CC BY
16
УДК. 621.9.048.4
В.1. НОСУЛЕНКО, В.М. ШМЕЛЬОВ, А.А. ПАЩЕНКО
Центральноукрашський нацiональний технiчний ушверситет, м. Кропивницький
ЕЛЕКТРОДИ-1НСТРУМЕНТИ ДЛЯ РОЗМ1РНО1 ОБРОБКИ МЕТАЛ1В
ЕЛЕКТРИЧНОЮ ДУГОЮ
У данш роботi розглянуто конструкцт електрода-тструмента, який вгдргзняеться тим, що по його довжинi на eid^am 10... 20мм eid першо'1 робочоЧ кромки, та при кутi спряження поверхонь ф >60° розташовують додатково ще одну робочу кромку електродачнструмента. Елементи i геометрiя друго'1 робочо'1 кромки повторюють елементи i геометрт першо'1 робочо'1 кромки. При виготовлен отвору уа поперечн розмiри друго'1 робочо'1 кромки на 1... 6мм бшьше по вiдношенню до контуру першо'1 кромки, утворюючи таким чином зовншню е^дистанту. При виготовлен стержня ус поперечн розмiри друго'1 кромки на 1.6мм менше по вiдношенню до контуру першо'1 кромки, утворюючи таким чином внутршню еквiдистaнту. Наведена конструкцiя електрода-тструмента забезпечують, порiвняно з вiдомими конструкщями, так переваги: яюсть оброблено'1 поверхнi, а саме шорстюсть покращуеться до Ra 0,63 мкм; тдвищення економiчноi ефективностi процесу розмiрноi обробки електричною дугою; розширення меж ра^онального застосування процесу розмiрноi обробки електричною дугою; зростае конкурентоспроможтсть процесу розмiрноi обробки електричною дугою за рахунок оптимального поеднання його кшьюсних i яюсних характеристик; тдвищуеться точтсть обробки.
Наведено методику розрахунку виконавчих розмiрiв електродiв-iнструментiв. Описано особливостi, що потрiбно враховувати при проектуванн електродiв-iнструментiв. Наведено особливостi впливу динaмiчного тиску потоку робочоi рiдинa та складу робочоi рiдини на форму зносу електрода-тструмента. Показано, що для оптимального протжання процесу розмiрноi обробки електричною дугою необхiдно в електродах-тструментах передбачати технологiчнi отвори, для вiдведення робочоi рiдини та продуктiв ерозп iз зони обробки, яю по формi повиннi повторювати форму робочоi кромки. Показано вплив основних технологiчних характеристик процесу розмiрноi обробки електричною дугою на величину мiж електродного зазору.
Ключовi слова: розмiрнa обробка електричною дугою, електрод-тструмент, мiжелектродний зазор, шорстюсть поверхт, робоча кромка електроду.
В.И. НОСУЛЕНКО, В.Н. ШМЕЛЕВ, А.А. ПАЩЕНКО
Центральноукраинский национальный технический университет, г. Кропивницький
ЭЛЕКТРОДЫ-ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЮ ДУГОЙ
В данной работе рассмотрено конструкцию электрода-инструмента, который отличается тем, что по его длине в 10 ... 20мм от первой рабочей кромки, и при угле сопряжения поверхностей ф >60° располагают дополнительно еще одну рабочую кромку электрода-инструмента. Элементы и геометрия второй рабочей кромки повторяют элементы и геометрию первой рабочей кромки. При изготовлении отверстия все поперечные размеры второй кромки на 1...6 мм больше по отношению к контуру первой кромки, образуя таким образом внешнюю эквидистанта. При изготовлении стержня все поперечные размеры второй рабочейкромки на 1 ... 6 мм меньше по отношению к контуру первой кромки, образуя таким образом внутреннюю эквидистанта. Приведенная конструкция электрода-инструмента обеспечивает, по сравнению с известными конструкциями, следующие преимущества: качество обработанной поверхности, а именно шероховатость улучшается до Ra 0,63 мкм; повышение экономической эффективности процесса размерной обработки электрической дугой; расширение границ рационального применения процесса размерной обработки электрической дугой; растет конкурентоспособность процесса размерной обработки электрической дугой за счет оптимального сочетания его количественных и качественных характеристик; повышается точность обработки.
