Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы теории и технологии электроэрозионного формообразования прецизионных полусферических оболочек. Монография.pdf
Невыполнение условий самопрофилирования приводит
к тому, что ЭИ работает только внутренней частью своей рабочей поверхности. Это способствует искажению формы обрабатываемой поверхности заготовки.
141
ГЛАВА 7
Общий план и особенности электроэрозионного
формообразования полусферической оболочки
Маршру
т обработки заготовки с целью получения из
нее прецизионной тонкостенной полусферической оболочки
определяется, в первую очередь, возможностями электроэрозионного оборудования. Если электроимпульсный станок оснащен генератором импульсов, обеспечивающим частоту
следования импульсов 440 кГц и выше, это гарантирует достижение шероховатости обработанной поверхности не ниже
Rz 0,5 мкм и позволяет в ряде случаев ограничиться только
ЭЭО. При более жест
ких требованиях
к шероховатости в качестве финишной обработки может использоваться абразивная доводка с использованием рабочей поверхности ЭИ без
изменения настройки технологической системы.
Обработка выпуклой и вогнутой сферических поверхностей оболочки проводится как минимум за два установа.
В первом установе обычно обрабатывается наружная поверхность (рис. 7.1,а), на втором – вну
ренняя поверхность обо-
т
лочки (рис. 7.1,б). Для последующей обработки торца оболочки используется традиционная технология, которая в настоящей работе не рассматривается.
142
Рабочая
жидкость
а б
Рабочая
жидкость
Рис. 7.1. Техн
оболочки: обработка наружной (а) и внутренней (б) поверхностей
ологический процесс изготовления полусферической
Особенностью абразивной доводки является использование в качестве притира ЭИ, спрофилированного в процессе
ЭЭО, а также сохранение принципа электроэрозионного формообразования, предшествующего доводке, что значительно
упрощает ее проведение. Однако при переходе к абразивной
обработке (доводке) возникает явление, аналогичное уменьшению МЭП при изменении режима ЭЭО: в данном случае
МЭП уменьшается до нуля. Установлено, чт
о для определения
припуска на абразивную доводку может быть использована та
же методика, что и при ЭЭО. При этом значение относительного объемного износа определяется экспериментально.
После ЭЭО внутренней поверхности оболочки по мере
необходимости осуществляется ее абразивная доводка.
143
ГЛАВА 8
Выбор электрических и кинематических параметров
процесса обработки
Так как процесс распространения тепла от воздействия
импульсного электрического разряда протекает очень неравномерно (наружные слои металла мгновенно нагреваются до
очень высоких температур, а для нагрева глубинных слоев
требуется время), то возникает большое различие температур
по глубине металла, способствующее неравномерному расширению его слоев: наружные слои, как более нагретые, расширяются больше, вну
т
ренние – меньше [18].
Зона обработки при ЭЭО погружается в жидкость или
омывается ею, поэтому охлаждение нагретых участков также
происходит весьма быстро. Столь резкое колебание температуры поверхностных слоев обрабатываемого металла или металлического сплава способствует возникновению в нем термических напряжений. Если значения этих напряжений превышают предел прочности материала обрабатываемой за
то в ее пов
ерхностных слоях будут возникать микротрещины.
готовки,
Если же значения внутренних напряжений меньше предела
прочности, но больше предела текучести обрабатываемого
материала, то внутренние напряжения могут разряжаться путем пластической деформации, вызывая коробление детали.
Глубина зоны залегания внутренних упругих напряжений, возникающих в поверхностных слоях обрабатываемой
заготовки после проведения ЭЭО, обычно определяет
я пу-
с
тем решения задачи Стефана с достаточной для практических
целей точностью [18]:
144
2Rz,
hat
T
где а
– температу
t
– длительность импульса, Rz – параметр шероховатости
и
ропроводность обрабатываемого материала,
и
(8.1)
обработанной поверхности.
