книги / Технология электроэрозионной обработки

ботки в несколько этапов с заменой изношенного ЭИ на новый. Этот способ применяется в случае объемного электроэрозионного копирования. Обычно используется два ЭИ. Замена ЭИ на новый происходит при его износе на величину, равную или превышающую заданную точность. При данном способе возрастают расходы на обработку из-за необходимости использования дополнительных ЭИ. Также при замене изношенного ЭИ на новый может возникнуть погрешность за счет неточности его установки.

Второй способ заключается в компенсации износа ЭИ во время обработки. Данный способ применяется в случае использования ЭИ простой формы.

Для случая ЭЭО вращающимся дисковым электродом разработана модель, позволяющая предсказывать форму обработанной поверхности при известных траектории движения ЭИ и начальной форме поверхности заготовки [1].

На рис. 1.13 показано изменение формы обработанной поверхности в результате износа ЭИ.

Рис. 1.13. Изменение формы обработанной поверхности в результате износа ЭИ

Вращающийся ЭИ перемещается вдоль заготовки со скоростью vf , при этом его центр перемещается по некоторой криволинейной

траектории y g x . В начале ЭИ с радиусом R0 врезается в заго-

31

товку толщиной Н0 на глубину а0. Исходная поверхность заготовки описывается функцией y f x , а обработанная поверхность –

y F x . Через некоторое время ЭИ переместится в положение Xc . В результате износа ЭИ его радиус уменьшится до некоторой

величины R(t). Величина врезания в точке контакта ЭИ с заготовкой (А) будет иметь величину а.

Основное выражение данной модели, связывающее форму обработанной поверхности с ее начальной формой, траекторией центра ЭИ, относительным износом ЭИ иначальнымрадиусом ЭИ, имеетвид

где – относительный износ ЭИ.

Для определения формы обработанной поверхности заготовки, в случае постоянной толщины заготовки, предложено следующее

Таким образом, чтобы производить обработку с постоянной скоростью подачи vf по оси Х, компенсация износа ЭИ должна осуществляться перемещением его с постояннойскоростью подачи по осиY vу:

vy a0 vf . 2 R0

Данный метод позволяет снизить погрешность ЭЭО при использовании непрофилированного ЭИ. В случае объемного электроэрозионного копирования компенсация износа ЭИ подобным методом невозможна [1].

Третий способ заключается в учете износа при проектировании ЭИ. В результате коррекции формы и размера ЭИ будут отличаться от формы исходной детали. При обработке ЭИ будет изнашиваться,

32

и к моменту достижения требуемой глубины его форма и размеры должны обеспечивать заданную точность. Данный метод является одним из наиболее предпочтительных и используется большинством технологов.

1.8.2.Погрешность от деформации

ивибрации электрода-инструмента

Деформации ЭИ оказывают влияние на точность обработки в случае, когда он обладает малой жесткостью. Это в основном касается операции электроэрозионного вырезания. При ЭЭВ в качестве инструмента используется проволока диаметром 0,3–0,03 мм, изготавливаемая, как правило, из латуни. Под воздействием силы, возникающей в МЭЗ при пробое, проволока начинает вибрировать и прогибаться на некоторую величину. Силы от разрядов воздействуют как на фронтальную поверхность проволоки, так и на боковые поверхности, в результате чего возникает геометрическая погрешность обработки [1].

Впроцессе резания на проволочный ЭИ действуют фронтальные

ибоковые разряды, причем в начальный момент резания угол дуги

разряда (Q) минимален и в процессе резания достигнет 180° (рис. 1.14). В связи с неравномерностью распределения разрядов действие сил от этих разрядов также распределяется неравномерно. Таким образом, суммарная сила от действия фронтальных разрядов (Fф) направлена против движения подачи (S) и имеет постоянное направление. Суммарная сила от действия боковых разрядов (Fб) не имеет постоянного направления и меняется в зависимости от угла Q.

При изменении направления траектории движения изменяется угол Q, вследствие чего будет изменяться направление воздействия суммарных боковых и фронтальных сил. В результате данного явления будет возникать округление обрабатываемых углов. Также стоит отметить, что при обработке криволинейных контуров геометрическая погрешность будет накапливаться и обработанный профиль детали не будет совпадать с профилем, заданным по управляющей программе.

33

Рис. 1.14. Распределение сил

Модель, предложенная в работе [1], описывает вибрацию ЭИ и ее влияние на точность электроэрозионной обработки.

