Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы теории и технологии электроэрозионного формообразования прецизионных полусферических оболочек. Монография.pdf
шивания ЭИ, хотя это влияние не столь велико по сравнению
с другими рассмотренными ранее параметрами. Например,
увеличение скорости (частоты) вращательного движения обрабатываемой заготовки (рис. 2.24), приводя к перераспределению энергии теплового потока, поступающего на электроды, способствует увеличению эрозии электрода-инструмента
и уменьшению эрозии заготовки, т. е. увеличению относительного износа ЭИ.
Обратная ка
ртина, т. е. снижение относительного износа
ЭИ, должна наблюдаться при увеличении частоты вращения
электрода-инструмента и неизменной частоте вращения обрабатываемой сферической поверхности. Графические зависимости,
приведенные на рис. 2.18–2.20, подтверждают эти выводы.
Рис. 2.24. Влияние частоты вращения заготовки на относительный
износ инструмента: 1 – W
в водной среде; 2 – W
де; 3 – W
4 – W
= 0,1 Дж, F
и
= 0,5 Дж, F
и
и
раб
= 137,5 мм2, обработка в углеводородной среде
раб
= 0,1 Дж, F
и
= 0,1 Дж, F
= 31 мм2, обработка в водной сре-
раб
= 130 мм2, обработка
раб
= 0,1 мм2, обработка в углеводородной среде;
111
В заключение необходимо отметить, что принцип факельной защиты ЭИ может быть реализован и для других схем
электроэрозионного формообразования. В частности, удалось
реализовать факельную защиту проволочного ЭИ [46].
Итак, обработка сферических поверхностей самопрофилирующимся электродом-инструментом, осуществляемая
в углеводородной рабочей среде, характеризуется чрезвычайно высоким износом ЭИ. Как подтвердили экспериментальные
исследования, найден весьма эфф
ективный способ регулирования износа ЭИ, в основе которого лежит явление факельного
переноса материала заготовки на рабочую поверхность электрода-инструмента. Факельный перенос реализуется при выполнении трех условий: разделение траекторий движения
анодного и катодного факелов; увеличение МЭП до значений,
при которых устраняется разрушающее действие анодного факела; способность компонентов мат
ериалов ЭИ и заготовки
образовывать твердые растворы. Выполнение этих условий
обеспечило возможность регулирования износа как спрофилированного трубчатого ЭИ, применяемого при формообразовании сферических поверхностей, так и неспрофилированного
проволочного ЭИ, что дает основание говорить об универсальности способа факельной защиты инструмента от износа.
112
ГЛАВА 3
Исследования по достижению качественных
показателей поверхностей сферической формы
Качественные показатели обрабатываемых различными
методами и способами формообразования поверхностей различной (в том числе и сферической) формы принято оценивать
по величине шероховатости и глубине измененного поверхностного слоя [47]. Учитывая сложность определения глубины
измененного слоя экспериментальным путем и сравнительную
простоту ее аналитического определения, при проведении
описываемой серии экспериментов решено было ограничиться
лишь измерением шероховатости обработанных поверхностей.
Шероховатость обрабатываемых сферических поверхностей
диаметром 18–20 мм, материалом которых в основном был
вольфрамовый сплав ВНЖ 7-3, оценивали по параметру Rz,
измеряемому с помощью двойного микроскопа МИС-11 и лазерного сканирующего 3D-микроскопа.
Зависимость шероховатости как функции энергии электрического импульса, т. е. зависимость вида Rz = f(Wи), при одновременном влиянии геометрических и кинематических параметров процесса ЭЭО сферических поверхностей самопрофилирующимся инструментом представлена на рис. 3.1–3.4.
