RU152430U1

RU152430U1 - Устройство для электроэрозионного шлифования

Info

Publication number: RU152430U1
Application number: RU2014146164/02U
Authority: RU
Inventors: Фан Сагирович Сабиров; Владимир Владимирович Молодцов; Виктор Валерьевич Бушуев; Алексей Валентинович Крутов; Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2015-05-27

Abstract

1. Устройство для электроэрозионного шлифования, содержащее шлифовальный круг, установленный вне зоны обработки и электрически изолированный от шлифовального круга правящий электрод, дополнительный электрод, предназначенный для осаждения на шлифовальный круг защитного материала, токосъемник, регулируемые выпрямители и источник переменного тока, выполненный в виде трансформатора с тремя вторичными обмотками, начала которых соединены между собой в общей точке, присоединенной посредством токосъемника к шлифовальному кругу, а свободные концы обмоток выполнены посредством регулируемых выпрямителей с возможностью присоединения соответственно к обрабатываемой детали и дополнительному электроду положительными полюсами, и к правящему электроду - отрицательным полюсом, отличающееся тем, что оно снабжено концентричной шлифовальному кругу направляющей, а правящий и дополнительный электроды установлены с возможностью перемещения по направляющей с изменением положения относительно друг друга и зоны обработки детали.2. Устройство для электроэрозионного шлифования по п. 1, отличающееся тем, что правящий электрод оснащен средством радиального относительно шлифовального круга перемещения.3. Устройство для электроэрозионного шлифования по п. 1, отличающееся тем, что дополнительный электрод оснащен средством радиального относительно шлифовального круга перемещения.4. Устройство для электроэрозионного шлифования по п. 1, отличающееся тем, что правящий электрод оснащен средством тангенциального относительно шлифовального круга перемещения.5. Устройство для электроэрозионного шлифования по п. 1, отличающееся

Description

Полезная модель относится к системам, реализующим обработку сложных поверхностей с помощью электроэрозионного шлифования.

Из уровня техники известно устройство для электроабразивной обработки с одновременной правкой круга, содержащее два диода, катоды и аноды которых соединены между собой и подключены к одному из полюсов источника питания переменного тока, другие свободные анод и катод диодов подключены к правящему электроду и кругу. Общий вывод источника питания подключен к обрабатываемой детали (а.с. SU №1103975, МКИ B23P 1/10).

Недостатком известного устройства является невозможность осуществления предварительной правки круга. Другим недостатком является ограниченность технологических возможностей работы данного устройства в результате взаимосвязи цепи правки круга с цепью травления обрабатываемой детали, что приводит к засаливанию круга и потере его работоспособности, так как при выходе обрабатываемой детали из зоны обработки цепь правки круга разрывается.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату - прототипом - является техническое решение, в котором представлено устройство для электроэрозионного шлифования, содержащее шлифовальный круг, установленный вне зоны обработки и электрически изолированный от шлифовального круга правящий электрод, дополнительный электрод, предназначенный для осаждения на шлифовальный круг защитного материала, токосъемник, регулируемые выпрямители и источник переменного тока, выполненный в виде трансформатора с тремя вторичными обмотками, начала которых соединены между собой в общей точке, присоединенной посредством токосъемника к шлифовальному кругу, а свободные концы обмоток посредством регулируемых выпрямителей присоединены соответственно к обрабатываемой детали и дополнительному электроду положительными полюсами, и к правящему электроду отрицательным полюсом (ИЗ RU №2239525, МПК⁷ B23H 5/00, B24B 53/00).

Недостатком прототипа является его относительно невысокая эффективность, обусловленная нестабильностью физико-химических процессов обработки вследствие ограниченного регулирования взаимного влияния электрически заряженных элементов (деталь, шлифовальный круг, правящий и дополнительный электроды).

В основу полезной модели положена задача стабилизации электрофизических и/или электрохимических параметров процесса обработки путем введения средств дополнительной регулировки взаимного влияния электрически заряженных элементов.

Технический результат - повышение эффективности обработки за счет оптимизации режимов электроэрозионного шлифования, а также расширение технологических возможностей при улучшении качества обработанной поверхности и повышении производительности.

