CC BY
61
УДК 621.9.047
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕПРОФИЛИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОДА - ЩЕТКИ
О.Н. Кириллов
В статье рассматриваются конструкции непрофилированных электродов-щеток, возможности их использования на предприятиях машиностроения, особенности проектирования, взаимосвязь конструктивных параметров, режимов и качества обрабатываемых изделий
Ключевые слова: непрофилированный, комбинированный, ток, электрод-щетка
Непрофилированный электрод - щетка (НЭШ) применяется для удаления заусенцов, съема грата, облоя, наплывов металла после литья; зачистки сварных и паяных соединений; чистовой обработки под покрытия и нанесения покрытий, полировки.
Конструкции НЭШ просты в обслуживании, надежны в работе, недороги в изготовлении. За счет универсальности ими может обрабатываться широкая номенклатура изделий. Типовые конструкции НЭЩ представлены в таблице.
Наиболее широкое распространение получили дисковые электроды - щетки. Их изготавливают сплошными и секционными. Такие электроды - щетки применяются для черновой и чистовой обработки заготовок, снятия заусенцев рис.1, скругления острых кромок, зачистки сварных соединений рис. 2,электроэрозионного нанесения покрытий [1]
Рис. 2. Сварные соединения, зачищенные электродом - щеткой: а) до обработки; б) после обработки
Для скругления острых кромок и обработки мест переходов в каналах и отверстиях малого сечения, сложной фасонной формы, в частности на деталях гидропневмо -аппаратуры, применяются НЭЩ - кисточки, являющиеся частным случаем торцевых щеток. Для обработки заготовок больших размеров, в частности изделий металлургического передела, например слябов и блюмов, чугунных решеток газовых плит после литья, рис. 3 применяют дисковые электроды - щетки большой ширины.
Рис. 1. Удаление заусенцев на деталях типа «Кронштейн» дисковым электродом - щеткой а) до обработки; б) после обработки При обработке торцев, углублений, боковых поверхностей, полировки каналов прямоугольного и сферического сечений, фланкирования зубчатых колес, используются торцевые электроды - щетки чашечной формы.
Кириллов Олег Николаевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 89081472413
Рис. 3. Чугунные решетки а) до обработки электродом - щеткой; б) после обработки электродом - щеткой Для изготовления щеток используется проволока из токопроводящих материалов: различных сортов стали, меди, латуни, бронзы. Большие возможности открывает
использование для изготовления НЭЩ сплавов титана, вольфрама, материалов с эффектом памяти формы, углеграфитовых нитей.
В зависимости от назначения (черновая, чистовая, отделочная обработка) выбирается схема, рассчитывается длина рабочей части электрода - щетки, диаметр проволочек, подбирается материал для щетки, назначается прижим щетки к заготовке, напряжение, рассчитывается рабочий ток, подбирается рабочая среда.
Согласно рекомендациям [2] проволока по жесткости подразделяется на следующие группы: иглофрезы, жесткие, среднежесткие, мягкие.
Жесткость (С) рассчитывается по
следующей фор
С = ¡1 5 / d
где 1п - свободная длина проволоки, ё -диаметр проволоки.
При изготовлении НЭЩ, как правило, используется среднежесткая и мягкая проволока. По исследованиям [3] при обработке НЭЩ на черновых операциях целесообразно применять щетки,
изготовленные со значениями С = 12500 -28500, на чистовых операциях, а также при зачистке изделий из цветных и мягких сплавов, С>28500.
Обработка НЭЩ происходит с наложением электрического поля. Для обеспечения высокого качества обрабатываемой
поверхности следует исключить режим короткого замыкания и поддерживать заданное соотношение между способами,
составляющими процесс обработки. Для этого необходимо, чтобы между пучками проволочек непрофилированного электрода - щетки имелся расчетный шаг по ее периферии. В работе [4] для расчета количества пучков в зоне обработки используются формулы:
Ьш = 4д/5(2Ящ -5), (1)
Ьш - шаг между пучками электрода - щетки 5 - прижим щетки к заготовке Ящ - радиус щетки
Угол между соседними пучками Ьш
(2)
0 = 2arctg -
Т 2С^ш Р)
Тогда количество проволоки (И), необходимое для создания щетки определяется по формуле [5]
D 2
П = Крп D2 N, d
(3)
где Кр,„, - безразмерный коэффициент рабочей плотности электрода - щетки;
Крп = 0,25 - °>75 ,
D - диаметр пучка проволоки; d - диаметр проволочки; N - количество пучков проволоки.
Проволочки НЭЩ можно рассматривать как параллельно соединенные проводники, 4°
которые одним концом подсоединены к корпусу щетки, являющемуся катодом (или анодом, в случае обработки с обратной полярностью), а другим, в рабочей зоне, с обрабатываемым изделием, являющимся
анодом.
В этом случае рабочее напряжение (ищ)на всех проволочках НЭЩ одинаково:
ищ и1 ип. и. ,
где и1 ип.и - рабочее напряжение на
проволочках НЭЩ, находящихся в рабочей зоне в течение одного временного импульса обработки, В.
За один временной импульс обработки НЭЩ принимаем время следования импульсов электроэрозионной составляющей метода, определяемое по формулам, приведенным в [6]. Сила рабочего тока I будет равна сумме сил токов в рабочих проволочках НЭЩ, которые участвуют в съеме материала в течение одного временного импульса. Зная напряжение ищ можно рассчитать сопротивление проволочки и таким образом задавать требуемую величину тока. Сопротивление проволочки Яп НЭЩ рассчитывается по формуле.
Яп = Рп■ ’
»3 п
где - удельное электрическое сопротивление материала проволочки, . длина проволочки, !■.. - площадь поперечного сечения проволочки.
