Способ электрохимической обработки пазов и устройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CoIo3 Советситек

Соцмммстетчесим к

Ресттублим (н 740466 (61) Дополнительное к авт. свяд-ву (22) Заявлено 28.06.76(21) 2878271/25-08 (5 I ) М. Кл.

B 23 P 1/04 с присоединением заявки.%

Веудлрственнмй комитет

СССР. ае далем изобретений н етерытнй (23) Приоритет (53) YAK 621.9. .047 (088.8) иковано15 06.80 бюллетень "Дата опубликования описания 17.06.80 (72) Авторы изобретения

Л. М. Ковалев, Q. М. Корсаков, M. K. Качеев, В. С. Самохвалов, Г. В. Корсак и Г. А. Портнов (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ПАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки и предназначено для изготовления различных . типов пазов, в том числе сложнопрофильных типа ласточкин хвост" и "елка, применяемых, например, в замковых сое5 .динениях компрессора и турбины авиадвигателя.

Известен электрод-инструмент для элек.трохимической: калибровки, рабочая поверхность которого в любом сечении по длине о представляет собой сечение, подобное калибруемом При этом, рабочая поверхность вьптолнена наклонной по всему периметру с постоянным углом наклона, 15 лучеобразно расширяющимся при обработке внутренних поверхностей или сужающимся при обработке наружных поверхностей и определяемым из величины не обходимого припуска на обработку (11.

Недостатки такого электрода-инструмента заключаются в том, что для его работы необходим предварительно обрабо таниый элемент, образующая поверх2 ность которого замкнута подобно отвер* стию или стержню. Обрабатывать пазы этим устройством невозможно.

Во избежание облитерации межэлектродного промежутка рабочая часть указаюптого электрода-инструмента выполнена небольшой длины (меньше длины калиб-. руемого элемента). Это накладывает ограничения на припуск под калибровку, так как с увеличением последнего увеличивается угол наклона рабочей части инструмента, что ограничивает скорость подачи и точность обработки.

Достигнутую этим электродом-инстру-. ментом скорость подачи 25 ммlмин нельзя считать значительной, поскольку припуск под калибровку был небольшим (1,5 MM)

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ изготовления продольных канавок в цилиндрах аммортизаторов. Суть способа в том, что обработку продольных канавок на внутренней поверхности цилиндров вы3 74 полняют за один проход по меньшей мере одной, расположенной под углом, рабочей поверхностью электрода-инструмента, который перемещают вдоль оси цилиндра, т.е. перпендикулярно профильному сечению канавки (21.

Этим способом можно обработать лишь прямоугольные, несквозные канавки (пазы), непостоянного по длине сечения и распопожеш ые на внутренних поверхностях относительно длинных деталей типа цилиндра, к тому же не всегда с достаточной скоростью и точностью.

Способ осуществляют устройством, представляющим собой монолитный электрод-инструмент для эпектрохимической обработки, длина которого меньше длины детали, содержащим корпус с электроизопяцией, снабженный каналами дпя подвода электролита в зону обработки, и токопроводяшую рабочую поверхность, расположенную под углом к продольной оси.

Таким устройством по известному способу нельзя изготовить сложнопрофипьные сквозные пазы постоянного сечения, например типа "елка" на наружной поверхности ажурных деталей, как например диски турбины авиадвигателя.

Это обусловлено тем, что здесь, как и при обычном эпектрохимическом прошивании, идет "лобовой" сьем металла от начала и до конца одновременно всей рабочей поверхностью электрода-инструмента. Подача электролита в межэпектродный промежуток осуществляется постоянно через олин итот же участок. По этим причинам невозможно начать электрохимическую обработку без вспомогательных устройств, предотвращающих утечку электролита из рабочей зоны. В данном способе роль такого устройства выполняет внутренняя полость обрабатываемого цилиндра.

По тем же причинам рассматриваемое устройство не обеспечивает также сквозного выхода рабочей поверхности электрода- инструмента из детали в конце обработки. Первый же канал (даже часть его), выйдя за пределы обрабатываемого паза, создает паразитное течение, которое приведет к прекращению процесса или порче электродов в результате неизбежного короткого замыкания.

