RU2191664C2

RU2191664C2 - Apparatus for electrochemical and mechanical working

Info

Publication number: RU2191664C2
Application number: RU2000119281/02A
Authority: RU
Inventors: В.П. Смоленцев; Г.П. Смоленцев; В.Ю. Склокин
Original assignee: Воронежский государственный технический университет
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: electrochemical and mechanical working of ducts. SUBSTANCE: deforming broach of combination type tool-electrode is in the form of sleeve having on its lateral surface slit inclined relative to axis of sleeve. Broach may close worked duct along its perimeter by means of contact surface of sleeve. Inner cavity of sleeve is filled with magnetic rheological liquid. Additional electrode is arranged in said cavity and it is connected with positive pole of low-voltage electric current source. Upon applying electric current rheological liquid is solidified for fixing desired diameter of sleeve. With use of such apparatus it is possible to work duct of different diameters. EFFECT: guaranteed desired cold-work without change of deforming broach. 1 dwg, 1 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при электрохимической обработке каналов. The present invention relates to mechanical engineering and can be used in the electrochemical processing of channels.

Известен способ [1] электрохимикомеханической обработки с чередованием операций при продольном перемещении инструмента, в котором обработку ведут с использованием комбинированного электрода-инструмента, состоящего из изолированных один от другого инструмента для электрохимической обработки и инструмента для протягивания. При этом процесс снятия припуска начинается с электрохимического травления, а заканчивается протягиванием. A known method [1] of electrochemical-mechanical processing with alternating operations during the longitudinal movement of the tool, in which the processing is carried out using a combined electrode-tool, consisting of tools isolated from one another for electrochemical processing and a tool for drawing. In this case, the process of removing the allowance begins with electrochemical etching, and ends with pulling.

Однако данный способ не позволяет производить обработку без замены деформирующих протяжек, если превышена величина припуска над средним его значением. However, this method does not allow processing without replacing deforming broaches, if the excess value is exceeded over its average value.

Известен инструмент для электрохимикомеханической обработки каналов, который выбран в качестве ближайшего аналога [2], он представляет собой комбинированный электрод-инструмент, состоящий из изолированных один от другого инструмента для электрохимической обработки и инструмента для протягивания. При этом электрод-инструмент содержит рабочую часть, калибрующий элемент, например дорн, передний и задний направляющие элементы, выполненные по форме контура обрабатываемой поверхности из диэлектрика. В калибрующем и направляющих элементах имеются пазы и отверстия для прохода электролита. В конструкции устройства предусмотрен прерыватель тока к механизму протягивания устройства, который позволяет остановить поступательно движущийся электрод-инструмент и обеспечить его осцилляцию вдоль оси обработки, для удаления повышенного припуска при помощи электрохимического травления. A known tool for electrochemomechanical processing of channels, which is selected as the closest analogue [2], it is a combined electrode-tool, consisting of tools isolated from one another for electrochemical processing and a tool for drawing. In this case, the electrode tool contains a working part, a calibrating element, for example a mandrel, front and rear guiding elements made in the shape of the contour of the treated surface from a dielectric. In the calibrating and guiding elements there are grooves and holes for the passage of electrolyte. The design of the device provides a current chopper to the mechanism of pulling the device, which allows you to stop the progressively moving electrode tool and to ensure its oscillation along the axis of processing, to remove the increased allowance by electrochemical etching.

Однако этот инструмент не позволяет получать высокую точность и гарантированный требуемый наклеп без смены деформирующей протяжки, при обработке каналов с различным диаметром и припуском на диаметр. However, this tool does not allow to obtain high accuracy and guaranteed required hardening without changing the deformation broach, when processing channels with different diameters and allowances for the diameter.

Изобретение направлено на получение в каналах с различным диаметром и припуском на диаметр высокой точности и гарантированного требуемого наклепа без смены деформирующей протяжки в каналах с различным диаметром. The invention is directed to obtaining in channels with different diameters and allowances for a diameter of high accuracy and guaranteed required work hardening without changing the deformation broach in channels with different diameters.