Приведена методика расчета исполнительных размеров электродов-инструментов. Описаны особенности, которые нужно учитывать при проектировании электродов-инструментов. Приведены особенности влияния динамического давления потока рабочей жидкости и состав рабочей жидкости в форму износа электрода-инструмента. Показано, что для оптимального протекания процесса размерной обработки электрической дугой необходимо в электродах-инструментах предусматривать технологические отверстия для отвода рабочей жидкости и продуктов эрозии из зоны обработки, которые по форме должны повторять форму рабочей кромки. Показано влияние основных
технологических характеристик процесса размерной обработки электрической дугой на величину межэлектродного зазора
Ключевые слова: размерная обработка электрическою дугой, электрод-инструмент, межэлектродный зазор, шероховатость поверхности, рабочая кромка электрода.
V.I. NOSULENKO, V.N. SHMELYOV, A.A. PASHCHENKO
Centralukrainian National Technical University, Kropivnitsky
ELECTRODES-INSTRUMENTS FOR DIMENSIONAL PROCESSING OF METAL
BY ELECTRIC ARC
In this paper, we consider the construction of an electrode- tool, which differs in that by length in the 10...20mm from the first working edge, and at a surface conjugation angle ф>60°, there is additionally one more working edge of the electrode-tool. Elements and geometry of the second working edge repeat the elements and geometry of the first working edge. When making a hole, all the lateral dimensions of the second edge are 1...6 mm larger relative to the contour of the first edge, thus forming an external equidistant. When making a rod, all the lateral dimensions of the second edge are 1...6 mm smaller relative to the contour of the first edge, thus forming an internal equidistant. It is resulted the construction of electrode-tools that provide, in comparison with known designs, such advantages: the quality of the surface to be treated, namely, the roughness is improved to Ra 0.63 ¡m; increases the economic efficiency of the process of dimensional processing by electric arc; the boundaries of the rational application of the process of dimensional processing with an electric arc are widened; the competitiveness of the process of dimensional processing by electric arc increases due to the optimal combination of its quantitative and qualitative characteristics; improves the accuracy ofprocessing. The technique of calculation of the executive dimensions of tool electrodes is given.
The method of calculating the executive dimensions of tool electrodes is given. Described features that need to be considered when designing electrode tools. Features of the influence of the dynamic pressure of the working fluid flow and the composition of the working fluid in the form of wear of the tool electrode are given. It is shown that, for the optimal course of the dimensional machining by electric arc, it is necessary to provide in electrode-tool of the technologic holes for the removal of working fluid and erosion products from the treatment zone, which in shape must be repeated in the form of a working edge. The influence of the main technological characteristics of the process of dimensional machiningby electric arc on the value of the interelectrode gap is shown.
Keywords: dimensional processing by electric arc, electrode-tool, interelectrode gap, surface roughness, working edge of an electrode.
Постановка проблеми
Для забезпечення точносп та якосп отримуваних деталей тсля po3MipHoi' обробки електричною дугою (РОД) необхщно точно виготовити електрод-шструмент (Е1), з урахуванням його зносу та мiжелектродного зазору (МЕЗ), а також забезпечити оптимальш умови протжання процесу РОД.
Варпсть i стшшсть Е1 значною мiрою визначають ефектившсть i економiчну доцшьшсть реaлiзaцil процесу РОД. Е1 для РОД виготовляються з тих же матерiалiв i забезпечують таку ж стшшсть, як i при вщомих способах електро-розрядно! обробки (ЕРО). Зокрема, Е1 можуть бути виготовлеш iз графгшзованих матерiалiв, наприклад, марки МПГ-7, стал^ арого чавуну, мщ, латуш, алюмшевих сплавiв i т. i., а !х об'емний знос може коливатись в межах ввд сотих i десятих часток вщсотка до 100% i бшьше.
Зупинимось на деяких особливостях зносу Е1 в умовах РОД стосовно котювально-прошивних операцш. Стшшсть Е1 е функщею таких параметрiв процесу, як матерiал i поляршсть електродiв, склад i динамiчний тиск потоку робочо! рщини, напруга i струм розряду, МЕЗ, форма i розмiри електродiв, гiдродинамiчний режим течi робочо! рщини, який змiнюеться на рiзних донках електрода i т. i.
