3625

В случае необходимости выполнения последующих операций

где Z – припуск на последующую операцию. Длина электрода (L)

где L1 – длина участка закрепления;

L2 – глубина отверстия;

L3 – длина изношенного участка;

L4 – участок для калибровки отверстия.

Обычно L1 ≥ (2-3) dд; L4 = (1,2-1,8) L2; L3 L2 /100, где

- износ рабочей части ЭИ в % от длины отверстия L2.

Для прошивания глухих отверстий длину электрода для черновой (L') и чистовой (L'') обработки рассчитывают по зависимостям

Проектирование рабочего профиля ЭИ для обработки полостей выполняют с учетом величины торцевых (Sт) и боковых (Sб) зазоров, которые изменяются по нелинейному закону (рис. 2.36) и могут иметь значительное рассеивание (на рис. 2.36 пунктиром показаны границы изменения величин зазоров). Для упрощения расчетов криволинейные участки S заменяют прямыми.

Если профиль рабочей части ЭИ имеет сложную форму (рис. 2.37), то его проектируют после расчета отдельных участков, которые сопрягают плавными кривыми. Чем больше

121

S

Sб

Sт

Рис. 2.36. Проектирование рабочего профиля ЭИ для обработки полостей

выбрано таких участков, тем точнее профиль ЭИ. Контур детали находят сопряжением начальных и конечных точек каждого участка (0-1 на рис. 2.37).

Расчет и проектирование ЭИ для полостей выполняют в следующей последовательности:

-строят на чертеже в масштабе профиль углубления в детали;

-рассчитывают межэлектродные зазоры Sт, Sб (МЭЗ);

-откладывают на чертеже МЭЗ (от Sт до Sб);

-строят профиль рабочей части инструмента;

-проектируют отверстия для прокачки рабочей среды, для чего принимают для ЭИ из графита скорость рабочей среды 0,03-0,8 м/с, из меди и ее сплавов – 0,03-0,2 м/с. При этом желательно иметь только одно отверстие или щель, расположенные по оси

(плоскости) симметрии; но при площади обработки свыше 300 мм2 приходится проектировать систему отверстий (щелей), располагая их так, чтобы избежать пересечения потоков;

122

Sб

инструмент

0

Рис. 2.37. ЭИ из сопряжений плавными кривыми

- определяют расход жидкости через отверстия (щели) по формуле

где Ln – длина периметра углубления в детали; Vж – скорость прокачки жидкости;

- находят общую площадь сечения отверстий и общий расход жидкости Q.

При электроэрозионном шлифовании для повышения технологических показателей обработки целесообразно повышать скорость перемещения инструмента относительно детали. Поэтому при электроэрозионном шлифовании используют скорости круга υ0 до 40-50 м/с. Диаметр круга dи рассчитывают так, чтобы при имеющемся на станке приводе инструмента обеспечить требуемую окружную скорость: dи 0 n0 , где

n0 – частота вращения шпинделя станка.

Если инструмент изготовлен из графита, чугуна или другого хрупкого материала, то необходимо выполнить его проверочный расчет на прочность при рабочих скоростях, принимая при этом коэффициент запаса прочности не менее 2.

123

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 bп. При этом следует учесть уменьшение диаметра проволоки за счет эрозии. Начальный диаметр

где k – коэффициент, учитывающий эрозию проволоки, k = 2-5; s – межэлектродный зазор, s = 5-20 мкм.

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 dи = 0,1 мм скорость перемотки должна быть не менее 5 мм/с (k = 2,5), для dи = 0,2 мм – не ме-

нее 1,5 мм/с (k = 2-2,3), для dи = 0,3 мм – 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 ее 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.

124

При электроэрозионном легировании размеры электро- да-инструмента обычно выбирают из конструктивных соображений (размеров обрабатываемой поверхности заготовки, способа подвода инструмента к месту обработки и др.).

2.2.7. Изготовление ЭИ

Инструменты из меди, алюминия и их сплавов обычно изготовляют штамповкой, вытяжкой, прокаткой. Точность изготовления соответствует 8-10 квалитету, шероховатость поверхности Rа = 2,5-5 мкм. Для придания электродаминструментам прямолинейности их правят в специальных приспособлениях. Их закрепляют в зажимах, к которым прикладывают растягивающие усилия. Одновременно электроды нагревают током низкого напряжения. Не снимая усилия, электроды охлаждают, после чего они приобретают требуемую форму. Контрольную операцию выполняют на инструментальной плите путем измерения просвета между плитой и электродоминструментом.

