Результат интеллектуальной деятельности: Способ стабилизации положения проволочного электрода и устройство для его применения

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.