Способ электрохимической обработки листовой заготовки и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к области машиностроения и могут быть использованы при изготовлении сквозных отверстий любого контура в тонколистовых токопроводящих материалах. В способе электрохимической обработки листовой заготовки в проточном электролите электродом-инструментом, установленным с зазором относительно заготовки, где заготовка является анодом, а электрод-инструмент - катодом, совершающим колебания в направлении к обрабатываемой заготовке, новым является то, что до включения рабочего напряжения, подаваемого между электродом-инструментом и обрабатываемой заготовкой с нанесенным на нее диэлектрическим трафаретом, измеряют минимальное и максимальное рабочее давление электролита, который подают через электрод-инструмент, а в процессе электрохимической обработки отслеживают изменения давления электролита в канале его подачи относительно этих минимального и максимального значений рабочего давления. При превышении максимального давления на заданную для максимального давления величину уставки отключают рабочее напряжение, не прекращая подачи электролита, восстанавливают давление до рабочего значения в межэлектродном зазоре, производя его очистку. При достижении давления электролита рабочего значения продолжают при вновь включенном напряжении процесс электрохимической обработки, который прекращают при снижении минимального давления на заданную для минимального давления величину уставки. Устройство для электрохимической обработки листовой заготовки содержит электрод-инструмент, устанавливаемый с зазором относительно обрабатываемой заготовки, вибратор, датчик давления, источник рабочего напряжения, а также диэлектрический трафарет для установки на заготовку, преобразователь сигнала давления, блок памяти, блок уставок, компаратор, первый вход которого соединен с блоком задания уставок, второй и третий входы - с первым выходом преобразователя и выходом блока памяти, вход которого соединен со вторым выходом преобразователя, связанного с датчиком давления, установленного в канале подачи электролита, выполненного в электроде-инструменте. Кроме того, выход компаратора через блок отключения источника рабочего напряжения подключен к источнику рабочего напряжения. Изобретения позволяют повысить качество электрохимической обработки за счет прерываний процесса анодного растворения при скоплении в межэлектродном зазоре продуктов электрохимической обработки и прекращения процесса сразу после перфорации отверстия. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении сквозных отверстий любого контура в тонколистовых токопроводящих материалах.

Известны способы и устройства для электрохимической обработки листовых заготовок. В известном способе электрохимической обработки (Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учеб. пособие (в 2-х томах). T.1 - Обработка материалов с применением инструмента \ под редакцией В.П.Смоленцева. Авторы - Б.А.Артамонов и др. Изд-во: М., Высшая школа, 1983 г. - 247 с., ил. стр.138-139, 169) - [1] даются общие сведения по формообразованию с применением трафаретов для ограничения области обработки.

Известен способ изготовления отверстий по а.с. №1839126, Способ электрохимической обработки, В 23 Н 3/00, В 23 Н 9/06, опубл. Бюл. №47-48 от 30.12.1993 г. - [2]. Для осуществления способа на заготовку накладывают диэлектрический трафарет, определяющий окончательный контур обрабатываемого отверстия (углубления), поверх которого накладывают слой эластичного диэлектрика, контур вырезки в котором подобен окончательному контуру детали. Эластичный слой прижимают к трафарету. Электрохимическую обработку (ЭХО) проводят в электролите, по мере углубления усилие прижима эластичного слоя к трафарету уменьшают обратно пропорционально глубине обработки. Недостатком способа является большая толщина трафарета, что приводит к нарушению точности и ограничивает глубину получаемого углубления, а также время окончания процесса прошивания углубления не может быть установлено, поэтому после вскрытия отверстия подаваемый ток растворяет боковые поверхности и нарушает точность профиля и ограничивает размерную обработку по глубине.

Известен способ по а.с. №1657301, Способ размерной электрохимической обработки отверстий в листовых деталях, В 23 Н 3/00, опубл. Бюл. №23 от 23.06.1991 г. - [3], по которому электрохимическую обработку отверстий осуществляют двумя катодами-инструментами по диэлектрическим трафаретам в проточном электролите с одновременной подачей напряжения на два катода-инструмента. Подачу напряжения в момент образования сквозных отверстий одновременно прекращают, а затем обработку осуществляют при поочередной подаче напряжения на каждый катод-инструмент. К недостаткам способа относится установление момента образования сквозного отверстия по расчетным зависимостям, что нарушает точность обработки, т.к. невозможно точно определить действительное значение момента вскрытия.

Известен способ предупреждения коротких замыканий при электрохимической обработке по а.с. №548407, В 23 Р 1/04, опубл. в Бюл. №8 от 28.02.1977 г. - [4], который выбран в качестве прототипа. По этому способу обработку заготовки проводят в проточном электролите в течение заданного времени при подаче напряжения на обрабатываемую деталь и электрод-инструмент, которому сообщают вибрирующие движения в направлении рабочей подачи. Обработка производится с постоянной скоростью подачи электролита или по дискретной схеме восстановления межэлектродного зазора (с «ощупыванием»). В местах образовавшихся «непромывов» или попадания токонепроводящих частиц возможно соприкосновение электрода-инструмента и обрабатываемой детали. При этом происходит уменьшение амплитуды вибрации электрода-инструмента, что с целью предупреждения коротких замыканий между электродом-инструментом и обрабатываемой заготовкой принимается в качестве сигнала для отключения рабочего напряжения.