Поставленная задача и заявленный технический результат достигаются тем, что устройство для электроэрозионного шлифования, содержащее шлифовальный круг, установленный вне зоны обработки и электрически изолированный от шлифовального круга правящий электрод, дополнительный электрод, предназначенный для осаждения на шлифовальный круг защитного материала, токосъемник, регулируемые выпрямители и источник переменного тока, выполненный в виде трансформатора с тремя вторичными обмотками, начала которых соединены между собой в общей точке, присоединенной посредством токосъемника к шлифовальному кругу, а свободные концы обмоток посредством регулируемых выпрямителей присоединены соответственно к обрабатываемой детали и дополнительному электроду положительными полюсами, и к правящему электроду отрицательным полюсом, снабжено концентричной шлифовальному кругу направляющей, а правящий и дополнительный электроды установлены с возможностью перемещения по направляющей с изменением положения относительно друг друга и зоны обработки, кроме того правящий и/или дополнительный электрод оснащен средством радиального или тангенциального относительно шлифовального круга перемещения.

Полезная модель иллюстрируется графическими материалами, где:

на фиг. 1 - схема предлагаемого устройства;

на фиг. 2 - схема снятия стружки алмазным зерном;

на фиг. 3 - схема съема связки круга при замыкании электродов стружкой;

на фиг. 4 - график зависимости расхода алмазов и шероховатости обработки от рабочего напряжения при абразивном электроэрозионном шлифовании (АЭЭШ);

на фиг. 5 - график изменения работоспособности шлифовального круга во времени.

В графических материалах использованы следующие позиции:

1 - трансформатора переменного тока;

2 - токосъемник;

3 - шлифовальный круг;

4 - дополнительный электрод;

5 - правящий электрод;

6, 7, 8 - тиристоры;

9 - обрабатываемая деталь;

10, 11, 12 - блоки управления тиристорами;

13 - связка шлифовального круга;

14 - зерно шлифовального круга;

15 - поверхностный слой обрабатываемой детали;

16 - стружка;

17 - канал эрозионного разряда;

18 - след эрозионного разряда;

19 - эрозионная лунка;

20 - направляющая;

21 - средство перемещения электрода по направляющей;

22 - средство радиального или тангенциального перемещения электрода относительно шлифовального круга.

Устройство для электроэрозионного шлифования (фиг. 1) состоит из трансформатора переменного тока 1, один вывод средней точки которого через токосъемник 2 подключен к шлифовальному кругу 3. Устройство также снабжено дополнительным 4 и правящим 5 электродами. Три вывода трансформатора 1: первый через тиристор 6 с помощью правящего электрода 5 образует электрическую цепь правки шлифовального круга, второй через тиристор 7 образует электрическую цепь анодного растворения обрабатываемой детали 9, третий через тиристор 8 образует электрическую цепь катодного осаждения пленок с помощью дополнительного электрода 4. Тиристоры управляются соответственно блоками управления 10, 11 и 12, они имеют независимую регулировку от 0 до расчетного максимума. Контуры всех электрических цепей замыкаются через токосъемник на шлифовальный круг и работают в разных направлениях, сблокированы с основными движениями устройства и работают независимо друг от друга. В зазоры между анодом и катодом электрических цепей подается электролит. Для оптимизации взаимного влияния каналов тока шлифовальный круг - обрабатываемая деталь, шлифовальный круг - правящий электрод, шлифовальный круг - дополнительный электрод, в устройстве предусмотрена концентричная шлифовальному кругу направляющая 20, на которой с возможностью относительного по направляющей перемещения установлены электроды 4 и 5, оснащенные средствами 21 (например, управляемыми приводами) перемещения электродов по направляющей. Перемещая электроды 4 и 5 по направляющей 20 и изменяя расстояние между вышеописанными каналами тока удается оптимизировать их взаимное влияние, изменяющее параметры канальных токов, определяющих режимы обработки детали, правки и восстановления шлифовального круга. Дополнительная регулировка (зазоров в вышеописанных каналах тока), а, следовательно, усиление эффекта, возможно введением дополнительных средств радиального или тангенциального перемещения электродов 4 и 5 относительно шлифовального круга. Регулировка в радиальном направлении проще в исполнении. Регулировка в тангенциальном направлении точнее, но сложнее в исполнении, поскольку требует компенсационного смещения.

Устройство для электроэрозионного шлифования работает следующим образом.

