Устройство для размерной электрической обработки

 

Изобретение относится к машиностроению , в частности к размерной электрической обработке металлов. Цель изобретения - повышение производительности и точности обработки, снижение электрода-инструмента за счет выполнения токоограничивающих элементов из материала с высоким, не менее 0,1 1/град, положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) при температурах, превышающих температуру пузырчатого кипения рабочей жидкости. Устройство содержит изолированные друг от друга электроды 1, соединенные с элементами 2 из материала с высоким положительным ТКС, вторые выводы которых объединены и подключены к генератору импульсов 3, соединенному с деталью 4. Подводимая мощность поддерживается в заданных пределах на каждом электроде путем изменения амплитуды импульсов тока, протекающего через каждый электрод. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 8 23 Н 7/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф (21) 4459973/08 (22) 21.07.88 (46) 07.10,91. Бюл. hh 37 (71) Уфимский авиационный институт им.

Серго Орджоникидзе (72) А.Б.Лахмостов и Г.А.Вахрамеева (53) 621.9.047 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 372881, кл. В 23 Н 1/04, 1971. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЕРНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к размерной электрической обработке металлов. Цель изобретения — повышение производительности и точности обработки, снижение электрода-инструЫ2 1б820бЗ А1 мента за счет выполнения токоограничивающих элементов из материала с высоким, не менее 0,1 1/град, положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) при температурах, превышающих температуру пузырчатого кипения рабочей жидкости. Устройство содержит изолированные друг от друга электроды 1, соединенные с элементами 2 из материала с высоким положительным ТКС, вторые выводы которых обьединены и подключены к генератору импульсов 3. соединенному с деталью 4, Подводимая мощность поддерживается в заданных пределах на каждом электроде путем изменения амплитуды импульсов тока, протекающего через каждый электрод. 2 з.п, ф-лы, 2 ил. l682063

Изобретение относится к машиностроению, в частности к размерной электрической обработке.

Цель изобретения — повышение точности и производительности обработки, снижение износа электрода-инструмента.

На фиг, 1 представлена температурная характеристика сопротивления материала с положительным температурным коэффициентом сопротивления (КС); на фиг. 2 — схема подключения многоконтурного инструмента.

Положительный ТКС имеет большинство металлов, в том числе и те, из которых изготавливаются электроды-инструменты (ЭИ). Но для изготовления ЗИ и, таким образом, получения связанны>: с этим положительных эффектов величины их ТКС очень малы (медь 43 .10 1/град, вольфрам 46х х10 1/град), По расчетным и экспериментальным данным величина ТКС материала для ЭИ должна быть не менее 0,1 1/град.

Кроме того, требуемый материал должен иметь укаэанное значение ТКС в строго определенном диапазоне температуры. Температурная характеристика сопротивления материала, необходимого для изготовления

ЭИ, имеет базовую температуру Т6», при превышении которой сопротивление материала резко возрас;.ает, Данная температура соответствует температуре пузырчатого кипения рабочей жидкости.

Использование ЭИ, рабочая часть которого или другие егс элементы изготовлены из материала с приведенной температурной характеристикой сопротивления (фиг.

1), позволяет повысить устойчивость процесса обработки, снизить износ ЭИ, а также повысить равномерность износа ЭИ, . Устойчивость процесса повышается за счет внутреннего ре"улирования тока в дуговом разряде в зависимости от температуры участка ЭИ, на котором происходит разряд. Выражение для амплитудного значения тока разряда в данном случае выглядит следующим образом; !

Э

О,-, У + Йвн.г где U — амплитудное напряжение импульсов, поступающих с генератора;

0д- напряжение горения дуги при электроэрозионном разряде;

Ry — сопротивление участка электрода, по которому проходит разрядный ток;

Йвн.г — внутреннее сопротивление генератора.

Практически ток при разряде проходит по всему объему ЭИ от точки токоподвода до точки разряда, но твк как сопротивление

40 основной холодной части ЭИ ничтожно мало, то при расчетах можно учитывать только сопротивление нагретого участка, в котором в данный момент локализован процесс обработки. При интенсификации процесса на одном участке его температура резко возрастает и становится больше Т » — температуры пузырчатого кипения рабочей жидкости.

