Устройство для электрохимической обработки ступенчатых валов

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов и сплавов и предназначено для обработки ступенчатых валов. Устройство содержит диэлектрический корпус, внутренняя часть которого выполнена в виде призмы, в каждой плоскости которой встроены регулируемые опоры осевой фиксации заготовки, оси которых пересекаются в центре оси заготовки и расположены друг относительно друга под углом 90°. На корпусе установлена крышка из электроизоляционного материала, базируемая по диагонали двумя центровочными штифтами и выполненная с возможностью регулирования межэлектродного зазора по другой диагонали с помощью винтового механизма. Внутренняя часть крышки выполнена по продольным и поперечным размерам заготовки и на ней размещены по два электрода-инструмента на каждую ступень заготовки. Технический результат: повышение точности формы и качества обработанных поверхностей путем минимизации уровня остаточных напряжений и равномерного распределения их по всему объему изделия, за счет одновременного съема поверхностного слоя со всего объема обрабатываемой заготовки. 5 ил.

 

Изобретение относится к металлообработке, конкретно к электрохимической обработке, и предназначено для обработки осесимметричных деталей типа «вал».

Известно устройство из способа электрохимической обработки заготовок типа тел вращения, бандажей железнодорожных колес. Способ включает обработку поверхности заготовки при постоянном токе с подачей в межэлектродный зазор - МЭЗ электролита, с использованием в качестве анода заготовки, а в качестве катода электрода-инструмента в виде кулачков [Патент RU 2301134 С2, кл. B23H 3/00, 2006].

Недостатком приведенного аналога является невозможность обработки длинномерных маложестких деталей как простых, так и сложных по форме в поперечном сечении валов.

Известно устройство для электрохимической обработки маложестких валов, содержащее датчик контроля прогиба вала, связанный с источником питания через блок управления, а также ванну с электролитом, которая закреплена на суппорте станка и имеет возможность перемещаться вдоль и поперек оси вала [Авторское свидетельство СССР №1618536 А1, Кл. B23H 300]

Недостатком данного аналога является невозможность стабилизировать продольную ось вала и обеспечить продольную геометрическую точность вала. Кроме того, диапазон диаметров при обработке минимальный, обработка ступенчатых валов невозможна, так как при прохождении ступени электродом-инструментом она сглаживается.

Приведенный аналог имеет недостатки. Возникающие при механической обработке силы резания создают остаточные напряжения по всей поверхности вала, которые складываются с внутренними остаточными напряжениями с учетом знака и приводят к потере точности (искривлению оси вала в процессе эксплуатации). В материале заготовки остаточные напряжения всегда распределены неравномерно по длине. Кроме того, после механической обработки шейки вала имеют малую точность и низкую шероховатость.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эксплуатационной точности готовых изделий и качества их поверхности, устранение концентраторов напряжений, которые остаются после токарной обработки. В результате достигаются следующие технические результаты: повышается точность формы в - поперечном и продольном направлениях за счет отсутствия сил резания и стабилизации оси заготовки в процессе электрохимической обработки; повышается надежность работы изделий за счет снятия поверхностных остаточных напряжений, остающихся после механической обработки.

Эта задача решается тем, что используют устройство для электрохимической обработки тел вращения, содержащее диэлектрический корпус, в котором установлена опора вращения заготовки, и источник технологического тока, положительным полюсом подключаемый к заготовке, согласно изобретению внутренняя часть корпуса выполнена в виде призмы, в каждой плоскости которой встроены регулируемые опоры осевой фиксации заготовки, оси которых пересекаются в центре оси заготовки и расположены относительно друг друга под углом 90°, при этом на корпусе установлена крышка из электроизоляционного материала, базируемая по диагонали двумя центровочными штифтами и выполненная с возможностью регулирования межэлектродного зазора по другой диагонали с помощью винтового механизма, включающего винт, один конец которого ввинчивается в корпус, а на втором жестко закреплена его головка, осевое перемещение торца которой контролируется датчиком линейных перемещений, выход которого подключен к входу прибора визуального наблюдения, при этом внутренняя часть крышки выполнена по продольным и поперечным размерам заготовки с углами обхвата γ=170° и на ней размещены по два электрода-инструмента на каждую ступень заготовки, выполненные в виде сегментов из металлических труб с радиусами, равными радиусам ступеней заготовки плюс 0,2÷2 мм, причем электроды-инструменты на крышке расположены симметрично относительно отверстия для подачи электролита для каждой ступени заготовки, разделены между собой на всю длину ступени заготовки пазом и подключены к отрицательному полюсу источника питания.

