Способ электромеханической обработки

 

Союз Советскик

Социалистическмк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 240779 (21) 2800570/25-08 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 07.1081. Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 10.1081 (5l)M. Кд.

В 23 Р !!IO

9вуда11стеаниый камитет

СССР ао делам изебретеиий и аткрмтий (53) УДК 621..9.048.4.06 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.Н. Коротун, С.П. Гинкул и E.Ï. Молчанов т

Краматорский научно-исследовательский и проектно= . технологический институт машиностроения (7I ) Заявитель (54) .СПОСОБ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к области электромеханической обработки и может быть использовано при обработке любых металлов с разупрочнением припуска электрическим током.

Известен способ электромеханической обработки, заключающийся в срезании припуска режущим инструментом с одновременным воздействием на припуск постоянным током, проходящим на деталь через корпус инструмента .(13 ..

Проходящий через деталь ток pasoгревает ее, в результате чего припуск раэупрочняется, что дает возможность повышения режимов резания.

Недостатком способа является большой расход тока на нагрев всей детали, в то время как нагревать требуется только верхний .срезаемый слой припуска.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности н достигаемому результату является способ электромеханической обработки заключающийся в том, что припуск срезают режущим инструментом с одновре-, менным воздействием на припуск переменным током P2). .Переменный ток пропускают через

5 электроды, расположенные перед режущими пластинами и изолированные от корпуса инструмента типа фреэы. Че рез припуск ток проходит только на участке между электродами. Таким об10 разом происходит местный нагрев припуска. Кроме того, ток в припуске перемещается вращающимся инструментом в поперечном направлении, что

15 равносильно перемещению проводника с током. В результате в припуске воз никают вихревые токи, дополнительно разогревающие его.

/ Недостатком способа является срав нительно невысокая производительност

Цель изобретения - повышение производительности обработки.

Указанная цель достигается тем, что частоту переменного тока выби870045 рают равной частоте собственных упругих колебаний материала припуска.

На фиг. 1 изображен инструмент для реализации способа; на фиг. 2— схема его подключения.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 — корпус инструмента, 2 — электрическая изоляция, 3 — резец с режущей пластиной, 4 — электрическая изоляция, 5 — электрод, 6— кольцо токосъемника, 7 — электрическая изоляция, 8 — кольцо токосъемника, 9 — щетка для подвода тока к кольцу токосъемника, 10 — электролит, 11 — сопло для подвода. электролита, 12 — обрабатываемая деталь, 13 — источник питания, 14 — индуктивность, 15 — конденсатор с регулируемой емкостью, 16 — датчик расходуемой мощности, 17 — регулятор с обратной связью, автоматически изменяющий емкость конденсатора 15, 18 — датчик частоты собственных упругих колебаний материала припуска (собственной частоты колебательного контура).

Способ осуществляют следующим образом. При вращении инструмента режущие пластины на резцах 3 обеспечивают механическое срезание припуска.

Ток, проходящий между каждой парой электродов 5, обеспечивает нагрев и дополнительное разупрочнение припуска в межэлектродной зоне. Донолнительное разупрочнение обеспечивается за счет того, что часть цепи с током в припуске перемещается в поперечном направлении совместно с вращающимся инструментом, в результате чего в припуске возникают вихревые токи, магнитное поле которых взаимодействует с основным переменным током, образуя механический момент. Частота изменения механических сил соответствует частоте изменения тока. Кроме того, при электромагнитных взаимодействиях в припуске возбуждаются упругие волны, имеющие для данного материала и данного межэлектродного расстояния вп лне определенную частоту.

При совпадении частоты тока с указанной частотой упругих волн наблюдает; ся резонансное увеличение амплитуды упругих волн, приводящее к резкому увеличению сил, отрывающих частицы металла в припуске, а также к увели.чению местного нагрева припуска.

Подвод тока от электродов 5 к детали 12 возможно осуществить через электролит 10. где E = 20000х10 Н /м — модуль Юнга, 7,8х10 кг/м5 — удельный вес (плотность) стали. — 10 xi 6

30 — 16000 м/с, k=49 где = 10 мм — межэлектродное расстояние (принятое).

Тогда — — 400000 Гц.

Ъ

По этой частоте рассчитывают параметры автоколебательного контура с

40 индуктивностью 14 и конденсатором 15.

Расчет производят по формуле

1

2Х LC

ВыбиРают, например, широко используемый конденсатор с емкостью

С = 2 10 Ф.

Тогда индуктивность равна

4 ° 3, 14 ° 400000 2 ° 10

55 = l 1288 ° 10 Г.

Замыкают межэлектродный участок цепи в цепь с индуктивностью )4 и конденсатором 15.

Настройку частоты переменного тока, равной частоте собственных упругих колебаний материала припуска в межэлектродном пространстве, производят следующим образом.

Вначале определяют частоту собственных упругих колебаний материала в межэлектродном пространстве следующим образом.

Вначале определяют частоту собст- венных упругих колебаний материала припуска по формуле

Ф = — >

Х где f — частота собственных упругих колебаний материала припуска, Гц, U — скорость распространения упругой волны в материале при—

20 пуска, м/с, Х вЂ” длина упругой волны, м.

Как известно

70045 где,и

/4О =!

Цепь с индуктивностью и емкостью имеет собственную частоту электрических колебаний, величина которой определяется параметрами индуктивности и емкости (см. выше). Изменяя эти параметры, можно регулировать частоту собственных электрических колебаний в контуре.

Для регулирования частотного спектра выбирают регулируемый конденсатор, у которого расчетная величина емкости является средней из возможного диапазона регулирования.

Источник переменного (пульсирующего) тока 13 обеспечивает питание автоколебательного контура, электрические колебания в котором возникают благодаря колебаниям тока на рабочем участке цепи.