Омическое сопротивление участка Ry g соответствии с температурной характеристикой также резко возрастает, а ток разряда 4 согласно формуле уменьшается. Интенсивность электроэрозионно о процесса на данном участке падает до момента его охлаждения ниже Тввв. В то же время на других участках, температура которых ниже

Те» и Ry =-О, ток в импульсе 4 определяется только режимом обработки и характеристиками генератора и, следовательно, интенсивность процесса максимальна. Таким образом, ЭИ представляет собой как бы распределенную схему многоконтурной обработки, Указанное свойство ЗИ исключает локальные перегревы, черезмерный пиролиз рабочей жидкости и оплавление участков

ЭИ, Снижение износа объясняется резким уменьшением съема материала ЭИ за счет плавления, так как нагретый выше Тъ участок прекращает проводить ток и, следовательно, в его зоне прекращается поступление тепловой энергии. Съем материала ЭИ осуществляется в основном за счет испарения, которое возможно ввиду конечной скорости распространения тепла в материале, а такой механизм сьема является существенно менее производительным и более энергоемким.

Равномерность износа ЭИ особенно необходима при обработке сложнофасонных профилей. Известно, что наиболее интенсивно разрушаются кромки ЭИ, что приводит к трудностям при проектировании фасонных ЭИ и даже к необходимости экспериментальной под анки геометрии поверхности. Предлагаемый ЭИ практически свободен от указанного недостатка. так как нагруженность участков на нем автоматически выравнивается.

Устройство проектируется в зависимости от количества контуров, В случае одноконтурной обработки рабочую часть ЭИ формируют из материала с высоким положительным ТКС, Схема подключения многозлектродного инструмента (фиг, 2) содержит изолированные один 0Т другого электроды 1, соединенные с элементами 2 из материала с высоким полох(ительным ТКС, вторые выводы !<Ото1682063 рых объединены и подключены к генератору

3 импульсов, соединенному с деталью 4.

Принцип работы указанной схемы основан на поддержании заданной мощности, 5 подводимой к каждому электроду. Подводимая мощность поддерживается путем изменения амплитуды импульсов тока,, протекающего через каждый элемент электрода, 10

Остальные параметры импульсов остаются неизменными, Амплитуда импульсов тока через каждый элемент ЭИ определяется по формуле

ur- 4 15 гэ пэм + э + эн.г где Ur — амплитуда напряжения импульсов, поступающих с генератора;

0д- напряжение горения дуги при электроэрозионном разряде; 20

Вэм — сопротивление элемента из материала с высоким ТКС;

R> — сопротивление электрода;

Rail.r — внУтРеннее сопРотивление гене.ратора. 25

Значение Од при нормальном рабочем, импульсе составляет 25 — 30 В, т.е. изменяется незначительно, Ur, Яэ u Rsii.r — практически постоянны для заданного режима обработки, Регулируют ток, а следователь- 30 но, и среднюю мощность, подводимую к соответствующему элементу многоэлектродного инструмента, которую можно вычислить по формуле

Рэ = — К гэ1.1д, 35 где К вЂ” коэффициент, зависящий от скважности, формы кривой тока. Применение эле. ментов с высоким ТКС в данном случае имеет преимущество по сравнению с другими схемотехническими решениями по не- 40 скольким причинам. Сам элемент является и датчиком, и регулятором тока. По температурной характеристике (фиг. 1) видно, что при комнатной температуре (=20 С) элемент обладает начальным сопротивлением "5 (от.долей до единиц ом), необходимое значение которого можно получить выбором конструкции и состава материала элемента.

При протекании технологического тока со. средним значением Kla на этом сопротивлении выделяется номинальная мощность 50

Р =(К1) . R

2 . которая разогревает элемент. Если величина К .4 превышает определенное критическое значение К 4,<р, при котором температура элемента с высоким ТКС ста- 55 новится равной Тбээ (фиг, 1), что соответствует энергетической перегрузке соответствующего электрода, то сопротивление элемента с высоким ТКС йэм начинает резко возрастать, величина к 4 и, следовательно, мощность Рэ падают. Реализация электронной схемы с описанными функциями на другой элементной базе не имеет практического смысла, так как ввиду больших габаритов и необходимости в подводе питающего напряжения ее невозможна разместить непосредственно на ЭИ.

