2848

безлюфтовою передачу что вносит дополнительную инерционность в общий контур управления. Решить эту проблему можно за счет применения электрических шаговых двигателей, которые обладают малой инерционностью, высокой точностью отработки заданного углового положения в зависимости от числа поданных управляющих импульсов. Отечественной промышленностью выпускаются шаговые двигатели, имеющие большую приѐмистость (до 16000 м/с) и высокую разрешающую способность [5]. Шаговые двигатели позволяют получить более низкие скорости вращения выходного вала, чем у обычных электрических двигателей, без использования сложных редукторов, что особенно важно для приводов подачи электрохимических станков.

Преобразование вращательного движения ротора шагового двигателя в поступательное движение толкателя, действующего на плунжер золотника гидроусилителя, осуществляется за счет кинематической передачи, состоящей из пары винт – гайка, практически не имеющей люфта.

Исполнительный привод, состоящий из шагового привода и гидроусилителя, охваченного жесткой отрицательной обратной связью, может быть использован как в системах управления непрерывным, так и дискретным процессом ЭХО. В качестве гидрозолотников используются цилиндрические золотники одно – двух – и четырехкрмочные. Шаговый электрогидравлический привод (рис. 4) применен в станке модели ЭХА – 300.

Рис. 4. Схема привода подачи станка мод. ЭХА – 300: 1 - заготовка; 2 - шток гидроцилиндра; 3 - пружина; 4 - золотник; 5 - винт; 6 - гайка; 7 - муфта; 8 - шаговый двигатель

Он оснащен шаговым двигателем 8, зонтовой передачей и гидрозолотником 4, корпус которого находится внутри полого што-

21

ка 2 силового поршня. Специальная пружина 3 прижимает плунжер золотника к торцу толкателя. При вращении ротора шагового двигателя толкатель перемещает плунжер золотника. Когда плунжер золотника движется, например, влево, правая полость силового цилиндра сообщается с напорной полостью, а левая полость – со сливной магистралью. Происходит перемещение силового поршня со штоком влево. При этом корпус золотника смещается также влево относительно плунжера, который прижимается пружиной к торцу толкателя. По мере движения силового поршня кольцевые щели между кромками плунжера золотника и кромками кольцевых проточек в его корпусе уменьшаются. Таким образом осуществляется жесткая механическая отрицательная обратная связь в гидроприводе. Движение поршня прекращается, когда корпус золотника приходит относительно плунжера в исходное положение, при котором силы давления масла, действующие на силовой поршень, уравновешиваются.

Привод данного типа обеспечивает высокую позиционную точность и высокие динамические свойства. К его недостаткам относят невозможность произвести его настройку путем изменения коэффициента усиления разомкнутого контура. Коэффициент усиления привода определен конструкцией золотника и силового двигателя. Этого недостатка лишен гидравлический привод станка Э- 468М, схема которого приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема привода подачи станка мод. Э-468М

22

Шаговый двигатель вращает ходовой винт 2, который при своем повороте смещает гайку. Это приводит к повороту рычага 4 и смещению плунжера четырехкромочного золотника 5 относительно корпуса 7. Смещение плунжера золотника приводит к разности давлений в полостях силового цилиндра 6, вследствие чего поршень со штоком перемещаются вместе с катододержателсм 8. Отрицательная обратная связь обеспечивается путем механической связи корпуса силового цилиндра с корпусом 7 золотника. Движение поршня осуществляется до тех пор, пока плунжер золотника не займет прежнее исходное положение относительно корпуса, при котором перепад давлений на поршне будет равен нулю. Естественно, что при таком рассмотрении работы привода мы пренебрегаем действием нагрузки на подвижные части, включая их массы. В действительности равновесие поршня и других подвижных частей наступает при некотором смещении плунжера золотника относительно его корпуса. Коэффициент усиления разомкнутого контура привода можно изменять, если менять положение опоры рычага, т. е. соотношение плеч рычага. При этом коэффициент передачи замкнутого контура остается неизменным. Аналогично работает гидравлический привод станка мод. Э-402, упрощенная конструктивная схема которого изображена на рис. 6.

Рис. 6. Схема привода подачи станка мод. Э-402: 1 - шаговый двигатель; 2 - винт; 3 - гайка; 4 - золотник; 5 - гидроцилиндр; 6 - направляющие качения; 7 - электрод-инструмент; 8 - заготовка

В отличие от рассмотренных приводов станков приведенных на рис. 3, 4, 5, 6 гидравлический привод станка модели ЭХКП-1 имеет двухкромочный золотник, который обеспечивает распределение рабочей жидкости на выходе из силового цилиндра. В системах управления с асимметричными колебаниями электрода частота колебаний обычно не превышает 2-5 Гц. Для улучшения условий эва-

23

куации продуктов анодного растворения непосредственно в рабочие периоды единичного цикла одному из электродов могут сообщаться симметричные колебания более высокой частоты, амплитуда которых составляет определенную часть величины рабочего зазора, как это реализовано, например, в станке мод. ЭХС-10.

