Способ электроэрозионного прошивания глубоких отверстий Советский патент 1988 года по МПК B23H1/00 B23H9/14 

Изобретение относится к электрообработке, а именно к способам электроэрозионной обработки деталей,:и предназначено для прошивания как сквоз- Tatc и глухих отверстий большой глубины в различных электропроводящих материалах.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет увеличения глубины обработки при одновременном повышении производительности, точности и чистоты обработки.

Процесс обеспечивается использованием электрода-инструмента, выполнен- него в виде стержня, заключенного с зазором в оболочку и выступающим из нее. При этом оболочка вьтолнена из диэлектрического материала, а стержень имеет возможность осевого пере мещения.

В ходе обработки устанавливают величину межэлектродного зазора h и величину вылета стержня из оболочки L в пределах

h 1,5 - 1,8 (R - г); L 10,0 - 2,7 (R, - г);

где R - наружный радиус оболочки;

RI внутренний радиус оболочки; г - радиус стержня.

Использование диэлектрической оболочки позволяет осуществлять интенсивное нагнетание рабочей жидкости в зазор между стержнем и оболочкой и вьшодить ее вместе с продуктами эрозии через промежуток между диэлектрической оболочкой и деталью без прохождения их через разрядную область, что полностью исключает возможность возникновения короткого замыкания между электродами, создает наружные условия для бесперебойной работы устройства, и позволяет вести обработку детали строго определенным участком электрода-инструмента. Энергия еди-. ничного разряда выделяется /лишь толь ко на одном ограниченном участке элек трода-инстру 1ента, который выступает из диэлектрической оболочки. Это позволяет концентрировать и выделять энергию необходимой плотности с определенной торцовой части электрода-инструмента, предотвращать утечку энергии через боковую поверхность электрода-инструмента, а следовательно, позволяет сохранить форму импульса разряда при прошивании отверстия по

Q

5 0

5

0

.Q .

5

0

всей глубине, т.е. осуществлять строго контролируемую обработку детали по установленному режиму или по заданной программе, что положительно сказывается на КПД, производительности, точности и чистоте обработки.

На фиг.1 изображена схема реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - электрод и обрабатываемое отверстие.

На фиг.1 показаны обрабатываемая деталь 1, держатель 2 детали, центральный стержень 3 электрода-инструмента, втулка 4, уплотнитель 5, насадка 6, штуцер 7, диэлектрическая оболочка 8 электрода-инструмента, держатель 9 электрода-инструмента с системой крепления и юстировки, система 10 подачи электрода-инструмента, величина Ь межэлектродного зазора, величина L вылета стержня из оболочки, на- РУ7КНЫЙ радиус R оболочки, внутренний радиус R, оболочки, радиус г стержня.

На фиг.2 показаны соотношения размеров, где CD (R - г) - зазор, между стержнем и диэлектрической оболочкой; ВС - толщина диэлектрической оболочки; AD h - межэлектродный зазор (МЭЗ); АВ - зазор между диэлектрической оболочкой и деталью; DK L- величина вылета стержня из оболочки.

Нижние пределы диэлектрической оболочки, зазора между оболочкой и стержнем, зазора между оболочкой и деталью выбирают на основании физических возможностей обеспечения упругой жесткости оболочки при интенсивном нагнетании рабочей жидкости сквозь зазор CD, вывода рабочей жидкости вместе с продуктами эрозии сквозь зазор АВ, а также продвижения электрода-инструмента вглубь высверливаемого отверстия.

Верхние пределы выбирают из практической возможности и необходимости, реализации способа. На основании экспериментальных данных толщина диэлектрической оболочки ВС выбрана в пределах 0,10-1,10 мм, зазор между оболочкой и стержнем CD - (R, - г) - в пределах 0,10-0,25 мм, а зазор АВ между оболочкой и деталью - в пределах 0,13- 0,-22.

Вылет стержня L из оболочки на величину 10,0-27 (R г) обеспечивает максимальную скорость прошивки отверстий за счет возможности концентрировать и вьщелять энергию большой плотности с относительно небольшого

(практически торцового) участка электрода-инструмента. При вылете более 10 мм ограничиваются возможности Д.ПЯ эффективного нагнетания рабочей жидкости непосредственно в зону обработки и выделения энергии достаточной плотности с выступающей части электрода-инструмента. Утечка энергии С боковой поверхности элект- рода-инструмента приводит к нестабильности процесса эрозии, уменьшени производительности, точности и качества обработки.

При вьшете менее 27 (R, - г) 27 CD 2,7 не образуется отверстие с величиной межэлектродного эазр ра h, достаточной для интенсивного вывода диспергированных частиц сквоз промежуток оболочка - деталь и бес- препятственного продвижения электрода-инструмента вглубь высверливаемого отверстия. Процесс эрозии прекращается.

В ходе обработки величину МЭЗ ус- танавливают в пределах

h 1,5 - 1,8 (R - г).

Данное выражение определяет практическую возможность реализации изоб ретения.

Величину МЭЗ можно выразить через значения толщины оболочки ВС, зазора между оболочкой и стержнем CD и зазора между оболочкой и деталью АВ (фиг.2), т.е.

h АВ + ВС + CD.