Звичайно металевi електроди мають порiвняно невисоку стшшсть (за виключенням електродiв на основi вольфраму), !х об'емний знос звичайно не менше 20...30% i тому застосування таких електродiв доцiлъне лише в тих випадках, коли !х знос не впливае на точшсть отриманих деталей, наприклад, при прошиванш наскрiзних отворiв, або ж коли це викликано технологiчною необхiднiстю. Так, наприклад, при обробщ твердих сплавiв Е1 iз сiрого чавуну забезпечують добру яшсть i високу продуктившсть процесу.
Зазначимо, що на стшшсть i на характер зносу металевих електродiв значно впливае полярнiстъ електродiв. Наприклад, стiйкiстъ латунних електродiв при обробщ сталей при прямш полярносп приблизно в три рази вища, нiж при зворотнiй. Рiзним при змш полярностi е також характер зносу металевих Е1. Це вщображено на рис. 1, де показано металевi Е1 в оброблених заготовках при прошиванш нас^зних отворiв при прямш (а) i зворотнiй (б) полярность
Нaйбiлъш високу стiйкiстъ, аналопчно як i при вiдомих способах ЕРО, забезпечують Е1 iз
графггизованих матерiалiв типу МПГ-7 при застосуванш в якосп робочих середовищ нафтопродуктiв (масло, гас i т. i.) i при зворотнiй поJIярностi електродiв. За цих умов об'емний знос Е1 залежить вiд струму обробки I, напруги дуги и, динамiчного тиску робочого середовища Ра, геометрп та розмiрiв Е1 i т.i., являе собою складну функцiю зазначених параметрiв, визначаеться для конкретних прикладiв реалiзацп експериментально i складае звичайно 0,5.. .1,5%.
Рис. 1. Металевi Е1 в оброблених заготовках при прямш (а) i зворотнш (б) полярностi
Для отримання яшсно! оброблено! поверхнi готових деталей необхщно в зонi обробки забезпечити оптимальш умови протiкання процесу РОД, а саме, забезпечити рiвномiрну течiю робочо! рiдини з необхщним динамiчним тиском потоку робочо! рщини.
Для забезпечення стiйкостi Е1 !х зазвичай виготовляють з робочим пояском висотою И (рис 2, а), який з урахуванням зносу електрода (рис 2, б) дозволяв би отримувати деталi з необхiдними розмiрами. Проте використання дано! конструкцi! Е1 призводить до того, що в зош обробки вiдбуваеться порушення рiвномiрностi течi! робочо! рiдини в наслщок появи значних гiдродинамiчних опорiв течи робочо! рщини на входi в МЕЗ та по всш довжиш траси евакуацi! продуктiв ерозi! И+1. Внаслiдок чого при збiльшенi висоти робочого пояска И Е1 та припуску на обробку шорстшсть оброблено! поверхш становитиме ,Ка=20мкм i вище.
а
Рис. 2. Конструкщя Е1 з пояском к для розмiрноT обробки електричною дугою отворiв
Аналiз останнiх дослiджень i публшацш
Вiдома конструкцiя Е1 для розмiрноi обробки електричною дугою отворiв [1], яка дозволяе покращити умови течи робочоi' рiдини в зонi обробки i тим самим покращити яшсть обробленоi' поверхнi до ,Ка=Шмкм. В такому Е1 робочий поясок Е1, а робочi поверхнi Е1 утворюеться кутами (рис. 3), за умови, якщо !х розглядати в напрямку руху робочо! рвдини в МЕЗ i становлять: переднiй кут а>0°30'; зaднiй кут р=3.. .5°; внутршнш кут у=1°; радiус заокруглення робочо! кромки Я>0,5мм.
Вiдомa також рiзнорежимнa послiдовна РОД отворiв одним двосхвдчастим Е1 [2] коли, в одному Е1 поеднуються електроди як для чорново! так i для чистово! обробки.
даив
Рис. 3. Конструкщя Е1 для розмiрноT обробки електричною дугою отворiв
Формулювання мети дослiдження
Метою роботи е удосконалення конструкцп Е1 та умов обробки деталей при РОД для покращення якосп оброблено! поверхш готових деталей.
Викладення основного матерiалу дослiдження
Профiль формоутворюючо! поверхнi Е1 будуеться згiдно технологiчних схем формоутворення, режимiв обробки та схеми утворення мiжелектродних зазорiв. Розрахунок геометрично! (розмiрно!) корекцп Е1 з врахуванням мiжелектродного зазору, шорсткостi поверхнi та товщини зони термiчного впливу здiйснюеться зпдно iснуючих методик ЕРО [3, с. 101...110].
