Результат интеллектуальной деятельности: Электрод для изготовления конфузорного участка в отверстии форсунки

Электрод относится к области машиностроения и может быть использован при электрохимической размерной обработке для получения в форсунке после электроэрозионной прошивки конического отверстия малого сечения, образующего диффузорный участок, конфузорного участка, образующего, совместно с диффузорным участком, проточное отверстие в форме реактивного сопла, обеспечивающего ускорение движения горючей среды от среза форсунки и снижающего тепловую нагрузку на форсунку.

Известен электрод [Бойко А.Ф. Эффективная технология и оборудование для электроэрозионной прошивки прецизионных микроотверстий. Белгород: Изд. БГТУ, 2010 - 314 с.], стр. 70-71, с покрытием для изготовления круглых проточных отверстий методом электроэрозионной прошивки с внешней стороны детали, что позволяет получить за счет износа электрода при электроэрозионной прошивке только диффузорное проточное отверстие.

К недостаткам электрода относится невозможность подвода при электроэрозионной или электрохимической обработке проточного отверстия электрода с внутренней стороны центрального отверстия форсунки из-за малых размеров центрального отверстия, удаления проточного отверстия от его начала в центральном отверстии форсунки, исключающего возможность получить конфузорный участок проточного отверстия после прошивки, а также неудовлетворительная шероховатость поверхности проточного отверстия после предшествующей электроэрозионной прошивки.

Известен [Смоленцев В.П. Изготовление инструмента непрофилированным электродом. М.: Машиностроение, 1967 - 160 с.], стр. 130-132, электрод для получения конических участков в отверстиях натянутым на концах проволочным электродом при его продольном перемещении, вращении детали и радиальной подаче участка проволоки, зажатого с двух концов.

Недостатком электрода и способа является невозможность их использования в случае обработок форсунок, где возможен только внешний подход к проточному отверстию и отсутствует возможность натяжения проволоки при ее перегибе в зоне обработки проточного отверстия.

Наиболее близким является электрод [Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей. М.: Машиностроение, 1978 - 176 с.], стр 80, для электрохимической размерной обработки круглых отверстий с вращением электрода, имеющего продольные диэлектрические вкладыши и упоры постоянного сечения по глубине отверстия.

Недостатком электрода является невозможность изготовления конфузорных участков в отверстиях малого сечения из-за малой жесткости консольного электрода и постоянной ширины вкладышей и упоров.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является создание консольного электрода с односторонним внешним подводом к зоне обработки для получения электрохимической размерной обработкой конфузорных участков проточных отверстий в форсунках с образованием в них профиля типа реактивного сопла с заданной шероховатостью, необходимой для подачи через форсунку горючих смесей.

Данный технический результат достигается тем, что электрод для электрохимического получения конфузорного участка в отверстии форсунки с диффузорным участком содержит диэлектрическое покрытие, причем электрод с покрытием выполнен с наружным диаметром, равным диаметру отверстия внутри форсунки, при этом в рабочей части электрода диэлектрическое покрытие выполнено в форме разделенных равномерно сужающихся до конца электрода продольных полос в количестве не менее трех.

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-4.

На фиг 1 показан электрод для электрохимической размерной обработки для получения конфузорного участка в проточном отверстии форсунки.

На фиг 2 показан вид сверху на электрод для электрохимической размерной обработки с диэлектрическим покрытием и проточное отверстие в форсунке.

На фиг 3 приведено сечение проточного отверстия в форсунке и электрода с покрытием на конфузорном участке отверстия.

На фиг 4 показан вид со стороны центрального отверстия форсунки на электрод и конфузорный участок проточного отверстия в форсунке.

Проточное отверстие 1 в форсунке 2 профиля типа реактивного сопла с заданной шероховатостью, необходимой для подачи через форсунку горючих смесей, после электроэрозионной прошивки имеет коническое сечение с диаметром D₁ на входе электрода при его формообразовании, до d₂ - на конце отверстия 1.

Необходимо на участке «ab» сохранить конусный участок проточного отверстия 1 в форсунке 2, а на участке «bc» - получить конфузор, который на внутренней поверхности 3 конфузорного участка проточного отверстия 1 форсунки 2 (фиг 4) имеет диаметр D₂, образуя профиль типа реактивного сопла (фиг 2) с заданной шероховатостью, необходимой для подачи через форсунку 2 горючих смесей. Электрод 4 с диэлектрическим покрытием 5 (фиг 2) толщиной «t» (фиг 3) имеет конфузорный участок проточного отверстия 1 форсунки 2 (фиг 4) проточного отверстия 1 форсунки 2 на внутренней поверхности 3 центрального отверстия форсунки 2. Диэлектрическое покрытие 5 на участке «bc» (фиг 1) разделено на «n» полос 6 (фиг 3). Количество полос не менее 3 для обеспечения центрирования электрода 4 с диэлектрическим покрытием 5 в проточном отверстии 1 на внутренней поверхности 3 центрального отверстия форсунки 2 (фиг 1; 4).

Полосы 6 начинаются в сечении с точкой «b» (фиг 1) и сужаются до минимальной ширины «Н» (фиг 4), достаточной для фиксации положения электрода 4 с покрытием 5 в проточном отверстии 1 со стороны внутренней поверхности 3 центрального отверстия форсунки 2 (фиг 4).

Ширина полос 6 переменная (фиг 3), диаметр d₁ электрода 4 с диэлектрическим покрытием 5 имеет постоянную величину по длине проточного отверстия 1 в форсунке 2. Соосность электрода 4 с проточным отверстием 1 обеспечивается поддержанием положения оси электрода 4 относительно проточного отверстия 1 (фиг 2) в начале обработки.

