Система для электрохимического абразивного шлифования

Авторы патента:

Смирнов Максим Сергеевич (RU)

Долгушин Алексей Владимирович (RU)

B23H7/26 - устройство для перемещения или установки электрода относительно заготовки; крепление электрода

B23H7/12 - вращающиеся дисковые электроды

B23H5/08 - электролитическое шлифование

Владельцы патента RU 2768103:

Общество с ограниченной ответственностью "ЕСМ" (RU)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при электрохимической обработке деталей шлифовальными кругами. Система для электрохимического шлифования детали содержит рабочий стол, абразивный круг, состоящий из скрепленных токопроводящей связкой абразивных зерен, подключенный к отрицательному полюсу источника тока, и сопло для подачи рабочей жидкости – электролита, в межэлектродный промежуток. Источник тока имеет крутопадающую вольт-амперную характеристику и является генератором униполярных импульсов тока. Рабочий стол подключен к положительному полюсу источника тока через электронный ключ, выполненный с возможностью переключения тока от рабочего стола в короткозамкнутый контур и состоящий из двух быстродействующих транзисторов, один из которых выполнен с возможностью подключения источника тока к короткозамкнутому контуру, а второй - к рабочему столу. К источнику тока подключен контроллер для управления электронным ключом и источником тока, который в свою очередь подключен к аналого-цифровому преобразователю, установленному с возможностью измерения напряжения между рабочим столом и абразивным кругом. Обеспечивается улучшение качества обработки и сокращение износа инструмента при увеличении доли электрохимического анодного тока. 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при электрохимической обработке деталей шлифовальными кругами.

Известен лепестковый шлифовальный круг для электрохимического шлифования труднообрабатываемых сплавов и сталей, где лепестки лепесткового шлифовального круга выполнены в виде металлической сетки, покрытой абразивным материалом (патент RU 2103123, МПК В23Н 5/06, опубл. 27.01.1998 г.).

Недостатком известного устройства является повышенный расход шлифовального круга и низкая производительность шлифования.

Известен абразивный круг для электрохимического шлифования, состоящий из абразивных зерен, скрепленных связкой, содержащий токопроводящие вставки, расположенные перпендикулярно к оси вращения абразивного круга, которые размещены между абразивными вставками, где токопроводящие вставки подключены к отрицательному электроду источника постоянного тока (патент RU 144707, МПК B23H 5/10, опубл. 27.08.2014 г.).

Известен шлифовальный круг, жестко закрепленный между двумя дисками из токопроводящего материала, подключенными к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока. Шлифовальный круг имеет возможность контактировать с поверхностью обрабатываемой заготовки, подключенной к положительному полюсу источника постоянного тока, а диски из токопроводящего материала расположены на расстоянии от поверхности обрабатываемой заготовки, образуя зазор, который имеет возможность заполняться электролитом из штуцера (патент RU 2522503, МПК В23Н 5/08, опубл. 20.07.2014 г.).

Наиболее близкой является система для электрохимического шлифования деталей (авт. свидетельство SU 1590237, опубл. 07.09.1990 г.), содержащая рабочий стол для установки на нем обрабатываемой детали, абразивный круг для электрохимического шлифования, состоящий из скрепленных токопроводящей связкой абразивных зерен, установленный на рабочем столе с возможностью перемещения относительно него и подключенный к отрицательному полюсу источника тока, и сопло для подачи рабочей жидкости - электролита в межэлектродный промежуток между абразивным кругом и обрабатываемой деталью.

Недостатки известных способов и устройств заключаются в следующем.

В процессе обработки токопроводящий абразивный круг контактирует с обрабатываемой деталью, что неизбежно приводит к пробою межэлектродного промежутка (МЭП) и образованию электрической дуги. Так как дуга обладает низким электрическим сопротивлением, а источник тока, как правило, ограничивает ток в краткосрочном периоде, то напряжение на МЭП резко падает. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению анодного тока, протекающего через электролит.

