Способ электроабразивного шлифования

 

Изобретение относится к комбинированным методам обработки, сочетающим электрохимическое и механическое воздействие на обрабатываемую поверхность заготовки. Целью изобретения является побышение производительности и точности обработки. При электроабразивном шлифовании в электродный заэор подают капельный слой электролита при максимальной плотности в нем капель. Перед.межэлектродным промежутком определяют плотность элекг тролитных капель и поддерживают ее максимальной, за счет изменения расстояния от места подачи на круг электролита до зоны обработки. При этом плотность электролитных капель определяют с помощью двух и более кондуктометрических датчиков разного диаметра , по разности частот одновременно снимаемых с них сигналов. I з.п. ф-лы, 4 ил. 00 со 00 4 00 со

CO03 COSETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1У БЛИН ае 03) Al (Я) 4 В 23 Н 5 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4057381/31-08 (22) 21.04.86 (46) 30.08.87. Бюл. У 32 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Г.H.Ñèìàêîâ, Г.П.Керша, А.В.Останин и В.В.Герасимовйч (53) 621.047(088.8) (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОАБРАЗИВНОГО ШЛИФОВАНИЯ (57) Изобретение относится к комбинированным методам обработки, сочетающим электрохимическое и механическое воздействие на обрабатываемую поверхность заготовки. Целью изобретения является повышение производительности и точности обработки. При электроабраэивном шлифовании в электродный зазор подают капельный слой электролита при максимальной плотности в нем капель. Перед межэлектродным промежутком определяют плотность элек. тролитных капель и поддерживают ее максимальной. за счет изменения расстояния от места подачи на круг электролита до зоны обработки. При этом плотность электролитных капель определяют с помощью двух и более кондуктометрических датчиков рasíîro диаметра по разности частот одновременно снимаемых с них сигналов. 1 s.n. ф-лы, 4 ил.

13334

Изобретение относится к области комбинированных методов обработки, сочетающих электрохимическое и механическое воздействие на обрабатывае-.

5 мую поверхность заготовки.

Целью изобретения является повьппение производительности и точности обработки.

Поставленная цель достигается за счет подачи в межэлектродный зазор капельного слоя электролита при максимальной плотности в нем капель.

На фиг.1 приведено устройство, реализующее способ; на фиг.2 — схема измерения плотности капель с помощью двух кондуктометрических датчиков разного диаметра; на фиг.3 — зависимость плотности капель от удаления до места подачи на круг электролита на фиг.4 — зависимости производительности и точности обработки от L.

Устройство (фиг.1) содержит деталь 1, введенную в соприкосновение с шлифовальным кругом 2, на перифе- 25 рийную поверхность которого подается электролит с помощью сопла 3. Для удаления избытков электролита установлен скребок 4, расположенный перед зоной обработки. Между скрФбком 4 и 3д деталью 1 установлены кондуктометричеекие датчики 5 и 6 разных диаметров, подведенные к абразивному кругу до касания. Выходы датчиков 5 и 6 поданы на входы датчиков тока 7 и 8.

Между датчиками тока 7 и 8 и круго:я

2 с помощью стабилизатора напряжения

9 приложено небольшое значение измерительного напряжения. Выходы датчиков тока 7 и 8 соединены псследова- 1д тельно с преобразователями 10 и 11, устройством сравнения 12, усилителем 13 и исполнительным элементом l;4.

В качестве исполнительного механизма

14 может быть использован электромагнитный или электрогидравлический толкатель, а также электродвигатель. !

Исполнительный элемент связан механически с шатуном 15, на свободном конце которого вдоль оси закреплено соп- бб ло, подающее на круг раствор электролита.

Для осуществления процесса обработки деталь 1 вводится в соприкоснове-. ние с вращающимся шлифовальным кругом 2. Между деталью 1 и кругом 2 прикладывается плюс и минус техноло- гического напряжения. Электролит на

89

2 круг подается с помощью сопла 3 вне зоны обработки,, Смачивание круга 2 электролитом приводит к образованию на его поверхности при выходе из струи электролита жидкостной пленки, увлекаемой по направлению его вращения.