Кроме того, данным способом и устройством не всегда можно обеспечить высокую скорость обработки и необходимую точностью Это связано с тем, что

О466 а длина рабочей поверхности ограничена длиной обрабатываемой детали. Поэтому при обработке за один проход наклон рабочей поверхности находится в прямой за5 висимости от глубины паза. При большой глубине — большой угол наклона. Это

f уменьшает скорость подачи, а следовательно, снижает точность обработки. Если условно уменьшить угол наклона и вести

lo обработку в несколько проходов до заданной глубины, то в случае прямоугольной. формы паза этим можно несколько повысить скорость обработки, но точность снизится еще больше. Для пазов

15 более сложного профиля такой вариант не приемлем, так как связан с применением серии разных по форме эпектроповинструментов.

Указанные недостатки усугубляются

20 утечкой электролита из рабочего межэлектродного промежутка через боковые промежутки по обработанным стенкам паза. Это вызывает его "развивку и понижение давления электролита. Пер25 вое снижает точность, второе — скорость обработки. Кроме того, не исключено растравливание ранее обработанных поверхностей детали.

Устройство дпя осуществления способа

30 предполагает наличие нескольких наклонных рабочих поверхностей. Однако это не расширяет возможности способа, так как увеличением их числа нельзя обеспечить обработку спожнопрофипьных пазов

35 (эвопьвентных, трапецеидальных, елочных, ромбовидных и др.) применяемых в машиностроении.

Монолитность устройства создает неудобства при смене размеров паза, или

40 порче рабочей поверхности, так как необходимо каждый раз изготавливать всю конструкцию.

Таким образом, известные способы и устройства для электрохимической обра45 ботки не обеспечивают изготовления закрытых сквозных сложнопрофипьных пазов постоянного сечения на наружных и внутренних поверхностях деталей с точностью и скоростью, достаточными для

5о замены традиционной механической обработки.

Иепью изобретения является расширение возможности процесса электрохимической обработки преимущественно слож55 нопрофильных сквозных пазов при максимальной производительности. о

Бель достигается тем, что по спос<>бу электрохимической обработки пазов

5 7404 различного типа за один проход, вклю-чающему относительное перемещение электрода-инструмента с наклонной рабочей поверлностью в направлении, перпендикулярном профильному сечению паза, и последовательно открывание каналов для подвода электролита, обработку ведут электродом-инструментом с плоской рабочей поверхностью, по форме представляющей теневое изображение паза.

Такой способ может быть осуществлен устройством новой конструкции для электрохимической обработки пазов, содержащим электроизолированный корпус, снабженный каналами для подвода электро-1 лита в зону обработки, и токопроводящую рабочую поверхность, расположенную под острым углом к продольной оси.

Распределитель электролита выполнен в виде базового корпуса с каналами для электролита и установленного в нем с возможностью перемещения раздатчика, регулируемого в соответствии с длиной обрабатываемого паза;

На боковых нерабочих поверхностях д рабочей части установлены упругие уплотнения; рабочая часть устроиства выполнена съемной.

На фиг. 1 показано устройство для осуществленияпредлагаемого способа;. yg на фиг. 2 — то же, вид сбоку, разрез; на фиг. 3 — то же, разрез, вид сверху, на фиг. 4 - возможные профили пазов и соответствующие им формы рабочей поверхности устройства; на .фиг. 5 — схема электрохимической обработки пазов

"ласточкин хвост .

Устройство (фиг. 2) содержит распределитель для подачи электролита на. каждый участок рабочей поверхности, 4а состоящий из базового корпуса 1 с цен-. тральным 2 и выходящими иэ него сквозными боковыми 3 каналами пустотелого штока 4 с фланцем-поршнем 5 и подвижной относительно него головки — порш- 4 ня 6, соединенных между собой штифтом

7 и перемещающихся о скольжению и канале 2. Глухой центральный канал 8 головки-поршня соединен с его сквозными боковыми каналами 9 и каналом 10 и штоке 4, являющимся продолжением нагнетающей электролит магистрали электрохимической установки.