При совпадении частоты электрических колебаний в контуре с частотой упругих колебаний в припуске воз-. никает резонанс, благодаря чему припуск дополнительно разогревается и разупрочняется, а количество расходуемой энергии уменьшается. Уменьшение мощности источника питания регулируется датчиком 16, а регулятор с обратной связью 17 обеспечивает автоматическую поднастройку конденсатора 15 и источника питания 13 на минимальный расход мощности, который и соответствует резонансному совпадению частоты переменного тока с частотой собственных упругих колебаний материала припуска.

Регулирование частоты тока источника 13 можно и не производить, в результате чего выполнение способа упрощается °

Последняя возможность обусловлена тем, что при любой частоте переменного тока в источнике 13 частота колебаний тока в автоколебательном контуре не изменяется. Изменяется только амплитудный характер колебаний тока, так как колебания в этом случае являются периодически затухающими.

Совпадение же частотных характеристик тока и упругих колебаний всегда обеспечивается.

Возможен вариант регулирования частоты тока только источником 13 без выполнения колебательного контура, т.е. без индуктивности 14 и конденсатора 15.

Однако наиболее простым и экономичным выполнением способа является регулирование частоты тока измене6 нием емкости конденсатора 15 в автоколебательной системе, состоящей из индуктивности 1.4 и конденсатор» 15, без изменения частоты источника питания 13.

Определять действительную частоту упругих колебаний в припуске возможно и другим путем, разместив датчик колебаний около зоны резания.

lO Однако при всей простоте таких датчиков размещать их в зоне резания нецелесообразно ввиду неудобства эксплуатации.

Необходимость регулирования частоты переменного тока обусловлена разной скоростью распространения упругой волны в разных л1атериалах, приводящая к изменению частоты упругих волн при измененчи марки обрабатываемого материала.

Однако, ввиду незначительного отличия скоростей упругих волн в разных материалах, частоты также отличаются между собой незначительно и в той же пропорциональности.

Благодаря этому, путем изменения емкости конденсатора 15 возможно обе<— печить получение необходимых частот для большого диапазона обрабатываемых материалов

Способ можно осуществить в автоматическом режиме, что является удобным ,пля эксплуатации.

Пример конкретного выполнения споФ соба(режимы по прототипу даны в скобках). Обрабатываемый материал — сталь

Х9ВМФШ, число оборотов инструмента, несущего режущие пластины и электроды, составляет 3000 (100) об/мин, 4О диаметр инструмента 250 (250) мм, на инструменте установлены 6 (6) режущих пластин с электродами впереди них, подача на зуб составляет 0,0093 (0,1) мм/об; сила тока, подводимого

45 к электродам, — 300 (300) А, расстояmme между электродами составляет (10) мм.

Сила взаимодействия основного и вихревого токов определяется по формуле

RAo o>q qJ g Ф

8 Jid

1 — магнитная проницаемость воздуха;

4 ° 10 4, г/м — магнитная постоянная, 300 А — сила тока в цепи

870045

300 А — сила вихревых токов.

Для удобства расчета величины токов приравнены, хотя, таким образом, приравнение лишь уменьшит величину силы

1 и к завышению результата не приведет;

0,01 м — расстояние между электродами;

0,0093 10 м — расстояние между токами

4 3,14 10 300 300 0,01

F—

2.3 14 0,0093 . 10-э

19400 н.

Диаметр электродов составляет

2 мм. В этом случае площадь участка припуска, по которому проходит ток и в котором происходит взаимодействие токов, составляет 20

2 Х 10 = 20 мм

Напряжения в металле в зоне взаимодействия токов равны

1940 : 20 = 970 н/мм

Эти напряжения не превышают пре- 25 дела прочности стали Х9ВМФШ, составляющего 1800 н/мм

При резонансном совпадении частоты пульсации тока с частотой собственных колебаний материала припуска сила 30 увеличивается в 5-10 раз. Тогда напряжения в металле составляют.

19400 х (5-10): 20 =

= 4850 — 9700 н/мм

Эти напряжения превышают предел прочности стали Х9ВМФШ в 2,7-5 4 раза.

Это означает, что припуск будет удален электромагнитными силами от действия тока. Это позволяет увеличить обороты инструмента до максимальных, 40 имеющихся на станке. Устанавливаем

3000 об/мин.

Повышение производительности в этом случае составит

3000 : 100 = 30 раз.

Однако глубина снятия припуска каждой парой электродов за один оборот существенно меньше, чем подача на зуб, и равна глубине проникновения вихреI

Я вых токов. 50

В этом случае производительность снижается в О,1 : 0,0093 = 10,7 раза.

Общее же повышение производительности составит

30 : 10,7 — 2,8 раза.

Дополнительное повышение производительности обеспечивается за счет того, что не требуется обслуживать фрезу и заменять ее зубья ввиду их малой нагрузки или от утствии ее вообще.

При создании станков с .более высоким числом оборотов производительность возможно повышать до практически целесообразного.

Практический эффект применения данного способа следующий: увеличение производительности в несколько раз без увеличения мощности источника питания; экономия электроэнергии в несколько раз; — возможность обработки при определенных режимах без режущих инструментов, что обеспечивает их экономию — уменьшение времени на обслуживание инструмента, — возможность обработки материалов любой твердости .

Формула изобретения

Способ электромеханической обработки, заключающийся в срезании припуска режущим инструментом с одновременным воздействием на припуск переменным током, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительности, частоту переменного тока выбирают равной частоте собственных колебаний материала припуска.

Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

1. Патент Японии У 29118, кл. В 23 P l/10, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 2639244/25-08, кл. В 23 P 1/10, 1979 (прототип).