Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы теории и технологии электроэрозионного формообразования прецизионных полусферических оболочек. Монография.pdf
Итак, магнитно-абразивная доводка поверхностей сферической формы (в том числе и тонкостенных прецизионных
полусферических оболочек), проведенная после окончательной ЭЭО, обеспечивает высокое качество обработанной поверхности при сохранении точности, достижимой при ЭЭО
самопрофилирующимся электродом.
121
ГЛАВА 4
Особенности протекания гидродинамических процессов
при электроэрозионной обработке поверхностей
сферической формы
Процесс ЭЭО характеризуется тем, что в МЭП постоянно присутствуют твердые продукты эрозии. При этом данный
процесс протекает стабильно и устойчиво лишь в том случае,
если интенсивность отвода продуктов эрозии будет не ниже
интенсивности их образования. В противном случае количество продуктов эрозии в МЭП будет увеличиваться, что приведет к снижению производительности и даже полному прекращению процесса обработки.
При ЭЭО на чистовых режимах, характеризующихся
сравнительно малыми значениями энергии и длительности
электрического импульса, очищение МЭП производится в основном действием ударной волны и газового пузыря [50]. При
ЭЭО на средних и грубых режимах ударная волна и газовый
пузырь уже не обеспечивают полного удаления твердых продуктов эрозии, что вызывает необходимость принудительного
очищения МЭП.
Наиболее сильное влияние на процесс удаления твердых
продуктов эрозии из МЭП оказывает схема обработки. При
проведении исследований в рамках настоящей работы применяется схема ЭЭО сферических поверхностей по методу
самопрофилирующегося инструмента (рис. 1.5), характеризуемая высокой интенсивностью удаления твердых продуктов
эрозии из МЭП.
122
При неизменных частотах вращения каждого из электродов значения линейных скоростей различных точек их рабочих поверхностей неодинаковы. Наибольшей скоростью
обладают точки обрабатываемой сферической поверхности,
лежащие в экваториальной плоскости. Точки, находящиеся на
полюсе сферической поверхности, обладают нулевой скоростью. Поскольку ЭЭО проводится в среде рабочей жидкости,
то вращение электродов приводит к тому, что слои жидкости,
соприкасающиеся с движущимися поверхностями электродов,
также будут находиться во вращательном движении вследствие наличия сил трения между жидкостью и поверхностями
электродов. В реальных условиях данной схемы формообразования линейная скорость точек обрабатываемой сферической
поверхности, находящихся на ее экваторе, в 4–6 раз выше максимальной скорости точек рабочей поверхности электрода,
выполняющего функции инструмента, наиболее удаленных от
его оси вращения. В соответствии с этим наибольшей скоростью обладают те слои жидкости, находящейся в МЭП, которые соприкасаются с экваториальными участками обрабатываемой сферической поверхности.
Согласно уравнению Бернулли увеличение скорости течения жидкости приводит к уменьшению давления внутри ее
потока, поэтому если в предложенной схеме формообразования (рис. 1.5) рабочую жидкость подавать в зону обработки
через центральное отверстие инструмента, то она (жидкость),
устремляясь в области с меньшим давлением, должна последовательно пройти весь МЭП. При этом поток жидкости,
увлекая твердые продукты эрозии, выносит их из МЭП.
Так как в МЭП существуют два потока жидкости: один
образован вращательным движением рабочей поверхности
ЭИ, другой – вращательным движением обрабатываемой поверхности, то частица (твердый продукт эрозии) при своем
движении в МЭП будет испытывать воздействие обоих потоков жидкости. Это усложнит траекторию движения, она будет
123
параболической. Действительно, если вначале частица движется под воздействием потока жидкости, созданного ЭИ
(допуская, что испаренный или расплавленный в процессе
электрического разряда металл после вылета из лунки кристаллизуется вблизи рабочей поверхности ЭИ), то, достигнув
некоторой точки, в которой скорости потоков сравниваются,
она (частица) будет менять траекторию движения, двигаясь
в направлении более сильного потока, т. е. потока, созданного
вращающейся обрабатываемой сферической поверхностью.