Анодный ток оказывает положительное влияние на процесс электрохимического абразивного шлифования (ЭХАШ):

- удаляет заусенцы и скругляет острые кромки;

- уменьшает усилия на круге за счет дополнительного механизма съема;

- удаляет наклепанный слой, сформированный абразивными зернами.

Электрическая дуга представляет собой ионизированный канал с высокой электропроводностью, ее горение также облегчается тем, что в точке возникновения дуги на аноде и катоде температура достигает тысяч градусов, что усиливает электронную эмиссию. Поэтому, по мере вращения круга, дуга не перемещается на место наименьшего межэлектродного зазора, а постепенно растягивается: ее концы «прилипают» к исходным точкам. После достижения достаточной длины дуга обрывается, напряжение на МЭП возвращается к исходным значениям, и анодный ток снова увеличивается.

Горение электрической дуги оказывает негативное влияние на процесс ЭХАШ:

- приводит к усиленному износу инструмента;

- формирует области термического влияния на обрабатываемой детали;

- уменьшает положительные эффекты от анодного тока.

Известные способы и устройства не включают специальных мер, ограничивающих дуговой ток. При этом при увеличении площади обработки (например, при одновременной обработке нескольких деталей) сила тока в дуге увеличивается, что приводит к ее более длительному горению, и, соответственно, к ухудшению показателей обработки.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является улучшение качества обработки заготовки и сокращение износа инструмента.

Технический результат - увеличение доли электрохимического (анодного) тока.

Проблема решается, а технический результат достигается системой для электрохимического шлифования детали, содержащей рабочий стол для установки на нем обрабатываемой детали, абразивный круг для электрохимического шлифования, состоящий из скрепленных токопроводящей связкой абразивных зерен, установленный на рабочем столе с возможностью перемещения относительно него и подключенный к отрицательному полюсу источника тока, и сопло для подачи рабочей жидкости - электролита в межэлектродный промежуток между абразивным кругом и обрабатываемой деталью. В отличие от прототипа источник тока имеет крутопадающую вольт-амперную характеристику и является генератором униполярных импульсов, а рабочий стол подключен к положительному полюсу источника тока через электронный ключ, выполненный с возможностью переключения тока от рабочего стола в короткозамкнутый контур и состоящий из двух быстродействующих транзисторов, один из которых выполнен с возможностью подключения источника тока к короткозамкнутому контуру, а второй - к рабочему столу, причем к источнику тока подключен контроллер для управления электронным ключом и источником тока, который в свою очередь подключен к аналого-цифровому преобразователю, установленному с возможностью измерения напряжения между рабочим столом и абразивным кругом.

Технический результат достигается следующим образом.

Источник импульсного тока имеет крутопадающую вольт-амперную характеристику. При электрическом пробое в таком источнике электрический ток не увеличивается, что приводит к падению мощности, рассеиваемой в межэлектродном зазоре, и уменьшению негативных эффектов, связанных с горением дуги.

При приближении круга к заготовке величина межэлектродного зазора сокращается, что приводит к падению его электрического сопротивления и росту анодного (электрохимического тока).

При использовании импульсного тока электрическая дуга прерывается каждый раз при окончании длительности импульса. Кроме того, развитие дуги также требует времени, то есть после начала импульса она возникает не сразу. Оба этих фактора приводят к увеличению доли анодного тока и к соответствующему улучшению показателей ЭХАШ.

Кроме того, элементы управления системой детектируют возникновение электрического пробоя МЭП и выключают подачу электрического тока в зазор до следующего импульса за счет использования быстродействующего ключа, переключающего ток из межэлектродного зазора в короткозамкнутый контур. Это приводит к еще большему увеличению доли анодного тока.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где:

на фиг. 1 показана функциональная схема заявляемой системы;

на фиг. 2 - осциллограммы тока и напряжения.