При включении трансформатора 1 электрический ток вторичных обмоток подается с одного полюса на токосъемник 2, а другие - на тиристоры 6, 7 и 8 в цепи правки шлифовального круга, анодного растворения обрабатываемой детали и катодного осаждения пленок. Цепь правки шлифовального круга включается через тиристор 6, правящий электрод 5 и замыкается на поверхность шлифовального круга 3 через электролит, который подается в зазор между кругом и правящим электродом. Таким образом, в цепи правки шлифовального круга 3 правящий электрод 5 является отрицательным полюсом (катод), а шлифовальный круг 3 - положительным (анод). Оптимальная плотность тока правки шлифовального круга устанавливается блоком управления 10. Цепь анодного растворения обрабатываемой поверхности обрабатываемой детали работает аналогичным образом, но на токе обратной полярности, т.е. обрабатываемая деталь 9 - положительный полюс цепи (анод), а поверхность шлифовального круга 3 -отрицательной (катод). Оптимальное значение плотности тока травления обрабатываемой детали при работе устанавливается блоком управления 12. Цепь катодного осаждения пленок предназначена для укрепления абразивных зерен, предотвращения процесса засаливания и нанесения твердых смазок на поверхность шлифовального круга. Дополнительный электрод 4 (осаждаемого материала) в этой цепи через тиристор 7 подключается к положительному полюсу (анод), а шлифовальный круг 3 - к отрицательному (катод). Электрические цепи могут работать раздельно, в различных сочетаниях, например, при закрытом тиристоре 6 работает только цепь анодного растворения обрабатываемой детали и катодного осаждения пленок и твердых смазок. В процессе обработки канальные токи контролируются, например, измерительной аппаратурой блоков управления, и в случае их (канальных токов) нестабильности, производятся регулировочные (или авто- в автоматическом режиме адаптации) настройки геометрических параметров каналов тока до стабилизации контролируемых параметров.

В предложенном устройстве реализуются режимы электроэрозионного шлифования, отличительными особенностями которого являются:

- непрерывное вскрытие новых зерен и исключаются или значительно сокращаются потери энергии на трение связки о поверхности обрабатываемой детали;

- устранение процессов налипания стружки на режущую поверхность шлифовального круга, т.е. исключается его «засаливание»;

- частичное разрушение (оплавление) стружки в объеме рабочей зоны, что облегчает ее удаление и снижает потери энергии на трение.

В целом процесс АЭЭШ соединяет процессы микрорезания зернами из сверхтвердых материалов (СТМ) и электроэрозионное разрушение. При этом электрические разряды разрушают как связку, так и обрабатываемый материал.

Электрические процессы в рабочей зоне могут служить источниками дополнительной информации и одновременно инструментом автоматического управления. Существует возможность контроля режущей способности круга и степени его засаливания с помощью импульсов короткого замыкания и по изменению частоты импульсов. Возможно также гибкое управление режущей способностью инструмента и его износом путем изменения энергии импульсов, их частоты или длительности.

Большим преимуществом этого вида обработки по сравнению с абразивным электрохимическим шлифованием (АЭХШ) является отсутствие коррозии оборудования и отсутствие газовыделения в рабочей зоне. По производительности оба процесса практически мало отличаются, однако износ СТМ при АЭЭШ несколько выше.

Наиболее эффективно применение процесса АЭЭШ при обработке особо твердых, вязких или хрупких материалов, вызывающих ускоренное затупление или повышенный износ инструмента с зернами алмаза или эльбора.

При шлифовании скользящий контакт шлифовального круга и обрабатываемой детали имеет прерывистый характер из-за частичного засаливания рабочей поверхности шлифовального круга или его автоколебаний. Такие условия свойственны начальному этапу правки засаленного или изношенного шлифовального круга. В течение работы вскрывается рабочая поверхность шлифовального круга, и эти явления большей частью ослабляются. При АЭЭШ это возможно по истечении определенного времени от начала процесса шлифования, если наблюдаются процессы засаливания. Указанные явления могут интенсифицироваться и приводить к вибрациям в технологической системе, если не оптимален выбранный режим работы. Устранение засаливания алмазного инструмента и ускорение его вскрытия невозможно, если выбор режимов АЭЭШ не основывается на анализе пространственно-временной модели процесса, заключающейся в следующем.