На базовом корпусе 1. закреплен сменный рабочий орган 11, имеющий боковую электроизоляцию 12, боковые гидроуплотнФ ния 13, сквозные наклонные каналы 14, являющиеся продолжением каналов 3 кор66 6 пуса 1, длинную наклонную рабочую п >верхность 15, имеющую форму теневого изображения профиля обрабатываелюго паза 16.

Рабочий орган 11 устройства подключен к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Фланец-поршень 5 и головку-поршень 6 установлены друг от друга на расстоянии, равном длине обрабатываемого паза и удерживаются неподвижно относительно обрабатываемой детали 17. Это достигается, например, тем, что шток и деталь крепят и элементам конструкции электрохимического станка, имеющим одинаковую скорость. При включении насоса электрохимнческой установки электролит из магистрали поступает в пустотелый шток 4, иэ него в головку-поршень 6, затем по каналам,9, 2, 3 и 14 — на ту часть рабочей поверхности 15, которая взаимодействует с обрабатываемой деталью. 17.

B процессе работы устройства каналы, находящиеся вне эоны обработки, перекрываются фланцем-поршнем 5 и головкойпоршнем 6. Электролит в них не поступает, поэтому паразитные течения по ним отсутствуют. Вытекать через боковые промежутки электролиту не позволяют упругие гидроуплотнення 13, контактирующие с обрабатываемой деталью 17 на всей ее длине.

Приводом подачи электрохимического станка., создается относительное перемещение рабочей поверхности 11 устройства и обрабатываемой детали 17. За счет анодного растворения материала детали в ней образуется паэ 16.

Способ получения паза заданной формы осуществляется следующим образом. Схема {фиг. 5) иллюстрирует способ алектрохимической обработки с применением устройства, включающего движение его рабочей части относительно обрабатывае мой детали и раздатчика электролита, применигел:но к пазу ласточкин хвост, На схеме приняты следующие обозначения: 18 — перемещающаяся в направ- . лении обрабатываемой детали I,9 рабочая часть устройства, 20 — рабочая поверхность устройства, формирующая наз, -острый угол наклона этой поверхности, 21 - каналы, подводящие в межэлек тродный промежуток электролит, 22— раздатчик электролита, 23 — полный профиль обрабатываемого паза, 24 - последовательные положения, занимаемые ра7 740 бочей поверхностью 20, Ор — рабочий межэлектродный зазор, измеряемый по нормали к обрабатываемой поверхно . ти, т.е. в направлении электрохимического растворения материала, Π— межэлектродный зазор в направлении подачи, ограниченный в этом направлении обрабатываемой поверхностью или ее продолжением.

Исходное расположение всех органов устройства таково, что электролит подается на начало рабочей поверхности 20 через первый канал 21, вошедший в активную зону раздатчика. При последующих положениях 24 рабочей поверхности, электролит будет поступать через те каналы

21, которые будут находиться в зоне раздатчика. В вышедшие и недошедшие к ней каналы электролит не поступит. Этим сохраняется необходимый напор электролита в межэлектродном промежутке и решается проблема начального входа и сквозного выхода оабочей части устройства из обраб аты вае мой детали 1 О.

Проходя сквозь обрабатываемую деталь, каждая поперечная строчка рабочей поверхности 20 снимает с нее плоский микрослой, соответствующий ее ширине и длине паза. Так последовательно формируетсМ паз 23. . Изсхемы видно, что скорость подачи рабоч части устройства зависит от соотношения межэлектродных зазоров в направлении подачи а и рабочего О,.

Обработка паза, в данном случае типа "ласточкин хвост", осуществляется за один проход наклонной рабочей поверхностью 20 с длиной Ь, большей длины обрабатываемого паза Я., представляющей собой по форме теневое изображение профиля паза 23 на эту наклонную поверхность.

Описанная принципиальная схема осуществления способа электрохимической обработки устройством для этих целей доказывает, что при любой форме пазов, расположенных как на внутренних, так и на, наружных поверхностях деталей, новый способ осуществим в реальных условиях. между электродами в начале и вконце обработки. Решается проблема сквозного выхода всей рабочей поверхности инструмента из обрабатываемой детали.

