- •Окунькова а.А., Федоров с.В. Лабораторные работы по курсу «электрофизические и электрохимические методы обработки» Учебно-методическое пособие
- •Содержание
- •Лабораторных образцов
- •Материал
- •Ознакомление с принципами работы и устройством оборудования для выполнения технологической операции электроэрозионной вырезки
федеральное
государственное образовательное
учреждение высшего профессионального
образования «Московский государственный
технологический университет «СТАНКИН»
Учебно-методическое
объединение по образованию в области
автоматизированного машиностроения
(УМО АМ)
ИЦ МГТУ «СТАНКИН»
Москва, 2012
Окунькова а.А., Федоров с.В. Лабораторные работы по курсу «электрофизические и электрохимические методы обработки» Учебно-методическое пособие
УДК 621.9 (075)
ББК 34.5
О52
Окунькова А.А.,
Федоров С.В.
Лабораторные работы
по курсу «Электрофизические и
электрохимические методы обработки».
Учебно-методическое пособие. М.:
Издательский центр МГТУ «СТАНКИН»,
2012. 85 с.: ил.
Учебно-методическое
пособие посвящено методике выполнения,
указаниям и рекомендациям к лабораторным
работам в рамках учебного курса
«Электрофизические и электрохимические
методы обработки».
На основе исследований
и разработок, выполненных в МГТУ
«СТАНКИН», представлен порядок выполнения
лабораторных работ с целью ознакомления
с принципами работы современного
оборудования и особенностями
технологической подготовки производства
обработки деталей в современном
машиностроении таких наиболее
распространенных методов, как
электроэрозионная вырезка и прошивка.
Эти методы, относящиеся к группе
электрофизических и электрохимических
методов обработки, являются одними из
наиболее известных способов обработки
материалов, и, в силу своей природы,
используются для изготовления особо
точных формообразующих деталей, к
которым традиционно предъявляются
повышенные требования по качеству
изготовления в процессе эксплуатации
в составе механизмов и машин.
Учебное пособие
предназначено для подготовки бакалавров
технических университетов по направлению
151900 «Конструкторско- технологическое
обеспечение машиностроительных
производств» и подготовки инженеров
по специальности 151701 «Высокоэффективные
технологии и оборудование современных
производств».
© Окунькова А.А.,
Федоров С.В., 2012 © ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»,
2012
2
ВВЕДЕНИЕ 5
ПРАВИЛА
ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ И
ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТНОСТИ 9
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 11
ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ
ОБРАЗЦОВ 16
Электроэрозионное
вырезное оборудование 16
Электроэрозионное
прошивное оборудование 17
ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА №1. Ознакомление с принципами
работы и устройством оборудования для
выполнения технологической операции
электроэрозионной вырезки 18Содержание
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. Определение значения коррекции электрода-инструмента и используемых технологических параметров обработки для технологической операции электроэрозионной вырезки 27
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. Определение значения износа электрода-инструмента и производительности обработки для технологической операции электроэрозионной вырезки 41
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. Ознакомление с принципами работы и устройством оборудования для выполнения технологической операции электроэрозионной прошивки 43
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. Определение значения коррекции электрода-инструмента и используемых технологических параметров обработки для технологической операции электроэрозионной прошивки 50
3
ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА №6. Определение значения износа
электрода-инструмента
и производительности обработки для
технологической
операции электроэрозионной прошивки
62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
СПИСОК 64
ПРИЛОЖЕНИЯ 74
Т екущий контроль успеваемости 74
Контрольные вопросы 74
Образец титульного листа отчёта 78
Рабочая тетрадь студента 79
4
ВВЕДЕНИЕ
Данное учебно-методическое
пособие ставит перед собой цель по
практическому ознакомлению студентов
машиностроительных специальностей с
основными принципами работы современного
оборудования для электрофизической и
электрохимической обработки. В
учебно-методическом пособии представлены
лабораторные работы для студентов для
их ознакомления с устройством и
принципами работы электроэрозионного
оборудования для технологических
операций вырезки и прошивки - одних из
самых наиболее распространенных
электрофизических и электрохимических
методов обработки в современном
машиностроительном производстве.
