Способ размерной электрохимической обработки

 

Изобретение относится к электрофизикохимическим методам обработки, в частности касается способа размерной электрохимической обработки. Технический результат - повышение точности обработки с исключением возникновения и развития процессов короткого замыкания за счет поддержания межэлектродного зазора во время обработки с учетом деформации механической системы. Обработку ведут с созданием принудительных колебаний одного из электродов с подачей на него импульсов напряжения с крутыми передним и задним фронтами, синхронизированных с фазой принудительных колебаний и подаваемых при сближении или разведении электродов, с определением межэлектродного зазора, при этом устанавливают запретную временную зону между временной зоной ожидаемого появления контакта между электродами и моментом формирования ближнего к контакту фронта импульса напряжения, при совпадении времени действия контакта между электродами с запретной зоной смещают во времени от контакта момент формирования ближнего к контакту фронта импульса напряжения на величину времени совпадения, для импульса напряжения, подаваемого при разведении электродов, смещение производят в этом же цикле обработки, а для импульса напряжения, подаваемого при сближении электродов, - в следующем цикле обработки. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности касается способа размерной электрохимической обработки и устройства для его осуществления.

Известен способ размерной электрохимической обработки с автоматическим регулированием межэлектродного зазора по сигналу длительности касания инструмента с деталью при выключенном рабочем токе, при котором регулируют момент подачи команды на отвод инструмента от детали в каждом цикле касания по сигналу, пропорциональному длительности касания в предыдущем цикле, при этом отсчет рабочего зазора начинают с момента касания электродов, и команду на отвод инструмента от детали формируют при пороговом значении межэлектродного зазора, обеспечивающем минимальную длительность касания [1].

Известный способ относится к импульсно-циклическим способам обработки.

К недостаткам способа и устройства для его осуществления следует отнести следующее: 1. К моменту формирования сигнала о начале контакта механическая система (станок-приспособление-инструмент-деталь) испытывает значительные динамические нагрузки за счет контактирования электродов и вытеснения электролита при минимальных зазорах из межэлектродного пространства, что вызывает деформацию системы. После отвода на рабочий межэлектродный зазор изменяется механическая нагрузка на систему. Существенное влияние на деформацию системы оказывает импульс рабочего тока. Все это не позволяет точно выставить межэлектродный зазор, даже в условиях четкой работы следящей системы за контактом.

2. Изменение чувствительности следящей системы по контакту недостаточно коррелированно с параметром динамических нагрузок, что не позволяет поддерживать постоянство усилий, возникающих в межэлектродном зазоре при изменении условий обработки, например, таких как площадь обработки.

Известен также способ размерной электрохимической обработки металлов с наложением на межэлектродный промежуток импульсов напряжения с крутыми передним и задним фронтами при отводе электрода-инструмента от детали в неподвижном электролите, в котором для повышения производительности и точности обработки за счет стабилизации рабочего тока, при достижении напряжения в импульсе до 60-80% от его максимального значения уменьшают крутизну переднего фронта, причем продолжают увеличивать напряжение до максимального значения в конце рабочего импульса [2].

Известный способ обладает следующими недостатками.

Переход в работе на малые межэлектродные зазоры за счет смещения импульса рабочего напряжения к нижней точке колебания электрода приводит к возрастанию вероятности короткого замыкания, так как деформации механической системы во время обработки в этом случае могут достигать величин, сравнимых с величиной межэлектродного зазора во время подачи импульса рабочего напряжения. Способ не учитывает в обработке возможные колебания зазора при деформации механической системы, а следящая система за контактом с регулированием межэлектродного зазора путем управления скоростью подачи не способна обеспечить безопасную работу.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ размерной электрохимической обработки [3] с созданием принудительных колебаний одного из электродов, синхронизированных с импульсами напряжения, по которому скважность импульсов в процессе обработки регулируют от малых значений, например, равных 2-5 в начале обработки, до больших значений, например, равных 8-10 в конце обработки, причем саму последовательность импульсов смещают во времени, уменьшая минимальное мгновенное значение зазора, при котором протекает ток, от 0,05 мм и более в начале обработки до 0,01 мм и менее в конце обработки по мере возрастания электрической прочности межэлектродного промежутка, при этом задний фронт импульсов напряжения выбирают исходя из условия: скорость относительного уменьшения напряжения более чем на порядок превосходит относительную скорость уменьшения межэлектродного промежутка.

В известном способе обработки предпринята попытка регулирования местоположения импульса рабочего напряжения с учетом недостаточной прочности межэлектродного промежутка на начальном этапе обработки изменением задания режима обработки. Но в настоящее время в соответствии с уровнем развития электрохимической обработки данные проблемы решаются за счет применения камеры противодавления.

