Підвищення продуктивності та точності розмірної електроерозійної обробки на вирізних верстатах з ЧПК

Для розрахунку постійної складової температурного поля ДЕІ були використані відомі аналітичні рішення рівнянь теплопровідності стержня з граничними умовами третього роду в стаціонарному режимі, з урахуванням принципу накладення, у відповідності з яким температура в процесі розповсюдження тепла при спільній дії об’ємного та плоского джерел визначається як сума температур від дії кожного окремого джерела. Отримана формула для розрахунку постійної складової температурного поля ДЕІ має вигляд:

 

 , (5)

 

де Im -амплітудне значення струму; Us – середнє значення падіння напруги; g- скважність імпульсів; W – об’єм – дроту, що видаляється розрядами; д – теплопровідність дроту;  – коефіцієнт використання імпульсів; T0 – початкова температура дроту; Cд1, Cд2, rпит, Tд1, Tд2, Lд1, Lд2, д1, д2 – теплофізичні та електричні сталі ДЕІ; k- коефіцієнт, що визначає частку енергії переданої дроту.

Експериментальне визначення параметрів різання (Im, Us,. g, , W, ) та розрахунки по (5) показали, що для кожного конкретного режиму обробки можливо розрахувати максимально допустиме значення постійної складової температурного поля ДЕІ, при якій забезпечується максимальна продуктивність і безобривна обробка (рис. 5). Для режимів повного зйому генератора ГКІ300-200 800  Tпе  900. Перевищення Tпе збільшує вірогідність локалізації розрядів в окремому гнізді. Локалізація викликає інтенсивне заповнення невеликої ділянки МЕП газопаровою сумішшю, що значно погіршує теплообмін між ДЕІ та навколишнім середовищем. Внаслідок цього відбувається локальний стрибковий ріст змінної складової температурного поля ДЕІ, що і стає причиною обриву дроту.

Розроблена методика визначення коефіцієнтів тепловіддачі на поверхні ДЕІ та формула (5) дозволяють на етапі проектування технологічного процесу розрахувати режими роботи генератора та параметри промивання МЕП, які забезпечують безобривну обробку при максимальній потужності, що вводиться в проміжок. В остаточному підсумку це на 40-60% підвищує продуктивність обробки сталі на верстатах моделі СЕЛД в порівнянні з моделями, оснащеними таким же генератором (рис. 2.). Збільшення потужності, що реалізується в МЕП, а отже і зменшення робочих величин проміжку при використанні режимів з довжиною імпульсу tі 3 мкс та амплітудним значенням струму Im 180 А призводить до запаювання верхньої ділянки паза перенесеним матеріалом електрода. Виходячи з відомої гіпотези про підвищену ерозійну стійкість двошарових електродних систем, це пояснюється наступним.

При електроерозійному дротяному різанні в середовищі водопровідної води на поверхні латунного дротяного електрода утворюються захисні плівки складного складу, що переважно містять оксиди металів основного матеріалу. Ці нові утворення зменшують глибину проникнення тепла усередину дротяного електрода, що істотно знижує масу металу, яка видаляється одиничним розрядом. Безупинна спрямована подача ДЕІ в зону обробки призводить до того, що у верхньому перетині деталі різання здійснюється ділянкою дроту без оксидної плівки. Відсутність двошарової системи призводить до різкого локального збільшення маси латуні, яку випарувано одиничним імпульсом. Пари латуні (факели) запаюють прорізаний паз на глибину 1. 5... 2. 5 мм. При просуванні ділянки ДЕІ вглиб паза на його поверхні встигає сформуватись захисна оксидна плівка. Починаючи з глибини 3... 5 мм на поверхні паза можна спостерігати лише окремі незначні включення латуні, тому що процеси руйнації та відновлення плівки стають рівноважними. Запаювання паза парами латуні практично виключає однопрохідну обробку, так як роз'єднання деталі з заготовкою і видалення прошарку латуні є досить складним завданням. Для відділення деталі від заготовки і видалення латуні звичайно потрібно додатковий прохід, що складає від 15% до 25% часу обробки. Очевидно, що сформувавши на поверхні ДЕІ захисну оксидну плівку, близьку по товщині і топографії до утвореної під час різання, можливо забезпечити мінімальний знос ДЕІ на вході в зону обробки й усунути факельне перенесення латуні на стінки паза.

Для прискореного формування на ДЕІ оксидних плівок автором розроблено спеціальну технологію, по якій дріт змотують із котушки і пропускають через нагрівач з атмосферою, нагрітою до 600... 7000С, піч з водопаровою атмосферою, нагрітою до 250... 3000С і сушильну піч з атмосферою, нагрітою до 200... 2500С. Для визначення товщини і топографії плівки на зразках ДЕІ використовувалися методи металографії і растрової електронної мікроскопії.

Встановлено: товщина оксидної плівки на ДЕІ в стані постачання складає 0, 5... 1, 5 мкм; після термообробки 5... 6 мкм; після експлуатації, незалежно від вихідного стану поверхні всі зразки мали товщину плівки 5... 8 мкм.

Електроерозійне різання дротом із попередньо сформованою захисною плівкою показало повну відсутність відкладень латуні на всій поверхні прорізаного паза при підвищеній продуктивності обробки і використанні режимів з довжиною імпульсу tі 3 мкс та амплітудним значенням струму Im 180 А.

У п’ятому розділі за допомогою аналітичних і експериментальних методів проаналізовано вплив низької жорсткості ДЕІ на швидкість і точність обробки складних геометричних контурів. Цілком очевидно, що без достатньо швидкого і точного визначення форми дроту розробити стратегію обробки складних контурів, яка сполучить швидкість близьку до максимальної, і високу точність не уявляється можливим.

Базуючись на результатах експериментальних вимірів розмірів максимальних прогинів дроту при різанні сталей і твердих сплавів автор розробив методику розрахунку прогинів дроту,