Мiжелектродний зазор в умовах РОД е функщею таких параметрiв, як матерiал i поляршсть електродiв, склад i динамiчний тиск потоку робочо! рвдини, напруга i струм розряду, гiдравлiчний режим течi робочо! рщини. На рис. 4 показано залежшсть величини мiжелектродного зазору 5 вщ 11 Р^ при обробц сталi 5ХНТ Е1 iз матерiала МПГ-7 при напрузi на дузi ид = 40В, при використанш в якостi робочо! рщини гасу (50%) i масла "1ндус^альне-12" (50%), при I = 100...400А, Рл = 0,01...0,5МПа i при зворотнш полярностi електродiв, що визначаеться за формулою, мкм:
5 = 29195,12 • 10Д3 • Раом (1)
400 мкм 350
зоо
250
200
5 150 100
Рис. 4. Залежшсть мiжелектродного зазору б ввд I \РЛ
Для прокачування робочо! рщини в Е1 передбачаються спецiальнi отвори. При отриманнi нас^зних отворiв поперечнi розмiри отворiв в Е1 треба приймати по можливосп бiльшими з тим, щоб зменшити об'ем матерiалу, що руйнуеться, i таким чином пiдвищити економiчнiсть i продуктивнiсть процесу. Проте, при цьому зменшуеться товщина стiнок Е1, яка не може бути менше 3...5мм, оск1льки помiтно знижуеться стiйкiсть останнього.
При отримаш фасонних поверхонь поперечш розмiри отворiв в Е1 повинш бути по можливостi мiнiмальними. Проте при занадто малих розмiрах отворiв рiзко зростае потрiбний тиск робочо! рвдини, що не бажано. Тому розмiри цих отворiв приймаються такими, щоб !х гiдравлiчний опiр при визначених витратах робочо! рiдини не був значним, а статичний тиск робочо! рщини на входi в мiжелектродний зазор не перевищував 1,5...2МПа. Отвори треба, по можливостi, розташовувати по центру Е1, що забезпечуе сприятливий гiдродинамiчний режим течi робочо! рщини i оптимальнi умови протжання процесу.
За формою отвори Е1 можуть бути круглими (рис. 5, а), прямокутними (рис. 5, б) i фасонними (рис. 5, в). Перевагу мають круглi отвори, оск1льки !х легко отримати. Проте !х можна застосовувати лише для Е1 круглих i квадратних в планi та близьких до них за формою, коли два поперечних розмiри Е1 приблизно однаковi або ж вiдрiзняються незначно (не бiльше нiж в 1,5...2 рази). Прямокутнi отвори (щшини) застосовують для Е1 видовжених в плаш форм. Фасоннi отвори застосовують для фасонних в планi Е1, коли для забезпечення приблизно однакового гiдравлiчного режиму течi рiдини на рiзних дiлянках отвору чи порожнини, що отримують, контур отвору в Е1 повинен, хай спрощено, повторити контур останнього.
б
а
в
Рис. 5. Отвори в Е1
При реалiзацi! технолопчно! схеми формоутворення за принципом прошивания з об'емним котюванням форми Е1, останнiй, за визначених умов отримуе нерiвномiрний знос. Залежно ввд режимiв обробки слiд розрiзияти три основш схеми зносу Е1 iз матерiалу МПГ-7 при застосуваннi в якосп робочого середовища нафтопродуктiв:
1. При порiвняно невеликих значеннях динамiчного тиску потоку робочо! рiдини (Р^ < 0,1МПа) спостерiгаеться незначна змiна робочого контуру Е1 (рис. 6, а).
2. При досить великих значеннях динамiчного тиску потоку робочо! рщини (Р^ > 0,1МПа) при застосуванш в якостi робочого середовища масла типу "1ндус^альне-12" спостерiгаеться закруглення купв Е1 (рис. 6, б), причому чим бiльший струм, тим б№ше це себе виявляе.