При этом перемещение частицы под воздействием потока, созданного вращением ЭИ, будет определяться формулой [51]
S
1
4
2
nrt
360
11
,
(4.1)
где S1 – перемещение частицы; n1 – частота вращения ЭИ; r1 –
радиус вращения частицы;
t – время, прошедшее с начала дви-
жения.
Перемещение частицы под воздействием потока жидкости, созданного вращением обрабатываемой сферической поверхности, определяется формулой [51]
S
2
где n
верхности, r
– частота вращения обрабатываемой сферической по-
2
– радиус вращения частицы относительно оси
2
вращения заготовки. Величина r
щая, т. е. r
тогда S
является линейной функцией времени t (r2 = f(t));
2
является квадратичной функцией от t (S2 = f(t 2)).
2
2
nrt
4
22
,
360
– переменная и возрастаю-
2
(4.2)
Графиком данной функции является парабола (рис. 4.1).
124
Рис. 4.1. Траектория движения продуктов эрозии в МЭП
Однако сложность траектории движения частицы в потоке еще не определяет всей сложности движения частицы
в МЭП, поскольку на частицу, движущуюся в потоке жидкости, действуют также центробежная сила и сила тяжести. Если скорость движения обрабатываемой сферической поверхности (или обрабатывающего инструмента) и, следовательно,
скорость движения частицы таковы, что численное значение
центробежной силы, де
твующей на эту частицу, превышает
йс
численное значение ее силы тяжести, то частица будет двигаться не с потоком, а по касательной к окружности, обеспечивающей ее движение. При этом если продолжение касательной к окружности в точке отрыва от нее частицы не выходит за пределы МЭП, а у
пирается в рабочу
ю поверхность
ЭИ, то характер движения частицы еще более усложняется.
При ударе частицы о поверхность ЭИ ее кинетическая
энергия превращается в тепловую. Частица под действием
силы тяжести движется вниз, в направлении, параллельном
оси вращения ЭИ. Поэтому и в этой плоскости, параллельной
125
оси вращения ЭИ и перпендикулярной вращательному движению частицы, траектория движения частицы будет иметь
форму параболы.
Следовательно, движение частицы в целом будет весьма
сложным, траектория ее движения может быть представлена
в виде двух парабол, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и отличающихся друг от друга различной степенью остроты. Следует заметить, что на частиц
у
действуют также подъемная сила Архимеда и сила трения
частицы о жидкость, дополнительно усложняющие характер
ее движения.
Итак, траектория движения твердых продуктов эрозии
в МЭП при ЭЭО с наличием вращательных движений электродов, оси вращения которых наклонены друг к другу под
заданным углом, представляет собой сочетание парабол, острота каждой из котор
ых определяется скоростью вращательного движения обоих электродов, т. е. эрозионная частица
совершает в межэлектродном промежутке сложное движение.
Очевидно, что варьированием частот вращательных движений электродов можно регулировать интенсивность удаления
твердых продуктов эрозии из МЭП, влияя тем самым на производительность процесса.
126
ГЛАВА 5
Основы технологического процесса
изготовления прецизионных тонкостенных
полусферических оболочек
Теоретические и экспериментальные исследования, выявившие основные закономерности и особенности электроэрозионного формообразования прецизионных оболочек сферической формы, дают основание для разработки рекомендаций по
их практическому изготовлению. Теоретические исследования
по анализу тепловых процессов, происходящих в электродах
под воздействием импульсного электрического разряда, позволяют проводить расчеты электрических параметров (энергии
и длительности импульса) режима обработки, обеспечивающих оптимальное сочетание ее производительности и качества. Экспериментальные исследования характера влияния кинематических и геометрических параметров процесса на показатели обработки позволяют сделать обоснованный выбор
частот вращения как обрабатываемой заготовки, так и трубчатого электрода-инструмента, а также рассчитать его геометрические параметры (наружный и внутренний диаметр).
Кроме того, исследования позволили дать ответ на вопрос
о выборе рабочей среды.
Однако непосредственное практическое применение результатов теоретических и экспериментальных исследований
вызывает определенные затруднения, поэтому необходима
разработка соответствующих методик и рекомендаций.