Число рабочих проволочек пп.р, участвующих в съеме материала с заготовки за один временной импульс обработки, зависит от конструктивных параметров НЭЩ и режимов обработки. Схема расчета НЭЩ представлена на рис. 4.
В процессе обработки проволочки НЭЩ изнашиваются. Это вызывает
необходимость корректировки режимов обработки, что снижает производительность и усложняет процесс. В ВГТУ были проведены исследования процесса обработки НЭЩ. На основе полученных данных были разработаны способы обработки и конструкции НЭЩ, существенно расширяющие возможности комбинированной обработки
непрофилированным электродом - щеткой.
Разработана технология обработки НЭЩ, пластичных металлов, в которой проволочки щетки помещены в трубки из эластичного диэлектрического материала и выступают из них. Обработку проводят в два этапа. Вначале проволочками НЭЩ снимают основной припуск с заготовки , затем отводят щетку от обрабатываемой поверхности, увеличивают угловую скорость Ущ. Диэлектрические трубки при этом удлиняются до касания с заготовкой и таким образом ведется процесс чистовой обработки с постоянной силой тока.
2
Конструктивные параметры НЭЩ
Режимы обработки
диаметр щетки, Пщ диаметр проволочки, dn длина проволочки, l„ материал проволочки рабочая плотность НЭЩ, Крп
напряжение, ищ угловая скорость НЭЩ, Ущ скорость подачи заготовки к
число проволочек НЭЩ находящихся в рабочей зоне за один временной импульс обработки, пи
сопротивление пр оволочки НЭЩ, Rn
число рабочих проволочек НЭЩ находящихся в зоне обработки за один временной импульс обработки, пПр
Рабочий ток I +
Показатели обработки НЭЩ: производительность, качество, точность
Рис. 4. Схема расчета НЭЩ В результате, за счет устранения следов проволоки в виде царапин и рисок,
образующихся после съема основного
припуска, повышается качество обработки пластичных металлов, снижается износ щетки, за счет сокращения числа переходов повышается производительность.
Предложен способ комбинированной электрохимической обработки НЭЩ, в котором для ее изготовления использован металл, обладающий эффектом памяти формы. С целью снижения износа и устранения отсечки проволочек НЭЩ, повышения точности обработки, проволочкам придают
прямолинейную форму и фиксируют это
положение в памяти металла, а перед введением в зону обработки проволочки механически изгибают, обеспечивая
безударный вход, после чего ведут обработку.
Для комбинированной обработки важно обеспечить наличие рабочей среды в зоне обработки. Разработан способ [7] по которому
рабочую среду подают радиально к центру щетки в направлении ее рабочего перемещения, а скорость подачи рабочей среды регулируют в зависимости от давления в жидкостном клине в верхней точке периферии НЭЩ, что позволяет повысить точность обработки за счет исключения попадания рабочей среды на обработанную поверхность. За счет лучшего распределения рабочей среды в зоне обработки снижается износ инструмента.
Расчет оптимальных режимов обработки и размеров НЭЩ позволит создать гибкую технологию обработки с постоянной во времени взаимосвязью: изменение геометрии инструмента - плавная адаптация к ней режимов обработки НЭЩ, что позволит, повысит точность и качество обработки, снизить износ инструмента.
В современных гибкоструктурных технологиях применение НЭЩ позволяет быстро переходить на новые изделия, что повышает конкурентно - способность выпускаемой продукции.
Литература
1. Юриков Ю.В. Комбинированное электроэрозион-ногальваническое восстановление деталей машин / Ю.В. Юриков, Б.П. Саушкин // Нетрадиционные технологии в машиностроении и приборостроении: Межвуз. сб. научн. тр., Воронеж: ВГТУ. Вып 3. 1999. С. 46-53.
2. Ершов В.С. Исследование процесса обработки деталей механическими щетками: автореф. дис. канд. техн. наук / В.С.Ершов. Ростов н/Д. 1973. 23с.
3. Черепанов В.Ю. Исследование процесса комбинированной обработки деталей электродом -щеткой: автореф. дис. канд. техн. наук / В.Ю. Черепанов. Куйбышев, 1990 16 с.
4. Кириллов О. Н. Методика расчета электрода -
щетки / О.Н. Кириллов, В.П. Смоленцев, Н.В. Сухоруков //Прогрессивные методы проектирования
технологических процессов, станков и инструментов. Межд. научн. - техн. конф. сб. тр. Тула, ТГУ. 1997. С. 134.
5. Автоматизированное проектирование
технологических процессов / Под ред. В.П. Смоленцева. Воронеж: ВГУ, 1986. 196 с.
6. Электрофизические и электрохимические методы оработки материалов: учебное пособие (в 2-х томах) Т.1 / под ред. В.П. Смоленцева. М: Высш шк. 1983. 247с.
7. Кириллов О.Н. Способ комбинированной обработки нежестким электродом - щеткой / О.Н.Кириллов, В.П. Смоленцев // Нетрадиционные технологии в технике, экономике и социальной сфере. Межвуз. сб. научн. тр. Воронеж: ВГТУ, 1999. Вып. 1. С. 14 - 16.
Воронежский государственный технический университет
CALCULATION AND DESIGNING OF NON-PROFILE ELECTRODE-BRUSH
O.N. Kirillov
The article considers the design of non-profile electrodes-brushes, the possibilities of their use at the enterprises of machine-building, peculiarities of designing, interconnection of constructive parameters, regimes and the quality of machined products
Key words: non-profile, combined, current, electrode-brush
Тип
Твердотельная модель электрода-щётки
Дисковая
сплошная
Торцевая
Чашечная
Кисточка
Комбинированная
Дисковая
секционная
