CC BY
58
УДК 621.9.047
РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКИ НЕПРОФИЛИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРОДОМ - ЩЕТКОЙ
О.Н. Кириллов
В статье представлены установка и конструкции непрофилированных электродов-щеток для чистовой комбинированной обработки, результаты исследований влияния скорости вращения инструмента на качество обработки
Ключевые слова: шероховатость, импульс, электрическая дуга, стабильность
При сложном профиле обрабатываемых заготовок, особенно с ограниченным доступом инструмента, известные методы [1], в том числе комбинированной обработки профильным инструментом и несвязанными гранулами, не гарантируют высокого качества поверхности или сложны в управлении.
Представляет интерес использование для этих целей комбинированной обработки не профилированным электродом-щеткой (НЭШ,). Экспериментально установлено [2] что скорость вращения НЭЩ является одним из важнейших факторов, влияющих на качество обрабатываемой поверхности. На сегодняшний день имеются исследования [3] в которых при обработке изделий НЭЩ используется скорость, аналогичная применяемой при механической обработке. Эти исследования проводились при скоростных режимах обычно до 30 м/с, имеющееся оборудование обеспечивало получение шероховатости
обработанной поверхности до Яа 0,85 мкм. Но при этом возникали проблемы по обеспечению стабильной величины получаемой шероховатости. За счет перехода импульса разряда в дуговой, а далее в область сварки происходило приваривание проволочек НЭЩ к обрабатываемой поверхности заготовки, в результате нарушалась ее шероховатость, образовывались прижоги, при этом значительно возрастал износ проволочек, что приводило к изменению их рабочей плотности в зоне контакта с заготовкой и ухудшало качество обработки. В работах [4,5] описано использование высоких скоростей, до 35000 оборотов в минуту, что при некоторых технологических режимах дало возможность получить высокое качество поверхности. В тоже время при повышенных скоростях обработки [6] достигалась минимальная величина шероховатости. Однако теоретические исследования этих результатов не были рассмотрены.
Длительность импульсов тока используемых для чистовой обработки сталей ти=5...200 мкс. При точечной сварке продолжительность импульса сварочного тока составляет от 0,01 - 0,5 с [7]. Этого времени достаточно чтобы импульсы тока при обработке НЭЩ не переходили в дуговой разряд.
Однако при обработке НЭЩ происходит активация поверхности обрабатываемой заготовки за счет тепла, выделяющегося при разрядах импульсов тока электроэрозионной составляющей процесса, механического воздействия проволочек на заготовку и тепла выделяющегося при протекании химических реакций.
Часть теплоты из зоны обработки уносится рабочей средой, но значительная часть остается и нагревает обрабатываемую поверхность заготовки и проволочки НЭЩ. В результате время, необходимое для перехода импульсных разрядов тока в дуговой и начало процесса сварки сокращается. Проявление нестабильности величины получаемой шероховатости при чистовой обработке заготовок происходит в случае, когда длительность разрядов импульсов тока электроэрозионной составляющей процесса обработки НЭЩ и длительность импульса сварочного тока становятся соизмеримы.
Целью исследований было экспериментальное подтверждение подобранных технологических режимов обработки НЭЩ. Для этого на базе экспериментального оборудования была разработана установка [8] для чистовой комбинированной обработки НЭЩ рис. 1. Технологические
возможности установки позволяют проводить обработку заготовок со скоростью до 40 м/с, что обеспечивает получение стабильных показателей качества поверхности.