К недостаткам известного способа относятся невозможность оперативного поддержания межэлектродного зазора при деформациях механической системы и, как следствие, возрастание вероятности развития коротких замыканий.

Основными направлениями повышения точности при электрохимической размерной обработке являются переход в работе на малые межэлектродные зазоры и ведение процесса в режиме, обеспечивающем наибольшую близость к потенциалу анодной активации a (на границе пассивность-транспассивность) [4, 5], но при этом возрастает вероятность развития процесса короткого замыкания по причинам: 1. Недостаточной жесткости механической системы.

Значительные динамические нагрузки, испытываемые механической системой при неудовлетворительной жесткости на малых межэлектродных зазорах, могут сократить зазор до критического или вызвать касание электродов во время действия импульса рабочего напряжения.

2. Пассивации обрабатываемой поверхности.

Если в процессе обработки созданы условия для пассивации обрабатываемой поверхности или ее участка, это может нарушить работу следящей системы за контактом и увеличить динамические нагрузки в механической системе, а после разрушения окисной пленки вызвать расширение контакта с развитием процесса короткого замыкания.

3. Резонанса механической системы.

Увеличение нагрузки в механической системе с гармоническими колебаниями при недостаточной жесткости может привести к развитию резонансных явлений, что на практике проявляется как возникновение контакта с возможным расширением и смещением по фазе в последующих циклах обработки и, как следствие, приводит к изменению заданных межэлектродных зазоров с возможным развитием процесса короткого замыкания.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения точности обработки с исключением возникновения и развития процессов короткого замыкания.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе размерной электрохимической обработки, включающем создание принудительных колебаний одного из электродов с подачей на него импульсов напряжения с крутыми передним и задним фронтами, синхронизированных с фазой принудительных колебаний и подаваемых при сближении или разведении электродов, определение межэлектродного зазора, устанавливают запретную временную зону между временной зоной ожидаемого появления контакта между электродами и моментом формирования ближнего к контакту фронта импульса напряжения. При совпадении времени действия контакта с запретной зоной смещают во времени от контакта момент формирования ближнего к контакту фронта импульса напряжения на величину времени совпадения. Для импульса напряжения, подаваемого при разведении электродов, смещение производят в этом же цикле обработки, а для импульса напряжения, подаваемого при сближении электродов, - в следующем цикле обработки.

Отличительными признаками предложенного способа являются введение запретной временной зоны и смещение от контакта момента формирования ближнего к контакту фронта импульса напряжения при расширении контакта на величину совпадения времени контакта с запретной зоной. Для импульса напряжения, подаваемого при разведении электродов, смещение производят в этом же цикле обработки, а для импульса, подаваемого при сближении электродов, - в следующем цикле обработки.

Это позволяет более точно поддерживать межэлектродный зазор во время обработки в зависимости от деформации механической системы, а значит, вести обработку на малых межэлектродных зазорах с повышением точности обработки, исключением возникновения и развития процессов короткого замыкания.

На фиг. 1 представлены графики изменения межэлектродного промежутка - а, формирования импульсов рабочего напряжения Up при разведении электродов - б и при сближении электродов - в.

На фиг.2 - циклограммы работы, поясняющие принцип реализации способа при изменении деформации механической системы: а - с формированием импульса рабочего напряжения при разведении электродов; б - с формированием импульса рабочего напряжения при сближении электродов. При этом на фиг.1 и фиг.2 приняты следующие обозначения: tк - временной интервал, соответствующий сигналу контакта между электродами; tзо - временная зона ожидаемого появления контакта при допустимых деформациях механической системы; tзз - запретная временная зона; tc - время совпадения действия сигнала контакта с запретной временной зоной.

На фиг. 3 изображена функциональная схема устройства для реализации способа с формированием импульса рабочего напряжения при разведении электродов.

На фиг. 4 - функциональная схема устройства с формированием импульса рабочего напряжения при сближении электродов.

