СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ВЫРЕЗАНИЯ ВНЕШНЕГО ОСТРОГО УГЛА КОНТУРА ДЕТАЛИ Российский патент 1994 года по МПК B23H7/02 

Изобретение относится к электрофизическим способам обработки и может быть использовано в станкоинструментальной, электронной и приборостроительной отраслях промышленности. При электроэрозионном вырезании электродом-проволокой возникают погрешности на обрабатываемой детали, связанные с прогибом электрода-проволоки. Величина прогиба на грубых режимах достигает нескольких десятков долей миллиметра. Погрешности от прогиба проявляются особенно сильно при резких изменениях направления перемещения электрода-проволоки, т. е. при обработке углов контура детали.

При обработке внешнего острого угла, величина которого меньше 30^о, возникает резкое смещение узловой точки эквидистанты от вершины острого угла. Вырезание острого угла по геометрической эквидистанте в этом случае не целесообразно из-за увеличения времени обработки.

Известен способ обработки острых углов, при котором направляющие электрода-проволоки перемещают по эквидистанте первой грани за вершину угла α на некоторое расстояние l₁, а затем направляющие перемещают к эквидистанте второй грани под углом βна величину l₂ и при этом α < β. Величины l₁, l₂ и βопределяют экспериментально для каждого технологического режима. Однако указанный способ позволяет уменьшить погрешность от прогиба только на 50% . В противопоставляемом способе проблема уменьшения времени обработки острого угла не затронута. Известны способы, в которых решается вопрос сокращения траектории перемещения направляющих электрода-проволоки для уменьшения времени обработки острого угла. Однако представленные известные способы не предусматривают коррекцию от прогиба, поэтому при реализации этих способов будут возникать значительные искажения в профиле обрабатываемого угла.

Прототипом предлагаемого способа является известный способ, позволяющий компенсировать погрешности от прогиба электрода-проволоки. Этот способ основан на уменьшении частоты импульсов генератора и скорости вырезания при подходе к узловой точке эквидистанты острого угла. В одном из вариантов осуществления этого способа предлагается перемещать направляющие электрода-проволоки за вершину угла по эквидистанте на небольшое расстояние, например, 50 мкм, а затем возвратить направляющие обратно в узловую точку. При этом резко уменьшают скорость вырезания для постепенного выпрямления электрода-проволоки. Недостатком этого способа является увеличение времени обработки угла. Кроме того, в описании прототипа отсутствуют данные о выборе оптимального расстояния, на котором производят снижение частоты импульсов генератора и скорости вырезания, не указаны зависимости уменьшения частоты импульсов генератора и скорости вырезания. Общие указания о линейности изменения этих величин недостаточны для построения оптимального технологического процесса, что в свою очередь вызывает увеличение времени обработки. В рассматриваемом способе проблема обработки острых углов меньших 30^о вообще не затронута.

Целью предлагаемого способа является уменьшение времени обработки и повышения точности изготовления острого угла.

Поставленная цель достигается тем, что при вырезании электродом-проволокой внешнего острого угла контура детали с перемещением направляющих электрода-проволоки по эквидистанте первой грани с возвратом по пройденной траектории направляющие электрода-проволоки на максимальной скорости вырезания при заданном технологическом режиме перемещают от вершины острого угла на расстояние, большее суммы максимального прогиба электрода-проволоки и половины ширины паза, вырезаемого электродом-проволокой, возврат производят с отключением импульсов генератора на величину максимального прогиба электрода-проволоки, затем подают импульсы с генератора на обрабатываемую деталь и электрод-проволоку и на максимальной скорости вырезания перемещают направляющие электрода-проволоки перпендикулярно к биссектрисе острого угла, далее от эквидистанты второй грани острого угла на величину максимального прогиба электрода-проволоки и после чего с отключением импульсом генератора направляющие электрода-проволоки отводят на эквидистанту второй грани острого угла и вырезают вторую грань острого угла на максимальной скорости вырезания.

Указанные отличия позволяют изготавливать внешние острые углы за минимальное время по сравнению с известными способами. При этом точность обработки повышается из-за уменьшения времени протекания электрохимического растворения, сопутствующего с электроэрозией, а также уменьшения количества боковых разрядов.

На фиг. 1 представлен внешний острый угол 1 АВС, который требуется вырезать электродом-проволокой; на фиг. 2 - схематическое изображение положения электрода-проволоки 2 относительно обрабатываемой детали 1 (внешнего острого угла) и направляющих 3 и 4 электрода-проволоки; на фиг. 3-7 - различные фазы обработки острого угла АВС; на фиг. 8 - траектория перемещения направляющих 3 и 4 электрода-про- волоки при вырезании острого угла АВС.