Использование диэлектрического материала корпуса и крышки установки позволяет сократить стоимость устройства.

Использование регулируемых опор, встроенных в корпус, как базирующих обеспечивает бессиловую обработку со снятием припуска в поперечном сечении заготовки и с совмещением конструкторских, технологических и измерительных баз, что повышает точность обработки изделия.

Выполнение электродов-инструментов в виде двух сегментов на каждой ступени заготовки (вала), выполненных из металлических труб, рабочие поверхности которых имеют форму секторов с радиусами, равными радиусам ступеней изделий плюс МЭЗ, и разделенных пазами, равными длине ступени, обеспечивает равномерную подачу электролита непосредственно в зону обработки и максимальную производительность.

Подключение электродов-инструментов к отрицательному полюсу источника питания обеспечивает снятие припуска с тел вращения. Оснащение устройства механизмом вращения заготовок обеспечивает расширение технологических возможностей и повышает производительность обработки.

Возможность подвода электролита к входу электрода-инструмента от насоса прокачки в зону обработки удаляет продукты электрохимической обработки из зоны обработки.

Оснащение крышки корпуса винтовыми механизмами настройки МЭЗ и приборами визуального наблюдения обеспечивает точность настройки величины МЭЗ.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 - общий вид установки в разрезе А-А; на фиг. 2 - вид установки сверху; на фиг. 3 показан разрез Б-Б; на фиг. 4 показан разрез В-В; на фиг. 5 - функциональная схема подключения и контроля контакта электродов-инструментов к источнику питания и прибору визуального наблюдения.

Устройство для ЭХО содержит заготовку 1, базирующуюся на регулируемых опорах 2 (фиг. 3), установленных в диэлектрическом корпусе 3 (фиг. 1), в котором вмонтированы опора осевой фиксации 4 и вращающаяся опора, установленная в шпинделе 6, связанном через муфту 7 с электродвигателем 8, корпус которого закреплен на коретке 9 с возможностью осевого перемещения (ходовой винт не показан). На корпусе 3 смонтирована крышка 10, выполненная из электроизоляционного материала с гидроуплотнителем 11 по периметру крышки, которая фиксируется по штифтам 12 и устанавливается с зазором H относительно корпуса 3 винтовым механизмом (фиг. 4) головки 13, жестко закрепленной на винте 14. Осевое перемещение винта 14 фиксируется датчиком линейных перемещений 15, жестко закрепленным на стойке 16, и выход датчика 15 подключен к прибору визуального наблюдения 17. На внутренней части крышки 10 размещены электроды 18 с эквидистантным профилем поперечных сечений заготовки (фиг. 3). Электроды 18 расположены симметрично относительно отверстия 19 для подачи электролита для каждой ступени заготовки и разделены между собой на всю длину ступени заготовки пазом 20 (фиг. 3). Каждый из электродов 18 объединен в единую цепь и подключен к источнику питания 21 к отрицательному полюсу (фиг. 5). Заготовка 1 через центр 5 и шпиндель 6 через токосъемник 22 (фиг. 1) подключена к положительному полюсу источника питания 21. Момент контакта заготовки 1 с электродами фиксируется датчиком контакта 23 со встроенным прибором визуального наблюдения (на фиг. 5).

