ГРАНУЛА НАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ Российский патент 1997 года по МПК B23H5/12 B23H5/06 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при размерной комбинированной электрообработке деталей в электролите.

Известно использование наполнителя в виде абразивных, фарфоровых и стеклянных гранул при размерной электрохимической обработке поверхностей деталей, удаленных от инструмента. Наполнитель в этом случае подается в зону обработки струей электролита (см. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учебное пособие (в 2-х томах), т. 2. Обработка материалов с использованием высококонцентрированных источников энергии /Под ред. В.П. Смоленцева. М. Высшая школа, 1983, с. 147).

Однако при использовании таких гранул не достигаются требуемые технологические режимы ЭХО и эксплуатационные показатели обрабатываемой поверхности из-за уменьшения электрической проводимости межэлектродного промежутка.

Наиболее близким по совокупности признаков является изобретение по авт. св. СССР N 833414, кл. В 23 Н 1/08, 1979, по которому в качестве наполнителя используют полые стальные гранулы.

К недостаткам способов размерной ЭХО в электролите с использованием таких наполнителей относятся:
1. Низкое качество обработки вследствие наличия шероховатостей, возникновение внутренних напряжений в поверхностном слое детали (наклепа) и возможности деформирования, особенно тонкостенных деталей, крупными и поэтому имеющими большую массу гранулами наполнителя. Чем более удалена обрабатываемая поверхность от инструмента, тем более крупные гранулы подаются в струе электролита и, следовательно, тем ниже качество обработки.

2. Невозможность доставки гранул большой массы в удаленную зону обработки с требуемой скоростью.

3. Большой расход энергии для доставки гранул в зону обработки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества обработки, расширение технологических возможностей и снижение энергоемкости процесса. Для решения поставленной задачи гранулы наполнителя выполняют из диэлектрического материала пустотелыми или пористыми с металлизированной наружной поверхностью.

На фиг. 1 показаны варианты исполнения шаровидных гранул наполнителя: а
диэлектрическая пустотелая гранула с металлизированной наружной поверхностью (1 диэлектрический пустотелый сердечник, 2 металлизированное покрытие); б диэлектрическая пористая гранула с металлизированной наружной поверхностью (1 диэлектрическая пористая гранула, 2 металлизированное покрытие).

В качестве основы гранулы наполнителя может выступать пустотелая диэлектрическая, например, пластмассовая оболочка 1 (фиг. 1,а), толщина которой выбирается для каждого конкретного материала из условия обеспечения его механической прочности при ударе (Земляков Н.П. Прочность деталей из пластмасс. M. Машиностроение, 1972) При этом наружный диаметр диэлектрических оболочек должен быть не ниже критического диаметра токопроводящей гранулы, выполненной из материала покрытия (методику расчета критического диаметра гранулы см. Габагуев А. А. Высокопроизводительная электрохимическая обработка деталей сложной формы в электролите с твердым наполнителем: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тула, 1983). Гранулы наполнителя изготовлены путем нанесения на поверхность диэлектрической оболочки 1 слоя металла 2 толщиной 0,2 0,3 мм. Такая толщина является максимально необходимой для обеспечения стабильной электропроводности покрытия гранулы.

Целесообразно также использовать диэлектрические пористые, например, пенопластовые гранулы 1 тех же размеров и с такими же толщинами металлизированных покрытий 2 (фиг. 1,б), что и для пустотелых диэлектрических гранул.

На фиг. 2 показан способ обработки внутренней поверхности корпуса центробежного насоса.

Процесс обработки ведется в следующей последовательности: гранулы наполнителя вводятся в струю электролита, который прокачивается через сопло со скоростью V_э, и транспортируются им к обрабатываемой поверхности заготовки; на определенном расстоянии между гранулами накопителя и заготовки происходит электрический разряд, переходящий в дуговой и вызывающий расплавление металла заготовки в месте контакта.

