Электрические эрозии

Таблица 5

Режимы обработки и  шероховатость обработанной поверхности

режим	импульсы		Интенсивность съема металла,  мм3\мин	Высота микронеровностей Rz, мкм
	Длительность, мкс	Частота, с-1
Черновой Чистовой отделочный	1000-100 500-200 20 и менее	50-30000 1000-10000 3000 и более	30000-100

 

 

К основным первичным погрешностям электроэрозионной обработки относят следующие: Δк— погрешности, возникающие вследствие поперечных колебаний инструмента; Δуп — погрешности, являющиеся следствием статических упругих колебаний системы СПИД   (станок—приспособление—инструмент—деталь);  Δуз — погрешности установки  заготовки на  станке;  Δу.и — погрешности установки инструмента; Δс — погрешности, обусловленные геометрической неточностью станка; Δи.и — погрешности, обусловленные неточностью  изготовления  инструмента;  Δи — погрешности,  обусловленные износом инструмента; Δт — погрешности температурных деформаций; Δо — погрешности, вызванные внутренними остаточными напряжениями; Δм — погрешности, обусловленные наличием межэлектродного электрического промежутка. Погрешности Δк возникают при вибрации инструмента вдоль направления подачи, влияют на точность обработки. Эти погрешности зависят от жесткости системы инструмент—шпиндель—вибратор, от масс и  конструкций этих элементов.  Погрешность Δк может составлять 0,01—0,05 мм. Погрешность Δуп в отличие от аналогичной погрешности механической обработки не зависит от режима обработки. Она возникает из-за отклонения оси шпинделя, что вертикального положения и неуравновешенности массы инструмента относительно оси  шпинделя, что приводит  к упругим деформациям в системе инструмент—шпиндель. Эта погрешность составляет, как правило, небольшую величину  (0,005 мм).

 

Рис 8. зависимость формы отверстия  при несовпадении положения оси  электрода-инструмента с осью станка.

 

 

 

 

а)                              б)

В уравновешенных системах и при  легких электродах-инструментах погрешность  практически отсутствует. Первичная погрешность установки заготовки Δу .з аналогична

подобной  погрешности при механической обработке. При совмещенных установочной и измерительных базах и при индивидуальной выверке заготовок перед их обработкой погрешность Δу.з может быть устранена. Погрешность установки инструмента Δу. и зависит в основном от параллельности геометрической оси 1 инструмента и направления подачи Sпр (рис 8). Погрешность Δу.и составляет  0,01—0,015  мм. Первичная    погрешность  Δс  определяется  отклонением  оси  шпинделя от перпендикуляра    к   опорной поверхности стола. Для   уменьшения   Δс,. копировально-прошивочных     станков  устанавливают  жесткие допуски на  перпендикулярность  геометрической  оси     их шпинделя опорной поверхности стола. Погрешности Δс составляют 0,015—0,02  мм и  могут быть найдены по нормативам точности станка. Первичная погрешность Δи. и определяется допусками на размеры инструмента, которые устанавливаются по допускам на размеры детали   (Δи.и=0,015-0,1 мм).    Первичная погрешность Δи,   вызванная    износом инструмента, зависит от эрозионной стойкости материала инструмента, режима обработки и глубины внедрения инструмента. Для уменьшения погрешности Δи используют следующие способы:  1)  применяют схему обработки с круговым      поступательным      движением      электрода-инструмента; 2)   калибруют прошитое отверстие неизношенной частью инструмента;     3)   применяют многоступенчатый электрод-инструмент — заготовку последовательно обрабатывают каждой ступенью инструмента, смягчая режим (черновой, чистовой, доводочный); 4) производят смену электродов-инструментов при изменениях режима, используя работавшие инструменты на менее    грубых режимах.

 Первичная  погрешность Δт  обусловлена  нагревом технологической системы, что приводит к изменению ее линейных размеров. Увеличение расчетного размера вследствие нагревания детали Δl_т = lатΔ0, где l — расчетный     размер;  ат — коэффициент линейного  расширения;   Δ0 — разность  температур   в   конце  и   начале процесса обработки.    При определении величины Δlт необходимо учитывать  и  изменение  размеров  заготовки  вследствие  нагрева. Первичная   погрешность  Δо  возникает при обработке заготовок пониженной  жесткости. Заготовка может деформироваться от напряжений поверхностного слоя, на отдельных участках приближаться к электроду-инструменту и подвергаться излишней эрозии. Эту погрешность исключают, переходя к менее жестким режимам ( с небольшими значениями энергии и длительности импульсов). Погрешность Δм обусловлена нестабильностью процессов в межэлектродном промежутке, особенно при изменении режимов обработки и соответственно изменении межэлектродного промежутка. Тщательная фильтрация  рабочей  жидкости, переход от  более жестких режимов к чистовым  и доводочным позволяют существенно уменьшить эту погрешность.

