10. Технологічні процеси електроерозійної обробки типових поверхонь і деталей машин

10.1. Прошивання отворів

Операції електроерозійної обробки використовують:

для видалення з отворів уламків мітчиків, свердел і іншого інструменту;

прошивання отворів діаметром з d 1 мм і глибиною до 12 d;

формоутворення отворів діаметром d 1 мм і глибиною більше 12 d, яке виконують з використанням кондукторних втулок і прокачування робочої рідини через міжелектродний зазор;

обробки отворів малого діаметра (d <1 мм);

формоутворення некруглих отворів, пазів;

прошивання отворів і пазів з криволінійної віссю

При видаленні уламків інструмента необхідно знати габарити і масу деталі, оскільки на підставі цього вибирають необхідний верстат.

Зазвичай використовують схему прямого копіювання одним ЕІ з графіту, міді, латуні, алюмінію або його сплавів. Режими обробки не розраховують, а вибирають з діапазону значень, зазначених для верстата. Розраховують площу перерізу електрода при умові, що його діаметр d₁ (рис. 33) був не менше діаметра кола, дотичного до профілю мітчика, свердла або іншого інструменту.

Рисунок 33. Схема для визначення діаметра електрода-інструменту при видаленні уламка мітчика

Довжину ЕІ беруть, як суму довжин ділянки для його закріплення в електротримачі і робочій частині, що дорівнює довжині оброблюваної ділянки і ділянки, що руйнується в результаті ерозії.

Якщо необхідно видалити зламану частину шпильки або болта з різьбового отвору, то в ній прошивають квадратне або шестикутне заглиблення, причому за рахунок зносу електрода інструменту воно матиме кут нахилу бічних стінок в межах 2 ... 6°. Потім в отримане поглиблення вставляють спеціальний ключ з робочою частиною, форма якої протилежна формі поглиблення, і вивертають уламок, відновлюючи деталь.

Прошивання отворів невеликої глибини використовується при виготовленіі деталей з важкооброблюваних матеріалів (твердих, магнітних, жароміцних сплавів, а також загартованих сталей, термічний відпустк яких недоцільний).

За кресленням визначають можливість отримання отворів без подальшої калібруючої операції. Виконують розрахунки режимів обробки виходячи з умови отримання необхідної шорсткості.

При необхідності подальшої операції намічають припуск і виконують розрахунок режиму електроерозійної обробки виходячи з умови отримання максимальної продуктивності. Обробку ведуть одним інструментом без його обертання і без прокачування рідини.

Для отримання остаточного розміру отвори ЕІ 1 подають через кондукторну втулку 2 (рис. 34). Саму втулку виготовляють з діелектрика, а для зниження тертя в неї запресовують напрямні кільця 3. Втулка повинна точно базуватися відносно заготовки 4. Для зниження похибок по перерізам оброблюваного отвору ЕІ надають обертальний рух навколо його вісі.

Для підвищення точності розмірів оброблюваного отвору проводять прокачування або відсмоктування робочої рідини із зони обробки.

Рисунок 34. Схема кінцевої обробки прецензійних отворів

При прошивці глибоких циліндричних отворів основна задача полягає в підтримці процесу при значному занурені електрода-інструменту в заготовку, коли видалення продуктів обробки ускладнене. Тому спочатку за кресленням оцінюють можливість отримання необхідної точності і якості поверхні отвору. Для цього проводять порівняльний аналіз часу обробки при різноманітних варіантах виготовлення отворів з використанням електроерозійної з наступною механічною обробкою.

При великій глибині отвору (L/d> 25) процес необхідно виконувати за декілька ходів, збільшуючи при цьому діаметр електрода-інструменту.

Конструкція електрода-інструменту залежить від розміру оброблюваного отвору, його точності і якості поверхні.

При прошивці отворів, що мають L / d> 20, використовують електроди-інструменти у вигляді трубки з міді, латуні, графітових матеріалів. Наявність отвору дозволяє прокачувати робочу рідину і скорочувати час обробки, виключаючи періодичне видалення інструменту з оброблюваного отвору.

При отриманні отворів L / d> 40 використовують трубку 1, всередину якої вставлена деталь 2 з нарізаним спіральним каналом (рис. 35, а), за яким в зону обробки підводиться робоча рідина. Обертання електрода-інструменту в цьому випадку не обов’язкове. Окрім нарізної деталі в трубку 1 можна вставляти пластину 3 (рис. 35, б) або квадратний стрижень 4 (рис. 1.32. В). При цьому в процесі обробки електрод-інструмент обертаєть.

