Способ электроконтактной обработки

 

Использование: резка и обработка различных поверхностей заготовок из токоповодящих материалов, в том числе, из труднообрабатываемых металлов и сплавов. Сущность изобретения: между обрабатываемой заготовкой и вращающимся электродом-инструментом возбуждают электрические дуговые разряды. Определяют зависимость интенсивности локальных коротких замыканий, предшествующих возникновению дугового разряда, от скорости рабочей подачи. Обработку ведут с регулированием скорости рабочей подачи из условия поддержания минимального уровня интенсивности локальных коротких замыканий на восходящем участке найденной зависимости. 1 табл., 2 ил.

Предполагаемое изобретение относится к области электрофизических методов обработки и может быть использовано в машиностроении для резки или обработки различных поверхностей заготовок из токопроводящих материалов, в том числе из труднообрабатываемых металлов и сплавов.

Известны способы электроконтактной обработки, в которых скорость рабочей подачи в процессе обработки регулируют по сигналам, характеризующим рабочий ток или рабочее напряжение, задавая определенный закон изменения этих параметров обработки или стабилизируя эти параметры [1, 2] Известные способы регулирования рабочей подачи по току или напряжению не обеспечивают необходимого качества регулирования, поскольку одно и тоже среднее значение тока или напряжения может характеризовать как устойчивый процесс с непрерывной во времени электрической дугой, так и процесс с длительными короткими замыканиями электродов, т.е. имеющим значительную фрикционную фазу и обладающим другими технологическими характеристиками, в частности повышенным износом электрода-инструмента.

Целью предполагаемого изобретения является повышение производительности и уменьшение износа электрода-инструмента и шероховатости обработанной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что процесс электроконтактной обработки ведут с регулированием подачи по сигналу, характеризующему интенсивность локальных коротких замыканий электродов.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен график зависимости относительной величины интенсивности локальных коротких замыканий Δ от величины рабочего тока I_р(V_n) для разных значений напряжения холостого хода и снимаемого припуска (при электроконтактном точении).

На фиг.2 представлены для одинаковых условий обработки графики зависимостей производительности М, износа электрода-инструмента d, шероховатости обработанной поверхности R_z и график зависимости относительной величины интенсивности локальных коротких замыканий D от величины рабочего тока I_p.

Установлено, что при электроконтактной обработке возникновению дугового разряда предшествуют кратковременные локальные (на ограниченных участках поверхности заготовки) замыкания, длительность которых определяется мощностью источника технологического тока, материалами электродов, условиями прокачки рабочей жидкости и составляет десятки-сотки микросекунд.

Интенсивность, или средняя частота возникновения этих замыканий характеризует соотношение между скоростью поступления в зону обработки обрабатываемого материала и способностью дуговых разрядов осуществить съем и удаление этого материала в данных условиях. В случае устойчивого процесса с непрерывной во времени электрической дугой интенсивность локальных замыканий минимальна (участок II на фиг.2) в некотором диапазоне изменения рабочих токов, но существенно увеличивается при любом несоответствии скорости поступления обрабатываемого материала в зону обработки и скорости съема и удаления этого материала, определяемой мощностью вводимой в зазор электрической энергии. Такое несоответствие возникает и когда скорость подачи мала, т.е. мощность электрической энергии превышает величину, необходимую в данных условиях обработки для съема и удаления материала заготовки, медленно поступающего в зону обработки (участок I на фиг.2) и тогда, когда вводимой мощности недостаточно для съема поступающего с большой скоростью в зону обработки материала (уч. III на фиг.2).

Уровень интенсивности локальных коротких замыканий измерялся посредством схемы, которая выделяет перепады напряжения на межэлектродном зазоре от U_р до U_кз<U+U_к, где: U_р мгновенное значение напряжения на межэлектродном зазоре, соответствующее электродуговой фазе процесса; U_кз мгновенное значение напряжения на межэлектродном зазоре, соответствующее фрикционной фазе процесса; U_o, U_к падение напряжения в анодной и катодной области столба канала разряда.

Выделенные перепады напряжения нормировались по длительности и амплитуде. Таким образом, моменту возникновения любого короткого замыкания соответствовал нормированный по амплитуде и длительности импульс напряжения. Полученная последовательность нормированных импульсов интегрировалась во времени, в результате чего частота следования нормированных импульсов линейно преобразовывалась в постоянное выходное напряжение.