Устройство для электрохимической обработки тел вращения работает следующим образом: заготовку 1 предварительно протачивают на токарном станке, формируют профиль изделия, оставляя припуск на чистовую обработку, далее устанавливают на базирующие регулируемые опоры 2, расположенные под углом 90° друг другу и наставленные по длине заготовки по эталонному образцу с учетом диаметров ступеней заготовки. Количество опор на длине ступени рассчитывается из технологической жесткости. Ступени при соотношении ее длины к диаметру менее десяти устанавливают на двух опорах в одном сечении (рис. 3). Настройка подвижных опор на диаметре проводится вручную за счет винтовой пары (на фиг. 3 показано условно). Внутренняя часть корпуса выполнена в виде призмы с углом α=90°, a длина и ширина рассчитывается на типовые заготовки. Корпус выполнен из диэлектрического материала. Для фиксации заготовки в осевом направлении в корпусе 3 установлен регулируемый упор 4 с полусферической заготовкой на конце. С противоположной стороны в торце заготовки устанавливают центр с рифленым коническим профилем 5, последний фиксирует осевое перемещение заготовки и передает вращательное движение от шпинделя 6 через муфту 7 и электропривод 8. Муфта 7 выполнена в виде двух полумуфт, соединенных диэлектрической прокладкой (на фиг. 1 показано условно). Перемещение центра 5 вдоль своей оси осуществляется путем перемещения каретки 9, на которой закреплен электропривод 8 вручную с помощью винтовой пары, фиг. 1, где она показана условно. После установки заготовки 7 в корпус 3 на последней устанавливают крышку 10 с резиновой прокладкой 11 по ее периметру и осуществляют центровку крышки 10 относительно корпуса 3 с помощью центровочных штифтов 12 (фиг. 2), установленных по диагонали корпуса 3. По другой диагонали крышки устанавливают предварительно начальный зазор H между плоскостью корпуса 3 и крышкой 10 с помощью винтового механизма, включающего в себя головку 13, жестко закрепленную на специальном винте 14, резьбовая часть которого ввинчивается в корпус 3 (фиг. 4) и позволяет в зависимости от направления вращения уменьшать или увеличивать зазор Н, величина которого функционально связана с зазором H1 перемещения торца головки 13 винтового механизма, измеряется датчиком линейных перемещений 15, корпус которого жестко закреплен на корпусе 3 с помощью стойки 16, а выходной сигнал с датчика 15 является входом прибора визуальных наблюдений 17. Внутренняя часть крышки 10 выполнена по продольным и поперечным размерам заготовки (например, многоступенчатого вала) с углами обхвата γ=170° и диаметрами на 2-3 мм больше диаметров заготовки, на внутренних профилях крышки закреплены сегменты труб 18, представляющие электроды-инструмент, изготовленные из цветных металлов (например, меди, бронзы и т.д.), и соединены с отрицательным полюсом источника питания 21 (фиг. 5). Заготовка 1 как анод соединена с положительным полюсом источника питания 21 через токоприемник 22. Далее с помощью винтового механизма 14 опускают крышку 10 с прикрепленными к ее внутренней части электродами-инструментами 18 до контакта с заготовкой 1, который фиксируется датчиком контакта 23, это и является точкой отсчета МЭЗ. Далее с помощью головок 13, расположенных по диагонали корпуса 3, одновременно вращая их (фиг. 4), поднимаем крышку 10 на величину МЭЗ, равную Н, которая заранее считается и экспертно проверяется. Контроль за установкой зазора Η осуществляется с помощью датчика линейных перемещений 15, выход которого включен на выход прибора для визуального наблюдения 17. При контакте катода-инструмента 18 с заготовкой (анодом) 1 на экране прибора 17 появляется реперная точка, с которой ведется отсчет величины подъема крышки. Между инструментом-электродом и заготовкой-анодом равномерный зазор по всем ступеням заготовки МЭЗ выбирается в пределах 0,2÷1 мм, в зависимости от решаемой задачи - полирование поверхности или размерная обработка заготовки.

Установка готова к работе и в отверстие 19 через горизонтальные пазы 20 подается под давлением электролит (насос подачи электролита не показан), далее включается электропривод 8, который через шпиндель 7 и через центр 5 рифленым коническим профилем вращает заготовку 1, что обеспечивает съем металла с заготовки.

В качестве электролита используется водный раствор поваренной соли (NaCl), при растворении которой в воде образуются положительные ионы натрия Na+ и отрицательно заряженные ионы хлора CI-. При включении источника питания между инструментом-электродом и обрабатываемой деталью возникает постоянный ток, а в электролите происходят следующие химические реакции. Вода частично диссоциирует на ионы водорода и гидроксильной группы:

H2O=Н+ОН

Анионы хлора движутся к детали, так как она является анодом, и соединяются с железом, образуя растворимый в воде хлорид железа:

.