113
Rz, мкм
32
28
24
20
16
12
8
4
510
–4
0
–3
10
5
510
–2
0,5
1,0 W
, Дж
и
Рис. 3.1. Зависимость шероховатости обработанной сферической поверхности от энергии импульса: – углеводородная рабочая среда,
f
= 0,53; – водная рабочая среда, f
отн
n
= 1000 об/мин
з
Rz, мкм
32
28
24
20
16
12
8
4
510
–4
0
–3
10
5
= 0,38; nЭИ = 375 об/мин;
отн
510
–2
0,5
1,0
W
и
, Дж
Рис. 3.2. Зависимость шероховатости обработанной сферической поверхности от энергии импульса: – углеводородная рабочая среда,
f
= 0,3; – водная рабочая среда, f
отн
n
= 1000 об/мин
з
= 0,26; nЭИ = 375 об/мин;
отн
114
Rz, мкм
32
28
24
20
16
12
8
4
510
–4
5
10
0
1
2
–3
510
–2
0,5
1,0
W
, Дж
и
Рис. 3.3. Зависимость шероховатости обработанной сферической
поверхности от энергии импульса: – углеводородная рабочая среда, f
= 0,1; – водная рабочая среда, f
отн
n
= 1000 об/мин
з
= 0,07; nЭИ = 375 об/мин;
отн
Увеличение частоты вращения обрабатываемой заготовки
приводит к снижению плотности энергии в зоне действия теплового пятна. В результате уменьшается глубина эрозионной
лунки и происходит оплавление рабочих поверхностей электродов, что в конечном итоге способствует снижению шероховатости обработанной сферической поверхности (рис. 3.4).
115
Рис. 3.4. Влияние частоты вращения заготовки на шероховатость
обработанной поверхности. Обработка в углеводородной среде:
1 – W
= 0,1–0,2 Дж, f
и
3 – W
4 – W
и
= 0,1–0,2 Дж, f
и
= (6–9)·10–4 Дж, f
6 – W
= 0,3; 2 – Wи = (2,5–4,5)·10–3 Дж, f
отн
= 0,1. Обработка в водной среде:
отн
= 0,26; 5 – Wи = (1–2)·10–2 Дж, f
отн
= (0,9–1,0)·10–3 Дж, f
и
= 0,07
отн
= 0,53;
отн
= 0,38;
отн
Как следует из анализа зависимостей на рис. 3.1–3.4, необходимую шероховатость поверхности Rа 0,04 мкм с помощью ЭЭО получить не удается, поэтому возникает необходимость в доводочных операций.
Анализ наиболее приемлемых способов доводки тонкостенных полусферических оболочек показал, что наибольшей
эффективности следует ожидать от применения магнитно-
116
абразивной доводки (МАД). Целесообразность применения
МАД сферических поверхностей подтверждена соответствующими экспериментами, проведенными автором [48]. Полусферические оболочки из стали 30 с наружным диаметром 30 мм
и толщиной стенки 1,5 мм были изготовлены на электроэрозионном станке 4Б722М, при этом ЭЭО подвергались как выпуклая, так и концентричная ей вогнутая поверхности полусферической оболочки. После проведения чистовой ЭЭО шероховатость поверхностей оболочки составила Rz 1,2–1,5 мкм
(измерения проводились по выпуклой поверхности оболочки
с помощью двойного микроскопа МИС-11 и лазерного сканирующего 3D-микроскопа). В качестве абразивного инструмента применялся магнитно-абразивный порошок марки «Ферабраз-310» с высокими твердостью и электропроводностью. Для
обеспечения возможности перемещения магнитно-абразивного
порошка по сферической поверхности был изготовлен индуктор, в рабочем торце которого были установлены четыре постоянных магнита (рис. 3.5), обеспечивающих наведение магнитного поля в рабочем промежутке. Магниты вырезались
методом электроэрозионной проволочной резки из магнитотвердого материала – бариевого феррита ВаО·6Fe
марки
2О3
28ВА190, обладающего высокими твердостью и хрупкостью;
благодаря этим свойствам он не поддается обработке режущим инструментом. Магнитные параметры материала: максимальная удельная магнитная энергия W
= 14 кДж/м3,
max
коэрцитивная сила Нс = 185 кА/м, остаточная магнитная индукция Вr = 0,39 Тл. Высокая коэрцитивная сила бариевого
феррита обеспечивает высокую стабильность магнитных
свойств в процессе МАД. Дополнительное усиление магнитных свойств индуктора достигалось взаимным расположением магнитов по контуру рабочего кольца; расположенные таким образом магниты, воздействуя друг на друга, усиливают
основное магнитное поле.