Устройство, реализующее способ проведения электрохимической обработки по а.с. №548407 - [4], содержит индуктивный датчик, установленный на станине установки, постоянный магнит, прикрепленный к пиноли, электрод-инструмент, усилитель сигнала, блок сравнения, блок управления и источник силового напряжения установки.

Недостаток известного способа и устройства, его реализующего состоит в том, что использование признака касания электрода-инструмента с обрабатываемой заготовкой приводит к появлению, до момента отключения рабочего напряжения, токов, превышающих рабочие токи процесса ЭХО, что сказывается на качестве самой обработки, кроме того, не удается установить время окончания процесса перфорирования отверстия, что приводит к недостаточной точности обработки отверстий.

Изобретение решает задачу повышения качества электрохимической обработки за счет прерываний процесса анодного растворения при скоплении в межэлектродном зазоре продуктов электрохимической обработки и прекращения процесса сразу после перфорации отверстия.

Поставленная задача достигается тем, что в способе электрохимической обработки листовой заготовки в проточном электролите электродом-инструментом, установленным с зазором относительно заготовки, где заготовка является анодом, а электрод-инструмент - катодом, совершающим колебания в направлении к обрабатываемой заготовке, новым является то, что перед включением рабочего напряжения, подаваемого между электродом-инструментом и обрабатываемой заготовкой с нанесенным на ней диэлектрическим трафаретом, измеряют минимальное и максимальное рабочее давление электролита, который подают через канал электрода-инструмента, задают предельные значения отклонений от измеренных значений минимального и максимального давления в блоке уставок, и в процессе электрохимической обработки отслеживают изменение давления электролита в канале его подачи, относительно минимального и максимального значений давления, при превышении максимального давления на заданную для максимального значения величину максимального давления на заданную для максимального значения величину уставки отключают рабочее напряжение, не прекращая подачи электролита, восстанавливают давление до рабочего значения в межэлектродном зазоре, производят его очистку, и при достижении давления электролита рабочего значения продолжают при включении вновь напряжения процесс электрохимической обработки, а прекращают процесс электрохимической обработки при снижении минимального давления на заданную для минимального давления величину уставки.

В устройстве для электрохимической обработки листовой заготовки, содержащем электрод-инструмент, устанавливаемый с зазором относительно обрабатываемой заготовки, вибратор, датчик давления, источник рабочего напряжения, новым является то, что дополнительно содержит диэлектрический трафарет для установки на заготовку, преобразователь сигнала давления, блок памяти, блок уставок, компаратор, первый вход которого соединен с блоком задания уставок, второй и третий входы - с первым выходом преобразователя и выходом блока памяти, вход которого соединен со вторым выходом преобразователя, связанного с датчиком давления, установленного в канале подачи электролита, выполненного в электроде-инструменте, кроме того, выход компаратора через блок отключения источника рабочего напряжения подключен к источнику рабочего напряжения.

На чертеже представлено устройство, реализующее заявленный способ.

Здесь: 1 - заготовка; 2 - диэлектрический трафарет; 3 - электролит; 4 - электрод-инструмент; 5 - вибратор; 6 - датчик давления, например, пьезоэлектрический преобразователь; 7 - преобразователь сигнала давления в цифровой код; 8 - блок памяти; 9 - блок уставок; 10 - компаратор; 11 - блок отключения источника рабочего напряжения; 12 - источник рабочего напряжения.

На заготовку 1 накладывают диэлектрический трафарет 2, через зазор устанавливают электрод-инструмент 4, связанный с вибратором 5, задающим возвратно-поступательное движение электроду-инструменту. Через электрод-инструмент 4 в зазор подают электролит 3. На электроде-инструменте укреплен датчик давления 6, например пьезоэлектрический преобразователь, рабочая поверхность которого связана с каналом подачи электролита 3. Выход датчика давления 6 подключен ко входу преобразователя давления 7, выход которого подключен на вход блока памяти 8 и на вход цифрового компаратора 10, который соединен с блоком уставок 9. Выход компаратора 10 подключен ко входу блока 11 кратковременного или постоянного отключения источника рабочего напряжения 12, выходы которого подключены к электроду-инструменту 4 отрицательным полюсом (катод), а положительным полюсом (анод) к обрабатываемой заготовке 1.