В учебно-методическом
пособии подробно представлены особенности
технологической подготовки производства
и определения технологических параметров
электроэрозионной обработки, которые
позволят студенту ознакомиться с
основными зависимостями и взаимосвязями
между используемыми технологическими
параметрами обработки, качеством
изготавливаемой поверхности образцов
и производительностью их изготовления.
Одними из самых
важных характеристик, определяющими
эффективность применения технологической
операции электроэрозионной обработки,
являются следующие:
производительность
обработки;
степень износа
электрода-инструмента;
качество поверхности
изделия (шероховатость);
точность исполнения
геометрических параметров детали
(размеров в соответствии с установленными
допусками и эксплуатационным назначением
изделия).
5
Все эти характеристики
взаимосвязаны и определяются множеством
факторов. Например, используемым
материалом электродов (для инструмента
и заготовки), степенью износа электрода
инструмента, а также установленными
технологическими параметрами обработки,
такими как:
напряжение и сила
тока основного и вспомогательного
импульсов,
длительность и
частота импульсов тока,
скорость подачи
электрода в зону обработки;
давление и скорость
подачи диэлектрика в зоне обработки,
скорость обновления
электрода-инструмента в зоне обработки
для операции электроэрозионной вырезки
и пр.
На современных
электроэрозионных вырезных станках
технологические коды, используемые
для изготовления изделий, включают в
себя до 13-15 программируемых параметров
обработки, которые определяют стабильность
процесса обработки и качество полученной
детали. Производители оборудования
предлагают использовать свои коды для
обработки тех или иных материалов с
тем или иным заданным качеством.
Например, для технологической операции
электроэрозионной вырезки в комплекте
со станками часто поставляют руководства
с рекомендуемыми технологическими
параметрами обработки, которые
ранжированы в зависимости от толщины
заготовки, материала инструмента и
заготовки, диаметра электрода-инструмента
и требуемой шероховатости изделия для
нескольких проходов инструмента с
предварительно рассчитанным искровым
зазором. Таких кодов, указанных в
руководстве или заранее введенных в
систему ЧПУ станка (используется
автоматизированная система подбора
кодов по заданным входным параметрам),
может быть до нескольких тысяч.
6
Технологическая
подготовка производства на современных
машиностроительных предприятиях
включает в себя, а том числе, и выбор
технологов оптимальных технологических
параметров обработки в соответствии
с теми требованиями, которые предъявляются
к детали, согласно конструкторской и
технологической документации на нее.
Производители современного
электроэрозионного оборудования
поставляют свое оборудование в комплекте
с базой данных технологических параметров
обработки в бумажном и/или электронном
виде. Далее технолог выбирает
технологический код, используя базу
данных. Технологические коды выбираются
исходя из требуемого качества поверхности
детали, ее средней толщины (так как
зачастую верхняя и нижняя кромка зоны
обработки не лежат в параллельных
плоскостях) и материала электрода-детали
и электрода-инструмента, выбирая
наиболее подходящий по химическому
составу к тем, что представлены в базе
данных.
Зачастую необходимо
выполнять пробный рез заготовки, чтобы
убедиться в правильном выборе кода,
при выполнении особо ответственных и
точных деталей.
Практика показывает,
что технологические параметры кодов
всегда несколько завышены. Это может
привести к сбоям при работе оборудования,
и к останову станка (например, при
коротком замыкании или обрыве
электрода-проволоки). Возможны потери
качества детали из-за нестабильного
процесса обработки или изменения
размеров конечной детали от требуемых
в меньшую или большую сторону.
Для стабилизации
процесса обработки технологу рекомендуется
использовать первоначально более
мягкие «режимы» обработки, следить за
тем, чтобы процесс обработки носил
постоянный характер [41,45]. Затем
рекомендуется постепенное увеличение
режимов обработки вручную с целью
достижения оптимальной производительности.
Таким образом формируется своя
собственная база данных для конкретных
работ в полном
соответствии с
технологическими задачами того или
иного производства.
7
Однако не всегда
указанные коды соответствуют поставленным
перед современным технологом задачам.