Расчет конструктивных и электрических параметров элементов с высоким ТКС можно производить следующим обраэом. Экс периментальным путем выбирают электрические параметры режима обработки (частоту, скважность, средний ток), Вычисляю, значение тока К 4 через каждый электрод путем деления среднего тока через весь многозлектродный инструмент на число электродов (в случае, если все электроды одинаковы), По формулам - г — Up — 4 Rs — 4 Ra>i.г.

Рэм

Рэм = (K 4) Рэм вычисляюгся соответственно номинальные

ЗНаЧЕНИЯ Рэм И Рэм. ДаЛЕЕ ВЫбИРаЮТ КОНСТрукцию элементов с высоким ТКС, которая должна удовлетворять требованиям по допустимым максимальным габаритам инструмент=„ле: кости стыковки с электродами и их замены, и., кроме того температура элемента с высоким TKC при номинальной рассеиваемой мощности должна быть меньше базовой Тс» примерно на 20-40 С.

При выполнении последнего требования гло.сlle исг1ользовать искусственный теплоотвод или теплоизоляцию, а также варьировать Тбээ выбором материала. Время теплового восстановления, т,е, охлаждения злемен.га с высоким ТКС до рабочей температуры после уменьшения К . 4 до

ЗНаЧЕНИЯ, ОаВНОга ИЛ -.: МЕН ШЕГО НОМИНаЛЬного. должно быть равно или несколько больше времени теплового восстановления электрода, которое в связи со сложностью расчета обычно находят экспериментально.

П р и и е р 1. На станке 4Л721 проводят электрозрозионную обработку заготовки из стали Р18 электродом-инсгруглентом с рабочей частью из материала с высоким TKC на основе ВагПОз с легированием иттрием и танталом с Тьээ =120 С и электродом-инстс рументом из спрессованной смеси порошков, содержащей, глас. ь. Cu 96 + Сг Оз 3,0+

В 1,0, ",. последуюшим отжигом в восстановительной атмосфере. Обработку проводят в рабочей жидкости РХЗ на режиме: частота импульсного напряжения 22 кГц, скважность q =- "., число кл ючей 15, полярность— обратная. Осуществляют двукратное внедрение ЭИ в заготовку на глубину 7 мм. Срав1682063

Составитель Н.Глаголев

Техред ММоргентал Корректор Н.Ревская

Редактор В,Петраш

Заказ 4602 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 нительные испытания ггоказывают, что объемный износ ЭИ уменьшается в 1,6 раза, а суммарное время обработки сокращается в

2,2 раза. Кроме. того, меняется характер износа — износ кромок существенно меньше, Пример 2. На станке 4Л721 проводят испытания многоэлектродного инструмента. Прошивают группу иэ 5 отверстий диаметром 1,8 мм в пластине из жаропоочного никелевого сплава толщиной 5 мм. Электрический режим (частота 88 кГц, скважность q

= 4, общее число транзисторных ключей 6, полярность — обратная) выбран исходя из заданных требований по износу ЭИ и измененному слоЬ стенок отверстий. Рабочая жидкость — керосин 50 + масло индустриальное 50$. При прошивке общее время сокращается в 1,8 раза, линейный износ с 5 до 2,3, т.е. более чем в 2 раза. Элементы с высоким ТКС в данном случае спроектированы так, что в процессе обработки средний ток через одну проволоку не превышает 1 A.

Таким образом, изобретение позволяет снизить износ при одновременном повышении его равномерности, что повышает точность формообразования. За счет повышения устойчивости процесса электроэрозионной или электроэрозионнохимической обработки повышается производительность обработки.

5 Формула изобретения

1, Устройство для размерной электрической обработки, содержащее токоограничивающие элементы, о т л и ч а ющ ее с я тем, что. с целью повышения точности и произ10 водительности обработки, снижения износа электродов-инструментов, токоограничивающие элементы выполнены из токопроводящего материала с высоким, не менее 0,1

1/град, положительным температурным ко15 эффициентом сопротивления при температурах, превышающих температуру пузырчатого кипения рабочей жидкости.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в случае одноконтурной обра20 ботки токоограничивающий элемент установлен на рабочей части электрода-инструмента.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а и щ е ес я тем, что в случае многоконтурной обра25 ботки в каждый контур включен токоограничивающий элемент.