При сближении вращающего шлифовального круга и обрабатываемой детали в некоторый момент времени наступает металлический контакт. Учитывая, что обе поверхности взаимодействующих элементов шероховатые, первыми вступают в контакт противостоящие выступы, сумма высот которых окажется наибольшей. Если элементы находятся под напряжением, то непосредственно перед контактом между выступами возникнут электрические разряды. Пробой и развитие разряда при низких напряжениях происходит при межэлектродных зазорах 10"⁴-10"^{6 см}. Пробой может быть обусловлен как контактным механизмом с последующим взрывным плавлением и испарением контактных участков на поверхности элементов и возбуждением разряда в парах материала элементов, так и за счет автоэлектронного тока большой плотности. Возникшие электрические разряды вызывают эрозионный съем материала с участков элементов, прилегающих к контактирующим выступам.

При дальнейшем сближении элементов вступают в контакт новые пары противостоящих выступов с меньшей суммой их высот. Реальное количество контактов пропорционально величине сближения и сумме всех выступов контактирующих поверхностей. С увеличением числа контактов, а, следовательно, и фактической площади контакта сопротивление контакта уменьшается. Соответственно падение напряжения на нем станет меньше критического значения для существования разрядов. Электроэрозионные процессы прекращаются, и наступает металлический контакт между электродами. Через контакт протекает при этом ток короткого замыкания, определяемый параметрами электрической цепи по формуле:

где:

U_н - номинальное напряжение источника постоянного тока;

R_вн - внутреннее сопротивление источника;

R_н - распределенное наружное сопротивление.

В процессе последующего размыкания элементов все протекает в обратной последовательности: сопротивление металлического контакта увеличивается, соответственно увеличивается выделяемая на нем мощность, происходит контактно-эрозионный съем со всеми свойственными этой форме эрозии явлениями. При этом также удаляются участки элементов, прилегающие к наиболее выступающим после контактирования неровностям и размыкаемые последними. Характерным является уменьшение эродируемой массы металла с увеличением скорости размыкания.

Рассмотренная модель еще не отражает условий АЭЭШ и взаимного перемещения (скольжения) элементов. Сначала задают определенную величину сближения элементов (подачу на ход заготовки или глубину резания), а затем вводят обрабатываемую деталь в контакт с вращающимся шлифовальным кругом. На заданной глубине сближения по мере взаимного перемещения поверхностей элементов происходят многократные встречи, т.е. контактирование выступов элементов и соответствующий эрозионный съем: чем больше сближение, тем интенсивнее съем. Если сближение не превышает высоты неровностей взаимодействующих поверхностей, металлический контакт элементов отсутствует или носит прерывистый характер. При наличии засаленного участка поверхности шлифовального круга контактно-эрозионный съем протекает на протяжении всего времени его контактного скольжения относительно обрабатываемой детали. В случае сближения элементов на величину, большую высоты неровностей контактирующих поверхностей, между элементами возникает металлический контакт, и будет протекать ток короткого замыкания.

Время короткого замыкания каждым засаленным участком определяется по формуле:

где:

L_зу - величина засаленного участка рабочей поверхности элемента (шлифовального круга) в направлении его вращения;

L_к - длина дуги контакта элемента (детали) с шлифовальным кругом;

N_кр и D_кр - частота вращения и диаметр шлифовального круга.

Эрозионный съем происходит только в момент приближения засаленного участка к набегающей кромке обрабатываемой детали и в момент расхождения со сбегающей кромкой, т.е. весьма кратковременно по сравнению с τ_кз. Такой характер взаимодействия лишь приведет к заметным токовым перегрузкам в цепи и продлению периода вскрытия рабочей поверхности шлифовального круга. В связи с этим необходимо задавать такое сближение, чтобы обеспечить большую длительность контактно-эрозионных процессов за время контактного скольжения. Такой режим работы, как показано выше, возможен при сближении, меньшем высоты неровностей взаимодействующих элементов.

