CC BY
157
УДК 621.9.047
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ПРОШИВКИ ОТВЕРСТИЙ
МАЛОГО ДИАМЕТРА
В.П. Смоленцев, О.Н. Кириллов, А.В. Владыкин, С.С. Юхневич
Рассмотрены вопросы интенсификации прошивки глубоких отверстий за счёт ускорения процесса массовыноса продуктов обработки путём управления перепадом давления жидкой рабочей среды на длине тракта и применения вращения трубчатого электрода, приведена методика расчёта технологических режимов для электроэрозионной прошивки глубоких отверстий
Ключевые слова: массовынос, вращение электрода, скорость жидкой среды, перепад давления
Введение
Одной из проблем при изготовлении отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых сплавах является низкая производительность
электроэрозионной прошивки. Исследования показали, что основной причиной малой скорости подачи электрода является увеличение сопротивления выноса продуктов обработки по мере углубления электрода. Попытки ускорить съём путём вращения электрода дали незначительный положительный результат до глубины не более 10 диаметров и только для круглых отверстий.
Механизм интенсификации массовыноса
Исследования последних лет показали, что наиболее эффективным способом интенсификации прошивки является ускорение массовыноса за счёт увеличения перепада давлений рабочей среды, которое может применяться как с вращением электрода, так и при чистой подаче инструмента.
Разработка механизма интенсификации массообмена при электроэрозионной прошивке отверстий малого диаметра производится при следующих условиях:
- начальные условия: диаметр отверстий (от 0,1 до 1 мм), глубина отверстий, требования по технологическим показателям (рабочий чертёж детали);
- граничные условия: предельная глубина отверстий (до 15 диаметров), материал заготовки -металлы, предельная частота вращения инструмента - более 10 об/с, средняя скорость подачи электрода инструмента - не более 10 мм/мин;
- допущения: расчётная длина пути прокачки жидкой рабочей среды равна глубине отверстий (радиус и диаметр отверстия (¿р) в электроде можно не учитывать); твёрдые продукты обработки полностью переходят в жидкую рабочую среду
Смоленцев Владислав Павлович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. 89036559970
Кириллов Олег Николаевич - ВГТУ, д-р техн. наук, доцент, e-mail: [email protected], тел. 89081472413 Владыкин Алексей Валерьевич - ОАО «Пермский моторный завод», инженер, тел. 89222467343
Юхневич Сергей Степанович - ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», соискатель, тел. 89081302553
(ЖРС). Масса продуктов обработки равна массе снятого при обработке материала. При прошивке не происходит загрязнение жидкости (поступает свежая или очищенная рабочая среда). Боковой межэлектродный зазор постоянный (не учитывается его увеличение за счет конусности по глубине на 1-3Е).
Схема массовыноса при прошивке
i, - глубина отверстия; - давление жидкой рабочей среды (ЖРС) на входе в отверстие (ri^) электрода (rip); р.. - радиальное давление ЖРС за счёт центробежных сил, создающихся в торцевой части электрода; f; - частота вращения электрода; - боковой межэлектродный зазор; L-... - скорость прокачки ЖРС; - торцевой зазор
Скорость прокачки ЖРС должна обеспечивать вынос продуктов обработки при средней концентрации (^в) их в ЖРС не более предельно допустимой, устанавливаемой для каждого вида обработки. При обработке отверстий малого диаметра предельная объёмная концентрация (<р к) составляет 2 — 5 % и оценивается по границе резкого снижения интенсивности съёма материала. Чем меньше диаметр отверстий и больше их глубина (¿.на рис.), тем ниже уровень
Из рис. критерий массовыноса [1] имеет вид:
л • d • S,
t _э_i_
У
к • A и
q t
(i)
где к = ifr -д. Здесь qiï = 7,
где Р - частота импульсов, вызывающих эрозию;
- частота импульсов, вырабатываемых генератором;
.; зависит от интенсивности массовыноса продуктов обработки ЖРС. При высоких скоростях ЖРС У = 0,4 - 0,5;
."■. - объём материала, снимаемый одним импульсом с энергией 1 Дж.
В общем случае коэффициент к зависит от состояния рабочей среды, скорости прокачки ЖРС и вращения электрода инструмента. В справочниках указывается коэффициент к (коэффициент обрабатываемости) для базового материала (сталь 45). Для других материалов величина (£;) выбирается через повышающие или понижающие коэффициенты
К* — ri11
где = 0,7 — 0.3 для вольфрамокобальтовых (жаропрочных) сплавов, Лск = 1.5 — 2,3 для алюминиевых и магниевых сплавов.
- скважность прохождения импульсов
1,2 -1,3).