Розрахунок режимів обробки виконують за наступною формулою:

- час, необхідний для виведення електрода-інструменту з отвору і його повернення в робоче положення; - час між виводами ЕІ; L – глибина отвору; швидкість подачі інструмента.

Рисунок 35. Конструкції трубчастих електродів-інструментів при прошивці особливо глибоких отворів: а - з нарізаним спіральним каналом; б - з пластиною; в – зі стержнем квадратного перерізу.

Отвори діаметром менше 1мм виконуються у форсунках,розпилювачах, сітках. При діаметрі отвору d <0.6...0.7 мм використовують цільні електроди з латунного або вольфрамового дроту (рис. 36). Електрод подають в зону обробки через кондукторні втулки з рубіна або інших твердих діелектриків.

До заготовки дріт переміщується за допомогою подаючих роликів 3, а система роликів 2 служить для редагування ЕІ. Перед обробкою дріт правлять, розтягуючи її на спеціальному пристосуванні. В процесі обробки дроту надають вібрацію уздовж осі, що дозволяє прошивати отвори на глибину до L/d=10...15.

Рисунок 36. Схема обробки отворів діаметром менше 0,6 мм: 1 - дротяний електрод-інструмент; 2 - система роликів для правки дроту; 3 - ролики подачі; 4 - кондукторна втулка; 5 – оброблювана заготовка.

Для обробки отворів діаметром d<0,1 мм в якості електрода-інструменту використовують вольфрамовий дріт, покритий шаром міді. Таке покриття підвищує жорсткість електрода-інструменту і полегшує струмопідвід до нього. Перед обробкою шар міді на західній частині електрода-інструменту обробляють на конус.

Обробка отворів малого діаметра здійснюється по наступній схемі:

1) встановлюють електрод-інструмент в електродотримачі так, щоб його західна частина була спрямована в бік заготовки, і контролюють вихід дроту;

2) вивіряють точність установки електрода-інструменту;

3) встановлюють на верстат пристосування з кондукторною втулкою;

4) вибирають на верстаті режими обробки. Енергія імпульсу в цьому випадку не повинна перевищувати 12 мкДж. Якщо товщина заготовки менше 1 мм, то операцію виконують за один хід на чистових режимах. При більшій товщині використовують два проходи - чорновий і чистовий. Знос електрода-інструменту досягає 60 .. .70% від об’єму знятого металу;

5) встановлюють заготовку;

6) включають вібрацію дроту вздовж його осі;

7) обробляють отвір, отримуючи в заготовці західний конус (рис. 37, а);

8) оброблюють на конус кінець електрода до дроту на довжину h = (2,0 ... 2,5)h₁, де h₁ - довжина непрошитої ділянки заготовки (рис. 37, б);

9) прошивають отвір на повну глибину і калібрують його ділянкою дроту, яка не має покриття.

Рисунок 37. Конструкція ЕІ для прошивання отвору діаметром менше 0,1 мм: а – для отримання західної фаски; б- для кінцевої обробки отвору; 1 – вольфрамовий дріт; 2 – шар міді; 3 – оброблювана заготовка

Ділянка на вході отриманого таким чином отвору має фаску або конус. Висоту і кут розкриття конуса регулюють зміною кута конуса на електроді-інструменті і глибини прошивання західної ділянки.

Операції прошивання дрібних отворів виконують на автоматичних верстатах декількома електродами-інструментами. Шорсткість поверхонь для отворів діаметром до 0,1 мм відповідає Rа = 0,16 ... 0,32 мкм, при великих діаметрах - Rа = 10 ... 30 мкм.

Електрод-інструмент для прошивання некруглих отворів, пазів виготовляють прокаткою через профільні ролики. Електроди-інструменти з поздовжнім отвором для прокачування робочої рідини виконують з мідної трубки, яку профілюють по зовнішній поверхні.

Особливістю виготовлення отворів в лопатках турбін авіаційних двигунів (рис. 38, а) є непаралельність їх вісей, тому їх обробляють по одноконтурній схемі.