Рис. 1. Установка для чистовой комбинированной обработки НЭЩ
Кириллов Олег Николаевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8-908-1472413
Установка предназначена для чистовой обработки с силой тока до 15 А и напряжением до 12
В. Она оснащена источником питания постоянного тока, и напряжения. Разработанная установка имеет небольшой вес, компактна, что облегчает ее транспортировку. Обрабатываемая заготовка устанавливается на рабочий стол с защитным кожухом 1, НЭЩ 2 крепится на шпинделе 3 установки. На шпиндель подается электрическое поле. Электродвигатель 4 способен развивать мощность до 250 Вт и частоту вращения до 12000 оборотов в минуту. Для регулировки двигателя на определенный диапазон скоростей в его схеме предусмотрено изменение коэффициента обратной связи по скорости. Использование данного двигателя позволяет точно отслеживать и плавно регулировать по скорости режимы обработки. Управление процессом обработки осуществляется пультом 5. Технические данные установки для чистовой комбинированной обработки приведены в таблице.
*При производственной необходимости возможно увеличение длины направляющих что позволит обрабатывать изделия с размерами на порядок больше.
Были проведены исследования влияния скорости вращения НЭЩ на качество обрабатываемой поверхности. Исследования проводились при обработке заготовок с различной скоростью в диапазоне от 2,5 до 40 м/с, все остальные значения режимов обработки были постоянны (прижим НЭЩ к заготовке 0,1 - 0,2 мм, напряжение
и 8В, рабочая среда 7% раствор сульфофрезола + 12% раствор №С1, подача 8 0,3 -0,45 м/мин.).
Для чистовой обработки использовались непрофилированные электроды чашечной и дисковой формы. На рис. 2 представлена чашечная электрод-щётка, конструкция которой проста и удобна при эксплуатации. В корпусе 1 просверлено двенадцать отверстий диаметром 2,5 мм, с обратной стороны в отверстиях нарезана резьба М4. В отверстия вставляются пучки проволочек 2, при выходе из отверстия проволока отгибается в стороны и с помощью винта происходит окончательная фиксация длины проволочки в пучках. Длина проволочек при обработке изменялась в диапазоне от 5 до 20 мм. Чашечные щётки используются при чистовой обработке плоских поверхностей, полировке каналов прямоугольного и сферического сечений, обработке торцев.
Рис. 2. Чашечная электрод-щётка
Дисковая электрод-щетка рис. 3 выполнена из радиально расположенных латунных проволок
диаметром 0,10 - 0,15 мм. Длина проволочек в пучках
1 до 40 мм. Для сохранения заданной рабочей плотности НЭЩ пучки проволочек фиксировались шайбами 2. Дисковые электроды-щётки
используются для чистовой обработки внутренних и боковых поверхностей в том числе сложной
геометрической формы.
Рис. 3. Дисковая электрод-щётка
Технические данные установки для чистовой комбинированной обработки НЭЩ
Параметры Значение
Высота, мм 400
Ширина, мм 280
Длина, мм 525
Масса, кг 34
Частота вращения шпинделя, об/мин 0-12000
Максимальный размер* обрабатываемого изделия, мм 40х100х80
Перемещение рабочего стола:
продольное, мм до 140
поперечное, мм до 80
Величина перемещения шпинделя, мм до 100
Скорость перемещения стола, м/мин 0,2-0,8
Максимальная сила тока, А до 15
Напряжение, В до 12
Подача рабочей среды, л/мин 1,4-4,5
Мощность привода вращения, Вт 250
После обработки заготовок измерялась величина полученной шероховатости. Результаты исследований представлены на рис. 4.