Процесс размерной электрохимической обработки с созданием принудительных колебаний одного из электродов, синхронизированных с импульсами напряжения, подаваемыми при сближении или разведении электродов, - гармонический процесс с разделением на фазы обработки, слежения за зазором и промывки межэлектродного промежутка, с жесткой привязкой по времени отдельных фаз процесса. При этом механическая система испытывает максимальные динамические нагрузки с приближением к нижней точке колебаний, что позволяет выделить относительно нижней точки колебаний временной интервал - временную зону ожидаемого появления контакта tзо (фиг.1, 2), соответствующую допустимым деформациям механической системы, а между моментом формирования ближнего к контакту фронта импульса рабочего напряжения и временной зоной ожидаемого появления контакта задать запретную временную зону tзз. Во время обработки при отсутствии контакта или при формировании сигнала контакта tк в пределах временной зоны ожидаемого появления контакта, что соответствует допустимым деформациям механической системы, импульсы рабочего напряжения формируются относительно колебаний электрода согласно заданным параметрам (фиг.2, циклы 1, 6). Появление контакта между электродами во время обработки с импульсом рабочего напряжения, сформированным при разведении электродов, - событие, предшествующее формированию импульса напряжения (фиг.2а). Поэтому с увеличением деформации механической системы при расширении контакта в запретную зону считывают время совпадения сигнала контакта с запретной зоной tc и смещают момент формирования ближнего от контакта фронта импульса напряжения на величину совпадения tc в этом же цикле обработки (фиг.2а, цикл 2). В цикле 3 (фиг.2а) произошло дальнейшее расширение контакта в запретную зону и соответственно смещение момента формирования ближнего к контакту фронта импульса.

Процесс электрохимической обработки происходит при одновременном регулировании скорости подачи. В результате в следующих циклах обработки сигнал контакта уменьшается по ширине при соответствующем смещении момента формирования ближнего к контакту фронта импульса напряжения (фиг.2а, цикл 4), пока контакт не окажется в пределах зоны ожидаемого появления контакта (фиг. 2а, цикл 5) или не исчезнет (фиг.2а, цикл 6), при этом импульс рабочего напряжения формируется согласно заданным параметрам. Для обработки с импульсом напряжения, формируемым при сближении электродов (фиг.2б), появление контакта - событие, последующее по отношению к импульсу рабочего напряжения. Поэтому при расширении контакта в запретную зону считывают совпадение времени контакта между электродами с запретной зоной tс и смещают момент формирования ближнего от контакта фронта импульса на величину времени совпадения tc в следующем цикле обработки. Так, в 3 цикле (фиг.2б) на величину времени совпадения цикла 2, в цикле 4 на величину времени совпадения в цикле 3 и т. д.

При проведении процесса электрохимической размерной обработки возможно смещение как момента формирования ближнего к контакту фронта импульса, так и импульса рабочего напряжения в целом. На фиг.2а представлена циклограмма со смещением при расширении контакта импульса рабочего напряжения, а на фиг.2б - ближнего к контакту фронта импульса. Что смещать - фронт или импульс, выбирают из условий обработки. Так, при обработке с импульсом напряжения, согласованным по форме с изменением межэлектродного промежутка [6], смещение импульса приводит к росту рабочего напряжения в импульсе, поэтому в данном случае можно рекомендовать смещение фронта.

Смещение ближнего к контакту фронта импульса напряжения при увеличении деформации системы, превышающей допустимые значения, позволяет не допустить уменьшение межэлектродного зазора до критического, что на практике дает возможность перейти в обработке на малые межэлектродные зазоры с повышением точности и исключением эрозионного износа электродов.

На фиг.3 и 4 показан пример реализации способа.

Устройство для осуществления способа электрохимической обработки с формированием импульса рабочего напряжения при разведении электродов (фиг.3) содержит датчик контакта 1, вход которого подключен к электрохимической ячейке 2, выход связан с вторым входом первой схемы И 3, первый вход которой соединен с входом формирователя запретной зоны 4. На первый вход второй схемы И 5 подается тактовая частота Fтакт, а выход связан со счетным входом дополнительного счетчика 6. Выход дополнительного счетчика 6 соединен с вторым входом мультиплексора 7, первый вход которого подключен к выходу счетчика 8. На счетный вход счетчика 8 поступает тактовая частота Fтакт, а установка в нулевое состояние производится сигналом 0o, соответствующим верхней точке колебаний электрода. Выход мультиплексора 7 соединен с входом формирователя запретной зоны 4 и вторым входом устройства управления генератором 9. Первый вход устройства управления генератором 9 подключен к выходу блока задания 10, а выходы связаны с управляющими входами мультиплексора 7 и блока задания 10. Вход схемы НЕ 11 подключен к выходу первой схемы И 3, а выход соединен с вторым входом второй схемы И 5. На вход установки в нулевое состояние дополнительного счетчика 6 поступают сигналы 0o.

