СПОСОБ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 1997 года по МПК B23H1/00 

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_a+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

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).

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.

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.