Электрод-проволока 2 под воздействием электрических разрядов находится в изогнутом состоянии, максимальный прогиб электрода-проволоки составляет ε_max в плоскости ММ, проходящей через середину обрабатываемой детали 1 (см. фиг. 2). Геометрическая эквидистанта А₁В₁С₁ смещена от граней острого угла АВС на расстояние , где d_э - диаметр электрода-проволоки, мм;
q - результирующий межэлектродный зазор.

Острые углы являются разновидностью внешнего угла. Признаком острого угла служит резкое смещение узловой точки эквидистанты от вершины острого угла. Выбег узловой точки l (см. фиг. 1) имеет значение
l = BB₁= , где Δ- ширина результирующего паза,
Δ= d_э + 2q, мм
α - величина острого угла, град.

Обработка острого угла АВС перемещением направляющих электрода-проволоки по эквидистанте А₁В₁С₁ становится нецелесообразным из-за увеличения времени обработки. Так, например, при Δ= 0,4 мм для различных величин острых углов имеем
α = 28^о; l = 4 ˙Δ/2 = 0,8 мм
α = 20^о; l = 5,7 ˙Δ/2 = 1,1 мм
α = 15^о; l = 7,5 ˙Δ/2 = 1,5 мм
α = 10^о; l = 11,3 ˙Δ/2 = 2,29 мм
Причем траектория перемещения направляющих электрода-проволоки удваивается по отношению величины l, так как направляющие перемещают по двум граням острого угла на одинаковую величину (см. фиг. 1).

Предложенный способ осуществляется следующим образом. Направляющие 3 и 4 электрода-проволоки 2 перемещают по эквидистанте А₁В₁ из точки а вдоль первой грани острого угла АВС обрабатываемой детали 1 (см. фиг. 3) с заданной максимальной скоростью вырезания при требуемой шероховатости поверхности. Далее направляющие 3 и 4 перемещают за вершину острого угла В с точки b на отрезок bc. Скорость вырезания до точки с также равна максимально заданной скорости вырезания. Величина отрезка с составляет
bc = dc + bd, где dc = ε_max,
bd > .

Наиболее оптимальным значением является
bd = (1,1÷1,2), при котором при дальнейшей обработке вершина острого угла не подвергается лишнему воздействию электрических разрядов. В точке с направляющие 3 и 4 электрода-проволоки 2 останавливают и на быстром ходу с выключением импульсов генератора направляющие 3 и 4 перемещают обратно в точку d. В точке d электрод-проволока 2 выпрямляется и занимает строго вертикальное положение, т. е. прогиб по первой грани полностью компенсируется (см. фиг. 4). Затем направляющие 3 и 4 электрода-проволоки 2 перемещают перпендикулярно к биссектрисе ВВ₁ острого угла АВС с максимальной заданной скоростью вырезания до точки f, лежащей на эквидистанте В₁С₁ второй грани ВС и далее до точки g (см. фиг. 5). Величину отрезка fg задают равной максимальному прогибу ε_max. В точке g направляющие 3 и 4 останавливают, а затем на быстром ходу с выключением напряжения направляющие 3 и 4 электрода-проволоки 2 перемещают обратно в точку f (см. фиг. 6). В точке f электрод-проволока 2 занимает строго вертикальное положение, т. е. компенсируется прогиб, возникший на отрезке df. Далее направляющие электрода-проволоки перемещают с максимальной заданной скоростью вырезания по эквидистанте В₁С₁ острого угла АВС по траектории m₁-m и вырезают вторую грань ВС (см. рис. 7). Выбранная величина отрезка bd больше половины результирующего зазора Δна 20% , что позволяет избежать дополнительных разрядов на вершину угла В при прохождении электрода-проволоки по участку траектории dg перемещения направляющих 3 и 4. Благодаря использованию указанного приема точность вырезания острого угла АВС повышается, так как вершина угла В при обработке граней АВ и ВС подвергается минимально возможному воздействию электрических разрядов и сопутствующих нежелательных процессов электрохимического растворения.

Приведем сравнительный анализ расчета времени обработки острого угла предлагаемым способом и способом, предложеным в прототипе.