Нижний предел МЭЗ ограничен предельными значениями величин АВ, ВС и CD. При предельно допустимых значениях данных величин, установленных экспериментально, величина МЭЗ составляет 0,33 мм. Таким образом, при величине h менее 1,8 (R - г) - 0,33 мм не обеспечиваются условия дпя вывода продуктов эрозии через промежуток оболочка - деталь АВ и продвижение электрода-инструмента вглубь высверливаемогс отверстия. Процесс эрозии прекращается.

Верхний предел величины МЭЗ ограничивает величина выпета стержня из оболочки. Величина МЭЗ в определенной степени зависит от величины выступающей части стержня, т.е. рабочей части электрода-инструмента, с которого происходит вьщеление энергии, приводящее

5 0

5

0

5

д

0

к эрозии. Экспериментально установлено, что при максимальном предельном вылете стержня из оболочки на величину 10 мм величина МЭЗ не превышает 1,5 мм.

Как показали данные металлографического анализа, наиболее крупные отдельно взятые диспергированные частицы имеют размеры менее 0,10 мм, т.е. меньше промежутка между деталью и диэлектрической оболочкой АВ. Следовательно, все диспергированные частицы беспрепятственно удаляются через данный промежуток. Во всех случаях толщина оболочки ВС вместе с зазором CD меньше межэлектродного зазора h, что обеспечивает возможность продвижения электрода-инструмента вместе с оболочкой вглубь высверливаемого отверстия.

Сущность способа заключается в следующем.

Деталь 1 крепят в держателе 2. На металлический стержень 3 при помощи втулки 4 и уплотнителя 5, герметично надевают насадку 6 со штуцером 7 для нагнетания рабочей жидкости. На насадку надевают диэлектрическую оболочку 8 так, чтобы она облегла стержень 3 с зазором, достаточным для нагнетания рабочей жидкости. При этом допускается касание каких-либо сторон боковой поверхности стержня стенками оболочки. Насадку при помощи держателя 9 соединяют с системой 10 подачи, обеспечивающей возвратно-поступательное движение электрода-инструмента, который соединяют с отрицательным вьшодом источника (не показан) импульсов тока, а деталь - с по ложительным выводом. Деталь заставляют совершать выбрационное движение с помощью -вибратора и вращательное движение с помощью электродвигателя (не показано).

С помощью системы 10 подачи центральный стержень 3 электрода-инструмента подводят к детали I на расстояние, достаточное для возникновения между ними искры. В результате искры происходит эрозия детали S области выступающей части электрода инстру-. мента. Для отвода диспергированных частиц диэлектрическая жидкость подается через штуцер 7 и нагнетается сквозь зазор между стержнем 3 и обот лочкой 8 непосредственно в зону обработки и выводится с продуктами эро514

зии через промежуток между деталью 1 и диэлектрической оболочкой 8.

По мере износа выступающей части стержня происходит нарушение необходимого для работы соотношения между величиной МЭЗ и размерами наружного .радиуса Ьболочки и радиуса стержня, а также величиной выпета стержня из оболочки и размерами внутреннего ра- диуса оболочки и радиуса стержня. Для приведения в соответствие данного соотношения центральный стержень, закрепленный в держателе 9, перемещают на необходимую величину с по- мощью системы 10 подачи. Это исключа- ет необходимость замены всего электрода-инструмента, а следовательно, позволяет осуществлять непрерывность процесса сверления. Таким образом, имеется возможность автоматизировать процесс обработки и применить числовое программное управление.

При использовании предлагаемого способа возрастает производитель- кость, т.е. скорость прошивки, за счет концентрации и вьщеления энергии большой плотности с относительно небольшого участка электрода-инструмента, а именно с торца.

Способ позволяет существенно увеличить глубину прошиваемых отверстий благодаря тому, что рабочая жидкость интенсивно нагнетается непосредственно в зону обработки и вместе с диспергированными частицами свободной i вьшосится через промежуток между деталью и диэлектрической оболочкой.

6

При этом эрозированная фракция легко удаляется вследствие того, что используемый в качестве защитной оболочки тонкостенный диэлектрик позволяет осуществлять беспрепятств енный вывод рабочей жидкости с продуктами эрозии без прохождения их через разрядную область, что полностью исключает возможность возникновения короткого замыкания между электродами.

При использовании способа возрастает точность прошивания глубоких отверстий за счет предотвращения возможности утечки энергии через боковую поверхность электрода-инструмента, которую облегает диэлектрическая обо- лочка. Это исключает возможность разрушения стенок прошиваемого отверстия боковой поверхностью электрода-инструмента в процессе сверления.

Способ обеспечивает повьшгение чистоты и точности обработки за счет достижения высокой стабильности элек- трозрозионного процесса, а также возможности регулирования в ходе обработки межэлектродного зазора и вылета стержня из оболочки. В качестве диэлектрической оболочки .может быть использована тонкостенная полихлорвини- товая трубка. Процесс обработки прекращается после отключения электродов от источника игхшульсов тока.

С помощью предлагаемого способа изготовлены бесконусные отверстия большой глубины и малого диаметра в сверхтвердом материале - вольфраме, и в вязком - меди.

Фог/

фиг.г