Часто данные коды не подходят для
обработки отечественных марок сталей,
а их состав может значительно отличаться
от партии к партии. На основании этого
можно заключить, что при подготовке
инженеров-технологов машиностроительных
специальностей необходимо развивать
знания и навыки по работе современных
электроэрозионных вырезных и прошивных
станков с ЧПУ. Перед студентами стоит
цель по изучению особенностей работы
оборудования, выявлению основных
зависимостей между факторами, влияющими
на производительность и качество
обработки, определению оптимальных
технологических параметров обработки
для достижения необходимо результата
с наименьшими материальными и временными
затратами.
8
ПРАВИЛА
ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ И
ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЁТНОСТИ
К выполнению
лабораторных работ допускаются только
студенты, прошедшие инструктаж по
Правилам техники безопасности и
неукоснительно их соблюдающие. При
нарушении Правил техники безопасности
студент отстраняется от выполнения
лабораторной работы и сдаёт Правила
техники безопасности повторно.
Необходимым
условием допуска к текущему занятию
является готовность к защите предыдущей
выполненной лабораторной работы и
знание материала предстоящей лабораторной
работы (теоретические основы, порядок
выполнения и пр.).
Перед началом
выполнения лабораторной работы
студентам необходимо внимательно
ознакомиться с лабораторным оборудованием
и измерительными инструментом, а также
с дополнительно прилагаемыми инструкциями
и схемами, подготовить форму протокола
исследования.
Перед включением,
вовремя работы с лабораторным
оборудованием и после необходимо
следовать Правилами техники безопасности.
При проведении
лабораторной работы запрещается:
находиться в
непосредственной близости от
электроэрозионного станка во время
его работы;
облокачиваться
на станок, а также располагать на нем
посторонние предметы;
нарушать правила
и порядок проведения лабораторной
работы;
присутствовать в
помещении лаборатории лицам, не имеющим
отношение к проведению лабораторных
занятий.
Отчёт по лабораторной
работе должен быть индивидуальным,
работа может выполняться группой
студентов 2-4 человека.
9
Студент, по каким-то
причинам не выполнивший лабораторную
работу в срок, может отработать
лабораторную работу в специально
отведённое для этих целей время.
10
МЕТОДИКА
ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторные работы
заключаются в изготовлении образцов
с использованием различных технологических
параметров электроэрозионной обработки
для операций вырезки и прошивки.
В таблицах 3.1 и 3.2
приведены технологические параметры
процесса, которые в рамках данных
лабораторных работ считаются наиболее
значимыми.
Таблица
3.1.
Входные
параметры технологического процесса
электроэрозионной вырезки
|
№ п/п |
Входные параметры |
Наименование фактора в матрице планирования эксперимента |
|
1 |
Сила тока разряда |
Xo |
|
2 |
Длительность импульса электрического тока |
Xi |
|
3 |
Частота импульса электрического тока |
X2 |
|
4 |
Скорость подачи электрода-проволоки |
X3 |
|
5 |
Материал электрода-проволоки |
X4 |
|
6 |
Материал электрода-заготовки |
X5 |
Таблица 3.2.
Входные параметры технологического процесса электроэрозионной прошивки
|
№ п/п |
Входные параметры |
Наименование фактора в матрице планирования эксперимента |
|
1 |
Сила тока разряда |
Xo |
|
2 |
Длительность импульса электрического тока |
X1 |
|
3 |
Частота импульса электрического тока |
X2 |
|
4 |
Скорость подачи прошивного электрода |
X3 |
|
5 |
Материал электрода-инструмента |
X4 |
|
6 |
Материал электрода-заготовки |
X5 |
Существует большое количество разнообразных техник планирования эксперимента, их разработкой, а также оптимальным подбором занимается
11
целый раздел науки - планирование эксперимента (англ. - experimental design techniques).
Планирование эксперимента - комплекс мероприятий, направленных на эффективную постановку опытов. Основная цель планирования эксперимента - достижение максимальной точности измерений при минимальной количестве проведенных опытов и сохранении статистической достоверности результатов.
Планирование эксперимента применяется при поиске оптимальных условий, построении интерполяционных формул, выборе значимых факторов, оценке и уточнении констант теоретических моделей и др. [89].
В научных исследованиях дробный факторный эксперимент необходим для минимизации числа опытов, т.к. количество опытов в полном факторном эксперименте значительно превосходит число определяемых коэффициентов линейной модели. Таким образом, полный факторный эксперимент обладает большой избыточностью опытов. В дробном факторном эксперименте стремятся сократить число опытов при сохранении оптимальных свойств матрицы планирования.
