ЛР ЭФЭХМО

3. 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

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 2 , где k – число рассматриваемых факторов. Для двух факторов, пользуясь таким планированием можно определить четыре коэффициента модели, и представить результаты эксперимента в виде неполного квадратного уравнения:

= + + + .

При этом в выбранных интервалах варьирования процесс может быть описан линейной моделью. Для этого достаточно определить три коэффициента: , , . 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:

2 , где p – показатель порядка реплики.

Вданном учебном пособии рассматривается реплика р=2, при которой

висследовании влияния шести факторов можно поставить 16 опытов.

Втаблице 3.3 приведена типовая матрица планирования эксперимента.

Таблица 3.3

Матрица планирования эксперимента

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):

1)Измерение ширины реза у полученных образцов: ширина реза

определяет 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.

2)Вычисление скорости съема металла: скорость съема материала – некоторый объем металла, удаляемый с заготовки за единицу времени, его значение определяет производительность обработки. Скорость съема металла

рассчитывается по следующей формуле:

= = ,

где – ширина реза электрода-инструмента, – высота заготовки для операции электроэрозионной вырезки, – плотность материала, – скорость подачи электрода-инструмента.

Для электроэрозионной прошивки скорость съема металла рассчитывается следующим образом:

= ,

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

15

4. ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ОБРАЗЦОВ

4.1.Электроэрозионное вырезное оборудование

Лабораторные работы по определению оптимальных параметров

технологической операции электроэрозионной вырезки проводятся на станке Seibu M500S (Япония). Внешний вид станка представлен на рис. 4.1, основные технические характеристики в табл. 4.1.

Рис. 4.1. Внешний вид электроэрозионного вырезного станка Seibu M500S

Таблица 4.1.

Основные технические характеристики станка для выполнения технологической операции электроэрозионной вырезки

16

4.2.Электроэрозионное прошивное оборудование

Лабораторные работы по определению оптимальных параметров

технологической операции электроэрозионной прошивки проводятся на

станке Z&K Genius 600 (Германия). Внешний вид станка представлен на рис.

4.2, основные технические характеристики в табл. 4.2.

Рис. 4.2. Внешний вид электроэрозионного прошивного станка Z&K Genius 600

Таблица 4.2.

Основные технические характеристики станка для выполнения технологической операции электроэрозионной прошивки

17

5.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. Ознакомление с принципами работы и устройством оборудования для выполнения технологической операции электроэрозионной вырезки

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с принципом работы и устройством оборудования для выполнения технологической операции электроэрозионной вырезки на примере станка Seibu M500S (Япония) (рис.4.1).

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Описание принципа работы и устройства электроэрозионного вырезного станка. В соответствии с сущностью физических процессов, происходящих при электроэрозионной обработке, и их технологическими особенностями любые станки и установки для ее проведения состоят из двух основных, тесно связанных друг с другом частей, а именно: электросиловой и механической.

Функцией электросиловой части является создание и поддержание искрового разряда необходимой мощности.

Функцией механической части является крепление рабочего электрода- инструмента с достаточной жесткостью и точностью и его перемещение относительно электрода-детали в нужных направлениях в соответствии с управляющей программой блока числового программного управления

(ЧПУ).

Перемещение должно осуществляться со скоростью, определяемой скоростью износа электрода-инструмента и электрода-детали с целью сохранения постоянства межэлектродного расстояния, чтобы избежать, например, преждевременного обрыва непрофильного электрода-инструмента

(проволоки). [45, 55, 65]

18

Большинство станков для электроэрозионной обработки, независимо от их целевого назначения и специализации, состоят в основном из однотипных элементов конструкции: станина, стол для крепления детали, ванна, головка для крепления инструмента, устройства для установочных и рабочих перемещений, гидравлическая часть, автоматический регулятор и электросиловая часть. [52, 55, 65, 71, 78, 79, 80]

Сейчас существует множество разновидностей метода электроэрозионной обработки. Принципиальное отличие их в назначениях и применяемых формах электрода. Одной из наиболее популярных операций в инструментальном производстве является электроэрозионная вырезка, при которой обработка ведется при помощи непрофильного электрода- инструмента (проволоки), которая характеризуется двумя основными параметрами – диаметр и материал [45].

Электрод-инструмент. Традиционно к используемому материалу электрода-инструмента предъявляют следующие требования [21]:

–быть электрическим проводником;

–иметь низкую скорость износа;

–быть легко обрабатываемым;

–обеспечивать высокую точность обработки поверхности детали.

Для электроэрозионной вырезки обычно используется медный и латунный электрод-инструмент, когда диаметр проволоки относительно велик (от 0,15 до 0,30 мм). Если требуется более высокая точность резки (от 0,03 до 0,015 мм), используется инструмент из молибденовой стали для увеличения ее прочности. На современном передовом оборудовании достижима точность обработки порядка +/- 80…100 нм [78, 79], в то время, как традиционно достижимая точность обработки на сегодняшний день составляет +/- 2…3 мкм. Точность прорезей может быть повышена в

19

результате использования специальных мер, включающих, например, контроль однородности диаметра проволоки (до ±0,001…0,002 мм) [21,78].

Технологические особенности обработки. При выполнении технологической операции электроэрозионной вырезки непрерывно движущийся непрофильный электрод-инструмент включён катодом (рис.5.1). Электрод-инструмент вытягивается из подающей катушки и в конце наматывается на приёмную катушку. Это позволяет непрерывно подавать электрод-инструмент в рабочую зону обработки детали. Электрод- инструмент направляется при помощи сапфировых или алмазных направляющих устройств и поддерживается прямой (вертикальной или наклонной) за счет его сильного натяжения. Это необходимо для предотвращения образования конусности и других дефектов формы на обрабатываемой поверхности детали.

Высокочастотные разряды импульса электрического тока подаются на электрод-инструмент и обрабатываемую поверхность и при их сближении вызывают искровые разряды в искровом зазоре (порядка 0,03 мм на сторону). Струя диэлектрической жидкости подается через форсунки коаксиально с электродом-инструментом, для заполнения искрового зазора и вымывания частиц металла.

Обрабатываемый материал двигается по отношению к электроду- инструменту, что позволяет вырезать таким методом профили сложной линейчатой формы [21,78].

Рабочая жидкость. В качестве диэлектрика для технологической операции электроэрозионной вырезки чаще всего используется деионизированная вода или эссенции на основе минерального масла.

Электроэрозионная обработка может осуществляться с наполнением или без заполнения рабочей ванны диэлектриком.

20