Увлекание пленки по направлению вращения круга приводит к разгону по мере удаления от места смачивания круга электролитом,.к увеличению скорости ее движения и к возрастанию действующих на пленку центробежных ускорений. Зто приводит в свою очередь к выделению из пленки отдельных капель, характеризующихся в начальный момент разгона большим, средними и отрывными размерами капель,и невысокой их плотностью. Увеличение скорости движения жидкости на круге приводит к уменьшению средних и отрывных размеров капель и к увеличению их плотности.При этом минимальные значения размеров капель и их максимальная плотность достигаются B момент полного разгона частиц жидкости на круге или в момент, когда их скорость становится равной окружной скорости круга. При дальнейшем движении капель на круге их размеры остаются неизменными, в то время как плотность капель постепенно падает из-за их постоянного срыва и обеднения вследствие этого жидкостью поверхностного слоя.

Были проведены экспериментальные исследования закономерностей пленочно-капельного течения электролита на круге.

При этих исследованиях были получены зависимости плотности капель на круге от расстояния 1. до места смачивания круга электролита, а также зависимости скоростей движения капель от 1.. Плотность капель P на круге определялась по методике, описанной ниже.

Плотность капель на круге в фиксированной точке определялась с помощью двух кондуктометрических датчиков разного диаметра (D. =0,3 мм, D, -- 0,6 мм). Кондуктометрические датчики располагались в горизонтальной плоскости, расстояние между ними было 1 мм. Кондуктометрические датчики соединялись последовательно с датчиками токов и частотомерами, между датчиками тока и кругом приклады1333489 к к щм ф

i

Число встреч датчика (D ) с боко-.

II а4 1 выми каплями и, равно, как видно из фиг.2, числу капель, центры которых входят В две площадки, лежащие по обе стороны от D,, на расстоянии

D„,< н Длиной L, rpe D «p — среДний диаметр капель, т.е.

n = Р2 --" — 4L = Pk LD

"cp

Отсюда общее число встреч датчика с каплями равно

55 валось небольшое значение стабилизированного напряжения.

Замыкание зазора между кондуктомет- рическими датчиками и кругом движу5 щимися каплями приводит к появлению импульсно-частотных сигналов на выходе датчиков, частота всплесков которых за фиксированный период времени определялись с помощью частотомеров.

Частота всплесков на датчике тока за период измерения Т равна числу встреч кондуктометрического датчика с каллями за это на время и. 15

На фиг.2 схематично представлен (в увеличенном виде) участок периферии круга с образованными на нем каплями электролита и показаны также сечения кондуктометрических датчиков 20 и капель на уровне касания круга датчиков. Как видно из фиг.2, частота встреч кондуктометрического датчика (D, ) с каплями, выступающими над шлифовальным кругом п, равна сумме 25 частот n встреч этого датчика с кап( лями, центры которых лежат внутри полоски шириной D, и частоты встреч

3 датчика, центры которых лежат за преИ делами этой полоски и,, так как п Зр равн о п =и +и"

t

Значение n, как видно из фиг.2, равно числу капель, центры которых

Входят В прямоугОльник Ра Х 6 Е..При

1 а этом величину п, можно ойределить, умножив среднюю плотность капель на площадь D, х ь .. Под плотностью капель Р„ понимается количество капель,. приходящихся на единицу периферийной 40 поверхности круга. Величину 6L можно определить, умножив скорость двиI жения капель в месте измерения V„ на период измерения Т . От сюда и определяется следующим образом:

Рк ь с к

Ркд, (®)1 к с )

Как видно из этой зависимости, на основании одного измерения и нельзя определить Р„ из-за наличия неизвестного D „ . Отсюда, для определения Р„ вводится еще один датчик, дающий еще одно уравнение. Диаметр этого второго датчика должен быть отличным от D

Число встреч второго кондуктометрйческого датчика с каплями равно по аналогии с предыдущим случаем и P<6L(D D )

Разница n — и, равна дп и и, Р Ь 1(0 D)

Р ьЬ40

Отсюда значение Р„ легко определить ьп

P к д, дП

Учитывание частот встреч и. датчиI ков с боковыми каплями необходимо из-за того, что для измерений необходимо выбирать датчики, диаметры которых соизмеримы со средними диаметрами капель, так как при больших 04 происходит слияние сигналов от отдельных капель. Уменьшение диаметра

D до малых значений приводит к по2 тере жесткости датчиком, к появлению

его вибрации и к уменьшению точности измерений п.

Экспериментальные исследования зависимостей плотностей P„ L показали, что в интервале окружных скоростей.круга 7 — 35 м/с круга диаметром

300 мм, эти зависимости имеют типичный вид, представленный на фиг.3.

Зависимость Рк носит экстремальный характер.