1. Время обработки предложенным способом. Условия обработки: обрабатываемая деталь - сталь нержавеющая 40Х, толщина 80 мм, шероховатость обработанной поверхности 2 мкм, частота импульсов f_n = 50 кГц, импульсный ток 120 А, длительность импульсов 2 мкс, линейная скорость вырезания V_n = 1 мм/мин, величина прогиба 0,5 мм, скорость холостых перемещений V_x = 50 мм/мин.

Расчетная траектория перемещения направляющих электрода-проволоки (см. фиг. 8): bd-dc-cd-de-ef-fg-gf-fm₁ отрезки - bd, dc, df, fg и fm₁ - вырезают. Отрезки - сd и gf проходят на холостом ходу. Числовые значения отрезков траектории
bd = fm₁ = 0,24 мм
dc = cd = 0,5 мм
de + ef = df = 0,4 мм
fq = gf = 0,5 мм
Cуммарное время t_y обработки вершины острого угла с компенсацией прогиба электрода-проволоки
t_y= + + + + + + = + + + +
+ + + = 2,06 мин .

2. Обработка по прототипу. Законы управления частотой импульсов f_iгенератора и скорости V_i вырезания определяются из выражений
f_i= f_n- x_i,
V_i= · f_i, где f_n - заданная максимальная частота импульсов генератора при вырезании граней острого угла, обеспечивающая требуемую шероховатость обработанной поверхности, имп. /с;
f_min - минимальная частота импульсов генератора в конечной точке, при которой прогиб электрода-проволоки равен или меньше допустимой погрешности для нашего случая = 500 имп. /с;
V_n - номинальная технологическая скорость вырезания, мм/мин;
X_i - текущая координата, отсчитанная от начала уменьшения частоты импульсов и скорости вырезания, мм;
l_т - отрезок траектории, на котором осуществляют уменьшение частоты импульсов и скорости вырезания, мм.

Минимальный отрезок торможения будет равен величине максимального прогиба, т. е. l_т = ε_max = 0,5 мм. Время обработки t_lт отрезка l_т при линейном законе уменьшения частоты импульсов генератора и скорости вырезания определяется из формулы
t_lт= · -ln.

Траектория перемещения направляющих электрода-проволоки во втором случае
а₁d + df + fm₁, где a₁d = 0,5 мм,
df = 0,4 мм,
fm₁ = 0,24 мм.

-
По предложенному способу время обработки острого угла уменьшается на 2,36 мин или в 2,1 раза. Кроме того, предложенный способ реализуется без управления частотой генератора и скоростью вырезания. Величина прогиба ε_max определяется заранее при определении оптимальных технологических режимов обработки или автоматически при обработке детали.

Использование: электроэрозионная обработка сложных контуров проволочным электродом-инструментом. Сущность изобретения: направляющие электрода-проволоки на максимальной скорости вырезания при заданном технологическом режиме перемещают от вершины острого угла на растояние, большее суммы максимального прогиба электрода-проволоки и половины ширины паза, вырезаемого электродом-проводкой, возврат производят с отключением импульсов генератора на величину максимального прогиба электрода-проволоки, затем подают импульсы с генератора на обрабатываемую деталь и электрод-проволоку и на максимальной скорости вырезания перемещают направляющие электрода-проволоки перпендикулярно к биссектрисе острого угла, далее от эквидистанты второй грани острого угла на величину максимального прогиба электрода-проволоки, после чего отключают импульсы генератора и направляющие электрода-проволоки отводят на эквидистанту второй грани острого угла и вырезают вторую грань острого угла на максимальной скорости вырезания. 8 ил.

СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ВЫРЕЗАНИЯ ВНЕШНЕГО ОСТРОГО УГЛА КОНТУРА ДЕТАЛИ, при котором направляющие электрода-проволоки перемещают за вершину острого угла по эквидистанте первой грани, а затем возвращают по пройденной траектории, отличающийся тем, что направляющие электрода-проволоки на рабочей скорости вырезания при заданном технологическом режиме перемещают от вершины острого угла на расстояние, большее суммы максимального прогиба электрода-проволоки и половины ширины паза, вырезаемого электродом-проволокой, возврат производят с отключением импульсов генератора на величину максимального прогиба электрода-проволоки, затем подают импульсы с генератора на обрабатываемую деталь и электрод-проволоку и на рабочей скорости вырезания перемещают направляющие электрода-проволоки перпендикулярно к биссектрисе острого угла, далее эквидистанты второй грани острого угла на величину максимального прогиба электрода-проволоки и после чего отключают импульсы генератора и направляющие электрода-проволоки отводят на эквидистанту второй грани острого угла и вырезают вторую грань острого угла.