Контактно-эрозионные явления имеют место и при замыкании элементов стружкой. При развитой рабочей поверхности шлифовального круга контактно-эрозионный съем обусловлен преимущественно замыканием элементов отделяемой с обрабатываемой детали стружкой. При сближении вращающегося шлифовального круга и обрабатываемой детали зерна вступают в механический контакт с металлом обрабатываемой детали и осуществляют его микрорезание. Каждое режущее зерно шлифовального круга снимает стружку, которая сходит по направлению к металлической связке (рис. 2). При касании стружки со связкой замыкается электрическая цепь, в которую включены шлифовальный круг и обрабатываемая деталь. В месте касания стружки и металлической связки интенсивно выделяется теплота из-за прохождения тока высокой плотности. Стружка нагревается до температуры плавления, в результате чего между шлифовальным кругом и обрабатываемой деталью образуется жидкий мостик, который разрушается при температуре кипения. При разрушении жидкого мостика возникает электрический разряд, вызывающий дальнейшее разрушение стружки и металлической связки шлифовального круга.

На фиг. 2 представлена схема снятия стружки зерном.

Характер замыкания элементов стружкой описывается уравнением (3), которое позволяет сформулировать обоснованный подход к управлению механизмом съема металла при АЭЭШ.

Время, в течение которого стружка сходит к поверхности связки до момента касания, определяется формулой:

где:

V_с - скорость схода стружки к поверхности связки;

l_с - длина стружки;

l_р - высота ступания зерна из связки;

r_з - радиус зерна;

a _x - толщина среза.

Непосредственно перед контактом элементов между ними возникает электрический разряд, который и вызывает эрозионный съем. Стружка разрушается за счет плавления разрядом с торца и нагрева проходящим через нее током. Способствует ее интенсивному плавлению и то, что стружка в процессе микрорезания перед замыканием уже нагрета до температуры в сотни градусов и имеет незначительные размеры поперечного сечения. Время разрушения стружки определяют из системы уравнений, описывающей изменение длины стружки, разрушающейся под действием разряда:

где:

l_с.р. - длина стружки от основания до точки касания, подвергнутая разрушению, с учетом увеличения ее длины за время τ_р;

V_p - скорость разрушения (плавления) стружки с торца;

l_с - длина стружки.

Время разрушения стружки под действием разряда растет с увеличением длины и уменьшается с увеличением разности скоростей разрушения и скорости схода.

При возникновении разряда между стружкой и связкой, последняя также подвергается эрозионному съему (фиг. 3).

На фиг. 3 представлена схема съема связки круга при замыкании элементов стружкой.

Особенность этого режима заключается в том, что пятно (анодное) приложения канала разряда перемещается по связке от начальной точки касания ее со стружкой к зерну. Объясняется это тем, что при сгорании стружки расстояние между пятнами разряда увеличивается. Известно, что разряд протекает преимущественно между ближайшими точками элементов, поэтому анодное пятно разряда будет перемещаться по поверхности связки у расплавляемого конца стружки, стремясь занять такое положение, при котором расстояние между ними будет наикратчайшим. Так как стружка берет начало от вершины зерна, то и канал разряда смещается к его боковой грани. На связке останется удлиненный эрозионный след. Его глубина зависит от мощности разряда, скорости перемещения анодного пятна и теплофизических констант связки. Около зерна образуется лунка, глубина которой пропорциональна мощности и длительности электроэрозионного разряда.

Таким образом, при замыкании элементов стружкой характерен съем связки сначала движущимся разрядом, а затем стационарным. Повторные разряды протекают также. Однако из-за углубления в связке вблизи от зерна и, следовательно, из-за большего межэлетродного зазора место приложения анодного пятна стационарного разряда будет на некотором расстоянии от зерна. Этим объясняется съем связки не только вблизи режущего зерна, но и вдали от него.

Смешанные контактно-эрозионные явления обусловлены действием разрядов, возникающих за счет пробоя межэлектродного зазора (МЭЗ) и вне его, который вызывается наличием токопроводящих продуктов эрозии, шлифования и рабочей среды, ионизированной предшествующими разрядами. Продукты эрозии содержат оплавленные частицы металлической стружки и связки, а также продукты шлифования - металлическую стружку, которая по тем или иным причинам не замкнула электроды и не расплавилась. Вследствие интенсивного испарения материала элементов и технологической жидкости под действием разрядов могут оставаться частицы, содержащиеся в газах в виде аэрозолей. Все эти токопроводящие частицы, перемещаясь в межэлектродном зазоре преимущественно в направлении вращения шлифовального круга, частично или полностью перекроют зазор, образуя токопроводящие мостики. В результате может возникнуть пробой, приводящий к образованию разрядов. Указанные явления положительно влияют на увеличение производительности съема при АЭЭШ, но увеличивают износ шлифовального круга.