По сигналу верхнего положения электрода 0o устанавливаются в нулевое состояние счетчики 6, 8 и начинают заполняться с тактовой частотой Fтакт, период которой равен дискрете задания параметров импульса рабочего напряжения. При расширении контакта сигнал с выхода датчика контакта 1 сравнивается с запретной зоной, формируемой формирователем запретной зоны 4 на первой схеме И 3, и, проходя через схему НЕ 11, блокирует на второй схеме И 5 прохождение тактовой частоты Fтакт в дополнительный счетчик 6 на величину времени совпадения сигнала контакта с запретной зоной tc. Следовательно, в дополнительном счетчике 6 будет находиться число, меньшее содержимого счетчика 8 на величину времени совпадения сигнала контакта с запретной зоной tc. Устройство управления генератором 9 подключает блок задания 10 и дополнительный счетчик 6 или счетчик 8 через мультиплексор 7 к анализу, сравнивает код блока задания 10 с состоянием счетчиков 6, 8 и выдает сигналы управления генератором униполярных импульсов. Для формирования заднего фронта при сдвиге импульса в целом сигнал снимается с дополнительного счетчика 6, а при сдвиге только переднего фронта - со счетчика 8.

Устройство для осуществления способа размерной электрохимической обработки с формированием импульса напряжения при сближении электродов (фиг.4) содержит датчик контакта 1, вход которого подключен к электрохимической ячейке 2, выход связан со вторым входом первой схемы И 3, первый вход которой соединен с выходом формирователя запретной зоны 4. На первый вход второй схемы И 5 подается тактовая частота Fтакт, а выход связан со счетным входом дополнительного счетчика 6. Выход дополнительного счетчика 6 соединен со вторым входом мультиплексора 7, первый вход которого подключен к выходу счетчика 8. На счетный вход счетчика 8 поступает тактовая частота Fтакт, а установка в нулевое состояние производится сигналом 0o, соответствующим верхней точке колебания электрода. Выход мультиплексора 7 соединен с входом формирователя запретной зоны 4 и вторым входом устройства управления генератором 9. Первый вход устройства управления генератором 9 подключен к выходу блока задания 10, а выходы связаны с управляющими входами мультиплексора 7 и блока задания 10. Вход одновибратора 11 соединен с выходом формирователя запретной зоны 4, а выход подключен к входу установки в нулевое состояние дополнительного счетчика 6 и второму входу RS-триггера 12. На первый вход RS-триггера 12 подаются сигналы 0o, а выход связан с первым входом схемы ИЛИ 13, второй вход которой соединен с выходом первой схемы И 3, а выход подключен ко второму входу второй схемы И 5.

После окончания импульса рабочего напряжения устанавливается в нулевое состояние дополнительный счетчик 6 сигналом, сформированным с одновибратора 11. При расширении контакта в запретную зону, сформированную блоком задания запретной зоны 4, сигнал с датчика контакта 1 поступает через первую схему И 3, схему ИЛИ 13 на вторую схему И 5 и разрешает заполнение дополнительного счетчика 6 с тактовой частотой Fтакт на величину, равную времени совпадения сигнала контакта с запретной зоной. В следующем цикле обработки с формированием сигнала 0o устанавливается в нулевое состояние счетчик 8 и устанавливается RS-триггер 12, который через схему ИЛИ 13 и вторую схему И 5 разрешает заполнение дополнительного счетчика 6. Одновременно идет заполнение счетчика 8. При этом, если было расширение контакта в запретную зону в предыдущем цикле обработки, состояние дополнительного счетчика 6 больше состояния счетчика 8 на величину совпадения сигнала контакта с запретной зоной. Состояния счетчиков 6 и 8, проходя через мультиплексор 7, сравниваются в устройстве управления генератором 9 с заданными параметрами блока задания 10.

Если при расширении контакта смещается импульс напряжения, то для формирования фронтов импульса подключается дополнительный счетчик 6. Если при расширении контакта смещается только задний фронт импульса, то для формирования переднего фронта импульса подключается счетчик 8, а для формирования заднего фронта - дополнительный счетчик 6.

Испытание способа размерной электрохимической обработки проводилось на станке ЭС 4000 с переходом работы на малые межэлектродные зазоры, с созданием экстремальных условий обработки: недостаточной жесткости оснастки, неудовлетворительного крепления заготовки, пассивации поверхности в зоне обработки в условиях: Амплитуда вибрации, мм - 0,32
Частота вибрации, Гц - 50
Длительность импульсов напряжения, мс - 0,5-4
Давление электролита на входе в межэлектродный промежуток, МПа - 0,8
Площадь обработки, см2 - 1-40
Электролит - 12% водный раствор азотнокислого натрия.