ЭИ рассматривается как струна, находящаяся под действием сил натяжения. Уравнение движения проволоки имеет вид

где ρ – масса единицы длины проволоки; Х – вектор смещения проволоки; t – время; Т – натяжение проволоки; Z – координата оси проволоки; р – вектор силы, действующий на единицу длины проволоки; μ – коэффициент затухания.

Анализ решения уравнения установил, что вибрация проволоки в течение обработки является сложной и получается из суммы волн, вызванных единичными разрядами. При этом амплитуда колебаний будет возрастать при увеличении энергии рабочих импульсов, а также при уменьшении длительности выключения импульса (toff) при той же энергии (Wи).

Вибрация и деформация проволочного ЭИ при электроэрозионном вырезании вносит наибольшую погрешность при обработке углов.

Исследования геометрической погрешности показали, что в результате вибрации проволоки, а также увеличения пластической деформации при обработке углов происходит их округление (рис. 1.15).

34

S

Деталь

Рис. 1.15. Геометрическая погрешность обработки

С целью снижения погрешности от вибрации и деформации ЭИ при обработке углов рассчитывают новую траекторию движения, основываясь на нечетной логике (рис. 1.16) [1].

Рис. 1.16. Корректировка траектории движения ЭИ

Скорректированная траектория состоит из двух участков, расположенных под некоторым углом a. Длины l1 и l2, а также величина угла рассчитываются автоматически (компьютером) по результатам опытов и экспериментальным данным.

1.8.3. Влияние нагрева электродов на образование погрешности

При ЭЭО выделяется значительное количество теплоты, которое постепенно нагревает рабочую жидкость. Последняя, омывая ЭИ и ЭД, нагревает их. При обычных условиях ведения процесса темпе-

35

ратура РЖ, как правило, не поднимается выше 60–70 °С, но при обработке в предварительно нагретых жидкостях она может достигать нескольких сот градусов [10].

В процессе обработки температура РЖ изменяется по экспоненциальному закону. Закономерность ее изменения по времени можно определить экспериментально; делаются попытки ее теоретического определения. Однако знание температуры РЖ еще не позволяет точно определить размеры ЭИ и ЭД, неравномерно нагревающихся в процессе обработки. В связи с этим при определении температурной погрешности следует оперировать средневзвешенной избыточной температурой, которую можно определить по выражению

T T1L1 T2 L2 Tn Ln ,

L1 L2 Ln

где Т – избыточная температура, определяемая как разность температур соответствующего участка в конце и начале обработки, Т = Тк – Т0; Lр – расчетный размер, слагающийся из отдельных участков Li,

Lр = L1 + L2 + … + Ln.

Вследствие нагрева ЭИ и ЭД возникают сравнительно большие температурные систематические погрешности δт в направлении, перпендикулярном перемещению электрода-инструмента; ориентировочно погрешность может быть определена из выражения

т Lp эТэ зТз ,

где Lр – расчетный размер полости; э, з – коэффициенты линейного расширения материала электрода-инструмента и электродазаготовки соответственно; Тэ, Тз – средневзвешенные избыточные

температуры электрода-инструмента и электрода-заготовки. Коэффициенты линейного расширения материала заготовки

и ЭИ могут различаться более чем в 2–4 раза. В связи с этим наибольшее значение рассматриваемой погрешности будет при обработке стальных заготовок ЭИ из алюминия и углеграфитовых материалов. В результате обработки поверхности, имеющей длину 200 мм, при нагреве РЖ до 60 оС возможно образование погрешности до 0,1 мм, которую следует отнести к систематической [10].

36

С целью повышения точности обработки целесообразно оснащать станки системой охлаждающих устройств, управляемых датчиками температур.

1.8.4. Погрешность размера межэлектродного зазора

Как отмечено в работе [10], серьезным источником случайных погрешностей является наличие зазора l между ЭИ и ЭД. В зависимости от неоднородности их структуры, изменения свойств РЖ и режима обработки межэлектродный зазор не остается постоянным при обработке партии заготовок даже на одном режиме. Он колеблется в пределах от lmax до lmin при номинальном значении l0. Поле рассеивания зазора δ = lmax – lmin. Объем металла, удаленный с электрода, и размеры лунок, образующихся на поверхности ЭИ и ЭД, зависят от их теплофизических характеристик, свойств РЖ и условий ведения процесса. В связи с этим при обработке заготовки с неоднородной структурой каждый импульс тока будет образовывать на ее поверхности лунки различных размеров.