Это достигается тем, что деформирующую протяжку перед началом обработки разжимают до расчетного наружного диаметра, обеспечивающего гарантированный наклеп поверхности канала, заполняют магнитной реологической жидкостью и подают низковольтное напряжение. This is achieved by the fact that the deforming broach is expanded before the start of processing to the calculated outer diameter, which ensures guaranteed surface hardening of the channel, is filled with magnetic rheological liquid, and low voltage is applied.

Устройство для электрохимикомеханической обработки содержит комбинированный электрод-инструмент с деформирующей протяжкой, деформирующая протяжка выполнена в виде втулки с разрезом на ее боковой поверхности, расположенным под углом к ее оси с возможностью перекрытия обрабатываемого канала по периметру контактной поверхностью втулки, при этом внутренняя полость втулки заполнена магнитной реологической жидкостью, в которой размещен дополнительный электрод, соединенный с положительным полюсом низковольтного источника тока. The device for electrochemical and mechanical treatment contains a combined electrode-tool with a deforming broach, the deforming broach is made in the form of a sleeve with a cut on its side surface, located at an angle to its axis with the possibility of overlapping the channel being processed around the perimeter of the contact surface of the sleeve, while the inner cavity of the sleeve is filled with magnetic rheological fluid, which houses an additional electrode connected to the positive pole of a low voltage current source.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически представлен инструмент, реализующий предлагаемый способ, который состоит из 2 частей: электрода 1, включающего штангу 2 для перемещения инструмента вдоль оси канала и подвода тока, переднего направляющего элемента 3 с пазами 4 для прохода электролита в зону обработки заготовки 5, рабочей части 6, электрически связанной со штангой 2, деформирующей протяжки 7. На сечении Б-Б приведена деформирующая протяжка в форме разрезной упругой втулки 8, на боковой поверхности которой под углом к оси инструмента выполнен разрез 9 с возможностью перекрытия периметра канала с контактной поверхностью втулки и скошенными пазами 10 для протекания электролита. На сечении А-А приведена деформирующая протяжка 7 с полостью внутри втулки 8, заполненной магнитной реологической жидкостью 11. Втулка 8 свободно посажена на тягу 12 с шаровым шарниром 13 и упором 14, жестко связанным с тягой 12, например сваркой 15. Втулка 8 изолирована от рабочей части 6 с помощью диэлектрических прокладок 16, 17, 18. На торце полости внутри втулки 8 установлен дополнительный электрод в форме металлической шайбы 19, соединенной с токоподводом 20, для подачи на катушку 21 регулируемого напряжения, изменяющегося в зависимости от ширины разреза, определяемого датчиком 22, установленным в разрезе (вид В). В качестве датчика 22 может применяться любой известный измеритель линейных размеров (пьезодатчик, индукционный, сопротивления и др.) с электрическим сигналом на выходе. The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a tool that implements the proposed method, which consists of 2 parts: an electrode 1, including a rod 2 for moving the tool along the axis of the channel and supply current, the front guide element 3 with grooves 4 for the passage of the electrolyte in the processing zone of the workpiece 5, of the working part 6, electrically connected with the rod 2, the deforming broach 7. On section BB shows the deforming broach in the form of a split elastic sleeve 8, on the side of which at an angle to about and the tool section 9 is formed, with channel perimeter overlap with the contact surface of the sleeve and the bevelled notches 10 for flow of electrolyte. Section A-A shows a deformation broach 7 with a cavity inside the sleeve 8 filled with magnetic rheological fluid 11. The sleeve 8 is freely set on the rod 12 with a ball joint 13 and an abutment 14 rigidly connected to the rod 12, for example, by welding 15. The sleeve 8 is isolated from of the working part 6 by means of dielectric spacers 16, 17, 18. An additional electrode in the form of a metal washer 19 connected to the current lead 20 is mounted on the end face of the cavity inside the sleeve 8 to supply an adjustable voltage to the coil 21, which varies depending on the width eza determined by sensor 22, installed in a cut (type B). As the sensor 22, any known linear size meter (piezoelectric sensor, induction, resistance, etc.) with an electrical signal at the output can be used.