Указанные погрешности имеют как случайный характер,  так и систематический. Систематические погрешности Δсист = Δи + Δт. Иные рассмотренные погрешности можно отнести к случайным. Погрешности в направлении вертикальной и горизонтальной подачи различны, так как при этом действие составляющих, первичных погрешностей различно. Суммарная погрешность в направлении вертикальной подачи

 

Где К-коэффициент, учитывающий отклонение закона распределения погрешностей  от    закона нормального распределения (К=1,2-1,5).

Суммарная погрешность в направлении горизонтальной подачи

 

На электроэрозионных станках нормальной точности суммарная погрешность     обработки  изменяется  в  пределах  от 0,04  до 0,4.Повышение жесткости, применение точных  отсчетных позволяют уменьшить суммарную погрешность 0,02 мм. Обобщенные данные о суммарной погрешности обработки электроэрозионным методом приведены в табл. 6.

Расчет  припусков на электроэрозионную обработку. Минимальный припуск на обработку может быть определен по следующей формуле:

Z_min=(Ra+h_a)+(p_a+Δ_уст),

Где Ra-средняя высота микронеровностей, полученная на предшествующем переходе; ha — глубина дефектного слоя, полученная на предшествующем переходе; ра—сумма пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей;     Δуст — погрешность

при обработке,

Припуск на электроэрозионную обработку, если она  следует после механической, определяют по величинам: Ra, ha и ра, приведенным в справочниках для механической обработки металлов. Когда требуется определить припуск на механическую обработку после электроискровой или  на электроискровую чистовую обработку после электроискровой черновой, величины Ra и ha определяют по справочным данным технологических выходных параметров черновой  электроэрозионной обработки.

 

 

Таблица   6

Суммарная погрешность  обработки электроэрозионным методом

 

материал		Суммарная погрешность обработки  при различных диаметрах заготовки, мм
Обрабатываемый	электрода	25	50	100	200	400	800
сталь	алюминий	0,04	0,05	0,06	0,11	0,20	0,40
Жаропрочный сплав	Медь	0,04	0,04	0,045	0,06	0,16	0,16
	ЭЭГ	0,04	0,05	0,055	0,07	0,16	0,32
Твердые сплавы	Медь	0,04	0,05	0,054	0,07	-	-
	ЭЭГ	0,04	0,04	0,045	0,06	-	-

Пространственные отклонения взаимосвязанных  поверхностей ра определяют с учетом погрешностей электроэрозионной обработки, а погрешность Δуст с учетом погрешностей механической или электроэрозионной  обработки.

При определении припуска на чистовой проход, выполняемый и на том же электроэрозионном станке без перестановки заготовки и инструмента, пространственные отклонения не исправляются и ра =0. При работе на чистовом режиме дефектный слой практически отсутствует (ha≈0). Если поверхностный слой удалять не требуется, то величину ha при расчете припуска также не учитывают.

Размеры рабочей части электрода-инструмента  корригируют по нормалям к его  боковой поверхности, на величину, равную сумме межэлектродного зазора и  высоты максимальных неровностей. При применении осциллирующих головок необходимо учитывать амплитуду колебаний инструмента. Коррекцию производи постепенно при изготовлении нескольких деталей или партий. Предварительные размеры электрода-инструмента устанавливаю по местным боковым зазорам, которые измеряют щупом, и торцовому зазору, определяемому по индикатору.

 

2.  ОСОБЕННОСТИ   ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ И  ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ  ОБРАБОТКИ

В зависимости от условий обработки, применяемых режимов,шин и технологических    приемов, а также получаемых технологических характеристик эрозионную обработку электрическим разрядами  принято  подразделять  на  электроискровую  и электроимпульсную, а в зависимости от частоты повторения разрядов на низко-, средне- и высокочастотную.