Электрохимическая обработка, осуществляемая при вибрации электрода-инструмента 4 с возвратно-поступательным движением к обрабатываемой заготовке 1, характеризуется тем, что до включения рабочего напряжения датчиком давления, например пьезоэлектрическим преобразователем 6, измеряют максимальное и минимальное давления в канале подачи электролита, преобразуют их с помощью преобразователя 7 в цифровой код, который заносят в блок памяти 8, затем включают рабочее напряжение на электроды: катод (электрод-инструмент 4) и анод (обрабатываемая заготовка 1) и в процессе ЭХО замеряют текущее значение давления в канале подачи электролита, преобразуют его преобразователем в код и подают на цифровой компаратор 10, где сравнивают текущее значение давления со значением, записанным в блоке 8, максимального давления до начала ЭХО с учетом величины уставки, заданной блоком уставок 9, и при превышении значения текущего давления над заданной уставкой (увеличение давления в канале подачи электролита выше предельно заданного, что соответствует забиванию зазора продуктами ЭХО) кратковременно отключают источник рабочего напряжения 12, производят промывку зазора проточным электролитом и при снижении давления в канале подачи электролита до рабочего включают источник напряжения и продолжают ЭХО.

При окончании процесса перфорирования обрабатываемой заготовки давление электролита в подающем канале падает ниже минимального значения с учетом уставки блока 9, по сигналу с компаратора 10 отключают источник рабочего напряжения 12, что соответствует окончанию процесса ЭХО.

Пример обработки: при изготовлении фильтрующих сеток в листовой заготовке из стали марки 12Х18Н9Т толщиной 0,05 мм получают отверстия 0,035×0,05 мм с допуском 0,01 мм. На заготовку устанавливают или наносят диэлектрический трафарет, определяющий контур отверстия в заготовке, с зазором 0,2 мм устанавливают плоский электрод-инструмент, связанный с электромеханическим вибратором, задающим возвратно-поступательное движение электроду-инструменту, включают подачу электролита через электрод-инструмент с давлением 0,02 мПа. На электроде-инструменте укреплен датчик давления - пьезоэлектрический преобразователь, рабочая поверхность которого связана с каналом подачи электролита. Выход датчика давления подключен к входу преобразователя давления в цифровой код, выходной сигнал преобразователя давления подан на вход блока цифровой памяти и на вход цифрового компаратора, на который подаются уставки предельных значений давления в канале подачи с помощью блока установок. (Примеры исполнения элементов устройства приведены в «Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б.Я.Авдеев, Е.М.Антонюк, Е.М.Душин и др.; Под ред. Е.М.Душина. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987, 480 с. - [5]). Выходные сигналы с компаратора подаются на блок отключения источника рабочего напряжения. Подключают источник рабочего напряжения 6 В, потери напряжения 2,2 В. Перфорацию отверстия ведут до появления сигнала с компаратора о падении текущего давления ниже минимальной величины заданной уставкой.

Время обработки составило 28 секунд. Измерение отверстий под микроскопом УИМ21М показали, что размеры отверстий соответствуют чертежу. Без использования предлагаемых способа и устройства брак в сетках из-за погрешности обработки отверстий составляет 8-12%. Таким образом, поставленная задача достигнута.

1. Способ электрохимической обработки листовой заготовки, включающий подачу электролита, установку электрода-инструмента с зазором относительно заготовки, где заготовка является анодом, а электрод-инструмент - катодом, задание возвратно-поступательного движения электроду-инструменту в направлении к обрабатываемой заготовке и подачу рабочего напряжения между электродом-инструментом и заготовкой для процесса электрохимической обработки, отличающийся тем, что перед включением рабочего напряжения, подаваемого между электродом-инструментом и обрабатываемой заготовкой с нанесенным на нее диэлектрическим трафаретом, измеряют минимальное и максимальное рабочее давление электролита, который подают через канал электрода-инструмента, задают предельные значения отклонений от измеренных значений минимального и максимального давления в блоке уставок, и в процессе электрохимической обработки отслеживают изменения давления электролита в канале его подачи относительно минимального и максимального значений рабочего давления, при превышении максимального давления на заданную для максимального давления величину уставки отключают рабочее напряжение, не прекращая подачи электролита, восстанавливают давление до рабочего значения в межэлектродном зазоре, производят его очистку и при достижении давления электролита рабочего значения продолжают при включении вновь напряжения процесс электрохимической обработки, а прекращают процесс электрохимической обработки при снижении минимального давления на заданную для минимального давления величину уставки.

2. Устройство для электрохимической обработки листовой заготовки, содержащее электрод-инструмент, устанавливаемый с зазором относительно обрабатываемой заготовки, вибратор, датчик давления, источник рабочего напряжения, отличающееся тем, что оно содержит диэлектрический трафарет для установки на заготовку, преобразователь сигнала давления, блок памяти, блок уставок, компаратор, первый вход которого соединен с блоком задания уставок, второй и третий входы - с первым выходом преобразователя и выходом блока памяти, вход которого соединен со вторым выходом преобразователя, связанного с датчиком давления, установленного в канале подачи электролита, выполненного в электроде-инструменте, кроме того, выход компаратора через блок отключения источника рабочего напряжения подключен к источнику рабочего напряжения.