Изобретение реализуется следующим образом: на станке для электрохимикомеханической обработки каналов перед началом процесса инструмент вводят в кольцевой калибр с размером, равным размеру обработанного канала в заготовке 5, втулку 8 разжимают до расчетного наружного диаметра за счет изменения ширины разреза 9, через токоподвод 20 и упор 14 подводят на катушку низковольтный ток, вызывающий затвердевание магнитной реологической жидкости 11 и фиксацию наружного диаметра втулки 8. При этом через токоподвод 20 подводят положительный полюс. Вводят инструмент внутрь канала, включают вращение заготовки 5, подачу инструмента вдоль оси. Рабочая часть 6 не имеет вращения и передает продольное усилие электрода 1 деформирующей протяжке 8 через шаровой шарнир 13, тягу 12, прокладку 17. За счет шарового шарнира 13 электрод 1 свободно перемещается в заготовке 5 в радиальном направлении независимо от положения оси деформирующей протяжки 7, что дает возможность без смены втулки 8 обрабатывать каналы различного диаметра. Точность обработки канала зависит от стабильности наружного диаметра упругой втулки 8. Диаметр определяется равновесием сил реакции внутренней поверхности заготовки и давления на внутреннюю поверхность упругой втулки 8 магнитной реологической жидкости 11. Баланс этих сил, полученных при настройке инструмента, может нарушаться при его работе из-за местного изменения прочностных характеристик материала заготовки 5, которые зависят от структуры отдельных участков материала, местной твердости (например, ввиду неравномерного остывания при производстве заготовки), локального наклепа и других факторов. При любом изменении прочностных характеристик материала заготовки 5 наружный диаметр упругой втулки 8 изменится и точность канала будет нарушена, а из-за изменения припуска под деформирующую протяжку 7 не будет достигнут гарантируемый требуемый наклеп поверхности канала. Для исключения факторов, нарушающих точность и наклеп заготовки 5 в процессе обработки, отслеживают ширину разреза 9, устраняя его изменения путем коррекции величины напряженности (отношение напряжения к расстоянию между электродами) поля в магнитной peологической жидкости 11, что определяет степень ее затвердевания, т.е. величину сопротивления упругой втулки 8 изменению наружного диаметра. При незначительных изменениях наружного диаметра упругой втулки 8 напряженность поля обратно пропорциональна величине изменения наружного диаметра и осуществляется по сигналу датчика 22 о ширине разреза путем изменения напряжения в катушке 21, куда поступает ток от электрода в форме металлической шайбы 19 и упора 14. The invention is implemented as follows: on a machine for electrochemomechanical processing of channels before the start of the process, the tool is introduced into an annular gauge with a size equal to the size of the processed channel in the workpiece 5, the sleeve 8 is expanded to the calculated outer diameter by changing the width of the cut 9, through the current lead 20 and stop 14 bring a low-voltage current to the coil, causing the solidification of the magnetic rheological fluid 11 and fixing the outer diameter of the sleeve 8. In this case, a positive pole is supplied through the current lead 20. The tool is introduced into the channel, the rotation of the workpiece 5, the supply of the tool along the axis. The working part 6 does not rotate and transfers the longitudinal force of the electrode 1 to the deforming broach 8 through the ball joint 13, rod 12, gasket 17. Due to the ball joint 13, the electrode 1 freely moves in the workpiece 5 in the radial direction regardless of the position of the axis of the deformation broach 7, which allows without changing the sleeve 8 to process channels of different diameters. The accuracy of the processing of the channel depends on the stability of the outer diameter of the elastic sleeve 8. The diameter is determined by the balance of the reaction forces of the inner surface of the workpiece and the pressure on the inner surface of the elastic sleeve 8 of the magnetic rheological fluid 11. The balance of these forces obtained when tuning the tool may be disturbed due to its operation local changes in the strength characteristics of the material of the workpiece 5, which depend on the structure of individual sections of the material, local hardness (for example, due to uneven cooling during production of blanks), local hardening and other factors. With any change in the strength characteristics of the material of the workpiece 5, the outer diameter of the elastic sleeve 8 will change and the accuracy of the channel will be impaired, and due to a change in the allowance for the deformation broach 7, the guaranteed required hardening of the channel surface will not be achieved. To eliminate factors that violate the accuracy and hardening of the workpiece 5 during processing, the width of the cut 9 is monitored, eliminating its changes by correcting the magnitude of the field strength (voltage to distance between electrodes) in the magnetic peological fluid 11, which determines the degree of its solidification, i.e. . the value of the resistance of the elastic sleeve 8 to a change in the outer diameter. With minor changes in the outer diameter of the elastic sleeve 8, the field strength is inversely proportional to the magnitude of the change in the outer diameter and is carried out according to the signal of the sensor 22 about the cut width by changing the voltage in the coil 21, which receives current from the electrode in the form of a metal washer 19 and a stop 14.