Заготовки для электродов-инструментов, имеющих сложную объемную форму, выполняют литьем. Это экономически целесообразно, если требуется значительное количество одинаковых инструментов. Например, при литье в оболочковые формы их должно быть не меньше 50. Вследствие усадки литые заготовки имеют невысокую точность и требуют дополнительной механической обработки лезвийным и абразивным инструментом (точение, фрезерование, сверление, шлифование и др.). Для точного базирования электрода-инструмента в станке его обрабатывают совместно с электрододержателем, используя в качестве установочных баз присоединительные к станку элементы электрододержателя.

При механической обработке меди, алюминия и их сплавов передние углы инструмента должны быть невелики. Скорость резания для твердосплавных резцов и фрез достигает 5 м/с, подача – до 0,3 мм/об. В случае обработки графитовых

125

материалов желательно использовать твердосплавный инструмент с передним углом 10-12° при скорости резания до 6 м/с, подаче при фрезеровании до 10 мм/с, глубине резания на чистовых операциях порядка 0,5-2 мм. Инструменты из графитовых материалов шлифуют. При этом необходимо оснащать станки местной вытяжкой, вентиляцией или пылеуловителями.

Цельные электроды из графитовых материалов можно изготовить методом вихревого копирования (рис. 2.38). Блок 1 из графитового материала обрабатывают деталью 2, предварительно подвергнутой электроэрозионной операции. Детали придают колебания в двух направлениях в плоскости, перпендикулярной направлению ее подачи S. Деталь совершает воз- вратно-постунательные движения. Лунки, оставшиеся после электроэрозионной обработки на поверхности детали, работают как лезвия инструмента. Для получения требуемой точности углубления (будущего электрода-инструмента 1) размеры детали 2 уменьшают на размер амплитуды ее перемещений. Или же если впоследствии при обработке на станке электродуинструменту, полученному из блока 1, придать колебательные движения с амплитудой, применяемой при его изготовлении, то можно выполнить углубление с помощью эталонной детали без уменьшения размеров. При отсутствии детали делают инструмент, которым осуществляют вихревое копирование. Такая технология удобнее вышеописанной, так как здесь проще предусмотреть базы для крепления инструмента в станке, обеспечить ему требуемую жесткость.

Рис. 2.38. Схема вихревого копирования

126

Графитовые, медно-графитовые, вольфрамокобальтовые электроды-инструменты можно получать по технологии порошковой металлургии. Так изготовляют пустотелые и сплошные конструкции. Форма рабочей поверхности таких инструментов повторяет конфигурацию пресс-форм. Этот процесс рентабелен только при выпуске значительных партий одинаковых электродов-инструментов. К недостаткам процесса следует отнести неравномерность свойств материала после прессования, особенно при сложной конфигурации электродаинструмента.

Нанесение на рабочую поверхность эрозионностойкого материала возможно этектродуговым, плазменным, газоплазменным напылением. В этом случае вместо корпуса часто применяют модели многократного использования из керамики, графита, сталей, алюминия, чугуна. Модели могут быть сборными, что упрощает их изготовление. Напыление производят в две стадии: сначала наносят основу из нержавеющей стали, затем слой эрозионностойкого материала толщиной 1,5-2 мм. Полученную оболочку снимают, крепят к электрододержателю и устанавливают на станок. При гальваническом методе формообразования рабочей части можно применять модели из металлов, пластмасс, гипса, легко поддающихся обработке. На нетокопроводящие модели сначала осаждают химическим путем токопроводящий слой, далее его наращивают до требуемой толщины эрозионностойким материалом. Предельная толщина стоя 2-5 мм. Модели могут быть одно- и многоразового использования. После гальванического осаждения металла рабочая поверхность имеет высокую точность размеров, малую шероховатость и не нуждается в дальнейшей обработке. Площадь рабочей части может достигать сотен квадратных сантиметров. Недостатками методов являются зависимость толщины слоя от формы модели и большая длительность процесса (до 100 ч на 1 мм толщины).