Из анализа процессов, происходящих при АЭЭШ, следует, что интенсивность электроэрозионного съема связки определяется интенсивностью четырех взаимосвязанных процессов:

- процесса электрической эрозии при контактном скольжении элементов;

- процесса электрической эрозии при замыкании элементов стружкой;

- комбинированного процесса, обусловленного электрическими разрядами через образующиеся токопроводящие мостики из гранул выплавляемого металла связки и электрическими разрядами через паро- и газо-ионизированные каналы;

- взаимным влиянием заряженных элементов друг на друга и процесс АЭЭШ в целом.

Следует отметить, что интенсивность всех процессов определяется величиной свободного пространства МЭЗ, что, в большей степени, определяется объемом межзеренного пространства шлифовального круга.

Выбор оптимальных режимов обработки при рациональных условиях работы шлифовальных кругов и получении заданного качества обработанной поверхности является одной из важнейших задач. АЭЭШ представляет собой сложный объект исследования, параметры которого зависят от множества факторов.

Представляет интерес работы ряда исследователей по сравнению различных способов шлифования: электрохимического глубинного и многопроходного, электроискрового с использованием источника постоянного тока ВУ 12/600, электроэрозионного с использованием источника импульсного тока низкой частоты (50 Гц) ИТТ-35 и алмазного глубинного шлифования с охлаждением. Производительность шлифования для рассматриваемых способов составляет 1200 мм³/мин. Режимы шлифования следующие: скорость круга - 30 м/с, продольная подача - 0,3 м/мин (при многопроходном шлифовании - 3,0 м/мин), поперечная подача - 0,5 мм/дв. ход (при многопроходном - 0,05 мм/дв. ход), напряжение технологического тока - 6 В при АЭХШ и 28 В при АЭЭШ (Таблица 1).

Видно, что электроискровое и электроэрозионное глубинное шлифование, несмотря на различие вида импульсов, вводимых в зону шлифования, обеспечивают примерно одинаковую работоспособность шлифовальных кругов на связке МО20. Недостатком является повышение расхода зерен. Для его снижения целесообразно при обработке переходить к схеме II совмещения энергетических воздействий в зонах АЭЭШ. Кроме того, в процессе глубинного АЭЭШ рабочее напряжение поддерживают в пределах 26-30 В, т.е. на нижнем пределе работы источника тока ИТТ-35. Повышение рабочего напряжения сверх указанного приводит к резкому увеличению износа шлифовальных кругов (фиг. 4). В целом, АЭЭШ с применением генератора ИТТ-35 предпочтительно использовать на напряжениях холостого хода 30-40 В.

При упругом АЭЭШ твердого сплава ВК8 совместно со сталью 45, безвольфрамового твердого сплава ТН20, быстрорежущей стали Р6М5 шлифовальными кругами из синтетических алмазов марки АС6 (со скоростью круга 30 м/с и продольной подачей 70 дв. ход/мин) производительность процесса повышается в 3-7 раз. Сравнительные технологические показатели обработки при различных методах шлифования по упругой схеме приведены в Таблице 2.

