2. Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ МЕТОДОМ ПРЯМОГО КОПИРОВАНИЯ.

2.1. Цель работы

Экспериментальное исследование влияния режимов на технологические показатели электроэрозионной обработки металлов профилированным электродом. Выбор режима обработки и расчет размеров электрод-инструмента с целью получения отверстия заданных параметров.

2.2. Ход работы

Работа заключается в обработке отверстия в закаленной стальной заготовке при различных режимах ступенчатым электрод-инструментом. На основании полученных экспериментальных данных необходимо выбрать режим, рассчитать размеры электрод-инструмента для отверстия заданных параметров. В ходе выполнения работы рассчитать производительность процесса, определить: изменение размеров и износ электрод-инструмента при различных режимах. Построить зависимости изменения указанных параметров от величины рабочего тока. Выполнить эскиз электрод-инструмента и выбрать режим обработки.

2.3. Исходные данные

Форма и размеры образцов

Для выполнения лабораторной работы используются образцы закаленной стали размерами 200 х 200 х 10…20 мм.

Оборудование и режущий инструмент

Работа выполняется на электроэрозионном копировально-прошивочном станке повышенной точности модели 483 (см. прил.1).

В качестве электрод-инструмента используется латунный (медный) ступенчатый электрод круглого сечения (5…20 мм). Правила работы на станке, измерительные средства, расчет производительности и износа электрод-инструмента (смотри лабораторную работу №1).

2.4. Расчет режимов обработки

Рассчитываются следующие характеристики процесса:

• критерий эрозионной стойкости материала;

• величина обрабатываемой поверхности,

• величина среднего тока;

• величина напряжения холостого хода;

• производительность процесса;

• шероховатость обработанной поверхности;

• штучное время изготовления детали.

Величина обрабатываемой поверхности.

При выборе оборудования и технологических режимов определяется величина обрабатываемой площади S. Она совпадает с истинной величиной площади обрабатываемого участка при обработке плоскостей. В остальных случаях она определяется как площадь проекции обрабатываемой поверхности на плоскость, перпендикулярную направлению подачи (такой способ справедлив во всех случаях, когда обрабатываемая поверхность имеет участок, перпендикулярный подаче).

Средний ток и напряжение холостого хода.

Определение режима заключается в выборе электрических параметров - среднего тока и напряжения холостого хода.

На черновых режимах величина рабочего тока должна быть повышена до допустимых пределов. При достаточно мощном источнике питания величину тока ограничивают в соответствии с размерами обрабатываемой поверхности. Повышение силы тока сверх оптимального значения для данной площади ведет к оплавлению детали, быстрому износу электрода и потере стабильности процесса.

Среднее значение силы тока

, (2.1)

где: К – коэффициент пропорциональности;

F_P – расчетная величина обрабатываемой поверхности, мм².

К = 0,2…0,3. С увеличением энергии импульсов и повышением эрозионной стойкости инструмента его значение снижается.

Производительность процесса

, (2.2)

где: V – объем металла, удаленного с заготовки, мм³;

T – время обработки, мин.

Шероховатость

, (2.3)

где: Rz – высота микронеровностей, мкм;

C_R – коэффициент частоты, мкм/Дж;

p – безразмерный коэффициент;

W – энергия единичного импульса, Дж, определяемая по формуле

, (2.4)

где: U – напряжение, В;

I_CP – средний ток, А;

T_И – длительность импульса, с.

Расчет размеров электрод-инструментов

При обработке заготовки электроэрозионным методом между торцевыми и боковыми поверхностями электрод-инструмента и формируемой полости образуются соответственно торцовой l_Т и боковой l_Б зазоры, величина которых зависит от угла наклона боковых поверхностей электрод-инструмента и обрабатываемой полости, материала электродов, глубины их внедрения в заготовку, режима обработки и других факторов.

Размеры электрод-инструмента определяются зазорами l_Т и l_Б и абсолютной величиной его износа, которая при постоянном относительном линейном износе _Э зависит от толщины слоя металла z, который удаляется во время обработки

h_Э = z_Э, (2.5)

На рис.5 представлена схема электрод-инструмента, перемещающегося в направлении, указанном стрелкой, в сторону обрабатываемой заготовки. В случае (а) принято, что электрод-инструмент в процессе обработки не изнашивается. Между боковыми поверхностями нет электрических разрядов. Подобная идеализация процесса позволяет более четко выявить особенности определения толщины слоя металла, снимаемого с разных поверхностей заготовки.

В этом случае все поверхности электрод-инструмента параллельны обрабатываемым поверхностям заготовки, а межэлектродный зазор во всех нормальных сечениях равен l_т. Таким образом, в направлении перемещения электрод-инструмента будет снят слой

Z = H_Э + l_т. (2.6)

Рассмотрим схему электроэрозионной обработки без износа электрод-инструмента, но при наличии дополнительных разрядов между боковыми поверхностями электрода и заготовки (рис. 5, б).

В данном случае каждый участок боковой поверхности электрод-инструмента "снял" с заготовки слой толщиной Z_б = l_бх – l_т. Удаление Z_бmax = l_б – l_т, определяется дополнительными разрядами участка боковой поверхности.

В расчетах предположим, что участок боковой поверхности заготовки прямолинеен, а угол между ним и направлением перемещения электрода  определяется: tg = l_б  l_тН^1. Слой, удаляемый с любой точки вертикальной боковой поверхности заготовки, равен

Z_бx = (Н_Х/Н)(l_б  l_т), (2.7)

Расстояние Н_Х отсчитывается от плоскости, проходящей через верхнюю поверхность заготовки.

На рис. 6 представлена схема обработки отверстия ступенчатым инструментом. Длина Н_Х его рабочей части, предназначенная для получения отверстий методом прямого копирования, определяется глубиной Н_О отверстия; величиной Н_К дополнительного продвижения электрод-инструмента после вскрытия отверстия; величиной износа Н_И. Величина Н_К обеспечивает точность изготовления отверстия и зависит от степени относительного износа электрод-инструмента _Э и колеблется в пределах: К = (0,2…0,5)Н_О. Большие значения Н_К соответствуют большему износу электрод-инструмента. Длина ступени электрод-инструмента, имеющей меньший диаметр равна

(2.8)

Длина рабочей части ступени электрод-инструмента большего диаметра определяется с учетом торцевого зазора l_т, допуска на размер обрабатываемого отверстия по высоте _ОН и степени относительного износа электрод-инструмента _Э из выражения

, (2.9)

Общая длина электрод-инструмента

Н = Н_Э1 + Н_Э2 + Н_КР + Н_ЗТ, (2.10)

где: Н_КР – длина участка инструмента, необходимая для крепления электрода в электрододержателе;

Н_ЗТ – величина зазора между обрабатываемой поверхностью и электрододержателем в момент окончания прошивки заготовки.

При определении диаметрального размера электрод-инструмента D_Э необходимо учитывать, что зазор между электрод-инструментом и заготовкой с определенной степенью достоверности можно принять равным l_т (см. рис. 5, (б)). За счет электрических разрядов между боковыми поверхностями электрод-инструмента и обрабатываемого отверстия удаляется слой, величина которого определится из выражения (2.7). Тогда износ боковых поверхностей электрод-инструмента

_ЭБ = Z_бx _Э = _Э (Н_Х/Н)(l_б  l_т), (2.11)

Таким образом, диаметральный размер электрод-инструмента будет равен

, (2.12)

где: D_о – номинальный диаметр отверстия;

_ОД – допуск на диаметр отверстия.