На фигуре 1 обозначено:

1 - рабочий стол

2 - обрабатываемая заготовка

3 - абразивный круг с токопроводящей связкой

4 - сопло для подачи электролита

5 -источник тока с крутопадающей вольт-амперной характеристикой

6 - электронный ключ

7 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

8 - контроллер источника тока

(а) и (b) - быстродействующие транзисторы, из которых состоит электронный ключ 6. Транзистор (а) подключает источник тока 5 к короткозамкнутому контуру, а транзистор (b) - к рабочему столу

S - направление вращения абразивного шлифовального круга

Р - направление струи электролита

F - направление перемещения рабочего стола

На фиг. 2 обозначено:

t_i - нормальная длительность импульса; t_p - длительность паузы; t_c - скорректированная длительность импульса; t_o - сокращение длины импульса; t_s - длительность горения дуги.

Устройство работает следующим образом.

На рабочий стол (1), подключенный к положительному полюсу источника тока

(5) с крутопадающей вольт-амперной характеристикой через электронный ключ

(6), установлена заготовка (2). В качестве источника тока с крутопадающей вольт-амперной характеристикой может быть использован сварочный трансформатор или инвертор. Вращающийся абразивный круг (3) с токопроводящей связкой подключен к отрицательному полюсу источника тока (5). Рабочий стол (1) и абразивный круг (3) могут перемещаться относительно друг друга в разных направлениях (F) для обеспечения рабочей подачи. При помощи сопла (4) между кругом (3) и заготовкой (2) подается струя электролита. Электронный ключ (6) состоит из 2-х быстродействующих транзисторов (а) и (b), один из которых (а), подключает источник тока к короткозамкнутому контуру а второй (b) - к рабочему столу. Контроллер (8) источника тока (5) подключен к аналого-цифровому преобразователю (7), который измеряет напряжение между рабочим столом (1) и абразивным кругом (3). Контроллер управляет электронным ключом (6) и источником тока (5).

Источник тока (5) по заданию контроллера (8) формирует импульсы тока с большим фронтом, при этом в электронном ключе (6) транзистор (а) открыт, а транзистор (b) закрыт, таким образом, источник тока соединяется с короткозамкнутым контуром. После того, как ток достигает заданного значения, в ключе (6) транзистор (а) закрывается, а транзистор (b) открывается, и ток источника переключается на рабочий стол (1).

После окончания заданной длительности импульса электронный ключ (6) переключает ток обратно в короткозамкнутый контур. Таким образом, на рабочий стол (1) подаются импульсы тока с коротким фронтом.

АЦП (7) непрерывно измеряет напряжение на межэлектродном промежутке (МЭП) между рабочим столом (1) и кругом (3) и передает эти данные в контроллер (8), который управляет источником тока (5) для обеспечения заданного напряжения МЭП. Таким образом, в течение длительности импульса источник тока (5) является источником тока, а на длительном периоде множества импульсов - источником напряжения.

Если в течение заданной длительности импульса пробоя не происходит, то формируется нормальная длительность импульса t_i (первая осциллограмма на фиг. 2).

Так как источник тока (5) имеет крутопадающую вольт-амперную характеристику, то при электрическом пробое МЭП напряжение падает, а ток не изменяется (вторая осциллограмма на фиг. 2). Это ограничивает мощность электрической дуги и позволяет контроллеру (8) определять момент возникновения пробоя МЭП. Тогда контроллер (8) при помощи ключа (6) переключает ток в короткозамкнутый контур, формируя корректированную длительность импульса t_c. При этом время горения дуги t_s определяемое быстродействием АЦП (7), контроллера (8) и ключа (6), сокращается на величину t_o.

Пример электрохимического абразивного шлифования с использованием заявляемой системы.

Описанное устройство для процесса электрохимического абразивного шлифования реализовано в станке EAG400.

Источник тока на основе инверторного преобразователя установлен в отдельном электрическом шкафу.

Электронный ключ и АЦП установлены непосредственно на механической структуре станка.

Были зарегистрированы следующие электрические параметры режима обработки:

- длительность импульса t_i=2 мс;

- длительность паузы t_p=2 мс;

- напряжение U=8 В;

- импульсный ток I=50 А;

- время реакции системы на короткое замыкание (время горения дуги) t_s=0.025 мс.