При упругом АЭЭШ шлифовальные круги на связках с основой Cu-Sn-Sb обеспечивают более высокую производительность, чем шлифовальные круги на связках с основой Cu-Al-Zn. Следовательно, при упругом шлифовании твердого сплава со сталью и безвольфрамового твердого сплава шлифовальными кругами со связками на основе Cu-Sn-Sb (М020, М020-2) электроэрозионное шлифование наиболее экономично. В случае АЭЭШ быстрорежущих сталей производительность процесса повышается в два раза, однако, до четырех раз возрастает износ шлифовального круга. Поэтому при обработке деталей из быстрорежущих сталей целесообразнее использовать электрохимическое шлифование. При упругом АЭЭШ инструментальных материалов (как быстрорежущей стали, так и твердого сплава со сталью) производительность обработки по сравнению с упругим АЭХШ повышается в 2-7 раз. В этом случае производительность шлифовальных кругов на связках с основой Cu-Sn-Sb (МО20, МО20-2) в 1,2-1,6 раза выше, чем производительность шлифовальных кругов на связках с основой Cu-Al-Zn (М013Э). В целом при упругом шлифовании твердого сплава со сталью шлифовальными кругами на связках типа М013Э экономически выгодна алмазно-электрохимическая обработка, а при шлифовании алмазными шлифовальными кругами на связках типа МО20 - электроэрозионная. Для АЭЭШ по схеме I (см. рис. 1) характерны напряжения 30-35 В. И в этом случае при шлифовании вязких материалов (сталей) электроконтактные разряды приводят к повышенному износу шлифовального круга. Они оказывают отрицательное воздействие на обрабатываемый материал и связку шлифовального круга. Так, АЭЭШ теплостойких наплавок типа ЗХ2В8, 25Х5ФМС и других широко применяемых для повышения износостойкости деталей металлургического оборудования, в частности валков горячей прокатки, позволяет повысить производительность процесса. Вместе с тем, отклонение режимов от оптимальных приводит к повышенному износу инструмента, формированию структурно-неоднородного слоя. Например, при обработке наплавленного покрытия типа ЗХ2 В8 на круглошлифовальном станке шлифовальными кругами из металлизированных алмазов АС6 160/125 со скоростью резания 25 м/с, окружной скоростью заготовки 45 м/мин, продольной подачей 1,0 м/мин, поперечной подачей 0,006 мм/дв. ход при напряжении 30-35 В структура обработанной поверхности формируется исключительно алмазными зернами. Эрозионное воздействие на обрабатываемую поверхность отсутствует. С дальнейшим повышением напряжения на обработанной поверхности появляются незначительные участки, имеющие характерную кратерообразную структуру. Они образуются под влиянием электрических разрядов. При амплитуде напряжения 50 В интенсивность разрядов настолько велика, что быстрый нагрев и охлаждение металла в локальных областях поверхности вызывают формирование внутренних напряжений, превышающих предел прочности обрабатываемого материала. В местах электроэрозионного воздействия образуется сетка микротрещин. Это характерно для АЭЭШ быстрорежущей стали Р6М5. Глубина участков дефектного слоя при амплитуде напряжения 45 В составляет 10-12 мкм.

Поскольку электрические разряды действуют преимущественно на стружку, то с увеличением объемов единичных стружек электроэрозионное воздействие на обрабатываемую поверхность будет уменьшаться при постоянных параметрах импульсов. Объем снимаемого в единицу времени материала возрастает более интенсивно, чем число режущих зерен, вступающих в работу с ростом поперечной подачи S_п, что и определяет увеличение среднего объема единичных срезов. Электронно-микроскопические исследования и рентгеноспектральный анализ подтверждают возможность уменьшения интенсивности электроэрозионного воздействия на обрабатываемую поверхность с ростом поперечной подачи. Так, с увеличением S_п от 0,004 до 0,008 мм/дв. ход (при S_пр 0,7 м/мин и амплитуде напряжения 30 В), площадь участков, возникающих под влиянием электрических разрядов, уменьшается от 1,1 до 0,08%. При S_п=0,012 мм/дв. ход формируется однородная структура без следов эрозии.

Еще в большей степени на изменение объема единичных срезов влияет продольная подача. Если для формирования однородного поверхностного слоя без следов электрической эрозии S_п необходимо увеличить в 2 раза (0,006-0,012 мм/ход), то S_пр - лишь в 1,4 раза (от 0,7 до 1,0 м/мин). Влияние S_пр, на интенсивность электроэрозионного воздействия определяется не только увеличением среднего объема стружки с ее ростом, но и уменьшением времени контакта шлифовального круга с единичной площадкой поверхностного слоя за одни проход.

Шлифовальные круги на металлической связке МО20 при АЭЭШ стали 10 (75 НВ) и стали 9ХФ (55HRСЭ) изнашиваются быстрее, чем при АЭХШ. Это можно объяснить тем, что кроме чисто электроэрозионных разрядов при АЭЭШ сталей имеют место электроконтактные разряды, вызванные достаточно большими длинами срезаемых стружек. Изменение полярности элементов устраняет анодные оксидные пленки на обрабатываемой поверхности, что повышает интенсивность электроконтактных разрядов и износ шлифовального круга. Следовательно, при шлифовании вязких материалов, в том числе закаленных и незакаленных сталей, применять процесс АЭЭШ экономически нецелесообразно из-за повышенного износа шлифовальных кругов.

