RO137448A2 - Echipament de ghidare a sculei şi spălare a interstiţiului la micro-electroeroziune asistată ultrasonic - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un echipament de ghidare a sculei şi spălare a interstiţiului la micro-electroeroziune asistată ultrasonic. Echipamentul, conform invenţiei este compus dintr-un dispozitiv (1) de prindere pe capul de lucru al unei maşini de electroeroziune a unui lanţ (2) ultrasonic, la capătul căruia este asamblată o piesă (3) de prelucrat având o microcavitate (3b) prelucrată, orientată în jos şi care are o mişcare (3a) de oscilaţie cu frecvenţă ultrasonică, un electrod-sculă (16) tubular, prins cu o bucşă (15) elastică, strânsă cu o piuliţă (14), ghidat de suprafaţa conjugată interioară a unui ghidaj (4), care face contact cu suprafaţa frontală a piesei (3) prelucrate, fiind ridicat de nişte arcuri (8) care împing o traversă (5) asigurată cu nişte piuliţe (6) şi cu nişte distanţiere (6a), traversa (5) culisează pe nişte coloane (7) prinse cu nişte şuruburi (9b) în nişte suporturi (9) fixate cu nişte şuruburi (9a) pe o placă (10) cu nişte canale (10a) a mesei de lucru a maşinii, lichidul dielectric filtrat de la agregatul maşinii fiind introdus într-un injector (11) printr-un ştuţ (12) şi evacuat prin nişte canale (4a) ale ghidajului (4), împreună cu particulele îndepărtate din piesa (3) prelucrată.

Description

Invenția se referă la un echipament de ghidare a sculei și spălare a interstițiului la micro electroeroziune asistată ultrasonic - proces de prelucrare hibrid. Echipamentul se poate monta pe o mașină de prelucrare prin electroeroziune volumică, dotată cu un generator care furnizează descărcări electrice cu energie redusă, adecvată microprelucrărilor și se conectează la un generator de ultrasunete care alimentează un lanț ultrasonic, în capătul căruia se găsește piesa de prelucrat care execută vibrații longitudinale cu frecvență ultrasonică, în intervalul, 20...40 kHz.

Sunt cunoscute echipamentele de prelucrare a micro-orificiilor prin electroeroziune neasistată (uzuală) sau asistată de ultrasunete, micro-orificiile având dimensiuni transversale între 0,1 și 0,9 mm cu ajutorul unor electrozi-sculă filiformi, tubulari sau lamelari cu vibrația ultrasonică a electrozilor-sculă sau a piesei prelucrate.

Dezavantajele soluțiilor menționate anterior constau în:

- sculele au rigiditate foarte mică din cauza dimensiunilor reduse ale secțiunii transversale reduse, de 0,1 ...0,9 mm și suferă deformații mari, prin îndoire, în timpul prelucrării, nefiind ghidate în apropierea sau la contactul cu suprafața prelucrată, ceea ce determină imprecizia de prelucrare;

- sculele au rigiditate foarte mică și suferă deformații mari prin îndoire, ca urmare a presiunii (de ordinul MPa) ridicate de spălare cu lichid dielectric, cu ajutorul căruia se realizează evacuarea particulelor prelevate din materialul prelucrat, din interstițiul de prelucrare (spațiul dintre suprafețele active ale electrodului-sculă și suprafața prelucrată în care se găsește lichidul dielectric), ceea ce afectează imprecizia suprafețelor prelucrate;

- evacuare ineficientă din interstițiul de prelucrare, foarte îngust la microelectroeroziune, de 5-10 pm, a particulelor prelevate din materialul piesei prelucrate, ceea ce determină frecvente fenomene de scurt-circuit prin faptul că aceste particule vin în contact cu electrodul-sculă, care este nevoit să se retragă și astfel, se reduce productivitatea prelucrării;

- retragerile repetate ale sculei pentru evitarea fenomenelor de arc continuu, prin interpunerea particulelor neevacuate între electrodul-sculă și piesa prelucrată, determină reducerea preciziei de prelucrare la angajarea sculei din nou în prelucrare;