127
5.1. Последовательность технологических переходов
при электроэрозионной обработке полусферической
оболочки
Технологический процесс изготовления тонкостенной
прецизионной полусферической оболочки состоит из следующих операций.
1. Получение исходной заготовки. Данная операция предполагает расчет формы и размеров заготовки, а также выбор
способа ее получения в зависимости от свойств материала.
2. Электроэрозионное формообразование выпуклой сфе-
рической поверхности. На начальной стадии процесса обра-
ботка производится на сравнительно грубых режимах, обеспечивающих высокую производительность при сравнительно низком качестве обработки. Плавно переходя от грубых
к мягким режимам обработки, достигают заданных значений
размеров, формы и шероховатости обработанной поверхности. Если частотные параметры генератора импульсов не позволяют достичь заданной шероховатости, может быть применена абразивная или магнитно-абразивная доводка, реализуемая на том же оборудовании с применением того же
спрофилированного при ЭЭО инструмента.
3. Электроэрозионное формообразование вогнутой сфе-
рической поверхности. Заготовка устанавливается выпуклой
обработанной поверхностью в сферическую оправку, изготовленную на том же оборудовании. Процесс обработки вогнутой поверхности оболочки аналогичен обработке выпуклой поверхности. В случае необходимости может быть использована абразивная или магнитно-абразивная доводка.
4. Доводка торца и получение заданной высоты оболоч-
ки осуществляются притиркой.
128
5.1.1. Определение формы и размеров исходной заготовки
При соблюдении условий самопрофилирования электрода-инструмента исходная форма заготовки для получения
сферических поверхностей может быть практически любой.
Однако, исходя из минимума трудоемкости и себестоимости
изготовления оболочки, желательно чтобы размеры и форма
заготовки соответствовали размерам (с учетом припуска на
обработку) и форме изготавливаемой полусферической оболочки. Решению этой задачи способствует правильное назначение припусков на обработку.
Простота кинематической схемы электроэрозионного
формообразования сферических поверхностей позволяет
применять заготовки любой простейшей формы, которую
можно обеспечить заготовительными операциями (литьем,
штамповкой и др.) или токарной обработкой. Например, возможно применение заготовок, ограниченных цилиндрическими и коническими поверхностями, в которые вписана
(с учетом припуска) эквидистанта заданной сферической поверхности (рис. 5.1,а).
z
р
z
т
а б
Рис. 5.1. Исходные заготовки для
диальный припуск; z
полусферической оболочки zp – ра-
– торцевой припуск
т
129
Возможно применение заготовок, более приближенных
по форме к готовой оболочке, например, полученных осаждением металла из газовой фазы.
Размеры заготовки необходимо устанавливать с учетом
припуска z на обработку (рис. 5.1,а), расчет которого осуществляется по общепринятой методике.
Технология обработки заготовок, имеющих оптимальную форму, осложняется отсутствием удобных технологических баз, что вынуждает создавать их искусственно. Условиями базирования диктуется и последовательность маршрута
обработки: вначале целесообразно обработать наружную сферическую поверхность, затем относительно нее – внутреннюю.
Обработку удобнее вести при наличии у заготовки хвостовика
(рис. 5.1,б), однако при использовании дефицитных материалов, а также для снижения трудоемкости ЭЭО более выгодна
заготовка с посадочным отверстием (рис. 5.1,а).
5.1.2. Установка взаимного положения заготовки
и инструмента
При ЭЭО сферических поверхностей самопрофилирующимся ЭИ необходимо обеспечивать пересечение осей
вращения ЭИ и заготовки под заданным углом (при обработке полусферической оболочки – под углом 45). Значения
этого угла прямого влияния на точность сферообразования не
оказывает, он должен лишь обеспечивать охват сферообразованием всей поверхности. Поэтому жесткие требования
к значению угла наклона оси заготовки не предъявляются:
например, при обработке полусферических поверхностей экспериментально установлено, что его значение может находиться без заметного влияния на качество обработки в пределах 45 5.
Важным условием достижения точности формы является точность пересечения осей вращения заготовки и ЭИ; от-
130