Однако при ЭЭО сферической поверхности самопрофилирующимся инструментом при наличии вращательных движений электродов формула (8.1) преобразуется:
и
dl
d
(8.2)
, l – относительное смещение
– диаметр канала разряда
где d
2Rz,
hat
Т
электродов за время действия импульса.
Численное значение Rz при обработке неподвижным
инструментом (не считая его осевого перемещения в направлении к заготовке) определяется по формуле [34]
2
где –
Rz ,
KW
3
3
и
коэффициент перекрытия лунок (1 2); K –
(8.3)
коэффициент, характеризующий свойства материала, численное значение которого может быть взято, например, из [34];
W
– энергия импульса. Тогда с учетом выражения (8.3) выра-
и
жение (8.2) примет вид
hat KW
20,48.
T
d
ии
dl
3
(8.4)
Как следует из выражения (8.4), глубина зоны термического
влияния в большей мере зависит от длительности импульса,
чем от его энергии.
Используя формулу (8.4) в качестве расчетной, можно
назначить электрические параметры режима обработки по
технологическим переходам. В качестве примера ниже приведено назначение электрических параметров режима обра-
метр котор
о
й должен быть равен 17,14
145
мм, внутренний –
–0,011
+0,011
15,44
мм. Обрабатываемый материал – вольфрамовый
сплав ВНЖ 7-3. В качестве технологического оборудования
используется электроэрозионный станок с генератором импульсов типа ШГИ 63-440.
Итак, первый режим обработки характеризуется следующими основными параметрами: частотой следования импульсов f = 8 кГц, скважностью q = 1,1–1,2, что соответствует
длительности импульса t
110–4 с. Применяя формулу (2.33),
и
определяющую связь между энергией и длительностью электрического импульса, можно определить, что энергия импульса W
должна быть приблизительно равна 0, 12 Дж. Учитывая,
и
что среднее напряжение в импульсе в первом приближении
может считаться постоянным и равным около 20 В, то по
известным W
пульсе J
р.ср
, tи, U
и
может быть найдена сила тока в им-
р.ср
. В данном случае J
60 А. При этих параметрах
р.ср
электрического импульса глубина зоны термического влияния
h
205 мкм, поэтому припуск на сторону для обработки на
Т1
последующем режиме должен быть не менее 205 мкм.
При достижении диаметром заготовки значения d
(чис-
1
ленно оно будет определено ниже) необходимо перейти на
режим ЭЭО с параметрами: f = 22 кГц, q = 1,5, J
U
= 20 В, tи =310–5 с, Wи = 2,410–2 Дж. Глубина распро-
р.ср
= 40 А,
р.ср
странения термических напряжений в материале заготовки
после обработки на этом режиме h
= 110,5 мкм, т. е. мини-
T1
мальный припуск на сторону обрабатываемой поверхности,
который необходимо оставить для обработки на последующем режиме, должен быть равен 110,5 мкм.
Сняв заданный припуск, т. е. доведя диаметр сферической поверхности до d
раметрами: f = 44 кГц, q = 2, t
U
= 20 В, Wи = 4,610–3 Дж. На этом режиме hТ3 = 68 мкм.
р.ср
Обработав заготовку до диаметра d
с параметрами: f = 88 кГц, q = 3, 5, t
, необходимо перейти к режиму с па-
2
= 1,1410–5 с, J
и
, переходят к режиму
3
= 3,2510–6 с, J
и
= 20 А,
р.ср
= 12 А,
р.ср
146
U
= 20 В, Wи = 7,810–4 Дж. Значение hТ4 на этом режиме
р.ср
составит 36,5 мкм.
Обработка на вышеприведенном режиме производится
до достижения диаметра d
ход к режиму с параметрами: f = 200 кГц, q = 5, t
J
= 5 А, U
р.ср
= 20 В, Wи = 110–4 Дж. Значение hТ5 на этом
р.ср
, после чего осуществляется пере-
4
= 110–6 с,
и
режиме составит 20,5 мкм.