Большая скорость подачи значительно повышает точность обработки. Это позD С воляет, например, заменить механическую обработку таких сложных элементов, как пазы типа "ласточкин хвост и "елка О в ответственных деталях авиадвигателя— лисках компрессора и турбины.

Лля подтверждения преимушества изобретения перед известными способами электрохимической обработки пазов проведено опробование его на экспериментальной установке на образцах-имитаторах дисков компрессора и турбины, изготовленных из титанового и жаропрочРасчеты показывают, что скорость электрохимической обработки при применении изобретения может быть значительно больше той, которая достигнута при его проверке на технически ограниченной экспериментальной установке.

Скорость подачи в данном случае выражается простейшим уравнением

О

50 а

Р где у — скорость электрохимического растворения металла (обычно для титанового сплава не превышает 0,5 мм/мин);

Π— межэлектродный зазор в направМ о ленни подачи, мм;

QI рабочий межэлектродный зазор, мм.

Предлагаемый способ дает новые возможности и новые показатели точности и производительности. Впервые появляетH ся возможность обрабатывать сквозные объемные элементы — пазы закрытого сложного профиля плоской рабочей поверхностью без опасений коротких замыканий ного сплавов. щ Без какой-либо предварительной обработки электрохимическим методом изготовлены пазы типа "ласточкин хвост (нижнее основание 16 мм, верхнее 10мм, глубина 7 мм, длина 100 мм, угол разво25 рота паза на ободе имитатора 30} и

"елка" (глубина 18 мм, нижнее основание 4 мм, верхнее 16 мм, радиус елочных выступов и впадин 0,6 мм, длина паза 22 мм).

3о Скорость рабочей подачи доведена до ей| 200 MM/MHH. Достигнута To Hoo ü обработки линейных размеров 0,08-0,05 мм.

Паз длиною в 100 мм обработан за

2,5 мин, что не является пределом для данного способа и устройства.

Сложный елочный паз также обработан одной рабочей плоской поверхностью за один проход. При механической обработке для этого необходимо 10 протяжек.

15

Формула изобретения

1. Способ электрохимической обработки пазов за один проход, включающий относительное перемещение электрода-инструмента с наклонной рабочей поверхностью в направлении, перпендикулярном профильному сечению паза, и последовательное открывание каналов для подвода электролита в зону обработки, о тличающийся тем,что,сцелью расширения возможности процесса элек20

9 7404

Не прибегая к решению линейных урав некий с целью определения точки пересе-, чения непараллельных прямых, можем принять, по меньшей мере, G равным двум алинам обрабатываемого паза.

Йля данного изобретения это вполне. реально. Тогда для условий экспеоиментального опробования получим

V 0,5 Щ- 500 ммlмин, что в 2,5 фаза выше скорости, достигну- 1о той при экспериментальной проверке, примерно в 70 раз выше скорости прототипа и в 135 раз быстрее обычного электрохимического прошивания.

66 lO трохимической обработки преимущественн сложнопрофильных сквозных пазов при максимальной производительности, обработку ведут- электродом-инструментом с плоской рабочей поверхностью,по форме представляющей теневое иэображение

Гцаза.

-2. Устройство для осуществления спрсоба по п. 1, о т л и ч а ю щ е e e а тем, что распределитель электролита выполнен в виде базового корпуса с каналами для электролита и установленного в нем с возможностью перемещения раздатчика, регулируемого в соответствии с длиной обрабатываемого паза.

3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что на боковых нерабочих поверхностях рабочей части .установлены упругие уплотнения.

4. Устройство по и. п. 2 и 3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что рабочая часть устройства выполнена съемной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2089123, кл. В 23 P 1/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

N.222101,,кл. В 23 Рl/00,,1968.

740466

Составитель В. Шадрина

Редактор Л. Батанова Техред Я. Бирчак Корректор М. Пежо

Заказ 3094/14 Тираж 1160 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4