Таким образом, система управления процессом обработки обеспечивает заданное напряжение за счет обратной связи путем изменения уровня тока источника тока, обеспечивает вычисление и задание уровня тока источника тока для обеспечения заданного напряжения в импульсе в паузе между импульсами, обнаруживает момент пробоя межэлектродного промежутка и выключает ток до окончания длительности импульса.

Это ведет к увеличению доли анодного тока и улучшению качества обработки детали.

Система для электрохимического шлифования детали, содержащая рабочий стол для установки на нем обрабатываемой детали, абразивный круг для электрохимического шлифования, состоящий из скрепленных токопроводящей связкой абразивных зерен, установленный на рабочем столе с возможностью перемещения относительно него и подключенный к отрицательному полюсу источника тока, и сопло для подачи рабочей жидкости – электролита в межэлектродный промежуток между абразивным кругом и обрабатываемой деталью, отличающийся тем, что источник тока имеет крутопадающую вольт-амперную характеристику и является генератором униполярных импульсов, а рабочий стол подключен к положительному полюсу источника тока через электронный ключ, выполненный с возможностью переключения тока от рабочего стола в короткозамкнутый контур и состоящий из двух быстродействующих транзисторов, один из которых выполнен с возможностью подключения источника тока к короткозамкнутому контуру, а второй - к рабочему столу, причем к источнику тока подключен контроллер для управления электронным ключом и источником тока, который в свою очередь подключен к аналого-цифровому преобразователю, установленному с возможностью измерения напряжения между рабочим столом и абразивным кругом.

Изобретение относится к области паротурбостроения и может быть использовано, в частности, при нанесении защитного покрытия на участки лопаток паровых турбин с применением источника воздействия методом электроискрового легирования. Устройство для нанесения покрытия на лопатки турбины методом электроискрового легирования содержит аппликатор с легирующим электродом для нанесения защитного слоя на поверхность лопаток и детектор обратной связи для считывания геометрии лопаток, установленный на механическом манипуляторе на основе сервоприводов по меньшей мере с пятью степенями свободы, по меньшей мере три из которых являются поступательными, а по меньшей мере две – вращательными, при этом устройство для нанесения покрытия и механический манипулятор соединены с системой управления и установкой для электроискрового легирования.

Вибратор маятниковый универсальный для электрохимической обработки // 2761925

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки (ЭХО) и может быть использовано как для ЭХО крупногабаритных, так и малогабаритных сложнопрофильных деталей. Вибратор содержит корпус с расположенным в нем на опорах штосселем, несущим электрод-инструмент, коленный механизм, шарнирно связанный одним коленом с корпусом, а другим коленом со штосселем, и приводной двигатель для создания возвратно-поступательных перемещений электрод-инструмента, при этом вал приводного двигателя через эксцентриковый узел связан с коленами коленного механизма с обеспечением их маятниковых колебаний равномерно в обе стороны относительно оси штосселя.

Осциллятор для генерирования продольных механических колебаний // 2751497

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к станкостроению и устройствам для преобразования вращательного движения в колебательное возвратно-поступательное, например, в станках, осуществляющих обработку электрохимическими методами. Осциллятор содержит корпус, в полости которого установлен на двух конических радиально-упорных подшипниках кривошип, выполненный в виде вала с эксцентрично смещенным цилиндрическим участком, на котором установлен шатун, в головке которого выполнено отверстие для размещения вкладыша с внешней сферической поверхностью и с цилиндрическим отверстием для установки в нем наружных колец двух конических радиально-упорных подшипников шатуна, внутренние кольца которых установлены на цилиндрической поверхности эксцентрического участка кривошипа.

Устройство для электрохимической обработки винтов // 2700894

Изобретение относится к электрохимической обработке винтов различного профиля. Устройство содержит переднюю и заднюю опоры со сферическими центрами, установленные через диэлектрические прокладки в передней и задней опорах станка, суппорт, инструментальный самоцентрирующий люнет с электрическим приводом, насос для прокачки электролита и источник питания, подключенный положительным полюсом к винту, а отрицательным полюсом к электрод-инструменту.

