Способ стабилизации положения проволочного электрода и устройство для его применения Российский патент 2018 года по МПК B23H7/02 B23H7/04 

Способ и устройство относятся к области машиностроения и могут быть использованы в электроэрозионном оборудовании с непрофилированным проволочным электродом при разрезке заготовок повышенной толщины, где при предельно допустимом по условию прочности растяжению проволочного электрода наблюдаются его биения в поперечном направлении, что нарушает стабильность процесса и точность обработки заготовки.

Известен способ электроабразивной обработки (Патент 1016129 // Бюл. №17. Опуб. 07.05.83), по которому с целью снижения износа дискового электрода при подходе его к заготовке подают на него импульс высокого напряжения снижающего силу удара электрода о заготовку, повышающего стабильность процесса и точность разрезания заготовки. К недостаткам способа относится местное разрушение электрода и появление местных дефектов на стенках паза разрезаемой заготовки, что приводит к нарушению стабильности процесса и обрыву проволочного электрода.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ резки по патенту 1641539 // Бюл. №14. Опуб. 15.04.91, по которому для повышения точности резки снижают биение дискового электрода путем подачи через форсунки в момент изгиба в сторону форсунки на боковую поверхность электрода струи рабочей жидкости под регулируемым давлением. Недостатком способа является отсутствие возможности управления струей при проволочном электроде, когда колебания электрода в пазе при разрезке заготовки являются неуправляемыми и при любом положении форсунок невозможно стабилизировать положение проволочного электрода в пазе. Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для обработки металлических деталей в рабочей среде с переменной проводимостью (Патент 2543158 // Бюл. №6. Опуб. 27.02.15),содержащее два параллельно подключенных к заготовке и электроду источника тока с возможностью снижения биения электрода регулятором частоты импульсов тока от одного из источников тока. К недостаткам устройства относится отсутствие датчиков и регулятора включения импульсов, что может приводить к увеличению амплитуды колебаний проволочного электрода, снижению стабильности его положения при обработке заготовки и возрастанию погрешности заготовки.

Предлагаемое изобретение направлено на снижение амплитуды биений проволочного электрода в пазе при разрезке заготовок, стабилизации его положения в пазе при разрезке заготовок повышенной толщины, снижение погрешностей стенок паза по высоте заготовки.

Это достигается тем, что в способе стабилизации положения проволочного при электроэрозионной резке заготовки до начала врезания проволочного электрода в заготовку одноразово измеряют величину напряженности электрического поля в пространстве между заготовкой и проволочным электродом, обеспечивают запоминание результата измерения, после чего при осуществлении резки в середине толщины заготовки систематически измеряют напряженность поля в пространстве между проволочным электродом и стенками паза разрезаемой заготовки и определяют разность напряженностей между систематическими и одноразовым измерениями до достижения наибольшей величины разности, а затем от импульсного источника тока на заготовку подают импульс тока с напряжением не ниже напряжения, подаваемого от источника тока для электроэрозионной резки заготовки. Устройство для стабилизации положения проволочного электрода содержит датчик напряженности электрического поля, устанавливаемый с внешней стороны заготовки на середине ее толщины, подключенный полярностью, при которой анодом является заготовка, к упомятому источнику тока для электроэрозионной резки и соединенный через регулятор включения импульсов тока со вторым импульсным источником тока, подключенным к заготовке с полярностью, при которой обеспечивается протекание тока при подаче импульса параллельно току от источника тока для электроэрозионной резки заготовки в том же направлении.

На фиг. 1-4 приведены пояснения к изобретению, где на фиг. 1 показано положение проволочного электрода со стороны входа в заготовку или выхода из нее проволочного электрода; на фиг. 2 - положение проволочного электрода в сечении паза в среднем по толщине сечении заготовки; на фиг. 3 - изменение амплитуды биений проволочного электрода в сечении паза в среднем по толщине сечении заготовки; на фиг. 4 - схема устройства для стабилизации положения проволочного электрода.