Относительный уровень интенсивности локальных коротких замыканий определялся как отношение: где U_min величина выходного сигнала, соответствующая устойчивому электродуговому процессу обработки.

Графики на фиг.2 получены для электроконтактного точения сплава на основе никеля при следующих параметрах: напряжение холостого хода U_xx=27 В, глубина врезания 2 мм, материал электрода-инструмента -чугун, скорость вращения электрода-инструмента 38 м/c, скорость вращения заготовки 0,5 м/с.

Как видно из графиков на фиг.2, для определенных условиях обработки непрерывным дуговым разрядом существует область значений рабочего тока, который соответствует оптимальное сочетание технологических показателей: высокая производительность при низких значениях износа и шероховатости. На графике Δ(I_p) этой области токов соответствует участок с минимальным значением Δ, примыкающий к началу восходящего участка зависимости D(I_p). Положение оптимальной области не является постоянным в общем случае, на оси токов, поскольку зависит от ряда факторов (глубины врезания электрода-инструмента, материалов, электродов, условий подачи рабочей жидкости, характеристики источника питания и т.п.) часть из которых является переменными в процессе обработки.

При изменении условий обработки (например, в случае неравномерности снимаемого припуска при точении, или с изменением глубины обработки при резке), процесс разрегулируется, что характеризуется на зависимости Δ(I_p) (фиг.2) либо попаданием в недопустимую область III, где нарушается непрерывность дуговых разрядов и устойчивость процесса, либо работой в той области допустимых значений тока II, где не реализуются оптимальные технологические показатели процесса.

Нарушение устойчивости процесса, связанные с работой в допустимой области III, наиболее очевидно выявляются при электроконтактной резке тонким (≅ 2 мм)стальным диском. Процесс обработки при этом характеризуется шумовыми эффектами и большой вероятностью повреждения дискового электрода.

Поскольку рабочий ток I_р в свою очередь является функцией скорости рабочей подачи U_п, то поставленная цель повышение производительности с уменьшением износа и шероховатости обработанной поверхности может быть достигнута регулировкой в процессе обработки скорости рабочей подачи по сигналу, характеризующему уровень интенсивности локальных коротких замыканий, причем этот сигнал поддерживается минимальным в начале восходящего участка графика зависимости величины этого сигнала от скорости рабочей подачи.

В таблице представлены результаты технологических испытаний различных режимов подачи при электроконтактной обработке точением (числитель) и врезанием (знаменатель). Материал заготовки: сталь 35ХГСА, диаметр заготовки 40 мм. Скорость вращения: электрода инструмента 38 м/с, заготовки 0,5 м/с. При точении: материал электрода инструмента чугун, напряжение холостого хода 27В, снимаемый припуск 2+1,5 мм 2^+1,5_-0,5 ^мм_мм. При резке: материал электрода - инструмента Ст3, толщина 1,5 мм, напряжение холостого хода 32В.

Преимущества предлагаемого способа обработки по сравнению с прототипом наиболее полно проявляются при наличии переменных параметров обработки.

Регулирование скорости рабочей подачи по предлагаемому способу при снятии неравномерного по длине заготовки припуска позволило до 2-х раз снизить износ электрода инструмента и на 30 50% снизить значения шероховатости обработанной поверхности.

Резка заготовок по предлагаемому способу обеспечивает повышение производительности на 10.17% по сравнению со способом, предложенным в прототипе.

Применение предлагаемого способа надежно исключает аварийные ситуации, связанные с повреждениями тонкостенного электрода инструмента, что позволяет использовать все преимущества, связанные с уменьшением ширины реза (экономия металла заготовки и электрода инструмента, повышение производительности обработки).

Формула изобретения

Способ электроконтактной обработки электрическими дуговыми разрядами, возбуждаемыми от источника постоянного напряжения между обрабатываемой заготовкой и вращающимся электродом-инструментом, с регулированием скорости рабочей подачи, отличающийся тем, что скорость рабочей подачи регулируют, поддерживая минимальный уровень интенсивности локальных коротких замыканий на восходящем участке зависимости интенсивности локальных коротких замыканий от скорости рабочей подачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3