стекла, эбонита, стиракрила и др.). В них делают винтовые канавки для про­текания электролита, после чего обрабатывают по наружной поверхности в сборе с корпусом. Затем рабочую часть на длине полируют до зеркального блеска.

Если обрабатываемое отверстие имеет профиль переменного се­чения, например при местном сжатии трубы, то используют элект­род-инструмент так называемой нежесткой конструкции (рис. 3.35).

Он представляет собой эластичную камеру 1 из резины. На наружной поверхности камеры выполнены углубления, в которых закреплены металлические полоски 2. Внутрь камеры подают через трубки 3 воздух под давлением. За счет этого наружная поверхность камеры прижимается к детали и повторяют ее форму по мере продвижения электрода-инструмента вдоль детали. Через штан­гу 4 к полоскам подводят ток, а по внутренней поверхности заготовки – электро­лит. Обработку в этом случае ведут в локальной (местной) камере.

В таких электродах-инструментах рассчитывают предельную ширину каждой полоски, исходя из требуемой плотности тока по всей ее длине. Полоски закрепляют слоем резины при вулкани­зации.

Электроды-инструменты для схемы разрезания рассчитывают, исходя из обеспечения требуемой жесткости, так как колебания электрода в пазе вызывают прижоги на заготовке. Электрод-инст­румент выполняют в форме диска с буртиком на рабочей части. На боковые поверхности диска наносят слой диэлектрика.

Рис. 3.35. Электрод-инструмент нежесткой конструкции: 1 – эластичная камера, 2 – металлические полоски, 3 – трубки, 4 – штанга.

При разрезании заготовок непрофилированным электродом-ин­струментом используют проволоку диаметром 0,2...2,0 мм из лату­ни или стержни диаметром 0,5...2,5 мм из вольфрама, латуни. Ис­пользование проволоки предпочтительнее – за счет более высокой жесткости она обеспечивает повышенную точность реза.

3.7. Расчет и выбор оборудования для ЭХО

3.7.1. Источники питания технологическим током

Источники питания (ИП) электрохимических станков преобра­зуют переменное напряжение электрической сети в постоянное или униполярное импульсное. В отдельных случаях для ЭХО исполь­зуют и переменный ток. Но во всех случаях, кроме обработки струй­ным методом, выходное напряжение источника питания обычно не превышает 36 В. Сила тока может достигать 30 000 А (в зависи­мости от мощности ИП). Источники могут быть со ступенчатым и плавным регулированием силы тока или напряжения, со стабили­зацией выходных параметров. Источники бывают двух видов: электромеханические и статические. Электромеханический ИП представляет собой механически связанные электродвигатель и генератор, вырабатывающий ток требуемого напряжения. При работе генератора возникают шум, вибрации, электромеханические ИП сложны в обслуживании, имеют низкий КПД и в настоящее время используются редко.

Благодаря развитию выпрямительной техники были созданы статические источники питания на селеновых и кремниевых выпрямителях. Наиболее перспективными являются источники с управляемыми выпрямителями, называемыми тиристорными пре­образователями, с системами защиты от перегрузок. Некоторые преобразователи позволяют менять полярность напряжения на вы­ходе, их называют реверсивными.

На рис. 3.36 показана структурная схема источника питания. Напряжение от сети подается на понижающий трансформатор 1, а затем на выпрямитель 2, который связан с блоками регулирова­ния 3 и стабилизации 5 процесса. Блок регулирования позволяет задать нужную форму изменения напряжения, тока и их поляр­ность. При коротких замыканиях между заготовкой и электродом-инструментом, а также при других перегрузках срабатывает систе­ма защиты 4, которая прерывает подачу напряжения на электроды.

Рис. 3.36. Структурная схема источника питания: 1 – трансформатор, 2 – выпрямитель, 3 – блок регулирования, 4 – система защиты, 5 – блок стабилизации.

В качестве простейшего устройства для защиты от перегрузок мож­но использовать обычное тепловое реле, которое реагирует на из­менение силы тока выше предельной, необходимой для нормального протекания процесса ЭХО. Недостатком таких реле является большое время срабатывания. Для защиты от перегрузок чаще ис­пользуют быстродействующие электронные схемы на транзисторах. Бремя срабатывания таких схем составляет 0,008 с, поэтому отклю­чение источника питания происходит до контакта электродов.

Блок стабилизации 5 напряжения или силы тока позволяет по­стоянно поддерживать заданные параметры независимо от условий ЭХО. Источники питания могут иметь на выходе различные внеш­ние вольт-амперные характеристики (рис. 3.37): естественную 2, жесткую 1 и крутопадающую 3.

Рис. 3.37. Вольт-амперные характеристики ИП: 1 – жесткая, 2 – естественная, 3 – крутопадающая.