117
Согласно [49] обеспечение вы-
а
сокой производительности МАД требует, чтобы в рабочем зазоре достигалась индукция В = 0,8–1,4 Тл. Такое
значение индукции в условиях данного эксперимента, когда магнитный
поток оставался неизменным, удавалось достичь регулированием зазор
между рабочими торцами магнитов
индуктора и обрабатываемой сферической поверхностью. Он составлял
0,6–1,5 мм, причем меньшему значению зазора соответствуют большие
значения индукции магнитного поля.
Однако следует учесть, что с уменьшением зазора уменьшается количество абразивного порошка в нем
и, следовательно, стойкость порции
порошка.
Рис. 3.5. Конструкция
индуктора на постоян-
ных магнитах
Как было отмечено в [48], равномерность удаления материала со всей обрабатываемой сферической поверхности
достигается реализацией принципа самопрофилирования. Поскольку рабочей поверхностью (рабочей кромкой) инструмента в данном случае является динамичный слой магнитноабразивного порошка, важно было придать рабочему торцу
индуктора форму и размеры, соответствующие форме и размерам обрабатываемой сферической поверхности. С этой целью индуктор включался в электрическую цепь электроэрозионного станка, т. е. использовался в качестве ЭИ при ЭЭО
сферической поверхности, размеры которой соответствовали
оболочке, подлежащей магнитно-абразивной доводке. В процессе этой обработки рабочий торец индуктора (т. е. торцы
магнитов) вследствие выполнения условий самопрофилирования принимали сферическую форму заданных размеров.
118
Рабочая поверхность спрофилированного таким образом индуктора обеспечивала оптимальное количество абразивных
зерен в рабочем промежутке.
Итак, поскольку абразивный порошок обладает высокой
подвижностью относительно обрабатываемой сферической
поверхности и рабочей поверхности индуктора, то при МАД,
реализуемой по схеме на рис. 3.6, легко создаются условия
самопрофилирования, обеспечивающие достижение повышенных качественных параметров оболочки. В эксперименте по схеме рис. 3.6 частота вращения заготовки составляла
250 об/мин, частота вращения индуктора – 100 об/мин. Магнитно-абразивные порошки, применяемые в эксперименте,
имели зернистость 315/125, 125/80, 80/40. Параметр шероховатости Ra обработанной сферической поверхности измерялся профилометром 114-2, двойным микроскопом МИС-11
и лазерным сканирующим 3D-микроскопом.
а б
Рис. 3.6. Магнитно-абрази
сферических поверхностей
вная доводка выпуклой (а) и вогнутой (б)
119
Результаты данного эксперимента в виде зависимости
t
шероховатости обработанной поверхности от зернистости
абразивного порошка, длительности процесса доводки и шероховатости исходной заготовки представлены на рис. 3.7.
Анализ зависимостей показал, что шероховатость поверхности, подвергнутой магнитно-абразивной доводке, существеннейшим образом зависит от начальной шероховатости поверхности и зернистости абразивного порошка. Доводка
сферической поверхности порошком с зернистостью 315/125
позволяет за более короткий промежуток времени сильно
уменьшить ее шероховатость, однако ее конечное значение
получается бόльшим, чем в результате доводки более мелкозернистым порошком, например, «Ферабраз-80/40».
Ra, мкм
3
0,08
0,06
0,04
2
1
3
2
1
10 20
30
40
, мин
Рис. 3.7. Влияние на шероховатость поверхности длительности
процесса обработки, исходной шероховатости и зернистости абразивного порошка: 1 – порошок зернистостью 315/125; 2 – порошок
зернистостью 125/80; 3 – порошок зернистостью 80/40
Как видно из рис. 3.7, доводка сферической поверхности с применением порошка зернистостью 80/40 позволяет
достичь шероховатости Ra < 0,04 мкм, при этом точность
размеров, формы и взаимного расположения поверхностей
оболочки не снижается, что является существенным преимуществом данного метода по сравнению с методом абразивной
доводки.
120