Электроискровая  обработка основана на использовании электрических импульсных  разрядов   малой длительности   (от  долей мкс до нескольких сотен мкс) и малой энергии (до 4—5 Дж), следующих с    большой    скважностью    и    высокой    частотой    (до1,5*10⁶  кГц). Обработку производят при сравнительно невысоких напряжениях, обычно не превышающих 250 В. При этих напряжениях  расстояние между электродами очень невелико и составляет несколько сотых долей миллиметра. Затраты энергии на съем1 кг металла составляют 4—5 кВт*ч.

Этот  вид обработки применяют преимущественно для прецизионной обработки небольших деталей радиоэлектронной промышленности, топливной аппаратуры  (мелкие отверстия, шлифовальные операции),   вырезки    фасонных   контуров   твердосплавных вырубных  штампов непрофилированным   (проволочным)  электродом. При этом способе обработки достигается относительно низкая шероховатость Ra=1,2,5=2,5 мкм по ГОСТ 2789—73 и высокая точность обработки.

Для  получения  наибольшей производительности  при съеме металла с заготовки и наименьшего износа инструмента электрод-инструмент подключают к отрицательному полюсу генератора — катоду, а заготовку — к положительному полюсу — аноду. Электроимпульсная обработка представляет собой разновидность электроэрозионной обработки. Она характеризуется большей скоростью  съема металла при относительно  высокой  шероховатости обработанной поверхности. Соответственно и режимы обработки, форма   используемых   при обработке   импульсов   имеют существенные различия. В результате увеличения вводимой в зону импульсной обработки    электрической мощности, скорость съема металла по сравнению со скоростью съема при электроискровой обработке повышается в 8—10 раз.

Увеличение длительности импульсов при низкой скважности и устранении обратной полуволны напряжения приводит здесь к резкому снижению износа электрода-инструмента. В отличие от электроискровой обработки здесь применяется обратная полярность: анод—инструмент, катод—заготовка.

Благодаря  высоким скоростям  съема металла при снижении относительного износа инструмента становится возможной обработка фасонных поверхностей большой площади, требующих значительного съема металла. Высокий КПД генератора импульсов,

применяющегося при импульсной обработке, обеспечивает проведение обработки  при пониженном удельном расходе электрической энергии.

Процесс импульсной обработки, как  и все электроэрозионные процессы, основан на расплавлении малых частиц металла в зоне электрических  разрядов. Чем выше частота разрядов, тем ниже (при прочих равных условиях) шероховатость поверхности. Поэтому при электроимпульсной обработке используют, как правило, токи повышенной частоты, получаемые от специальных генераторов.

Режимы электроимпульсной обработки  отличаются от режимов электроискровой   обработки   применением   пониженных   напряжений и относительно большими значениями средних токов. Так, для генераторов импульсов типа МГИ верхний предел регулирования напряжения составляет 24—26 В, а нижний 11 —12 В. При напряжении менее 11В производительность и стабильность процесса резко снижаются. Скорость съема металла при электроимпульсной обработке зависит главным образом от силы тока. При достаточной   мощности   источника   питания   величину   тока   приходив ограничивать в соответствии с размерами обрабатываемой поверхности, так как  повышение силы тока    сверх оптимальной ведет к оплавлению заготовки, быстрому износу электрода-инструмента и потере стабильности процесса. На рис. 9 показана зависимость среднего тока Iср при электроимпульсной черновой обработке площади F обрабатываемой поверхности.  Необходимый режим обработки устанавливают  по номограммам  или  рассчитывают. Например, для генераторов с частотой 400 с^-1 режим по току (А) можно ориентировочно установить по следующим зависимостям при F<100 мм²  Iср= (12—15) F;    при F>150мм² Iср= (8-9) F.

Чистовые режимы выбирают, исходя из необходимого качества  поверхности, последовательно обрабатывая стальные детали при Iср равных 50, 30, 20, 10 и 5 А, а детали из твердых сплавов при Iср, равных 15, 12, 10 и 5 А. Заштрихованная область рис.9 соответствует значениям тока, обеспечивающим получение максимальной производительности при данных параметрах. При меньших значениях тока возможности обработки будут использоваться не полностью, при выходе за верхнюю границу устойчивость процесса нарушается.

 

 

Таблица   7

Высота  микронеровностей и производительность при средней  низкочастотной электроимпульсной  обработке

Обрабатываемый материал	Электрический режим		Максимальная высота микронеровностей, мкм	Средняя производительность,мм3\мин
	Частота, Гц	Средняя сила тока, А
сталь	50 50 400 400	50 300 50 300	590 1250 580 530	90 5000 700 4900
Твердый сплав ВК-20	400	10 30 50	35 90 110	6-10 90 190