Разработка отечественного пятикоординатного электроэрозионного прошивочного станка Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

как следствие, угловая скорость контактного кольца относительно оси вала КТУ.

Радиальное смещение наружного токосъемного кольца относительно внутреннего ограничивается изоляторами контактных колец, наружный диаметр которых меньше, чем номинальный зазор между внутренним и наружным токосъемными кольцами.

Технология механической обработки диэлектрического материала изоляторов контактных колец позволяет получать изоляторы с разницей наружных диаметров не более 0,05 мм.

Результаты расчета угловой скорости контактных колец относительно оси вала КТУ вблизи изоляторов контактных колец номинального размера и изоляторов с наружным диаметром большим номинального на 0,05 мм, при угловой скорости внутреннего токосъемного кольца 5 об/мин показали: при использовании изоляторов контактных колец номинального размера средняя угловая скорость контактных колец на 0,001 56 об/мин больше угловой скорости контактных колец, разделенных изоляторами с наружным диаметром на 0,05 мм большим номинального; за 7 000 оборотов внутреннего токосъемного кольца контактные кольца в первом случае сделают на 2,17 оборотов больше, чем во втором.

Таким образом, изначальное несоосное расположение внутреннего и наружного токосъемных колец и различие зазоров между ними в различных секторах полной окружности, вызванное суммарной смещающей силой, приводит к формированию различных угловых скоростей контактных колец вокруг оси КТУ. При последующем вращении внутренних токосъемных

колец КТУ в процессе его функционирования из-за различных наружных диаметров изоляторов контактных колец «быстрые» кольца начинают догонять «медленные» и оказывать на них давление. В результате этого происходит «сбегание» контактных колец в каждом слое токосъемных колец КТУ, их несимметричное по окружности перераспределение и, как следствие, дальнейшее увеличение суммарной смещающей силы, вплоть до заклинивания изоляторов контактных колец в месте минимального зазора между внутренним и наружным токосъемными кольцами.

Колебание зазора между внутренним и наружным токосъемными кольцами ведет к колебаниям эллипс-ности контактных колец и, следовательно, к изменению фактической площади контакта. При колебаниях фактической площади контакта токосъемных колец меняется связанная с ним величина падения напряжения на токосъемных кольцах.

Снижение величины падения напряжения на токо-съемных кольцах КТУ и увеличение его коэффициента полезного действия является первостепенной целью при проектировании и изготовлении подобных устройств. Создание конструкций, сохраняющих радиальную стабильность наружных токосъемных колец относительно внутренних, позволит сгладить характеристику изменения падения напряжения по цепям КТУ при вращении его вала и, как следствие, снизить средний уровень величины падения напряжения.

© Гришин А. А., Смирнов Н. А., Харитонов А. И., 2014

УДК 621.9.048

РАЗРАБОТКА ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПЯТИКООРДИНАТНОГО ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ПРОШИВОЧНОГО СТАНКА

А. А. Груздев, А. В. Селивёрстов, А. Н. Королев, Д. В. Демидов, С. В. Кушнаренко

1ФГУП «НПО «Техномаш» Российская Федерация, г. Москва 3-й проезд Марьиной рощи, 40 E-mail: [email protected]

Описаны проблемы получения отверстий малого диаметра традиционными методами обработки. Рассмотрены преимущества электроэрозионной прошивки по сравнению с обработкой резанием. Представлен новый отечественный электроэрозионный станок для прошивки отверстий малого диаметра ЭПП-13. Приведена его характеристика и сравнение с зарубежными аналогами.

Ключевые слова: электроэрозионная обработка, прошивка отверстий малого диаметра, электроэрозионный станок ЭПП-13.

DEVELOPMENT OF NEW FIVE-AXIS EDM MACHINE TOOL

A. A. Gruzdev, A. V. Seliverstov, A. N. Korolev, D. V. Demidov, S. V. Kushnarenko

Federal State Unitary Enterprise "NPO" Technomash" 40, 3rd passage Marina Rosha, Moscow, Russian Federation E-mail: [email protected]

Решетневскуе чтения. 2014

The problems of producing small holes traditional processing methods are described. The advantages of electroerosion machine firmware compared to machined. EDM machine EPP-13 for drilling small holes is presented. Its main component, as well as advantages over foreign counterparts are describes.

Keywords: electro-discharge machining, drilling small holes, EDM machine EPP-13.

В современном машиностроении остро стоит проблема получения глубоких отверстий малого диаметра, особенно в труднообрабатываемых резанием материалах [1]. Глубокие отверстия применяются в качестве элементов системы охлаждения таких деталей, как лопатки турбин, детали горячей части двигателей, теплообменники, а также в деталях, предназначенных для впрыска топлива в камеру сгорания (различные виды форсунок).

Основной проблемой при получении отверстий диаметром до 3 мм с отношением длины к диаметру 3^100 традиционными методами обработки резанием является высокая вероятность заклинивания или поломки осевого инструмента внутри отверстия. Это может повлечь за собой трудоёмкие операции по извлечению обломка инструмента из отверстия или неисправимый брак сложной и дорогой детали. Для получения малых отверстий сверлением требуется специальное оборудование, обеспечивающее высокие значения частоты вращения шпинделя. При глубоком сверлении возникают проблемы с выводом стружки из обрабатываемого отверстия и подводом смазочно-охлаждающей жидкости.