- producerea fenomenelor frecvente de scurt-circuit între electrodul-sculă și suprafața prelucrată din cauza evacuării dificile a particulelor prelevate din interstițiul de prelucrare foarte îngust determină scăderea calității suprafeței prelucrate;

- instabilitatea prelucrării prin electroeroziune la creșterea adâncimii microgăurilor, la un raport de aspect de 10:1 sau mai mare, pentru că lungimea traseului de evacuare a particulelor

de material prelevate este mare, ceea ce determină scăderea severă a productivității ca urmare a retragerilor repetate ale sculei și calității suprafeței prelucrate din cauza fenomenelor frecvente de scurt-circuit între sculă și materialul piesei prelucrate;

- prinderea electrozilor sculă cu dimensiuni transversale reduse pe concentratorul ultrasonic creează dificultăți deosebite privind schimbarea acestora dacă sunt asamblați prin lipire sau transmiterea vibrațiilor la suprafața activă a sculei dacă sunt asamblați cu bucșă elastică sau prindere cu șurub;

Mai este cunoscut prin documentul RO-126381 B1, echipamentul pentru finisarea prin electroeroziune asistată de ultrasunete a microgăurilor, care poate fi montat pe o mașină de prelucrare prin electroeroziune volumică și care este alcătuit dintr-un lanț ultrasonic, pentru vibrarea unui electrod-sculă de tip tubular sau filiform, pe direcție longitudinală, lanțul ultrasonic fiind prevăzut, la partea superioară, cu un dispozitiv de prindere și reglare, la partea inferioară fiind montat un electrod-sculă, prin intermediul unui dispozitiv de prindere și reglare, de alimentare cu dielectric și de etanșare, electrodul-sculă fiind ghidat prin intermediul unui dispozitiv de ghidare multiplă și de alimentare cu lichid dielectric, ce cuprinde două bucșe de ghidare și două prisme în V la 90°, acționate de niște arcuri, ce realizează un ajustaj alunecător cu electrodul-sculă, bucșa inferioară fiind prevăzută cu niște canale longitudinale prin care se alimentează cu lichid dielectric interstițiul de prelucrare.

Mai este cunoscut prin documentul RO-128720 B1, Echipamentul de prelucrare simultană a unor microgăuri prin electroeroziune asistată ultrasonic, care poate fi montat pe o mașină de prelucrare prin electroeroziune volumică și care cuprinde niște scule filiforme, care sunt prinse pe un concentrator ultrasonic, aparținând unui lanțtrasonic, fiind ghidate de o placă realizată dintr-un material neconductiv electric, cu un coeficient de frecare redus, sculele având o poziție unghiulară față de o suprafața frontală a unei piese de prelucrare, care se poate regla prin rotirea unei flanșe superioare, în raport cu flanșa cu care se află în contact, cu ajutorul unor canale circulare, practicate în flanșă și a cărei poziție se poate bloca cu niște șuruburi, după vizualizarea poziției pe un sector gradat.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unor microprelucrări prin electroeroziune, sub forma unor microcavități, microgăuri sau microfante, în condiții de stabilitate a procesului de îndepărtare a materialului, crescând productivitatea, precizia și calitatea suprafeței prelucrate, precum și reducând costurile.