Увеличение скорости вращения круга приводит к более интенсивному разгону им пленки и к смещению L „ в области меньших значений. Увеличение окружной скорости круга с 7 до 35 м/с приводит к увеличентйо Р„ „ с 30 до

100 капель/см . При этом средние диаметры капель D изменялись от

0,8 до 0,2 мм. Значение Ь „ при V„ = 30 м/с равно = l00 мм, Таким образом, проведенные экспериментальные исследования полностью подтвердили описанные закономерности пленочно-капельного течения электролита на периферийной .поверхности вращающегося шлифовального круга. Отрыв133348 ные размеры капель даже при скорости круга Ч„ = 35 м/с составляют 0,10 мм и превосходят высоту выступления зерен над связкой, что приводит к выступлению капель над зернами и уменьшению тбчности обработки. В, связи с этим над деталью перед входом круга в зону обработки устанавливают скребок 4, удаляющий с круга избытки жид- 10 кости. Удаление скребком избытков капель, выступающих над зернами, приводит как бы к калибровке капельного слоя.

Возможны три случая калибровки ка- 15 пельного слоя: калибровка неразогнанного слоя; калибровка послераэгоннсго слоя; калибровка капельного слоя в момент его разгона.

В первом случае имеет место сколь- 20 жение капель относительно круга. Скольжение капель приводит к постоянному их набеганию на абразивные зерна круга, что приводит в свою очередь к возмущению капель, к увеличению периоди- 25 чески их объема и высоты, и к замыканию капель и зазора между связкой круга и деталью не только в местах механического контакта абразивных зерен и детали, но и в местах с большим зна-ЭО чением межэлектродного зазора. Таким образом, подача в зону обработки неразогнанного, хотя и калиброванного, капельного слоя приводит к снижению точности обработки.

При подаче в зону обработки калиброванного послеразгонного капельного слоя возмущения капель абразивными зернами не происходит. В этом случае достигается максимальная точ- 4О ность обработки, которая практически не зависит от стадии послеразгонного течения или от длины L от зоны обработки до места подачи на круг электролита. Однако увеличение значений

L больше L, приводит к уменьшению плотности капель на круге, уменьшению числа перемыкающих межэлектродный зазор в зоне обработки капель, а следовательно, к уменьшению производитель- 6О ности обработки.

Наибольшая производительность îо работки при одновременном достижении максимальной ее точности обеспечивается при подаче в зону обработки калиброванного канельного слоя, соответствующего моменту достижения Р„„,.

Для обеспечения подачи в зону обработки капельного слоя с максималь9

6 ной плотностью капель (фиг. l ) к кругу подводят до касания два кондуктометрических датчика 5 и 6. При этом датчики располагаются либо непосредственно над зоной обработки, либо на уровне зоны обработки в случае обработки узкой детали широким кругом.

Датчики можно располагать как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной. При этом в первом случае получаются более точные измерения плотности из-за отсутствия предварительного возмущения первого датчика 5 на капли, проходящие второй датчик 6.

Кондуктометрические датчики 5 и 6 представляют собой металлические проволочки, закрепленные в нетокопроводящем корпусе на некотором расстоянии друг от друга. Свободные (рабо- чие) концы этих датчиков подведены к вращающемуся шлифовальному кругу до касания. Для обеспечения измерения плотности капель на круге рабочие концы этих датчиков имеют разные диаметры. Диаметры датчиков можно выбрать исходя иэ следующих соображений:D должен быть меньше 5 Э«капель минимальные средние значения капель)и больше диаметра, при котором датчик обладает небольшой изгибной жест- костью, Диаметры датчиков целесообразно выбирать 0,1 — 1 мм, т.е. 0,1 мм

Ф

2 MM

Для обеспечения процесса измерения между кондуктометрическими датчиками 5 и 6 и содеиненными последовательно с ними датчиками тока 7 и.8 с одной стороны и шлифовальным кругом с другой прикладывают стабилизированное напряжение с помощью стабилизатора напряжения .9 положительным потенциалом к кругу, а (-) — к датчикам 7 и 8, этим исключается электро- химическое растворение кондуктометрических датчиков 5 и 6. Для исключения растворения связки шлифовального круга 2 прикладываемое напряжение выбирают не более 1 — 10 мВ.

Датчики токов 7 и 8 представляют собой шунты, с которых снимают падающее на них напряжение. Частотные сигналы с датчиков тока 7 и 8 подаются на преобразователи частоты — напряжения 10 и ll на которых происходит

7 13 преобразование частотного сигнала в пропорциональное частоте напряжение.