Одним из наиболее перспективных и развивающихся методов получения отверстий является электроэрозионная прошивка. Это метод бесконтактной обработки, исключающий брак детали вследствие поломки инструмента в отверстии. Скорость обработки зависит от теплофизических свойств материала и мало связана с его механическими характеристиками. Электроэрозионная прошивка обеспечивает возможность получения отверстий диаметром до 0,1 мм с отношением длины к диаметру от 10 до 20, а в ряде случаев до 100 [1].

В новых конструкциях ЖРД и ГТД появились детали и конструктивные элементы, для обработки которых требуются пятикоординатные электроэрозионные прошивочные станки. Отечественная промышленность такие станки не выпускает, стоимость импортных станков (станок HSD6-GT компании Anchem, станки фирмы Beaumont) весьма высока. В развитие национальной стратегии импортозамеще-ния на предприятии ФГУП «НПО «Техномаш» разработан и изготовлен пятикоординатный электроэрозионный станок для прошивки отверстий малого диаметра ЭПП-13. Общий вид станка представлен ниже (см. рисунок). На рисунке показаны: электроэрозионная головка - 1, делительный механизм - 2, привод 3. Технические характеристики станка ЭПП-13 представлены ниже (см. таблицу).

Станок предназначен для прошивки торцевых (расположенных как параллельно, так и под углом к оси детали) и тангенциальных отверстий малого диаметра в деталях типов «диск» и «цилиндр» в зависимости от исполнения используемого делительного механизма, который выполняет функцию поворота (ось U) и наклона (ось C для деталей типа диск).

Перемещение по осям X и Y обеспечивается сервоприводами с ШВП. В качестве приводного элемента для перемещения электрода-инструмента (ЭИ) (ось Z) используется линейный двигатель. Выбор линейного двигателя обусловлен рядом преимуществ перед обычными приводами. Так, обычные приводы из-за больших потерь в механизмах преобразования вращательного движения в линейное, инерционности и т. д. обеспечивают точность перемещения 0,01...0,1 мм. В линейном двигателе точность позиционирования на порядок выше, что повышает точность и стабильность обработки.

а б

Общий вид (а) и зона обработки (б) станка ЭПП-13

Технические характеристики станка ЭПП-13

Наименование параметра Значение

Диаметры прошиваемых отверстий, мм 0,1...3

Максимальные габариты детали исполнение 1 (для деталей типа «цилиндр») исполнение 2 (для деталей типа «диск»)

Диаметр, мм 30 50

Длина, мм 100 20

Количество управляемых координат 4 5

Габаритные размеры станка (ДхШхВ), мм 610x900x1650

Емкость бака, л 40

Рабочая жидкость вода очищенная

Электрическая сеть 3-фазная

Напряжение питания, В 380

Частота питающего напряжения, Гц 50

Напряжение между электродами, В 20.160

Ток обработки, А 1.10

Длительность импульса, мкс 1.30

Частота следования импульсов, кГц 1.100

При заглублении ЭИ в тело детали возникают проблемы с эвакуацией продуктов эрозии из межэлектродного промежутка (МЭП), и, как следствие, уменьшается скорость эрозии. Электроэрозионная головка станка обладает адаптивной функцией поддержания заданного МЭП. Данная функция работает следующим образом: в управляющей программе в процентном соотношении задаются предельные значения импульсов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ), обеспечивающие стабильное протекание процесса и приемлемую производительность. Увеличение относительной доли импульсов ХХ говорит о том, что скорость эрозии выше скорости подачи ЭИ и величина МЭП увеличивается. В этом случае скорость подачи ЭИ увеличивается. При увеличении числа импульсов КЗ возникает обратная ситуация, и скорость подачи ЭИ уменьшается.

Зажим ЭИ осуществляется электромагнитами либо пневмозажимами. Зажимы работают попеременно, один зажим подвижный и установлен на линейном двигателе, другой не- подвижный и установлен в непосредственной близости к детали. Попеременная работа захватов позволяет «перехватывать» ЭИ, то есть использовать ЭИ, подаваемый из бухты.

Станок оснащён баком на 40 литров и замкнутой системой водоочистки, обеспечивающей очистку во-

ды от шлама и позволяющей работать в автономном режиме от цеховой водной магистрали.

В заключение можно сказать, что электроэрозионный станок ЭПП-13 является универсальным станком для прошивки отверстий малого диаметра в дисковых и цилиндрических деталях, не имеющий отечественных аналогов, способен конкурировать по производительности и качеству с зарубежными станками, но имеет более низкую стоимость (отпускная цена станка ЭПП-13 примерно в 2 раза ниже по отношению к зарубежным аналогам).

Библиографическая ссылка

1. Моргунов Ю. А., Панов Д. В., Саушкин Б. П., Са-ушкин С. Б. Наукоемкие технологии машиностроительного производства. Физико-химические методы и технологии / под ред. Б. П. Саушкина. М. : Форум, 2013. 928 с.

Reference

1. Morgounov Y. A., Panov D. V., Saushkin B. P., Saushkin S. B. High Tech engineering production. Physico-chemical methods and technologies / ed. B. P. Saushkina. M. : Forum, 2013. 928 p.

© Груздев А. А., Селивёрстов А. В., Королёв А. Н., Демидов Д. В., Кушнаренко С. В. 2014

УДК 678

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ФОРМОВАНИЯ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

М. А. Дектярева, Е. А. Жирнова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: [email protected], [email protected].

Рассмотрены методы формования изделий из полимерных композиционных материалов. Проведен сравнительный анализ вакуумного и автоклавного формования для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов, применяемых в аэрокосмической отрасли.

Ключевые слова: вакуумное формование, автоклавное формование, технологический процесс, высокомодульные волокна.