Устройство для получения узких пазов в цанге проволочным электродом // 2675672

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при прорезании узких пазов, например, в цангах с малым диаметром отверстий для базирования деталей. Устройство для получения узких пазов в цанге проволочным электродом содержит стержень и выполненное с возможностью установки на станке с проволочным электродом и системой ЧПУ, обеспечивающей режим перемещения цанги.

Способ и устройство для изготовления профиля в полузакрытом канале детали проволочным электродом-инструментом // 2669673

Изобретение относится к изготовлению профиля в полузакрытом канале детали. Деталь перемещают относительно проволочного электрода-инструмента, пропускаемого через размещенную в канале пустотелую вставку из диэлектрического материала, внутри которой для натяжения проволочного электрода-инструмента установлена поворотная диэлектрическая серьга, имеющая узел закрепления ее углового положения, а в торце вставки со стороны серьги выполнен продольный паз с шириной не менее ширины серьги и глубиной, достаточной для размещения серьги при ее перпендикулярном положении относительно оси проволочного электрода-инструмента.

Способ электрохимической обработки непрофилированным электродом-инструментом и устройства для его осуществления // 2647413

Изобретение относится к области электрохимической обработки и может быть использовано для прорезки узких криволинейных пазов и щелей в деталях из высокопрочных сталей и сплавов. В способе электрохимическую обработку осуществляют многокоординатным перемещением в несколько последовательных переходов вращающимся электродом-инструментом, выполненным в виде закрепленной с обоих концов длинной упругой пластины постоянного поперечного сечения с существенно различным соотношением габаритных размеров в направлении осей симметрии, вращающихся вокруг продольной оси.

Устройство для электрохимической обработки ступенчатых валов // 2623971

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°.

Установка для создания покрытий на металлических поверхностях методом электроискрового легирования // 2623539

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания на металлических поверхностях различных покрытий методом электроискрового легирования. Установка содержит выносной аппликатор АП 10, подключенный к базовому модулю БМ 30 с блоками электропитания БП 31, генерации электрических импульсов БГ 32 и управления работой установки БУ 33, причем указанный блок генерации электрических импульсов БК 33 содержит несколько независимых генераторов указанных импульсов, а базовый модуль БМ 30 дополнительно содержит блок БРГ 34 формирования подвода рабочего газа в зону легирования, блок БСВ 35 формирования подвода сжатого воздуха в качестве рабочего тела для сменного АП 10 с пневматическим приводом вибрационного механизма ДЭ 12 и блок БП 31 формирования электропитания для подключения к БМ 30 системы осветительных приборов местного и общего освещения зоны легирования.

Устройство для электроискровой обработки поверхности // 2619412

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. Устройство содержит ручку управления, корпус и размещенные в корпусе магнитную систему, состоящую из сердечника с катушкой, и подвижный якорь с электрододержателем для закрепления электрода.

Способ обработки тонкостенного профиля пера лопаток и моноколес газотурбинных двигателей из титановых сплавов методом двухстороннего электрохимического шлифования // 2703090

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке тонкостенных профилей пера лопаток и моноколес газотурбинных двигателей из титановых сплавов. Способ включает получение профиля пера из заготовки за одну технологическую операцию, при которой двухстороннее электрохимическое шлифование совмещают с механическим шлифованием и используют профилированные токопроводящие абразивные круги, поступательно-возвратное прямолинейное движение которых согласуют с перпендикулярным ему прямолинейным движением обрабатываемой заготовки в двух направлениях, при этом обработку заготовки начинают синхронно с входной кромки пера с последующим расхождением и схождением кругов по длине профиля пера, причем подачу кругов осуществляют против направления вращения кругов на глубину съема материала более 1 мм и в зону обработки по направлению вращения кругов подают электролит.