Изменения частоты и амплитуды вибраций обеспечиваются эксцентриковыми электромеханическими вибраторами, приводимыми в действие двигателями постоянного тока. К числу перспективных следует отнести вибраторы, использующие магнитострикционный эффект, а также гидравлические вибраторы, представляющие собой замкнутые автоколебательные системы.

Совершенствование конструкций разрабатываемых электрохимических станков и расширение их технологических характеристик возможно при создании комбинированных электрогидравлических и магнитострикционных приводов, мощных электрических и гидравлических шаговых приводов с высокой частотой приемистости и малой дискретностью шагов. Повышения точности поддержания МЭЗ и как следствие повышение точности получаемого профиля достигается точным отсчетом малых перемещений электродов и жесткой отрицательной обратной связью. Это снижает требования к жесткости других элементов станка.

Литература

1.Горленко О.А. Электромеханические методы обработки // Технология изготовления деталей машин. Т.III. Под общ. Ред. А.Г. Суслова – М.: Машиностроение, 2000, 356 с.

2.Иванов Г.М. Определение параметров гидромеханической системы станков по требуемым показателям динамического качества. – М.: Машиностроение, 1984, 205 с.

3.Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалов В.И. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Т. I. Под ред. В.П. Смоленцева. – М.: Высшая школа, 1983. – 247 с.

4.Современное состояние и основные тенденции развития парка станков для электрохимической размерной обработки / А.И. Зайцев и др. // Электрохимическая обработка материалов, 1994 №6/

5.Свешников В.К. Станочные гидроприводы. – М.: Машиностроение, 1995, 448 с.

Воронежский государственный технический университет

24

УКД 62109047

А.В. Перова, М.А. Боева, В.П. Смоленцев

РАЗРАБОТКА ОСНАСТКИ С ПОКРЫТИЕМ

В работе рассматриваются проблемы применения метода изготовления средств технологического оснащения для электрохимической размерной обработки из алюминиевых сплавов.

Целью работы является разработка технологии изготовления деталей средств технологического оснащения (СТО) из алюминиевых сплавов с покрытием, обеспечивающей их устойчивую работу при высоких плотностях тока и стойкость под действием электрического поля и потока электролита в течение длительного срока эксплуатации при электрохимической размерной обработке.

В работе были решены следующие задачи:

1.Исследование механизма формирования покрытий на элементах оснастки из алюминиевых сплавов, обеспечивающих выполнение эксплуатационных требований при работе на электрохимическом оборудовании.

2.Разработка способа формирования на оснастке из алюминиевых сплавов покрытия, обладающего требуемыми свойствами и характеристиками.

3.Разработка и научное обоснование модели формирования требуемых эксплуатационных свойств поверхностного слоя алюминиевых элементов оснастки с покрытием.

Физическая модель процесса нанесения покрытий электроэрозионным методом на алюминиевые сплавы под слоем флюса отличается от процесса традиционного электроэрозионного нанесения покрытий (ЭНП) в воздушной или газовой среде. Основным отличием является наличие в зоне плавления и образования покрытия четырех взаимодействующих многокомпонентных фаз: расплавленный флюс, расплавленный металл анода, расплавленный металл катода и газ (плазма), образующейся в канале во время разряда. Кинетика процесса осложняется тем, что взаимодействие основных компонентов может протекать как через плазму дуги, так и при непосредственном соприкасании конденсированных фаз: расплавленный метал анода - расплавленный флюс - расплавленный метал катода - расплавленный метал анода. Эти обстоятельства затрудняют расчет па-

25

раметров физико-химических процессов, влияющих на толщину, состав и свойства формируемого покрытия, что, в свою очередь, затрудняет расчет режимов обработки.

Раскрыть процессы, протекающие при взаимодействии различных фаз, позволяет физическая схема модели, представленная на рис. 1.

Математическая модель формирования слоя покрытия на алюминиевой основе. Одним из основных технологических показателей, влияющих на протекание процесса переноса расплавленного металла анода на заготовку, является энергия импульса, определяемая как произведение силы тока на напряжение за время протекания импульса (τи).

Рис. 1. Физическая схема модели ЭНП под слоем флюса: 1, 2, 3 и 4 - потоки веществ из внешней среды в зону плавления; 5, 6 – потоки внутри зоны плавления; 7, 8 - потоки из зоны плавления

Длительность импульса можно оценить по отношению 1 , где g – скважность, определяемая как отношение периода

иgf

повторения импульсов – 0 ( 0= и+ п, п – время паузы в течение которого происходит зарядка конденсаторов) к их длительности и

( g 0 ), причем и составляет (0,5÷0,9) 0. Частота следования им-

и

пульсов (f) для генераторов с RC-схемой определяется по формуле:

где R - сопротивление токоограничивающего резистора; C - предельная емкость конденсаторов генератора.