Достигнув диаметра d
, необходимо перейти к заключи-
5
тельному этапу обработки, осуществляемому на режиме с параметрами: f = 440 кГц, q = 5,2, t
U
= 20 В, Wи = 8,810–6 Дж. Глубина термических напряже-
р.ср
ний h
на этом режиме равна 12,5 мкм.
Т6
По достижении диаметра d
= 0,4410–6 с, J
и
выпуклой поверхности обо-
6
= 1 А,
р.ср
лочки ЭЭО должна быть завершена. При этом шероховатость
Rz будет не менее 0,8 мкм. Поверхностный слой оболочки
глубиной 12,5 мкм будет находиться в напряженном состоянии. Для удаления этого слоя и снижения шероховатости обработанной поверхности необходима абразивная (магнитноабразивная) доводка. Минимальный припуск под доводку на
диаметр оболочки должен быть не менее 25 мкм, причем размер этого припу
с
ка должен быть проверен по условию перепрофилирования ЭИ (формулы (1.16) и (1.17)) и, естественно,
быть не меньшим, чем требуется по этому условию.
Приняв минимальный припуск на окончательном (доводочном) режиме равным 25 мкм, можно определить численные значения диаметров d
оболочки D = 17,14 мм, то d
d
= 17,279 мм, d3 = 17,415 мм, d2 = 17,636 мм, d1 = 18,046 мм.
4
. Поскольку наружный диаметр
6–d1
= 17,165 мм, d5 = 17,206 мм,
6
Диаметр заготовки (с учетом наличия возможного биения и других устраняемых в процессе обработки погрешностей) должен составлять около 19–19,5 мм.
147
После обработки наружной поверхности оболочки обрабатывается ее внутренняя поверхность, причем последовательность и параметры режима обработки остаются такими же.
Для оболочек данного типа других размеров электрические параметры режима обработки назначаются аналогично.
Кинематические параметры режима при обработке сферических поверхностей диаметром 8–25 мм, согласно экспериментальным данным, целесообразно назначить следующие: для обрабатываемой сфери
для инструмента n
ч
еской поверхности n
= 250–500 об/мин.
ЭИ
= 800–1000 об/мин,
з
148
ГЛАВА 9
Контроль поверхностей сферической формы
Сферические поверхности контролируют по трем параметрам: линейные размеры (диаметр сферической поверхности и высота сферического сегмента); отклонение формы (отклонение от круглости сферической поверхности); отклонение
расположения поверхностей (отклонение от концентричности
выпуклой и вогнутой поверхностей характерно только для
оболочек).
Контроль линейных размеров и формы осуществляется
с помощью шаблонов (для крупногабаритных и не чр
точных сферических поверхностей). Контроль преци-
чайно
езвы-
зионных и сравнительно малоразмерных сферических поверхностей чаще осуществляется микрометрическим инструментом, рычажно-зубчатыми и оптическими приборами.
Точность формы прецизионных сферических поверхностей целесообразно контролировать с применением кругломера (рис. 9.1). Наиболее распространенным является кругломер отечественного производства модели 289 (рис. 9.2),
обеспечивающий точность определения отклонения от кру
до 0,001 мкм.
лости
г-
149
Рис. 9.1. Схема контроля отклонения от круглости с помощью кругломера: 1 – измерительный наконечник индикатора, 2 – измеряемая
деталь, 3 – вращающийся стол
При измерении точности
формы полусферической оболочки, она располагается под углом
~45° к поверхности стола, т. е.
круглограмма, снятая в плоскости, проходящей через полюс обрабатываемого полусферического сегмента и касательную к его
экватору, содержит в определенном масштабе информацию о погрешности формы сферической
поверхности.
Рис. 9.2. Кругломер
Отклонение от концентричности выпуклой и вогнутой
поверхностей оболочки, т. е. ее разнотолщинность, замеряется с помощью индикаторной стойки. Толщину стенки в различных точках определяли, приняв в качестве базовой выпуклую поверхность оболочки (рис. 9.3). В качестве отсчетного устройства применен индикатор часового типа 1МИГ.
150