Рисунок 38. Схеми прошивання не круглих отворів і пазів при виготовленні:

а – лопаток турбін авіаційних двигунів; б – міжлопаточних каналів і пазів в корпусах насосів, турбін, компресорів; в – кінцевих деталей; г сіток; д – робочих вікон в матрицях вирубних штампів; е – матриць висадочних штампів; ж – в з’єднувальних каналах корпусів гідроапаратури.

Для отримання міжлопаткових пазів (рис. 38, б) використовується кілька схем електроерозійного прошивання:

з поступальної подачею електрода-інструменту (рис. 39, а) без повороту його навколо вісі;

з поворотом електрода-інструменту навколо вісі;

з подачею електрода-інструменту по колу (рис. 39, б).

В енергетичному машинобудуванні застосовується велика кількість тонкостінних нежорстких деталей (див. Рис. 38, в) зі скрізнимиі отворами для установки і приварювання соплових лопаток. Електроерозійна обробка таких отворів виконується декількома електродами-інструментами з незалежною подачею.

Схема з поворотом електрода-інструменту і його поступальною подачею використовується для отримання різьблення в отворах. В цьому випадку електрод-інструмент подається обертанням через гайку, що має профіль нарізувальної різьби.

Електроерозійну обробку ефективно використовувати для виготовлення сіток (рис. 38, г), фільтрів, грат, тонкостінних деталей стільникових конструкції. Обробка таких деталей виконується декількома електродами-інструментами. Прошивання здійснюється за один хід з калібруванням отворів незношеною частиною електрода-інструменту. Одночасно можна прошивати безліч отворів. Однак чим більше отворів, тим складніше умови видалення продуктів обробки. Тому при прошивці дрібних сіток використовують вібрацію електродів-інструменту, а також примусове прокачування робочої рідини.

Рисунок 39. Схеми прошивання міжлопаточних пазів:

а - з поступальною подачею електрода-інструменту без повороту його навколо вісі; б - з подачею електрода-інструменту по колу; 1 - електрод

інструмент; 2 - лопатка турбіни; 3 - бандажне кільце.

При прошивці отворів глибше 0.5 мм, їх попередньо вирубують, залишаючи припуск під ЕЕО. Отримані таким чином сітки мають високу точність і малу шорсткість поверхні при високій продуктивності процесу.

Робочий профіль отворів в матрицях вирубних штампів (див. Рис. 38, д) складається з двох ділянок: верхньої з паралельними стінками і нижньої з нахилом на кут . Технологічний процес виготовлення таких матриць включає наступні операції.

Спочатку прошивають отвір з нижньої сторони матриці. Сталеві заготовки повинні бути попередньо загартовані, так як їх термічна обробка після прошивання отвору призводить до викривлення металу. Обробку виконують електродами-інструментами, раніше використаними для калібрування і тому мають менші розміри. Режим обробки вибирають виходячи з умови отримання поверхні без мікротріщин. Прошивання проводять з прокачуванням робочої рідини і вібрацією електродів-інструментів. Найбільший вплив на нерівномірність зазорів і стабільність розмірів надає швидкість прокачки робочої рідини і розташування отворів для її подачі в зону обробки.

Потім розкритий отвір калібрують новим електродом-інструментом з протилежного боку без використання вібрації. Обробка здійснюється для забезпечення необхідної шорсткості.

На заключній стадії полірують поверхню отриманого отвору до шорсткості верхньої ділянки Rа = 0,5 ... 1,0 мкм, нижнього - Rа = 2,0 ... 3,0 мкм.

Остаточне доведення таких матриць не проводять, оскільки самі вирубані деталі видаляють нерівності стінок отворів, не порушуючи точності профілю.

Для прошивання різних з’єднувальних каналів в корпусах гідроапаратури (рис.40) необхідно, щоб розмір L_y одного з заглиблень(рис.1.37) і довжина L_р робочої частини ЕІ були більше товщини L_с стінки, в якій необхідно обробити профільний канал.

Загальну довжину ЕІ розраховують за формулою:

_{де Le - розміри електродотримача, який визначають з умови забезпечення жорсткості його консольної частини.}

_{Довжина робочої частини ЕІ визначається:}

де k – коефіцієнт,що враховує довжину ЕІ, яка необхідна для калі бровки каналу, k=1,2…1,25.

Рисунок 40. Схема для визначення розмірів електрода-інструменту для прошивання з’єднувальних каналів