Гранулы наполнителя вводятся в электролит при концентрации в диапазоне 20 30% Эта концентрация наполнителя является оптимальной, так как при этом обеспечивается равномерное распределение гранул по всему объему электролита; при концентрации наполнителя свыше 35 40% наблюдается закупоривание межэлектродного промежутка, значительный износ оборудования. В момент контакта гранул значительно меньшей массы с поверхностью детали исключается механическое повреждение ее, так как энергия гранул в момент удара крайне мала.

Эффективность предлагаемого технического решения от снижения энергоемкости и расширения технологических возможностей процесса подтверждается расчетами. Для расчета возьмем полую стальную гранулу (индекс 1) диаметром 12 мм с толщиной стенки 2 мм (при меньших толщинах может иметь место потеря механической прочности) и диэлектрическую пористую гранулу из пенопласта со стальным покрытием толщиной 0,2 мм (индекс 2) того же наружного диаметра.

Объемы материала шаровидных гранул определим по формуле:

Тогда объем полой стальной гранулы 1 составит 636,70 мм³; объем пористой основы гранул 2,00 817,28 мм³; объем материала покрытия гранулы 2,00 67,50 мм³. Соответственно масса гранул составит: m₁ 4,97 г, m₂ 0,88 г (при плотности пенопласта 0,24 г/см₃), т.е. пористая гранула в 5,65 раза легче полой стальной.

Энергию, необходимую для разгона этих гранул до скорости подачи рабочей среды в зону обработки (V_гр 8 м/с), определим по зависимости:

Тогда соответственно F₁ 159,04 H • м, F₂ 28,15 H • м, т.е. для разгона пористой гранулы до той же скорости, что и полой стальной, требуется энергия в 5,65 раза меньшая. Это обстоятельство позволяет сделать заключение, что применение предлагаемых гранул позволяет существенно снизить энергоемкость процесса размерной комбинированной электрообработки, т.о. подтверждается возможность достижения указанной цели.

Если для разгона пористой гранулы затратить энергию в 5,65 раза большую, т. е. 159,04 Н • м, то она достигнет скорости 19,01 м/с, что в 2,38 раза больше скорости полета полой стальной гранулы. Для определения дальности полета полой стальной и пористой гранулы при одинаковой кинематической энергии воспользуемся расчетом движения тела, брошенного под углом к горизонту ( Яворский В.М. Детлаф А.А. Справочник по физике. М. Наука, 1977, с. 42). При этом считаем, что тело движется под действием постоянной силы тяжести, направленной вертикально вниз. Наибольшая дальность полета вдоль горизонтальной оси определяется по формуле:

Тогда для α = 45^° l₁ 6,53 м, l₂ 36,84 м, т.е. дальность полета пористой гранулы больше в 5,65 раза. Высокая скорость и большая дальность полета пористой гранулы по сравнению с прототипной полой стальной дает возможность обрабатывать более удаленные поверхности, труднодоступные полости, впадины, ниши и др. т.е. расширить технические возможности процесса размерной комбинированной электрообработки, что способствует достижению цели изобретения.

Предлагаемая конструкция гранул наполнителя позволяет так же значительно улучшить качество обрабатываемой поверхности за счет исключения соударений гранул большой массы с обрабатываемой поверхностью. На ней полностью отсутствуют какие-либо следы от соударений, шероховатость поверхности составляет R_a 0,4 0,63 мкм при исходной точности профиля детали, что полностью подтверждает возможность достижения указанных целей.

Использование: размерная комбинированная электрообработка в электролите деталей, особенно тонкостенных. Сущность изобретения: обработку ведут гранулами, выполненными в виде полого или пористого сердечника с нанесенным на него металлическим покрытием. Сердечник может быть выполнен из пластмассы (полый) или из пенопласта. Толщина металлического покрытия - 0,2 - 0,3 мм. 2 ил.

Гранула наполнителя для комбинированной электрообработки, содержащая металлическую оболочку, отличающаяся тем, что она снабжена полым или пористым сердечником из диэлектрика, а оболочка выполнена в виде покрытия, нанесенного на сердечник.