Электролит со скоростью V_э (фиг 1) прокачивается при электрохимической размерной обработке через пространство 7 между полосами 6 (фиг 4); (фиг 3). После начала образования конфузорного участка отверстия 1 электролит со скоростью V_э (фиг 1) проходит также через конфузорный участок 8 между электродом 4 и отверстием 1 (фиг 3; 4) и выходит через зазор между диэлектрическим покрытием 5 и проточным отверстием 1 (фиг 1).

Для получения круглого конфузорного участка проточного отверстия 1 электрод 4 с диэлектрическим покрытием 5 вращают с частотой f (фиг 1).

Электрод используют в следующей последовательности: измеряют по глубине через выбранный интервал полученный после электроэрозионной прошивки диаметр проточного отверстия 1 в форсунке 2, например, путем набора калиброванных стержней с изменением диаметра от d₂ до D₁ через «m» («m» не менее 3) интервалов по глубине отверстия 1, после чего строят реальный профиль исходного проточного отверстия 1 в форсунке 2. При получении исходного проточного отверстия малого диаметра в форсунке электроэрозионной прошивкой из-за износа электрода образуется конусность по глубине отверстия 1 с диаметрами от D₁ до D₂, при этом после электроэрозионной прошивки участок проточного отверстия 1 «ab» (фиг 1) сохраняют для получения конической части проточного отверстия 1 в форсунке 2 как часть формы реактивного сопла, а сопрягаемую часть проточного отверстия 1 на участке «бс» выполняют в форме конфузора.

Накладывают (фиг 1) на полученный контур проточного отверстия 1 чертеж требуемого контура «абс» проточного отверстия 1 и рассчитывают припуск на обработку проточного отверстия 1 на участке со стороны 3 внутренней поверхности центрального отверстия форсунки 2, где в сечении точки «b» принимают припуск, равным нулю, а на конфузорном участке со стороны 3 (фиг 1) припуск находят как полуразность между диаметрами проточного отверстия 1 в форсунке 2 (фиг 1) в сечениях «с» и «b». На электрод 4 (фиг 3) наносят диэлектрическое покрытие 5 с толщиной t, при этом на участке «ab» (фиг 1) проточного отверстия 1 форсунки 2 диэлектрическое покрытие 5 полностью покрывает электрод 4 и образует диаметр d₁, а на участке «bc» покрытие 5 (фиг 2) разделяют на n полос переменной ширины с наименьшей величиной «Н» (фиг 4). Для точного центрирования конца электрода 4 количество (n) полос 6 не может быть менее 3. Для этого диаметр d₁ электрода 4 с диэлектрическим покрытием 5 берут равным диаметру d₂ проточного отверстия 1 со стороны 3 (фиг 1) в форсунке 2.

Ширину полос 6 диэлектрического покрытия 5 выполняют в форме разделенных равномерно сужающихся полос до конца электрода 4. Ширину полос 6 изменяют по линейному закону от сечения в точке b (фиг 1) до внутренней поверхности 3 центрального отверстия форсунки 2 с обеспечением здесь минимальной контактной поверхности «Н» (фиг 4).

По формуле (например [Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки. М.: Машиностроение, 2005 - 511 с.], стр. 75) рассчитывают время, необходимое для получения заданного профиля конфузорного участка «bc». Устанавливают по тому же источнику (раздел 3.2) требуемые режимы обработки.

Электрод 4 с покрытием 5 устанавливают (фиг 4) в проточное отверстие 1 форсунки 2 так, чтобы конец электрода 4 совмещался с диаметром d₂ на поверхности 3, включают вращение с частотой f (фиг 1).

Через участки, свободные от покрытия 5, прокачивают электролит со скоростью Vэ по [Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки. М.: Машиностроение, 2005 - 511 с.], стр. 63, и включают источник постоянного тока (на фигурах не показан) с анодом на форсунке 2. Проводят образование конфузорного участка ("bc" на фиг 1) путем обработки на выбранных по справочным материалам, например [Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки. М.: Машиностроение, 2005 - 511 с.], технологических режимах в течение расчетного времени "τ".

Пример использования электрода

В форсунке из стали 18ХНВА для подачи топлива необходимо получить 6 отверстий глубиной 3,2 мм. Диаметр отверстий после электроэрозионной прошивки на входе инструмента 0,55 мм, на выходе 0,45 мм. Шероховатость поверхности проточного отверстия Ra=1,5 мкм. Требуется получить на участке на глубине отверстия 1,6 мм в отверстии гладкий конфузорный участок с диаметром отверстия на его конце 0,55 мм и шероховатостью поверхности Ra=0,32 мкм. Изготавливают электрод из латуни ЛС-1 с рабочей частью диаметром 0,42 мм и покрытием лаком толщиной 0,015 мм. Покрытие выполняют в виде 3 сужающихся полос на длине электрода. При этом ширина каждой полосы на конце электрода составляет 0,1 мм.

Электрод применяют при технологических режимах: частота вращения электрода 1,5 об/сек, напряжение на электродах 12 В, потери напряжения 3 В, электролит 15% раствор NaCl, давление электролита на входе 1,5 МПа. Остальные параметры приведены в справочниках и в [Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки. М.: Машиностроение, 2005 - 511 с.], таб. 3.1; 3.3; 3.12; 3.13; 3.14. Расчет по приведенной в справочной литературе формуле устанавливает время обработки 0,18 минуты.

Изготовлены конфузорные участки в 6 отверстиях. Получены размеры на конфузорном участке мм (диаметр D₂). Шероховатость обработанных участков Ra=0,16-0,32 мкм. Это отвечает требованиям чертежа.