Проведенные замеры размеров обработанных форм показали высокие технологические показатели: точность копирования 0,01-0,02 мм, точность, как повторяемость: 0,01 мм.

Предлагаемый способ обработки позволил исключить эрозионный износ электродов, что дает возможность вести работу на малых межэлектродных зазорах с повышением точности обработки. При отключении устройства, обеспечивающего сдвиг фронта импульса напряжения в данных условиях обработки, электроды-инструменты подвергались эрозионному износу.

Литература
1. Шляков В.Г., Струков К.В., Денисов Н.А., Сальников B.C., Котенков С. В. Способ размерной электрохимической обработки и устройство для его осуществления. Авт. св. СССР 916208, М.Кл3 В 23 Р 1/04.

2. Артамонов Б.А., Вишницкий А.Л., Глазков А.В. Способ размерной электрохимической обработки металлов. Авт. св. СССР 574299, Кл2 В 23 Р 1/04.

3. Ашихмин В.П., Агеев А.Ф., Бородин А.В. и др. Способ размерной электрохимической обработки. Авт. св. СССР 472778, Кл. В 23 Р 1/4 - прототип.

4. Орлов В.Ф., Чугунов Б.И. Электрохимическое формообразование. М. Машиностроение, 1990 г., с.80 и 81.

5. Зайцев А.Н., Безруков С.В., Гимаев Н.З. и др. Технология и оборудование для прецизионной электрохимической обработки./Выпуск 4. Обзорная информация. /Машиностроительное производство. Серия: Прогрессивные технологические процессы в машиностроении. Москва. 1990 г., с.13 и 14.

6. Лимонов А.Д. Способ размерной электрохимической обработки. Патент RU 2177391, В 23 Н 3/00.


Формула изобретения

1. Способ размерной электрохимической обработки, включающий создание принудительных колебаний одного из электродов с подачей на него импульсов напряжения с крутыми передним и задним фронтами, синхронизированных с фазой принудительных колебаний и подаваемых при сближении или разведении электродов, определение межэлектродного зазора, отличающийся тем, что устанавливают запретную временную зону между временной зоной ожидаемого появления контакта между электродами и моментом формирования ближнего к контакту фронта импульса напряжения, при совпадении времени действия контакта между электродами с запретной зоной, смещают во времени от контакта момент формирования ближнего к контакту фронта импульса напряжения на величину времени совпадения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для импульса напряжения, подаваемого при разведении электродов, смещение производят в этом же цикле обработки, а для импульса напряжения, подаваемого при сближении электродов, в следующем цикле обработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Лимонов Александр Дмитриевич

Вид лицензии*: ИЛ

Лицензиат(ы): Закрытое акционерное общество "ЦЕПИ"

Характер внесенных изменений (дополнений):
Расторжение договора № 20475 по заочному решению Новомосковского суда Тульской обл. по делу № 2-970 от 23.07.2007

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения:
19.11.2004 № 20475

Извещение опубликовано: 27.11.2007        БИ: 33/2007

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрофизикохимическим методам обработки, в частности к источникам питания для электрохимической обработки
Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, а именно к способам электрохимической обработки поверхностей

Изобретение относится к электрохимической размерной обработке и может найти применение в различных отраслях машиностроения

Изобретение относится к области прецизионной электрохимической обработки металлов и сплавов на станках с вибрирующим электродом и импульсным током и может быть использовано для получения сложнофасонных поверхностей деталей машин, в частности ручьев штампов, пресс-форм и литейных форм с высокой производительностью, точностью и качеством обработки

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, в частности к устройствам для обработки внутренней поверхности труб

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности, для электрохимической размерной обработки титана и сплавов на его основе с крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой

Изобретение относится к области электрохимической размерной обработки металлов и сплавов на станках с колеблющимся электродом и импульсным током и может быть использовано для получения сложнофасонных поверхностей деталей машин, в частности ручьев штампов, пресс-форм и литейных форм больших площадей с высокой производительностью, точностью и качеством обработки

Изобретение относится к различным отраслям промышленности и может быть использовано для дробления материалов, удаления отложений

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при изготовлении стентов

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологии обработки сложнопрофильных, труднообрабатываемых токопроводящих материалов с большой длиной межэлектродного канала

Изобретение относится к технике переработки металлических конструкций на лом

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изготовления зубьев-роликов для червячно-роликовых редукторных и нередукторных передач

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при чистовой обработке деталей из металлических материалов

Изобретение относится к электрохимическим станкам для размерной обработки деталей токопроводящих материалов любой твердости при помощи электрохимического растворения обрабатываемого участка заготовки
Наверх