Число опытов в полном факторном эксперименте для двух интервалов уровней варьирования равняется 2к, гдеk- число рассматриваемых факторов. Для двух факторов, пользуясь таким планированием можно определить четыре коэффициента модели, и представить результаты эксперимента в виде неполного квадратного уравнения:
у = Ь0+ Ь1х1+ Ь2х2+ Ь12х1х2.
При этом в выбранных интервалах варьирования процесс может быть описан линейной моделью. Для этого достаточно определить три коэффициента: Ь0,Ь1,Ь2. Остается одна степень свободы и её можно употребить для минимизации числа опытов. Таким образом, для линейной модели можно использовать следующее правило: чтобы сократить число опытов, нужно новому фактору присвоить вектор - столбец матрицы,
12
принадлежащий
взаимодействию, которым можно пренебречь.
Тогда значение нового фактора в условиях
опытов определяется знаками этого
столбца.
Для этого вводится
понятие «дробная реплика» - коэффициент,
определяющий отношение дробного
факторного эксперимента к полному
факторному эксперименту (ПФЭ). Обычно
пользуются полу репликой (1/2 ПФЭ) и
четверть репликой (1/4 ПФЭ), также
существуют реплики более высоких
порядков. Число опытов в дробном
факторном эксперименте равно: 2к_р,
где р - показатель порядка реплики.
В данном учебном
пособии рассматривается реплика р=2,при которой в исследовании влияния
шести факторов можно поставить 16 опытов.
В таблице 3.3 приведена
типовая матрица планирования эксперимента.
Таблица
3.3
Матрица
планирования эксперимента
|
№ п/п |
Наименование факторов | ||||||
|
Xo |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Х4 |
Х5 |
X6 | |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
3 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
5 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
6 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
7 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
8 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
9 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
10 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
11 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
12 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
13 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
16 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Согласно матрице планирования, могут быть использованы различные технологические параметры обработки. Подготовка лабораторных образцов
13
производится согласно эскизам, представленным в разделе «Порядок выполнения лабораторных работ».
На основании полученных лабораторных образцов выполняются следующие работы (для методов электроэрозионной вырезки и прошивки):
Измерение ширины реза у полученных образцов: ширина реза Lопределяет степень точности обработки и складывается из двух составляющихся - диаметра инструмента и двойного искрового зазора. На основании полученных лабораторных образцов и диаметра электрода- инструмента необходимо вычислить искровой зазор и определить, какой технологический код использовался для обработки детали.
Вычисление скорости съема металла: скорость съема материала - некоторый объем металла, удаляемый с заготовки за единицу времени, его значение определяет производительность обработки. Скорость съема металла VMr рассчитывается по следующей формуле:
Vmr = % Р = LhpVs,
где L- ширина реза электрода-инструмента,h- высота заготовки для операции электроэрозионной вырезки, р - плотность материала,Vs- скорость подачи электрода-инструмента.
Для электроэрозионной прошивки скорость съема металла рассчитывается следующим образом:
^Mr=SpVs,
где S- площадь поперечного сечения электрода - инструмента.
Лабораторные работы также включают в себя:
работу с таблицами по выбору оптимальных технологических параметров обработки;
разработку оптимальной технологической траектории движения электрода-инструмента для операции электроэрозионной вырезки;
14
расчёт исполнительных
размеров электрода-инструмента и его
проектирование для операции
электроэрозионной прошивки;
определение
процентного износа электрода-детали
и электрода- инструмента.
Все лабораторные
образцы изготовлены с использованием
представленной матрицы планирования
эксперимента (таблица 3.3).
Таблица
3.4
Взаимосвязь
входных и выходных технологических
параметров электроэрозионной
обработки,
согласно матрице планирования
эксперимента
|
№ п/п |
Входные параметры |
Выходные параметры | ||||||||
|
Xo |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Х4 |
Х5 |
Хб |
Ra, мкм |
L, мкм |
VMR, мкм/c | |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
3 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
5 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
6 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
7 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
8 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
9 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
10 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
11 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
12 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
13 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
|
|
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
16 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
15