Источники с естественной и жесткой характеристикой имеют слабо изменяющееся или постоянное напряжение независимо от силы выходного тока. Это облегчает управление и регулирование процесса ЭХО. Однако при коротких замыканиях в таких источ­никах резко возрастает ток, что приводит к их выходу из строя. Источники с крутопадающей внешней характеристикой при корот­ких замыканиях ограничивают возрастание силы тока значением тока короткого замыкания , близким к рабочему .

Простейшими статическими источниками питания являются се­леновые неуправляемые выпрямители типа ИПП, состоящие из трансформатора и выпрямителя. Серийно выпускаются тиристорные источники питания типа ВАК (выпрямительный агрегат кремни­евый), и ВАКР (реверсивный) с силой выходного тока до 25 000 А. Они имеют устройства для автоматического поддерживания задан­ной силы тока, напряжения, плотности тока, дают возможность ре­гулировать напряжение от нескольких вольт до 36 или 48 В. Чтобы получить импульсное напряжение, используют специальные источ­ники питания или приставки, подключаемые к источникам питания с постоянным напряжением.

Для правильного выбора промышленного источника питания не­обходимо учитывать потребность в реверсировании, рассчитать мак­симальную силу выходного тока. При изготовлении деталей из раз­личных сплавов напряжение источника берут по наибольшему гра­ничному значению для всех материалов (см. 3.4.1). При определе­нии силы тока на выходе источника питания расчет следует вы­полнять для детали, обработка которой потребует наибольшего то­ка: , где – сила тока, необходимая для анодного раство­рения обрабатываемой поверхности заготовки; – коэффициент загрузки источника питания при режиме длительной работы (для источников питания типа ИПП = 0,65...0,7; для типа ВАК = 0,8. ..0,98).

Расчет силы тока для осуществления процесса ЭХО выполняет­ся по формуле, полученной из формул (3.5) и (3.26):

(3.49)

где – расчетная скорость съема металла с заготовки; – площадь рабочей части электрода-инструмента. При обработке по схе­ме с неподвижными электродами требуемая сила тока со временем меняется. Расчет ведут по скорости съема в начальный момент времени, когда межэлектродный зазор равен :

.

Для схем прошивания (с периодическим сближением электродов), точения и протягивания скорость съема находят для минимального зазора :

.

При схеме шлифования металлическим инструментом силу тока рассчитывают по формуле

.

При расчете площади рабочей части электрода-инструмента следу­ет учесть нерабочие участки (щели, отверстия, площадки, покры­тые диэлектриком, и др.):

,

где – общая площадь рабочей части электрода-инструмента; – площадь нерабочих участков. Расчет общей площади для схемы разрезания выполняют для момента прохождения инструмен­том максимального размера поперечного сечения, например диа­метра, заготовки. Для шлифования площадь находят в зависи­мости от диаметра и ширины инструмента и глубины обработки путем графического построения в масштабе 50:1 или 100:1.

По известным напряжению и силе тока источника питания мож­но найти потребляемую им мощность

,

где – КПД источника питания.

Выбор токоподводов. Ток от источника питания к механической части станка передают по гибким или жестким шинам. При силе тока до 100 А можно использовать отдельные провода большого сечения или их наборы. Если сила тока не превышает 1000...1200 А, то применяют наборы гибких медных оплеток или пакеты медной фольги. При большей силе тока используют шины в виде полос из меди, алюминия или их сплавов. Иногда токоподводы делают охлаждаемыми (воздухом или водой).

Площадь сечения токоподвода находят из условия прохож­дения по нему тока с предельной плотностью :

.

Для медных токоподводов без охлаждения 1...2 А/мм², для алюминиевых 0,8...1,5 А/мм². При охлаждении водой 3...6 А/м² и 2...3 А/мм² соответственно для медных и алюминие­вых проводов. Для надежной передачи тока следует правильно выбрать силу прижима и размеры контактных площадок. От этого будут зависеть потери напряжения, которые при нормальных усло­виях эксплуатации не должны превышать (0,03...0,05) , где – номинальное напряжение, В; – длина токоведущих шин, м, и по­тери мощности, которые составляют (0,1...1) , где – мощность установки, кВт; – длина проводов, м. Для снижения потерь на­пряжения и мощности необходимо обеспечить плотность прижима в контактных соединениях для меди (60...100)∙10⁵ Па, для алюми­ния 250∙10⁵ Па.

Площади контакта в местах соединений рассчитывают по формуле

, (3.50)

где – предельная плотность тока через контакт (без охлаждения А/мм², с охлаждением А/мм²). По формуле (3.50) кро­ме соединений шин рассчитывают условия закрепления деталей в базовых элементах механической части станка. Эффективно исполь­зование тонких металлических прокладок в местах токопроводов путем их плотного обжатия обеими поверхностями (заготовки и токопровода).