Echipamentul de ghidare a sculei și spălare a interstițiului la micro-electroeroziune asistată ultrasonic rezolvă problema tehnică menționată prin aceea că piesa prelucrată este poziționată la partea superioară a sistemului tehnologic, având o asamblare demontabilă prin filetare la capătul unui concentrator ultrasonic, suprafața prelucrată a piesei fiind orientată în jos, pentru facilitarea evacuării particulelor prelevate gravitațional și a efectului de pompare ciclică produs de cavitația indusă ultrasonic în interiorul microcavității prelucrate la fiecare perioada ultrasonică, electrodul-sculă este fixat cu bucșă elastică, ușor de prins și schimbat, ghidat la distanță minimă de suprafața prelucrată, cu ajutorul unei bucșe din material izolator electric și coefiecient de frecare redus și auto-orientată pe suprafață sferică în raport cu suprafața frontală a piesei pentru realizarea perpendicularității microcavitații, ghidajul fiind în contact cu suprafața frontală a piesei prelucrate datorită unor arcuri care împing ghidajul către suprafața frontală a piesei prelucrate, amplitudinea de oscilație ultrasonica a piesei fiind de 1...2 pm, evacuarea particulelor prelevate prin canalele radiale prevăzute pe suprafața frontală a ghidajului, injecția lichidului dielectric prin interiorul electrodului-sculă tubular sau paralel cu axa acestuia la electrozi filiformi sau lamelari, cu presiune mare pentru a compensa pierderile de presiune generate de reducerea secțiunii de curgere, utilizarea vibrațiilor ultrasonice pentru facilitarea evacuării particulelor prelevate prin canalele radiale ale ghidajului, precum și prin cavitație ultrasonică indusă în cavitatea prelucrată la mișcarea de ridicare a piesei (prin regimul pulsatoriu uzual al mașinii de electroeroziune) la microprelucrările adânci, cu raport de aspect mare (10:1 sau mai mare), fără un ciclu de spălare complicat cu faze multiple, ceea ce reduce costurile de realizare a echipamentului.

Echipamentul de ghidare a sculei și spălare a interstițiului la micro-electroeroziune asistată ultrasonic, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- realizează ghidarea electrodului-sculă la distanță minimă de piesa prelucrătă, ghidajul fiind în contact cu suprafața frontală a piesei prelucrate, împins de arcuri către aceasta;

- facilitează evacuarea particulelor prelevate din materialul piesei gravitațional, prin orientarea microcavității prelucrate în jos și prin presiunea ciclică cavitațională indusă ultrasonic în microcavitatea prelucrată;

- asigură prelucrarea microcavităților în condiții de productivitate, reducând retragerile electrodului-sculă, prin evitarea fenomenelor de scurt-circuit între sculă și piesa prelucrată;

- asigură precizia prelucrării prin ghidarea sculei la distanță minimă de piesa prelucrată;

- asigură calitate a suprafeței pelucrate, prin reducerea fenomenelor de scuirt-circuit și reducerea stratului topit și resolidificat (cu tensiuni interne ridicate) a materialului piesei datorită contribuției componentei ultrasonice a procesului de prelucrare hibrid;

- reducerea rugozității suprafeței prelucrate prin prelevarea vârfurilor microgeometriei suprafeței prelucrate prin undele de șoc generate de cavitația periodică indusă ultrasonic;

- permite schimbarea ușoară a eletrodului-sculă prin prindere cu bucșă elastică și a piesei prelucrate prin asamblare filetată pe concentratorul ultrasonic;

- permite reducerea costurilor prelucrării prin funcționarea după un ciclu simplu de spălare cu lichid dielectric, numai prin injecție cu presiune mare prin interiorul unui electrod tubular sau în lungul suprafeței laterale a unui electrod filiform sau lamelar;

- funcționează și în regim pulsatoriu, prin ridicarea piesei prelucrate și facilitarea eliminării particulelor prelevate din microcavitatea prelucrată.

Invenția este prezentată în continuare printr-un exemplu de realizare a acesteia în legătură cu figurile 1-7, care reprezintă:

Figura 1. Ansamblul echipamentului de ghidare a sculei și spălare a interstițiului la micro-electroeroziune asistată ultrasonic în vedere 3D;

Figura 2. Secțiunea prin subansablul de injecție a lichidului dielectric și prindere a electrodului-sculă;

Figura 3. Detaliu al stuțului de injecție al lichidului dielectric;

Figura 4. Secțiunea prin subansamblul de ghidare a electrodului-sculă tubular;

Figura 5. Detaliu al interstițiului de prelucrare la utilizarea electrodului-sculă tubular;

Figura 6. Secțiunea prin subansablul de ghidare a electrodului-sculă lamelar;

Figura 7. Detaliu 3D al ghidajului pentru electrodul-sculă lamelar.

