CC BY
15Бойко А.Ф., д-р техн. наук, проф., Кудеников Е.Ю., аспирант Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОБЪЕМНОГО ИЗНОСА ЭЛЕКТРОДА-ИНСТРУМЕНТА ОТ ГЛУБИНЫ ОБРАБОТКИ
kudenikov@bk.ru
В процессе электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра нижние участки электрода-инструмента подвергаются воздействию боковых разрядов дольше, чем верхние, что приводит к увеличению погрешности формы получаемого отверстия. В статье анализируется зависимость величины возникающего объемного износа электрода-инструмента от глубины обработки. Установлено, что величина объемного износа возрастает с увеличением глубины обработки. На основе экспериментальных данных получена функция, наиболее точно моделирующая контур рабочей части электрода-инструмента. Описана методика оптимизации объемного износа, позволяющая определить величину дополнительного калибровочного прохода при заданном допуске на диаметр отверстия. Предложенный способ позволит повысить точность размерной электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра.
Ключевые слова: точность электроэрозионной обработки, конусность отверстий малого диаметра, объемный износ электрода-инструмента, калибровочный проход, торцевание электрода-инструмента, глубина электроэрозионной обработки.
Известно, что в процессе ЭЭО по зазору между стенками отверстия и ЭИ движется жидкость, насыщенная продуктами эрозии, которые создают условия для паразитных разрядов [1-5]. Так как нижние участки электрода-инструмента (ЭИ) подвергаются действию боковых разрядов дольше, чем верхние, то ЭИ в процессе обработки заостряется, что приводит к увеличению погрешности формы (в т. ч. конусности) получаемого отверстия. Для снижения величины конусности производится калибрование отверстия путем дополнительной подачи или повторная обработка отверстия отторцованным электродом-инструментом [6]. Характер износа и его величина в зависимости от глубины обработки изучены не были. При этом калибруется отверстие до прекращения боковых разрядов, что приводит к увеличению таких видов погрешности как конусность и овальность [7-10]. Методы оптимизации величины калибровочного прохода не разработаны. Настоящая работа направлена на изучение закономерностей объемного износа и разработку методики его оптимизации.
Для выявления математической модели зависимости (1) значения износа ЭИ по диаметру Уа от величины подачи ЭИ h был проведен ряд экспериментов на электроэрозионном станке 04ЭП10М.
Га = № (1)
Эксперименты проводились на следующих режимах: частота генератора импульсов - 25 кГц; энергия импульса - 9,25 мкДж; материал электрода-детали - коррозионностойкая сталь 08Х18Н10Т, электрода-инструмента - вольфрам
в виде проволоки, рабочая среда - вода водопроводная.
Эксперимент проводился следующим образом. Электродом-инструментом диаметром d=100 мкм прошивались отверстия с величиной подачи ЭИ h=100...500 мкм с шагом 100 мкм. После обработки каждого отверстия с помощью цифрового микроскопа Levenhuk D70L делался ряд снимков рабочей части ЭИ, после чего электрод-инструмент торцевался на величину, превышающую значение подачи на 50-100 мкм и производилась обработка следующего отверстия. На рис.1. представлены контуры рабочей части электрода-инструмента.
Анализируя форму износа электрода-инструмента, в качестве функции, описывающей контур рабочей части ЭИ, были предложены показательная функция (2) и функция эллипса
(3).
уй1(г) = аЬг, (2)
Г г а!1/ь
= 1-^] , (3)
где а, Ь - коэффициенты, изменяющиеся в зависимости от глубины отверстия, h - величина подачи ЭИ, мкм, d - диаметр ЭИ, мкм.
С помощью системы Mаthcаd, используя экспериментальные значения длины изношенной части ЭИ уаэ, находим коэффициенты a и Ь функций (2) и (3). Подставим их в (2) и (3) и найдем значения уа1, уй2 в 6 точках (при г=0...50). Полученные значения для h=100 мкм сведем в табл.1.
\
Ши
№ № 80 70 Ш 50 40 30 20 10
п
ш^МШтн
!1-400.тм
7 11=30ити //// |:
////а ШОтм 11
10 20 30 Щ 50
г, ИКн
Рис. 1. Контуры рабочей части электрода-инструмента при величине подачи И=100...500 мкм.
Выполним аналогичные расчеты для других значений величины прохода ЭИ h, результаты сведем в табл.2.
Анализируя значения, представленные в табл.2, можно сделать вывод о том, что функция эллипса (3) более точно описывает форму рабочей части электрода-инструмента.