Изучалось влияние основных факторов АЭЭШ: усилия продольной подачи P (Η), скорости шлифования V (м/сек), глубины резания t (мм), зернистости z (мкм), энергии импульсов W_И (Дж). Производились также сравнительные исследования абразивного и алмазного шлифования штамповых сталей и сплавов.

Для определения изменения режущей способности шлифовальных кругов при сравниваемых способах шлифования проведены предварительные эксперименты, позволяющие определить изменение режущей способности во времени. По данным исследователей и из производственного опыта были выбраны режимы шлифования, наиболее близкие к предполагаемым оптимальным для исследуемых способов обработки: V_КР=20-45 м/сек; z=100/80…200/160 мкм; t=0,01-0,05 мм; P=60-120 Η; W_И=0,05-1 Дж. Полученные результаты представлены на фиг. 5.

По виду кривых производительности, а значит и режущей способности шлифовальных кругов, можно отметить, что для шлифовальных кругов, подвергаемых правке электроэрозионным способом (кривая 2), характерно быстрое снижение режущей способности в период приработки, но установившаяся производительность, характеризующая режущую способность шлифовального круга, выше. При АЭЭШ (кривая 3) производительность процесса еще выше.

Из вышесказанного следует, что обеспечение геометрических регулировок путем введения в устройство для электроэрозионного шлифования концентричной шлифовальному кругу направляющей 20, установка правящего 5 и дополнительного 4 электродов с возможностью перемещения по направляющей 20 посредством, например, средств перемещения 21, с изменением положения относительно друг друга и зоны обработки, оснащение правящего 5 и/или дополнительного 4 электрода средством 22 радиального или тангенциального относительно шлифовального круга перемещения позволяет:

- повысить режущую способность шлифовального круга и производительность обработки до 1,5раз;

- снизить удельную энергоемкость обработки на 20-40%;

- снизить до 1,5 раз средние температуры в зоне резания;

- обеспечить бездефектное и производительное шлифование ряда труднообрабатываемых материалов.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его осуществлении предназначен для использования в системах, реализующих обработку сложных поверхностей с помощью электроэрозионного шлифования;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно - повышение эффективности обработки за счет оптимизации режимов электроэрозионного шлифования, а также расширение технологических возможностей при улучшении качества обработанной поверхности и повышении производительности.

Указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого результата.

В соответствии с изложенным, заявленный объект соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Claims

1. Устройство для электроэрозионного шлифования, содержащее шлифовальный круг, установленный вне зоны обработки и электрически изолированный от шлифовального круга правящий электрод, дополнительный электрод, предназначенный для осаждения на шлифовальный круг защитного материала, токосъемник, регулируемые выпрямители и источник переменного тока, выполненный в виде трансформатора с тремя вторичными обмотками, начала которых соединены между собой в общей точке, присоединенной посредством токосъемника к шлифовальному кругу, а свободные концы обмоток выполнены посредством регулируемых выпрямителей с возможностью присоединения соответственно к обрабатываемой детали и дополнительному электроду положительными полюсами, и к правящему электроду - отрицательным полюсом, отличающееся тем, что оно снабжено концентричной шлифовальному кругу направляющей, а правящий и дополнительный электроды установлены с возможностью перемещения по направляющей с изменением положения относительно друг друга и зоны обработки детали.

2. Устройство для электроэрозионного шлифования по п. 1, отличающееся тем, что правящий электрод оснащен средством радиального относительно шлифовального круга перемещения.

3. Устройство для электроэрозионного шлифования по п. 1, отличающееся тем, что дополнительный электрод оснащен средством радиального относительно шлифовального круга перемещения.

4. Устройство для электроэрозионного шлифования по п. 1, отличающееся тем, что правящий электрод оснащен средством тангенциального относительно шлифовального круга перемещения.

5. Устройство для электроэрозионного шлифования по п. 1, отличающееся тем, что дополнительный электрод оснащен средством тангенциального относительно шлифовального круга перемещения.