3. При досить великих значеннях динамiчного тиску потоку робочо! рщини (Р^ > 0,1МПа) при застосуванш в якосп робочого середовища сумiшi типу гас (50%) i масло "1ндус^альне-12" (50%) кути закруглюються незначно, проте спостертаеться нерiвномiрний знос та помггно змiнюеться робочий контур Е1 (рис. 6, в), причому тим бшьше, чим бiльше Р^, що пояснюеться рiзними гiдродинамiчними режимами течi робочо! рiдини як по довжиш, так i по висотi мiжелектродного зазору, особливо на дiлянках переходу ввд вертикальних поверхонь до горизонтальних.
а б в
Рис. 6. Основш схеми зносу Е1 iз матерiалу МПГ-7
Для тдвищення ефективностi, точностi та якосп обробки запропоновано конструкцiю Е1 (рис. 7) який вiдрiзняеться тим, що по його довжинi на вщсташ 10.20мм вiд робочо! кромки, назвемо !! першою кромкою, та при куп спряження поверхонь ф >60° розташовують додатково ще одну, робочу кромку Е1, елементи i геометрiя яко! повторюють елементи i геометрiю першо! робочо! кромки, але уа поперечнi розмiри яко! на 1.6мм бшьше за умов обробки по внутршньому контуру по вщношенню до контуру першо! кромки, утворюючи таким чином зовшшню екшдистанту, при виготовленi отвору (рис. 7, б), i на 1.6мм менше за умов обробки по зовшшньому контуру, по вiдношенню до контуру першо! кромки, утворюючи таким чином внутршню екшдистанту, при виготовлеш стержня (рис. 7, а).
Рис. 7. Конструкщя Е1 з двома робочими кромками
Розрахунки та виготовлення Е1 для РОД здiйснюеться, певною мiрою, як при вiдомих способах ЕРО [4, с. 101...188]. Так, наприклад, виконaвчi розмiри Е1 для внутршшх контурiв (отворiв) Во та зовшшшх контурiв (стержнiв) Вс визначають за формулами:
- чистова обробка В0 =(Л + 0,7Дв - 282 )+0'3Ав (2)
- чорнова обробка В0ч < (А + 0,7Ав - 2(8Х + zm¡n ))+0,3Ав (3)
- чистова обробка Вс = (А - 0,7ДН + 282 )-0,3А» (4)
- чорнова обробка Всч < (А + 0,7ДН + 2(8Х + zmin ))-0,3Д» (5)
де А - номшальний розмiр деталi; 5:, 52 - мiжелектродний зазор, вiдповiдно при чорновiй i чистовiй обробцi; - мшмальний припуск на обробку; Дв, Дн - вiдповiдно верхнiй i нижнш допуск на виготовлення деталi.
Висновки
1. Описано конструкцп електродiв-iнструментiв для РОД, особливостi проектування та методику розрахунку його виконавчих розмiрiв.
2. Запропонована конструкцiя Е1 для РОД, що забезпечуе так1 переваги перед юнуючим технологiчним рiшенням:
- яшсть оброблено! поверхнi, а саме шорстшсть покращуеться до 11а 0,63 мкм;
- пiдвищення економiчноl ефективносп процесу;
- розширення меж рацюнального застосування способу РОД;
- зростае конкурентоспроможшсть процесу за рахунок оптимального поеднання його шльшсних i яшсних характеристик.
- продуктивнiсть процесу обробки збшьшилася на 13%;
- тдвищилась точнiсть обробки.
Список використано'1 лггератури
1. Патент на корисну модель № 110775 Укра!на, МПК (2016/01) В23К 9/00. Електрод-iнструмент для розмiрно! обробки електричною дугою отворiв / Носуленко В. I., Юр'ев В.В., Пархоменко А. С.; заявник i патентовласник Юровоградський нацiональний технiчний ушверситет. -№и201603083; Заявл. 25.03.2016; Опубл. 25.10.2016. бюл. №20.
2. Боков В. М., Попова В. I. Обробка отворiв електричною дугою. Монографiя / В. М. Боков, М. I. Попова. - Юровоград; Полiграфiчно-видавничий центр ТОВ «1мекс - ЛТД», 2014. - 160 с.
3. Эккер Г. Современное развитие теории приэлектродных областей электрической дуги // Теплофизика высоких температур. - 1973. - т.2. - вып.4.
4. Электроэрозионная и электрохимическая обработка. Часть 1. / Под. ред. А. Л. Лившица, А. М. Рома. - М.: НИИМАШ, 1980. - 224 с.