На фиг. 1 проволочный электрод 1 показан на входе или выходе из паза 2 заготовки 3. Между электродом 1 и поверхностью паза 2 имеется пространство, образующееся за счет биения электрода 1 в пазе 2 с амплитудой A₁ и бокового межэлектродного зазора S_б. Величина A₁ на входе или выходе электрода 1 незначительная, поэтому положение проволочного электрода 1 здесь достаточно стабильное. Ширина паза h₂ на фиг. 2, где амплитуда А₂ значительно возрастает по сравнению с h₁, что вызывает появление погрешности по высоте заготовки и в ее сечении. Здесь положение проволочного электрода и процесс обработки не стабильны. На фиг. 3 показано изменение амплитуды А биений электрода 1 при разрезке заготовки 3 (кривая «а») и тот же показатель при действии импульсов от импульсного источника тока 4 (фиг. 4) (кривая «б»). Наибольшая амплитуда А₂ биений формируется в среднем по толщине заготовки в сечении паза 2 (фиг. 2), минимальная А₃-после воздействия импульсов от импульсного источника тока 4 (фиг. 4).

Устройство, приведенное на фиг. 4, показывает структуру обеспечения стабильного положения в пазе 2 электрода 1 при разрезке заготовок с толщиной Н. Под действием сил, формирующихся в межэлектродном пространстве, при прохождении тока в процессе электроэрозионной разрезки от электроэрозионного источника тока 5 для электроэрозионной резки через токоподвод 6 к проволочному электроду 1, а через токоподвод 7 к заготовке 3. Электрод 1 (фиг. 4) под действием биений изменяет положение в пазе от 8 до 9. Амплитуда биений зависит от натяжения электрода 1, которое ограничено пределом прочности на разрыв проволочного электрода 1. При таком ограничении возникает биение электрода 1 в пазе 2 с наибольшей величиной А₂ (фиг. 3) в месте на половине толщины (Н/2) заготовки (фиг. 4),где с внешней стороны между проволочным электродом и стенками паза разрезаемой заготовки установлен датчик 10 напряженности электрического поля в пространстве между заготовкой 3 и электродом 1. Сигнал с датчика 10 через токосъемник 11 поступает в регулятор 12 включения импульсов, вырабатываемых импульсным источником тока 4. Импульсы поступают на заготовку 3 через токоподводы 7 и 13 так, чтобы линии тока 14 (знаки полюсов +- приведены на фиг. 4) совпадали с направлением линий тока 15 источника тока 5 для электроэрозионной резки.

Способ осуществляют следующим образом: устанавливают проволочный электрод 1 (фиг. 4) на электроэрозионный станок (не показан),подают жидкую рабочую среду, включают источник тока 5 для электроэрозионной резки с напряжением, рекомендуемом для разрезки металла заготовки 3, подводят к заготовке 3 натянутый проволочный электрод 1 до появления искры между заготовкой 3 и электродом 1. При этом датчиком 10 одноразово замеряют напряженность поля между электродом 1 и заготовкой 3. Величину замеренной одноразовой напряженности поля вводят в запоминающее устройство регулятора 12 включения импульсов. После этого включают подачу электрода 1 на разрезку заготовки 3. С начала формирования паза 2 (фиг. 1 и 2) сигнал, систематически снимаемый через токосъемник 11 датчиком 10 поступает в регулятор 12, где его величина сравнивается с одноразовым значением напряженности поля, которая зависит от амплитуды биений электрода 1 в пазе 2 (фиг. 3) и может изменяться от величины A₁ на входе (выходе) электрода 1 (фиг. 1) до наибольшей А₂ (кривая «а» на фиг. 3) на середине толщины Н заготовки 3 (фиг. 4).При этом амплитуда биений под действием импульсов от импульсного источника тока 4 снижается до А₃ (кривая «б» на фиг. 3). Ширина паза 2 в заготовке 3 может изменяться от h₁ (фиг. 1) до h₂ (фиг. 2),что вызывает биение электрода 1 от положения 8 до положения 9 (фиг 4), нарушает стабильность его положения и точность паза 2.

С возрастанием амплитуды А₂ возрастает разница между одноразовой и систематическими напряженностями электрического поля и при достижении экстремальной величины разницы регулятор 12 дает команду импульсному источнику тока 4 (фиг. 4) на подачу импульса тока через токоподводы 7 и 13 на заготовку 3. При этом ток протекает по направлению линий тока 14 от токоподвода 7 к токоподводу 13 параллельно линиям тока 15 к токоподводу 6 от источника тока 5 для электроэрозионной резки. Возникают электромагнитные силы между параллельными линиями тока 14 и 15, вызывающие перемещение электрода 1 от крайнего положения 8 или 9 (фиг 4) к оси натянутого проволочного электрода 1, снижение амплитуды биения электрода 1 и стабилизацию его положения с амплитудой А₃, что снижает и стабилизирует ширину паза (h₁ на фиг. 1 h₂ на фиг. 2)),бокового межэлектродного зазора S_б, повышает точность обработки проволочным электродом.