Катионы натрия движутся к катоду, получают от него недостающие электроны и образуют металлический натрий. Натрий - очень активный элемент, поэтом он сразу же реагирует с водой, образуя растворимый гидроксид натрий и газообразный водород:

Гидроксид натрия и хлорид железа в водном растворе реагируют друг с другом, образуя вновь растворимую поваренную соль и нерастворимый гидроксид железа. Нерастворимое соединение выпадает в осадок и далее в реакциях не участвует:

2NaOH+FeCl2=>2NaCl+Fe(OH)2↓.

При небольшой силе тока (50…100 ампер) анодному растворению подвергаются в первую очередь выступы шероховатости на обрабатываемой поверхности. Вследствие этого выступы удаляются электрохимическим путем и шероховатость поверхности снижается. Так как зазор между инструментом-электродом и обрабатываемой поверхностью является равномерным, то и обработка происходит равномерно по всей поверхности. Для поддержания равномерности процесса электрохимического полирования и удаления осадков из рабочей зоны электролит прокачивается. Для предотвращения коррозии обрабатываемой детали в электролит добавляются химические вещества - ингибиторы коррозии, например нитрид натрия Na2N. После обработки крышку 10 снимают со штифтом 12, вынимают заготовку 1 и промывают ее водой.

Устройство для электрохимической обработки ступенчатого вала, содержащее диэлектрический корпус, в котором установлена опора вращения заготовки, и источник технологического тока, положительным полюсом подключаемый к заготовке, отличающееся тем, что внутренняя часть корпуса выполнена в виде призмы, в каждой плоскости которой встроены регулируемые опоры осевой фиксации заготовки, оси которых пересекаются в центре оси заготовки и расположены относительно друг друга под углом 90°, при этом на корпусе установлена крышка из электроизоляционного материала, базируемая по диагонали двумя центровочными штифтами и выполненная с возможностью регулирования межэлектродного зазора по другой диагонали с помощью винтового механизма, включающего винт, один конец которого ввинчивается в корпус, а на втором жестко закреплена его головка, осевое перемещение торца которой контролируется датчиком линейных перемещений, выход которого подключен к входу прибора визуального наблюдения, при этом внутренняя часть крышки выполнена по продольным и поперечным размерам заготовки с углами обхвата γ=170° и на ней размещены по два электрода-инструмента на каждую ступень заготовки, выполненные в виде сегментов из металлических труб с радиусами, равными радиусам ступеней заготовки плюс 0,2÷2 мм, причем электроды-инструменты на крышке расположены симметрично относительно отверстия для подачи электролита для каждой ступени заготовки, разделены между собой на всю длину ступени заготовки пазом и подключены к отрицательному полюсу источника питания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологическому инструменту для осуществления электрофизической обработки внутренних поверхностей деталей машин и механизмов, выполненных в форме цилиндра, в частности внутренней поверхности цилиндров двигателей внутреннего сгорания, корпусов гидроцилиндров, посадочных отверстий для подшипников и т.п.

Изобретение относится к электроэрозионному формообразованию прецизионных сферических поверхностей. Электроэрозионную обработку осуществляют вращающимся электрод-инструментом, подаваемым продольно вдоль оси, пересекающейся с осью вращающейся заготовки в центре сферической поверхности, причем используют трубчатый электрод-инструмент, выполненный из двух соосных частей, каждая из которых разделена на равное, не менее трех, число сегментов, равномерно распределенных по окружности, обеспечивающий возможность осевого смещения одной части относительно другой.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для электрохимической обработки крупногабаритных тонкостенных деталей типа тел вращения.

Изобретение относится к электродуговому нанесению покрытий и может быть использовано в машиностроении при производстве износостойкого режущего инструмента для обработки металлов, сплавов и других высокопрочных материалов.

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к оборудованию для электрохимической обработки крупногабаритных тонкостенных деталей типа тел вращения.
Изобретение относится к области механической обработки листового, рулонного или слоистого материала, в частности к средствам механической деформации без удаления материала, а именно к конструкции валков для ротационного тиснения, которые могут быть использованы при изготовлении упаковочных материалов, обоев и др.