ц ■ т —'где f - частота следования импульсов. Для ЯС схемы:
'»игвц (2)
где Я - сопротивление первичного контура (регулируется по величине тока короткого замыкания Г^);
- напряжение (для чистовой обработки
и0 = 65 - 110 В);
- напряжение в контуре пробоя
- напряжение пробоя межэлектродного зазора (и= 0,7^);
С - ёмкость конденсаторов (С =
Расчет технологических параметров Энергия импульса зависит [1] от схемы
обработки. Для ЯС схемы Лц = "р ■ . для тиристорных генераторов = ■ или
приближенно [1]
где Цр = <0,5 - 0,7
= (0,5 - 0,7
(3)
■р-
Величина и^ и снижается по мере уменьшения диаметра отверстия и увеличения глубины обработки.
Ток короткого замыкания (мА) может быть определён через длительность импульса (с) по формуле:
/н = е- як (4)
При известных ^ и сопротивление контура:
р = Ь
(5)
Из (1) можно установить скорость 1-й для выноса продуктов обработки:
<t-k-AL
% =
я' Чщ 1 Фг.' ' (6)
Здесь величина зависит от энергии
импульса и скорости прокачки Средняя величина:
-£ — кв
где .>7 - торцевой зазор вычисляется по энергии импульса Ай по эмпирической зависимости:
S, = kz I-
¡1^
Для интенсивной прошивки = 0,5 — 0,55. Коэффициент =1,5-2,0.
Проведённые по формуле (6) расчёты показали, что при высоких давлениях на входе (¿а =10—20 МПа) и частотах вращения электрода (Ti до 1000 об/мин) скорость превышает 20 — 25 м/с, обеспечивая скорость подачи электрода в начале прошивки до 25 — 35 мм/мин.
Давление Я- складывается из двух составляющих:
где Pi - перепад давления, необходимого для протекания ЖРС с вязкостью через отверстие rip (рис.);
- противодавление, необходимое для преодоления местных /tj и путевых сопротивлений.
^ = (7)
где - коэффициент местных потерь при течении ЖРС (место поворота потока на рис.);
- количество местных сопротивлений
(» = 2);
■.; - коэффициент путевых потерь (учитывают наибольшие потери напора в момент окончания процесса прошивки). Условия течения ЖРС по сечению отверстия малого диаметра практически постоянные.
Тогда по уравнению Гагена-Пуазейля величина определится по формуле [2]: 12
Ъ. = 7"' Рх'L'и«
Технологический параметр :
V
V
П
ж
Рк 'Ч ч»-^1
где А^ - обобщённый коэффициент, учитывающий численные значения, входящие в зависимости (6), (8);
- коэффициент, учитывающий влияние вращения на сопротивление потока на выходе из зоны обработки.
Частота п (рис.) оказывает существенное влияние на массовынос за счёт снижения коэффициента трения потока ЖРС в узком боковом зазоре за счёт замены трения скольжения (и) на трение качения (/к).
* Л
1 " /п (10)
Величина = 1.5 — 2.
В таблице показаны режимы прошивки глубоких отверстий [4].
■-il
(9)
Сравнение расчетных показателей с экспериментальными данными показывает, что расхождение результатов может достигать 30%. Это требует выполнять корректировку режимов для конкретных объектов обработки. В частности требуется учитывать изменение параметров по мере углубления электрода, физико-химические свойства материалов детали и инструмента и др.
Заключение
Таким образом определены основные технологические параметры технологического процесса высокоскоростной прошивки: давление на входе, сила тока, напряжение, сопротивление первичного контура, диапазон угловой частоты, что позволяет получить скорость подачи электрода (прошивки) до 30 мм/мин при сохранении заданных технологических показателей отверстий.
Технологические режимы прошивки
Диаметр Глубина Напряжение Сила Частота, Гц Давление на
отверстий, относитель холостого тока, А Вращения Вибрации входе, МПа
мм но диаметра хода, В электрода электрода
0,025-0,3 до 10 120-140 3-5 до 100 100-120 20-22
0,05-2,0 до 100 80-100 до 25 до 1000 120 до 10
0,015-0,1 до 5 120-150 2-3 до 3000 100 до 100
Литература
1. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. В 2-х т. Т.1. /Под ред. В.П. Смоленцева. М: Высшая школа, 1983-247 с.
2. Тумашев Г.Г. Справочник по курсу гидроаэродинамики. Казань: КГУ, 1965-40 с.
\
3. Основы трибологии /Под ред. А.В. Чичинадзе. М: Машиностроение, 2001-664 с.
4. Бойко А.Ф. Эффективные технологии и оборудование для электроэрозионной прошивки прецизионных микроотверстий. Белгород: изд-во БГТУ, 2010-314 с.
Воронежский государственный технический университет ОАО «Пермский моторный завод»
ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», г. Воронеж
INTENSIFICATION OF ELECTROEROSION BROACH PROCESS FOR SMALL DIAMETER HOLES
V.P. Smolencev, O.N. Kirillov, A.V. Vladykin, S.S. Uhnevich
Intensification questions of broach deep holes a. o. intensification of mass remove process product of processing by the management of fluid pressure drop on the way of broach and use of rotation tubular electrode are consideration, methods of calculation operating practices for electroerosion broach of deep holes are adduction
Key words: mass remove, electrode rotation, fluid speed, pressure drop