Далее эти два сигнала вычитаются в

I устройстве сравнения 12. Полученная разность дифференцируется и при отклонении первой производной от "0" происходит выработка управляющего сигнала, который через усилитель 13 подается на исполнительный элемент

14, изменяющий с помощью шатуна 15 расстояние L от места подачи на круг электролита до зоны обработки до сравнения 0 первой производной или до обеспечения подачи в зону обработки капельного слоя с Р

В качестве исполнительного механизма может быть использован электрический, электромагнитный, электрогидравлический и т.д. толкатель или двигатель.

В случае использования для измерения плотности капель трех и более кондуктометрических датчиков разных диаметров истинное значение плотности определяется как среднее арифметическое плотностей, определенных с помощью каждой пары датчиков, т.е. Р равно — + Pa+ ° ° ° + Р

К

) где увеличение числа датчиков приводит к некоторому повышению точности измерения Р

При реализации предлагаемого способа обработки значения Р с достаточной для практики точностью может быть измерено с помощью двух кондук-. тометрических датчиков. Увеличение . ,числа датчиков больше 4 нецелесообразно, так как это приводит к значительному усложнению устройства, реализующего способ, т.е. число кондуктометрических датчиков выбирают от двух до четырех.

Необходимость регулировки расстоянием Ь в процессе обработки деталей по предлагаемому способу сбусловлена изменением в процессе обработки как выступления зерен над связкой, так и изменением состояния электролита: степени его зашламленности, температуры и т.д. Эти изменения приводят к колебаниям L,„, в процессе обработки.

Практическая проверка предлагаемого способа была осуществлена на станке мод. ЗМ182 при бесцентровом врезном электроалмазном.шлифовании твердосплавных деталей типа ролик"

33489 8 диаметром 14 мм алмазным кругом ЛПП

300х40х207х5 АСВ 160/125 MI !00. В качестве электролита использовался

5 водный раствор 107. МаИо +27 Иа Мо между шлифовальным кругом 2 и деталью в процессе обработки прикладывалось 8 В технологического напряжения.

Окружная скорость круга 30 и/с, В процессе проверки значение размера L поддерживалось в одном случае по предлагаемому способу с помощью устройства, представленного на фиг.1, в другом случае точность и производительность обработки определялась при обработке по способу, принятому за прототип, при подведении сопла 3 к зоне обработки на минимальное раc стояние со стороны входа круга в зону

20 обработки, равное 35 мм и на максимальное расстояние, равное 900 мм.

Процесс обработки деталей типа

"ролик" состоял из двух стадий стадии рабочей подачи круга и стадии вы25 хаживания.

Время на рабочую подачу оставалось во всех случаях обработки неизменным и равным при снятии с детали припуска 0,2 мм 2 с. Время на выхаживание 30 и точность обработки зависят от способа подачи электролита.

При подведении сопла к зоне обработки на минимальное расстояние точность обработки равна 0,01 мм и дос35 тигается при времени на выхаживание — 2 с. При максимальном удалении сопла от зоны обработки точность обработки равна 0,005 мм и достигается при времени на выхаживание 8 с.

4р При обработке деталей по предлагаеемому способу точность обработки

0,005 мм, но время на выхаживание сокращается до 3 с.

Таким образом, обработка деталей

45 типа ролик" по предлагаемому способу позволяет увеличить в два раза производительность обработки при одновременном достижении ее максимальной точности (0,005 мм).

Формула изобретения

1. Способ электроабразивного шлифования, при котором осуществляют по55 дачу электролита на шлифовальный круг вне зоны обработки и удаление его избытков с рабочей поверхности с помощью скребка, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения про2. Способ по п.1, о л и ч а ю— шийся тем,, что плотность капель определяют по разности частот сигналов, одновременно снимаемых но крайней мере с двух кондуктометричес1р ких датчиков разных диаметров. 9 1333489

10 изводительности и точности обработки ния расстояния от места подачи на путем оптимизации капельного состоя- круг электролита до зоны обработки, ния электролита, подаваемого в межзлектродный зазор, определяют перед межэлектродным промежутком плотность злектролитнъм капель,, образующихся на рабочей поверхности круга под действием центробежных сил, и поддерживают ее максимапьной за счет измене1333489

Внося

80/liv.

Составитель Б.Кузнецов

Техред В.Кадар Корректор Л.Бескид

Редактор Н.Горват

Заказ 3908/13 Тираж 974 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4