Изобретение относится к области металлообработки деталей машин, в частности к способу электромеханической обработки, и может найти применение в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения качества деталей машин при изготовлении шпоночных пазов на наружных и внутренних поверхностях.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения качества деталей машин при изготовлении шпоночных пазов на наружных и внутренних поверхностях.

Изобретение относится к способам электроискрового легирования металлических поверхностей, основанным на использовании процессов, сопровождающих мгновенное освобождение электрической энергии в межэлектродном промежутке при кратковременном электрическом разряде.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания на металлических поверхностях различных покрытий методом электроискрового легирования.

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки материалов, в частности к электроискровому легированию, и может быть использовано в машиностроительном и ремонтном производстве для получения износостойких покрытий на плоских поверхностях различных изделий.

Изобретение относится к электроискровой обработке поверхности, в частности к электроискровому легированию, и может быть использовано в машиностроительном и ремонтном производстве для получения износостойких покрытий на деталях узлов трения и неподвижных соединений.

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки материалов, в частности к электроискровому легированию, и может быть использовано в машиностроительном и ремонтном производстве для получения износостойких покрытий на деталях узлов трения и неподвижных соединений.

Изобретение относится к электроискровому легированию металлической поверхности со сложной геометрией. Предложена многоэлектродная технологическая оснастка для электроискрового легирования, содержащая многоэлектродную кассету, выполненную с возможностью монтирования в суппорте станка с регулировкой угла ее наклона.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологическому инструменту для осуществления электрофизической обработки внутренних поверхностей деталей машин и механизмов, выполненных в форме цилиндра, в частности внутренней поверхности цилиндров двигателей внутреннего сгорания, корпусов гидроцилиндров, посадочных отверстий для подшипников и т.п.

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано при проектировании и изготовлении станков для электроэрозионной обработки. Станок содержит основание, стойку, поперечные салазки, рабочую головку с выдвижной пинолью, электрододержатель, стол, смонтированный на опоре, образующей зазор между лицевой поверхностью стойки и задней поверхностью опоры, ванную, задняя стенка которой размещена в данном зазоре, смонтированную с возможностью перемещения в вертикальном направлении.

Изобретение относится к технологическому оборудованию для размерной электрохимической обработки вибрирующим электродом-инструментом штампов, пресс-форм, пера турбинных и компрессорных лопаток, а также для электрохимического гравирования.

Изобретение относится к электрохимической резке тонкостенных электропроводных заготовок. .

Изобретение относится к электроэрозионному станку, предназначенному для формообразования тангенциальных отверстий в топливных форсунках. .

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки и может быть использовано, например, при финишной обработке профиля двигательной лопатки. При осуществлении способа используют стержневой электрод-инструмент, содержащий цилиндрическую державку с центральным каналом для подвода электролита, переходящую в рабочую часть электрод-инструмента, выполненную с эксцентриситетом относительно продольной оси державки, при этом на поверхности рабочей части со стороны максимального эксцентриситета рабочей поверхности от продольной оси державки выполнен продольный боковой паз для прокачки электролита, который также сообщается с центральным каналом для подвода электролита.

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов и сплавов и предназначено для обработки ступенчатых валов. Устройство содержит диэлектрический корпус, внутренняя часть которого выполнена в виде призмы, в каждой плоскости которой встроены регулируемые опоры осевой фиксации заготовки, оси которых пересекаются в центре оси заготовки и расположены друг относительно друга под углом 90°. На корпусе установлена крышка из электроизоляционного материала, базируемая по диагонали двумя центровочными штифтами и выполненная с возможностью регулирования межэлектродного зазора по другой диагонали с помощью винтового механизма. Внутренняя часть крышки выполнена по продольным и поперечным размерам заготовки и на ней размещены по два электрода-инструмента на каждую ступень заготовки. Технический результат: повышение точности формы и качества обработанных поверхностей путем минимизации уровня остаточных напряжений и равномерного распределения их по всему объему изделия, за счет одновременного съема поверхностного слоя со всего объема обрабатываемой заготовки. 5 ил.

Наверх