Найдем зависимость длины изношенной части электрода-инструмента у^ от величины подачи ЭИ h через коэффициенты а и Ь функции (3). Для этого построим графики (рис.2) функций
а = /(Л), Ь = Г (К),
(4)
(5)
Анализируя графики (рис.2), можно сделать вывод о том, что значение коэффициентов а и Ь изменяется по линейному закону. Определим вид функций (4) и (5):
а = -0.3686К + 3.2576, (6)
Ь = 1.0862Л + 1.6248 . (7)
Определим функцию зависимости длины изношенной части электрода инструмента у^ от величины подачи h при заданном допуске на отверстие Д, подставив вместо коэффициентов а и Ь функции (6) и (7):
уа(К) = К - К •
1-Д
а
-0.3686Л + 3.2576
1.0862^+1.6248
(8)
Таблица 1
Сравнение экспериментальных значений величины износа ЭИ уа с расчетными в зависимости
от радиуса г
г, мкм 0 10 20 30 40 50
Уаз, мкм 0 0.65 2.43 7.39 18.75 100
уа± (г), мкм 0.035 0.173 0.851 4.198 20.701 102.087
уй2 (г), мкм 0 0.379 2.396 7.46 18.737 100
(Газ-Гй1 (Г))2 1.225х10-3 0.228 2.493 10.191 3.806 4.354
(Гаэ-Га2 (г))2 0 0.073 1.129х10-3 4.863х10-3 1.74х10-4 0
^(Газ-Га, (г))2 21.072
¿(Газ-У*? (г))2 0.079
Таблица 2
Значения сумм квадратов отклонений экспериментальных значений уа от расчетных
И, мкм 100 200 300 400 500
ЦУа^-Уа, (г))2 21.072 125.202 387.488 840.553 1904
ЦУаз-Уа, (г))2 0.079 5.685 7.861 9.585 11.48
Полученная зависимость (8) позволяет для конкретного рассматриваемого случая точно определить величину калибровки отверстия или торцевания электрода-инструмента, что позволит уменьшить конусность.
Таким образом, можно сделать следующие обобщающие выводы.
1) При электроэрозионной обработке малых отверстий объемный износ электрода-инструмента увеличивается с увеличением глубины обработки.
2) Описанный объемный износ ЭИ с наибольшей точностью моделируется зависимостью эллипсного типа.
3) Разработанная методика позволяет опре- «вскрытия» отверстия с целью обеспечения тре-делить с высокой точностью величину дополни- буемой точности обрабатываемого отверстия. тельного калибровочного прохода ЭИ после
10 i
9 8 7 6 •a S 4 3 2 1 0 j,
! i
..а ш
Щ..Ш
ЦЩ
"i"
1
o=:-fi368í ......
j
О 100 Й00 300 -КО 5«) 680 0 100 200 300 400 500 600
Я,ткт h,mm
Рис. 2. Зависимость коэффициентов а (а) и b (б) от величины подачи ЭИ И.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Левинсон Е.М., Лев В.С., Гуткин В.Г., Лившиц А.Л., Юткин Л.А. Электроразрядная обработка материалов. Л.: Машиностроение, 1971. 256 с.
2. Бойко А.Ф. Эффективная технология и оборудование для электроэрозионной прошивки микроотверстий. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2010. 314 с.
3. Золотых Б.Н. Физические основы электроискровой обработки. М.: Машиностроение, 1977. 44 с.
4. Попилов Л.Я. Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов. Л.: Машиностроение, 1971. 544 с.
5. Фатеев Н.К. Технология электроэрозионной обработки. М.: Машиностроение, 1980. 184 с.
6. Лазаренко Б.Р. Электроискровая обработка металлов. М.: Машиностроение, 1950. 164 с.
7. Артамонов Б.А., Вишницкий А.Л., Волков Ю.С., Глазков А.В. Размерная электрическая обработка металлов. М.: Высш. школа, 1978. 336 с.
8. Левинсон Е.М. Отверстия малых размеров. Л.: Машиностроение, 1977. 152 с.
9. Гуткин Б.Г. Автоматизация электроэрозионных станков. Л.: Машиностроение, 1971. 160 с.
10. Левинсон Е.М., Лев В.С. Электроэрозионная обработка металлов. Л.: Лениздат, 1972. 328 с.
Boyko A.F., Kudenikov E.U.
RESEARCH OF DEPENDENCE OF WEAR ELECTRODE-TOOL FROM THE DEPTH OF PROCESSING
During EDM holes of small diameter portions of the lower electrode-tool bits are exposed to the side longer than the upper, which leads to increased errors resulting form the opening. The article analyzes the dependence of emerging volumetric wear of the electrode-tool machining depth. It is found that the magnitude of the volumetric wear increases with the depth of processing. Based on experimental data obtained by the function that most closely simulates the contour of the working part of the tool-electrode. A method for optimizing the volumetric wear, which allows to determine the amount of additional calibration passes at a given tolerance on hole diameter. The proposed method will increase the accuracy of dimensional electrical discharge machining of small diameter holes.
Key words: precision EDM, taper holes of small diameter, volumetric wear of the electrode-tool calibration run, trimming tool-electrode EDM depth.
Кудеников Евгений Юрьевич, аспирант кафедры технологии машиностроения. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46. E-mail: kudenikov@bk.ru
Бойко Анатолий Федорович, доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроения. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Адрес: Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