От свойств материалов электродов и РЖ зависит напряжение поддержания дуги Us, величина которого влияет на энергию импульса Wи, что приводит к образованию различных межэлектродных зазоров l1 и l2 на разных участках зон обработки (рис. 1.17), обусловливая появление элементарных случайныхпогрешностей [10].

Рис. 1.17. Образование погрешности, связанной с изменением величины МЭЗ

Погрешность определяется разностью l1 – l2, которая находится следующим образом:

37

где э – колебание электрода.

Полученное выражение позволяет определить влияние многих факторов на элементарные погрешности, вызываемые колебанием МЭЗ, в частностина погрешность, связанную с размерамиединичных лунок.

Как правило, расчет погрешности МЭЗ дает лишь примерные величины возможной погрешности обработки. На практике наиболее часто погрешность обработки на заданном оборудовании определяют путем статистического анализа данных об отклонении заданных размеров, полученных после обработки партии типовых деталей.

1.9. Рабочие жидкости

Для реализации процесса ЭЭО межэлектродный промежуток должен быть заполнен рабочей жидкостью. Основные требования, предъявляемые к РЖ: термическая стабильность под влиянием физи- ко-химических свойств при воздействии электрических разрядов с параметрами, соответствующими применяемым при ЭЭО; низкая коррозионная активность к материалам ЭИ и обрабатываемой заготовки; высокая температура вспышки и низкая испаряемость; хорошая фильтруемость; отсутствие запаха и низкая токсичность; обеспечение высоких технологических показателей ЭЭО.

При ЭЭО применение получили низкомолекулярные углеводородные жидкости различной вязкости, вода и незначительной степени кремнийорганические жидкости, а также водные растворы двухатомных спиртов. Температура вспышки паров РЖ не должна превышать 61 °С [6].

Всовременном оборудовании, как правило, применяются специальные РЖ на основе углеводородного сырья и с самыми различными добавками, отвечающие всем требованиям процесса ЭЭО и резко повышающие его качественные характеристики [3].

Вработе проволочно-вырезных станков, как правило, используют в качестве РЖ дистиллированную и техническую воду.

Втабл. 1.4 приведены сведения о некоторых рабочих жидкостях

всоответствии с ГОСТом.

38

Как было отмечено, вид и состояние РЖ оказывают существенное влияние на технологические показатели ЭЭО [6]. Уже на стадии формирования пробоя МЭЗ сказываются диэлектрическая прочность рабочей среды и ее вязкость (μ). Вязкостью определяется время формирования токопроводных частиц в «мостик», по которому происходит пробой рабочей среды. На стадии электрического разряда, когда происходит съем металла, протекают процессы разложения рабочей среды, окисления, полимеризации и конденсации углеводородов, накапливаются смолистые и асфальтовые сгустки (шлам), коллоидный кокс – сажа, различные соли, кислоты, частицыобрабатываемого материалаи ЭИ.

Испаряясь с поверхности электродов, химические элементы рабочей среды под действием разряда вступают в соединения с окисными пленками, покрывающими электрод, и образуют новые химические соединения. Эти новые образования имеют различную прочность, термостойкость и электрическую активность, они изменяют тепловой баланс разряда, что сказывается на скоростях удаления материала с заготовки и эрозионном износе ЭИ. На поверхности ЭИ образуются

39

защитные пленки. Протекание всех этих процессов во многом определяется физико-химическими свойствами рабочей среды.

На следующей стадии, когда происходит удаление продуктов эрозии и продуктов распада из зон разряда, особое значение имеет вязкость рабочей среды. С увеличением вязкости степень захвата продуктов эрозии увеличивается и процесс их удаления улучшается. Однако если МЭЗ мал, то движение вязкой рабочей среды затруднено и процесс удаления ухудшается.

Вязкость РЖ оказывает существенное влияние на параметр шероховатости обработанной поверхности (рис. 1.18).

Рис. 1.18. График выбора РЖ по вязкости (для получения необходимой шероховатости обработанной поверхности): 1 – рекомендуемая область; 2 – неблагоприятная область

Одновременно с помощью РЖ охлаждается рабочая зона и предотвращается оплавление поверхности электродов.

Для каждого вида ЭЭО применяют РЖ, обеспечивающие оптимальный режим работы [6].

Негативное влияние на процесс ЭЭО оказывает нагрев РЖ (выше допустимого) в процессе работы станка. При изменении температуры РЖ возможно газовыделение из жидкости, ее разложение. С ростом температуры РЖ происходит изменение и теплофизических характери-

40