Echipamentul de ghidare a sculei și spălare a interstițiului la micro-electroeroziune asistată ultrasonic, conform invenției (figura 1) este compus din: dispozitivul 1 de prindere pe capul de lucru al mașinii de electroeroziune (nefigurat) a lanțului ultrasonic 2, la căpătui căruia este asamblată piesa 3 cu filetul 3c (v. figura 4) de prelucrat prin micro-electroeroziune asistată ultrasonic, care oscilează longitudinal, deplasarea 3a cu o frecvență ultrasonică în intervalul 20... 45 kHz, în care se prelucrează microcavitatea 3b orientată în jos (v. figura 5), electrodul-sculă fix 16 (v. figura 2), ghidat prin suprafața conjugată 4c a ghidajului 4, din material izolator electric, cu coeficient de frecare redus, (de exemplu, politetrafluoretilena PTFE) prevăzut cu canale 4a radiale de evacuare de evacuare a lichidului dielectric, traversa 5 (v. figura 4), prevăzută cu suprafața sferică 5a, în contact cu suprafața conjugată 4b a ghidajului 4 pentru auto-orientare (autoașezare) în vederea obținerii perpendicularității axei microcavitații prelucrate pe suprafața frontală a piesei, cele două coloane 7, filetate la partea superioară, cu șaibele 7a și 7b, pe care culisează traversa 5, care este ridicată de arcurile 8, pentru ca ghidajul 4 să facă contact cu suprafața frontală 3b a piesei prelucrate (v. figura 4, 5), piulițele 6 și distanțierele 6a, prin care se reglează cursa traversei 5, în funcție de înălțimea piesei 3, suporții 9 de prindere a coloanelor 7, cu șuruburile 9b și crestăturile 9c, șuruburile 9a de fixare pe placa 10 cu canale T 10a, șuruburile de prindere 10b pe masa mașinii (nefigurată); ștuțul 12 (v. figura 3) asigură injecția lichidului dielectric filtrat de la agregatul de dielectric al mașinii de microelectroeroziune (nefigurat), care corespunde cu orificiile 12a și 12b, practicate în corpul Injectorului 11, fixat cu șurubul 11a pe placa 10 cu canale T; duza 17 (figura 2) permite trecerea lichidului dielectric filtrat prin orificiul axial 17a și prezintă două suprafețe conice 17b și 17c, conjugate cu suprafețe conice ale bucșei 13a, respectiv injectorului 11b, pentru orientarea dintre duza 17, injectorul 11 și bucșa 13, și care se asamblează cu filetul 17d cu injectorul 11 și filetul 17e cu bucșa 13; garniturile frontale 11c, 13b și 13c care etanșează prin strângerea cu filet, injectorul 11, duza 17 și bucșa 13; șurubul axial 18 (figura 2) cu orificiul axial 18a, care permite să treacă electrodul-sculă 16, strânge cu filetul 18b (acționat cu o cheie tubulară înainte de introducerea bucșei elastice 15), garnitura tubulară 18c, care are un orificiu 18d, prin care trece electrodul-sculă 16; bucșa elastică 15, dintr-un set de bucșe, cu crestaturile 15a (reprezentate în secțiune) și 15b, care creează un locaș pentru capul șurubului 18e; electrodul-sculă tubular 16 orientat și fixat cu bucșa elastică 15, care prelucrează microcavitatea 3d, cu orificiul axial 16a pentru injecția lichidului dielectric (v. figura 5) care este trimis în interstițiu! frontal 16b și evacuat prin interstițiu! lateral 16c șl apoi prin canalele radiale 4a ale ghidajului 4; piulița 14 care strânge bucșa elastică 15, rotită cu ajutorul orificiilor radiale 14a și care apasă cu suprafața frontală 14b, bucșa elastică 15 pe suprafața conică 15c care se sprijină pe suprafața conică omoloagă 13d a bucșei 13; ghidajul 19 (figura 6) care poziționează cu suprafața 19f conjugată, cu secțiune dreptunghiulară, electrodul-sculă lamelar 20, prevăzut cu tecile 20a și 20b, care completează o suprafață cilindrică exterioră care permite strângerea cu același tip (pentru reducerea costurilor) de bucșă elastică 15 care face parte dintr-un set, ștuțul 12 de alimentare cu lichid dielectric care alimentează orificiul de injecție poziționat la un unghi de 45° față de verticală care corespunde cu canalul coaxial 19a, asamblat cu filetul 19b și etanșat cu garnitura 19d prin strângere pe suprafața plană 19c; ghidajul 19 (figura 7) este prevăzut cu canalele radiale 19e de evacuare a lichidului dielectric, poziționate în partea opusă orificiului de injecție 19a, astfel încât lichidul dielectric să fie constrâns să intre în interstițiul frontal, unde are loc cu preponderență îndepărtarea materialului din piesa prelucrată, pentru a colecta particulele prelevate și a le evacua. Ghidajul 19, în altă variantă, are suprafața conjugată 19f cu secțiune circulară, care ghidează electrodul-sculă filiform 16, fără orificiu axial de injecție a lichidului dielectric, care este fixat în bucșa elastică 15.