Пример применения способа.

Требуется разрезать вдоль оси пруток длиной 300 мм диаметром 60 мм из нержавеющей стали на 2 сопрягаемые по месту разрезки детали. Отклонение сопрягаемых поверхностей не должно превышать 30 мкм. Разрезку выполняют на станке фирмы AGI латунным проволочным электродом диаметром 0,25 мм на режиме: напряжение 110 В, натяжение электрода 6 Н, скорость перемотки электрода 5 м/мин. Рабочая среда - деионизированная вода, подается в зону обработки через форсунку.

Одноразовая напряженность поля измерялась при боковом межэлектродном зазоре 0.08-0,1 мм и составила 10⁵ В/см. Систематические измерения напряженности показали, что разность напряженностей поля по мере разрезки заготовки изменялась от 10⁵ до 10⁶ В/см.При достижении минимальной напряженности от импульсного источника тока подавался импульс тока с напряжением 220 В. Время разрезки составило 1,1 часа. Контроль стабильности положения электрода выполнялся по стабильности тока источника тока для электроэрозионной резки, который при разрезке ранее изменялся в пределах +-100%. После подачи импульсов тока колебания величины тока не превышали 20%. Кроме того выполнялись измерения погрешности по толщине заготовки в плоскости разрезки. До стабилизации положения электрода погрешность составляла 0,12-0,15 мм. После стабилизации - менее 0,03 мм, что отвечает требованиям чертежа детали.

Таким образом, полезность устройства и способа достигнута.

Изобретение относится к электроэрозионной резке заготовки непрофилированным проволочным электродом, для стабилизации положения которого используют два источника тока, один из которых выполнен с возможностью систематической подачи импульсов тока на заготовку и электрод для осуществления электроэрозионной резки, а второй выполнен импульсным с возможностью подачи на заготовку единичных импульсов с регулируемыми параметрами. До начала врезания электрода в заготовку одноразово измеряют величину напряженности электрического поля в пространстве между заготовкой и электродом, обеспечивают запоминание результата измерения. После этого при осуществлении резки в середине толщины заготовки систематически измеряют напряженность поля в пространстве между электродом и стенками паза разрезаемой заготовки, определяют разность напряженностей между систематическими и одноразовым измерениями до достижения наибольшей величины разности. Затем от импульсного источника тока на заготовку подают импульс тока с напряжением не ниже напряжения, подаваемого от источника тока для электроэрозионной резки заготовки. Изобретение направлено на снижение амплитуды биений проволочного электрода в пазе при разрезке заготовок, стабилизацию его положения в пазе и снижение погрешностей стенок паза по высоте заготовки. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

1. Способ стабилизации положения проволочного электрода при электроэрозионной резке заготовки, включающий использование двух источников тока, один из которых выполнен с возможностью систематической подачи импульсов тока на заготовку и электрод для осуществления электроэрозионной резки, а второй выполнен импульсным с возможностью подачи на заготовку единичных импульсов с регулируемыми параметрами, отличающийся тем, что до начала врезания проволочного электрода в заготовку одноразово измеряют величину напряженности электрического поля в пространстве между заготовкой и проволочным электродом, обеспечивают запоминание результата измерения, после чего при осуществлении резки в середине толщины заготовки систематически измеряют напряженность поля в пространстве между проволочным электродом и стенками паза разрезаемой заготовки и определяют разность напряженностей между систематическими и одноразовым измерениями до достижения наибольшей величины разности, а затем от импульсного источника тока на заготовку подают импульс тока с напряжением не ниже напряжения, подаваемого от источника тока для электроэрозионной резки заготовки.

2. Устройство для стабилизации положения проволочного электрода при электроэрозионной резке заготовки, содержащее два источника тока, один из которых выполнен с возможностью систематической подачи импульсов тока на заготовку и электрод для электроэрозионной резки заготовки, а второй выполнен импульсным с возможностью подачи на заготовку единичных импульсов с регулируемыми параметрами, отличающееся тем, что оно содержит датчик напряженности электрического поля, устанавливаемый с внешней стороны заготовки на середине ее толщины, подключенный полярностью, при которой анодом является заготовка, к упомянутому источнику тока для электроэрозионной резки и соединенный через регулятор включения импульсов тока со вторым импульсным источником тока, подключенным к заготовке с полярностью, при которой обеспечивается протекание тока при подаче импульса параллельно току от источника тока для электроэрозионной резки заготовки в том же направлении.