А
1.1 1.0 _
0.9 0.8 0,7 Об 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 _
Рис. 4. Влияние скорости вращения НЭЩ на шероховатость обработанной поверхности
Из анализа полученных результатов можно
сделать следующие выводы. Скорость резания НЭЩ влияет на качество обрабатываемой поверхности. С увеличением скорости вращения шероховатость обработанной поверхности снижается. При высоких скоростях 30 - 40 м/с обеспечивается режим обработки НЭЩ, не переходящий в дуговой, в результате достигается шероховатость обработанной поверхности Яа 0,4 мкм и ниже, что соответствует показателям чистовой обработки лезвийным и абразивным инструментами, на ней отсутствуют прижоги, нет приваривания проволочек НЭЩ. При высоких скоростях вращения НЭЩ, вследствии сокращения длины единичного импульса, снижается его энергия. В результате этого в комбинированном процессе чистовой обработки НЭЩ снижается электроэрозионная доля съема металла и за счет многократного увеличения числа контактов возрастает роль механического сглаживания проволочками неровностей обрабатываемой
поверхности. Увеличение шероховатости
обработанной поверхности при скоростях 15 - 22 м/с можно объяснить тем, что для выбранных конструктивных размеров НЭЩ, на данных
скоростях, процесс обработки переходит в дуговой. Дальнейшее увеличение скорости, вращения сокращает длительность импульса тока и процесс обработки продолжается в электроимпульсном
Воронежский государственный технический университет
режиме, что снижает шероховатость обрабатываемой поверхности. Разброс значений шероховатости можно объяснить износом НЭЩ. При уменьшении длины проволочек необходима корректировка режима обработки. Управление прижимом НЭЩ к заготовке и её скоростью вращения позволяет улучшить шероховатость поверхности. Уменьшить разброс значений шероховатости можно и за счет снижения износа проволочек. Для этого могут использоваться НЭЩ, изготовленные с использованием металла с эффектом памяти формы или помещенные в капроновые трубки, удлиняющиеся при увеличении скорости вращения [9].
Разработанное оборудование для чистовой обработки, за счет высоких скоростей вращения НЭЩ, позволяет осуществлять стабильный процесс чистовой обработки заготовок с высоким качеством поверхности.
Литература
1 Справочник технолога-машиностроителя в 2 т. Т.1/ Под ред. А.Г. Суслова //М.: Машиностроение 2001 - 944с.
2 Нежесткий электрод - щетка для чистовой обработки металлов / В.П. Смоленцев, В.Ю. Черепанов, О.Н. Кириллов // Рациональная эксплуатация и инструментообслуживание станков с ЧПУ и ГПС. Тез. докл. зональной конф. Пенза: ППИ, 1989. С.38 - 39.
3 Обработка электродом - щеткой / В.П.Смоленцев,
B.Ю. Черепанов // Проблемы долговечности материалов и рабочих сред. Тула. 1985. С. 57 - 58.
4 Обработка деталей проволочным электродом - щеткой / В.П. Смоленцев, З.Б. Садыков, П.С. Яшин / Бюллетень ТатУНТИ № 236 - 78. Казань. 1978. - 3с.
5 Оборудование и технология обработки деталей проволочным электродом - щеткой / В.П. Смоленцев, П.С. Яшин, З.Б. Садыков // Технология авиационных приборов и агрегатостроения. Бюл. №3, НИТИ. Саратов, 1978. С.18-20.
6 Обработка образцов из углеродистой стали электродом - щеткой / В.П. Смоленцев, О.Н. Кириллов, А.В. Писарев // Нетр. техн. в технике, экономике и социальной сфере: Сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2000. Вып. 4. С. 34 - 36.
7 Т ехнология и оборудование контактной сварки / Под. ред. Б.Д. Орлова. М.: Машиностроение, 1975. 536 с.
8 Установка и инструмент для комбинированной обработки / О.Н. Кириллов, А.В. Писарев, В.Ю. Склокин // Нетр. техн. в маш. и приборостроении: межвуз.сб.науч.тр. Воронеж: ВГТУ, 1999. С. 120-126.
9 Расчет и проектирование непрофилированного электрода - щетки / О. Н. Кириллов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т 5. № 11.
C. 39-42.
WORKING OUT OF THE EQUIPMENT FOR HIGH - SPEED TREATMENT BY NON - PROFILE ELECTRODE - BRUSH
O N. Kirillov
Installation and design of non - profile electrodes - brushes for clean, combined machining, the results of the research of the influence of speed of rotation of the tool upon the quality of machining are presented in the article
Key words: roughness, impulse, electric arc, stability