26

После достижения напряжения пробоя между электродами происходит пробой, вызывающий интенсивный нагрев анода, в результате которого образуется капля расплавленного металла, температуру которой можно принять на 50–1000С выше температуры плавления металла анода. Капля жидкого металла, оторвавшаяся под действием сил тяжести от поверхности анода, движется к поверхности заготовки, соприкасается с ней, деформируется и образует часть покрытия с предельной толщиной Н.

Массу расплавленного металла электрода можно определить из уравнения теплового баланса:

где t1 – температура окружающей среды (температура флюса), К; t2 – температура капли, К;

m – масса расплавленного металла анода, кг;

С – удельная теплоемкость материала анода, Дж/кг∙К; Q – количество тепловой энергии импульса, калории.

Расчет толщины покрытия.

Как известно, после соприкосновения расплавленного материала электрода с поверхностью заготовки, высота капли (Н) составляет около 1/3 диаметра d, а получение качественного, сплошного слоя покрытия достигается при перекрытии соседних капель на (1/3÷1/4)d. Шаг между соседними строками (L) (рис. 2, а) определя-

Для определения толщины наносимого слоя покрытия (Н) необходимо найти диаметр капли (d) после ее соприкосновения с поверхностью заготовки, для этого выразим объем капли через объем сегмента:

27

а)

б)

Рис 2. а) Схематическое изображение структуры покрытия; б) Расчетная схема для определения формы покрытия: Н – высота капли; Нх – глубина измененного (диффузионного) слоя; h – толщина покрытия без учета припуска на последующую обработку; Δh – минимальный припуск; d –диаметр капли; l – расстояние между центрами двух соседних капель; L – шаг между соседними строками

28

Составляющие покрытия (h) и ( h), рассчитываем геометрическим способом (рис. 2, б).

Минимальный припуск (Δh) на последующую обработку, удаляемый с целью достижения заданной точности и качества по-

Разработана физическая модель процесса, позволяющая с единых позиций рассмотреть динамику образования профиля заготовки в процессе нанесения покрытия электроэрозионным методом, а также создать математические модели для количественных оценок технологических показателей процесса ЭНП на поверхностях заготовок из алюминиевых сплавов.

Создана математическая модель, позволившая выполнить численные расчеты показателей, необходимых для проектирования технологических процессов нанесения покрытий на поверхностях деталей из алюминиевых сплавов электроэрозионным методом.

Литература 1.Смоленцев В.П. Применение алюминиевых сплавов с по-

крытием при изготовлении технологической оснастки / В.П. Смоленцев, А.В. Перова, А.В. Бондарь // Упрочняющие технологии и покрытия, 2007, № 9.

2. Перова А.В. Механизм нанесения покрытий на алюминиевые сплавы электроэрозионным методом / А.В. Перова, В.П. Смоленцев // Орел: Известия ОрелГТУ, 2008, №4-4/272(550).

Воронежский государственный технический университет

29

УДК 621.9(075.8)

Г.А. Сухочев, А.В. Катыкина

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ НА УЧАСТКЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ

Рассматриваются: зависимость организации участка электрохимической комбинированной размерной обработки и рабочих мест от особенностей средств и предметов труда, технологического оснащения средств механизации и автоматизации, виды работ, выполняемые на участке и типовые детали.

Основными факторами, влияющими на организацию участка

ирабочего места на нем, являются: степень детализации технологического процесса и степень организации производства. Они определяют операции на рабочем месте, систему обеспечения заданием, технической и рабочей документацией, систему обеспечения рабочего места материалами и заготовками, порядок передачи готовых деталей после данной операции на следующее рабочее место, систему сигнализации

исвязи.

Расположение оборудования на рабочем месте, инвентаря, производственной мебели, тары, стеллажей для заготовок и готовой продукции планируется с таким расчетом, чтобы не создавалось стеснѐнных условий работы, и лишних затрат времени [1].

Требуемая освещенность рабочего места определяется в зависимости от характера и точности работы, размеров объекта различения, контраста рассматриваемого объекта с фоном и действующими санитарными нормами. При естественном и искусственном освещении рекомендуется размещать рабочие места так, чтобы свет падал слева или спереди. При наличии местного освещения свет не должен слепить глаза, тень не должна падать на обрабатываемую деталь. Внешнее оформление рабочих мест и производственных помещений должно соответствовать требованиям технической эстетики.

Количество инструмента и приспособлений на рабочем месте должно быть минимально необходимым, обеспечивающим бесперебойную работу в течение смены с наименьшими затратами времени на их получение и замену.

В набор инструмента, который постоянно хранится на рабочем месте, должен включаться только нормализованный инстру-

30