Электрод-инструмент для прошивки отверстий
Владельцы патента RU 2537410:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при прошивке отверстий преимущественно малого диаметра в металлических заготовках. Электрод-инструмент содержит металлическую рабочую часть с рабочим и технологическим торцами, выполненную с возможностью подачи в зону обработки жидкой рабочей среды. Также он содержит диэлектрическую направляющую, выполненную с возможностью перемещения вдоль по металлической рабочей части, которая выполнена с продольными пазами, один из которых предназначен для подачи жидкой рабочей среды к рабочему торцу в зону обработки через гидравлический коллектор, патрубок и отверстие в металлической рабочей части, а один или несколько пазов предназначены для обеспечения полного вытекания со стороны рабочего торца из зоны обработки жидкой рабочей среды и продуктов обработки через скосы, выполненные напротив этих пазов в диэлектрической направляющей. Причем на внутренней поверхности диэлектрической направляющей со стороны технологического торца выполнены выступы, закрывающие выход рабочей среды из упомянутых пазов в сторону технологического торца. Предложенный электрод-инструмента позволяет повысить точность обработки и качество поверхностного слоя независимо от глубины прошиваемых отверстий. 4 ил., 1 пр.
Электрод-инструмент относится к области машиностроения и может быть использован при электроэрозионной, электрохимической и эрозионно-химической прошивке отверстий преимущественно малого диаметра, где невозможно или экономически нецелесообразно выполнять внутри каналы для подвода и отвода жидкости.
Известны ([1] А.Ф. Бойко. «Эффективная технология и оборудование для электроэрозионной прошивки прецизионных отверстий», Белгород: Изд-во БГТУ, 2010 - 314 с.), с.62 электроды инструменты для прошивки отверстий в форме металлической проволоки без прокачки (с.63) жидкости, что ограничивает глубину отверстий по стали до 10 диаметров, вызывает износ электрода-инструмента, снижение точности, производительности и показателей качества поверхностного слоя.
Известна конструкция ([2] «Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов», в 2-х т., T 1 / Под ред. В.П. Смоленцева // М: Высшая школа, 1983 - 247 с.), с.140, рис.11.32 электрода-инструмента для изготовления узких отверстий, в которых боковой зазор между электродом-инструментом и обработанной боковой поверхностью заготовки разделяют прокладками, между которыми с одной стороны подают жидкость в зону обработки, а с другой стороны происходит слив жидкости из зоны обработки.
Недостатками известного электрода-инструмента являются ограниченные возможности выхода жидкости из зоны обработки, так как газожидкостная смесь занимает больший объем, чем жидкая среда на входе [2], что ограничивает производительность, точность, показатели качества поверхностного слоя, глубину обработки.
Наиболее близкой конструкцией электрода-инструмента является [2].
Предлагаемый электрод-инструмент устраняет указанные недостатки и позволяет снять ограничения по глубине обработки, повысить производительность, точность, качество поверхностного слоя.
Это достигается тем, что электрод-инструмент для прошивки отверстий включает металлическую рабочую часть с рабочим и технологическим торцами, выполненную с возможностью подачи в зону обработки жидкой рабочей среды, и дополнительно содержит диэлектрическую направляющую, выполненную с возможностью перемещения вдоль по металлической рабочей части, выполненной с продольными пазами, один из которых предназначен для подачи жидкой рабочей среды к рабочему торцу в зону обработки через гидравлический коллектор, патрубок и отверстие в металлической рабочей части, а один или несколько пазов предназначены для обеспечения полного вытекания со стороны рабочего торца из зоны обработки жидкой рабочей среды и продуктов обработки через скосы, выполненные напротив этих пазов в диэлектрической направляющей, при этом со стороны технологического торца на внутренней поверхности диэлектрической направляющей выполнены выступы, закрывающие выход рабочей среды из упомянутых пазов в сторону технологического торца.
На фиг.1-4 приведена конструкция электрода-инструмента и его реализация для прошивки отверстий. На фиг.1 показан продольный разрез электрода-инструмента, на фиг.2 - вид на электрод-инструмент сверху (по стрелке А), на фиг.3 - вид сбоку (по стрелке Б), на фиг.4 - положение электрода-инструмента при прошивке отверстий.