Для изготовления рабочего профиля используют также электрохимический, электроэрозионный, ультразвуковой мето-

127

ды. Так, электроды-инструменты, предназначенные для изготовления сеток с мелкими прямоугольными отверстиями, целесообразно выполнять непрофилированным проволочным электродом. С этой целью торцовую поверхность заготовки разрезают вдоль оси взаимно перпендикулярными пазами (рис. 2.39). Электроды-инструменты для шлифования получают механической обработкой и прессованием, электродыинструменты для отрезания – штамповкой из листа с последующей термофиксацией (круглые) или сваркой концов ленты (ленточные).

Рис. 2.39. ЭИ, полученный разрезанием проволочным электродом

Кроме того, при изготовлении электродов-инструментов используют пайку, склеивание и другие технологические процессы, применяемые в машиностроении.

2.2.8. Пути снижения износа

Одним из путей снижения износа электродаинструмента является использование материалов, имеющих высокую эрозионную стойкость. Если расположить известные материалы, используемые для изготовления электродов-

128

инструментов, в порядке возрастания их эрозионной стойкости, то перечень будет выглядеть так: алюминий и его сплавы, серый чугун, латунь, медь, вольфрам, графитированные материалы.

Износ электродов зависит от формы и энергии импульсов, причем для различных материалов форма импульсов, обеспечивающая минимальный износ, различна. Значительное влияние на износ оказывает прокачка жидкости. У медных электродов-инструментов с уменьшением скорости прокачки износ снижается, у медно-графитовых композиций – повышается. Наиболее интересным решением проблемы является создание условий, при которых износ электрода-инструмента компенсируется слоем углерода, осаждающегося на рабочей поверхности инструмента в результате разложения углеродосодержаших рабочих жидкостей. Если добиться равновесия между удаляемым за счет эрозии и осаждающимся на элек- трод-инструмент материалом, то износ полностью прекратится. Этого удается достичь за счет особой формы импульса, вырабатываемого генератором. Импульсу придают крутой передний фронт с большим амплитудным значением напряжения, что обеспечивает нормальный разряд; далее напряжение снижают и ведут процесс в течение времени, необходимого для разложения рабочей среды и осаждения графита (так называемый импульс «гребенка»). Таким путем удается сохранить достаточно высокую производительность и устранить или снизить до минимума износ электрода-инструмента. Например, у инструмента из меди, покрытой слоем графита, осажденного из рабочей жидкости, износ снижается в десятки раз по сравнению с медным электродом-инструментом.

При использовании проволочного электрода износ инструмента не оказывает влияния на точность вырезания профиля, так как при неизменном режиме обработки сечения элек- трода-инструмента на входе в заготовку и на выходе из нее постоянны в течение всего процесса изготовления детали.

129

2.2.9. Автоматизированный расчет и выбор электродов-инструментов

В зависимости от кинематики оборудования инструмент может иметь форму, обратную профилю детали, или постоянное сечение, например, круглое, но в последнем случае его необходимо перемещать по обрабатываемому контуру, последовательно формируя по принципу лобзика границы углубления.

Выбор инструмента выполняется в зависимости от размеров детали (по техническим характеристикам станка), формы требуемого профиля, наличия наиболее подходящего инструмента или материала для его изготовления на предприятии.

На рис. 2.40 показан алгоритм автоматизированного выбора для электроэрозионной обработки непрофилированного инструмента, который может быть в форме проволоки или стержня. Паз считается глубоким, если его глубина более 5 размеров ширины. Если же паз глубокий, но не сквозной, то используется электрод-проволока, огибающая по торцу стержень, перемещаемый по контуру детали (с односторонним подводом).

Очень узкие (менее 40 мкм) пазы обработать не удается, т.к. минимально необходимый для устойчивого протекания процесса натяг проволоки превышает ее прочность на разрыв.

Пазы до 0,12 мм целесообразно выполнять проволокой из вольфрама, т.к. ее прочность выше латунной, хотя удельное электрическое сопротивление вольфрама заметно больше.

За один проход можно получить пазы до 0,35 мм, при этом предпочтительнее использовать многослойную (например, с цинковым покрытием) проволоку, которая позволяет повысить скорость обработки при незначительном ухудшении качества паза. Если такой проволоки нет, то применяют латунную. При этом предпочтительнее отожженная проволока, прокалиброванная по диаметру. Для широких пазов целесообразно

130