Claims (3)

1. Echipament de ghidare a sculei și spălare a interstițiului la micro-electroeroziune asistată ultrasonic, având un electrod-sculă tubular 16 și piesa prelucrată 3 poziționată la capătul unui lanț ultrasonic 2 și montat pe o mașină de micro-electroeroziune și conectat la un generator de ultrasunete caracterizat prin aceea că piesa prelucrată 3 are microcavitatea prelucrată 3b orientată în jos și care are mișcare 3a de oscilație cu frecvență ultrasonică, electrodul-sculă 16 fix, prins cu o bucșă elastică 15, care face parte dintr-un set de bucșe, prevăzută cu locașul 15b, în care este poziționat capul 18e al unui șurub axial 18 cu un orificiu axial 18a, prin este introdus electrodul-sculă 16 și este injectat lichidul dielectric filtrat, care strânge o garnitură tubulară 18c de etanșare cu un orificiu 18d în care este introdus electrodulsculă tubular 16 și o duză 17 cu un orificiu axial 17a, prin care este injectat lichidul dielectric filtrat, prevăzută cu două suprafețe conice coaxiale 17b și 17c , conjugate cu suprafețe conice ale bucșei 13a, respectiv injectorului 11b, pentru orientarea în raport cu o bucșă 13 și respectiv un injector 11, electrodul-sculă ghidat de suprafața conjugată 4c cu secțiune circulară a unui ghidaj 4 din material izolator electric și coeficient de frecare redus și care este adus în contact cu suprafața frontală 3b a piesei 3 cu ajutorul unor arcuri 8 poziționate pe coloanele 7, pe care culisează traversa 5, cu o deplasare limitată cu piulițele 6 și distanțierele 6a, cu o suprafața sferică 5a, pe care se auto-orientează ghidajul 4 cu suprafața sferică omoloagă 4b și care prezintă canale radiale 4a pentru evacuarea lichidului dielectric cu particulele îndepărtate din piesa prelucrată.

2. Echipament de ghidare a sculei și spălare a interstițiului la micro-electroeroziune asistată ultrasonic, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că ghidajul 19 cu suprafața conjugată cu secțiune dreptunghiulară 19f ghidează electrodul-sculă lamelar 20 și este prevăzut cu un orificiu 19a de injecție a lichidului dielectric filtrat dispus sub un unghi de 45° față de verticală, canalele radiale 19e dispuse în partea opusă orificiului de injecție 19a, tecile 20a și 20b, care vin în contact cu electrodul-sculă lamelar 20 și care completează o suprafață cilindrică exterioară pentru prinderea electrodului-sculă 20 în bucșa elastică 15.

3. Echipament de ghidare a sculei și spălare a interstițiului la micro-electroeroziune asistată ultrasonic, conform revendicării 1 și 2, caracterizat prin aceea că ghidajul 19 cu suprafața conjugată cu secțiune circulară 19f ghidează electrodul-sculă filiform 16, fără orificiu axial de injecție a lichidului dielectric și care este fixat în bucșa elastică 15.