Электрод-инструмент (фиг.1) содержит металлическую рабочую часть 1 с рабочим 2 и технологическим 3 торцами. По длине рабочей части 1 выполнен паз 4, который предназначен для подачи жидкой рабочей среды 5 в зону обработки со стороны рабочего торца 2 заготовки 6. Один или несколько других пазов 7; 8 (фиг.2) имеют суммарную площадь сечения, которая обеспечивает полное вытекание поступающей жидкой среды 5, а также газообразных и твердых продуктов обработки 9 через скосы 10 (фиг.3) на диэлектрической направляющей 11, имеющих суммарную площадь, равную суммарной площади других пазов 7; 8. Жидкая рабочая среда 5 подается в паз 4 через гидравлический коллектор 12, патрубок 13 и отверстие 14, которое имеет площадь сечения, равную площади сечения первого паза 4. Диэлектрическая направляющая 11 имеет возможность перемещаться вдоль металлической рабочей части 1 (фиг.4). На внутренней поверхности диэлектрической направляющей 11 со стороны технологического торца 3 имеются выступы 15; 16; 17 противолежащие первому пазу 4, другим пазам 7; 8, закрывающие выход жидкой рабочей среды 5 из пазов 4; 7; 8 в сторону технологического торца 3. Подвод тока к металлической рабочей части 1 производится через электрический коллектор 18 (катод) и заготовку 6 (анод). При прошивке поддерживается межэлектродный зазор 19 (фиг.1; 4).
По мере углубления металлической рабочей части 1 в заготовку 6 формируется отверстие 20 (фиг.4).
Электрод-инструмент работает (фиг.1) следующим образом: через гидравлический коллектор 12, отверстие 14 и патрубок 13 в первый паз 4 попадает жидкая рабочая среда 5 с рекомендованным (см. [2], стр.18; 157) давлением на входе в патрубок 13. К электрическому коллектору 18 на технологическом торце 3 и заготовке 6 подводят униполярный ток (заготовка 6 - анод), назначают рабочее напряжение (см. [2]), включают вращение металлической рабочей части 1 с диэлектрической направляющей 11 с требуемой частотой (см. [2]). Начинается удаление припуска со стороны рабочего торца 2. При этом поддерживается межэлектродный зазор 19, а металлическая рабочая часть 1 перемещается в диэлектрической направляющей 11, которая упирается в поверхность заготовки 6.
Жидкая рабочая среда 5 протекает по первому пазу 4, межэлектродный зазор 19, где пополняется газообразными и твердыми продуктами обработки 9, далее по пазам 7 и 8 они удаляются из сформированного отверстия 20 через скосы 10 на границе диэлектрической направляющей 11 со стороны рабочего торца 2 металлической рабочей части 1. При этом скорость движения жидкой рабочей среды 5 и смеси среды 5 и продуктов обработки 9 по длине гидравлического тракта должна быть близкой, что обеспечивается подбором площади сечения пазов 4; 7; 8 и скосов 10 и контролем расхода среды. Направление движения среды регулируется выступами 15; 16; 17 со стороны технологического паза 3.
Пример использования электрода-инструмента
В форсунке из металла 1X18H10T для подачи топлива ракетного двигателя необходимо выполнить 6 отверстий диаметром 0,18 мм с глубиной 2 мм. Количество пазов на электроде-инструменте диаметром 0,16-0,05 мм было выполнено 3, каждый с площадью сечения 0,3 мм2. При электроэрозионной прошивке с частотой вращения 80 об/с при напряжении 100 В в деионизированной воде с расходом 3 л/ч, силой тока 2,2 А достигнута скорость прошивки 0,2 мм/мин. Погрешность по диаметру отверстий не превышала ±10 мкм, шероховатость поверхностного слоя Ra=0,32 мкм. Без использования предлагаемой конструкции электрода-инструмента предельная глубина отверстий составила около 1 мм, а шероховатость Ra=2,5 мкм, сформировался конус отверстия с углом 3,5°.
Прошивка того же отверстия в промышленной воде (эрозионно-химическая обработка) при напряжении 45 В, силе тока 8 А позволила повысить скорость прошивки до 1 мм/мин, снизить погрешность до ±5 мкм, шероховатость до 0,63 мкм.
Электрод-инструмент для прошивки отверстий, включающий металлическую рабочую часть с рабочим и технологическим торцами, выполненную с возможностью подачи в зону обработки жидкой рабочей среды, отличающийся тем, что он дополнительно содержит диэлектрическую направляющую, выполненную с возможностью перемещения вдоль по металлической рабочей части, выполненной с продольными пазами, один из которых предназначен для подачи жидкой рабочей среды к рабочему торцу в зону обработки через гидравлический коллектор, патрубок и отверстие в металлической рабочей части, а один или несколько пазов предназначены для обеспечения полного вытекания со стороны рабочего торца из зоны обработки жидкой рабочей среды и продуктов обработки через скосы, выполненные напротив этих пазов в диэлектрической направляющей, при этом со стороны технологического торца на внутренней поверхности диэлектрической направляющей выполнены выступы, закрывающие выход рабочей среды из упомянутых пазов в сторону технологического торца.