Пример осуществления изобретения
Обрабатывали трубу с отверстием (каналом) диаметром в заготовке 36,3±0,3 мм инструментом с деформирующей протяжкой, имеющей разрезную упругую втулку с наружным диаметром до применения на станке 37 мм. Втулка имела разрез под углом 15^o к оси и шириной 3,2 мм. Внутренняя полость разрезной упругой втулки заполнена магнитной peологической жидкостью. Настройка инструмента выполнялась на калибре с диаметром отверстия 37±0,0l мм при напряжении 1,73 В. Обработка выполнялась на станке с постоянным усилием продольной подачи инструмента. Припуск под деформирующую протяжку поддерживался 0,02 мм. Напряжение, подаваемое на катушку, изменялось (контроль осуществлялся по вольтметру) на 0,2 В. После обработки диаметр отверстия в трубе составил 36,95±0,03 мм, что отвечает требованиям чертежа 37±0,1 мм). Наклеп поверхности составил 7,3%, что соответствует оптимальному диапазону, гарантирующему наибольшую усталостную прочность детали.An example embodiment of the invention
The pipe was machined with a hole (channel) with a diameter of 36.3 ± 0.3 mm in the billet with a tool with a deforming broach having a split elastic sleeve with an outer diameter prior to use on the machine 37 mm. The sleeve had a cut at an angle of 15 ^o to the axis and a width of 3.2 mm The internal cavity of the split elastic sleeve is filled with magnetic peological fluid. The instrument was tuned in caliber with a hole diameter of 37 ± 0.0l mm at a voltage of 1.73 V. Processing was performed on a machine with a constant force of longitudinal feed of the tool. The allowance for the deformation broach was maintained at 0.02 mm. The voltage supplied to the coil varied (control was carried out by a voltmeter) by 0.2 V. After processing, the diameter of the hole in the pipe was 36.95 ± 0.03 mm, which meets the requirements of the drawing 37 ± 0.1 mm). The surface hardening was 7.3%, which corresponds to the optimum range, guaranteeing the greatest fatigue strength of the part.

Таким образом цель достигнута. Thus the goal is achieved.

Источники информации
1. А.c. 663518 СССР, МПК В 23 Р, 1/04. Способ электрохимикомеханической обработки /В.П.Смоленцев, B.C.Примак, 2557194/25-08: заявлено 20.12.77: опубл. 25.05.79 //Бюл. 19, 1979.Sources of information
1. A.c. 663518 USSR, IPC В 23 Р, 1/04. The method of electrochemical-mechanical processing / V.P. Smolentsev, BC Primak, 2557194 / 25-08: claimed 20.12.77: publ. 05/25/79 // Bull. 19, 1979.

2. А. с. 1085734 SU, МПК В 23 Р, 1/04, 1/10. Способ электрохимикомеханической обработки /А. И. Болдырев, В.П.Смоленцев, 3460386/25-08: заявлено 20.12.77: опубл. 25.05.79 //Бюл. 14, 1984. 2. A. p. 1085734 SU, IPC В 23 Р, 1/04, 1/10. The method of electrochemical mechanical processing / A. I. Boldyrev, V.P. Smolentsev, 3460386 / 25-08: announced on 12.20.77: publ. 05/25/79 // Bull. 14, 1984.

Claims

A device for electrochemical-mechanical processing, containing a combined electrode-tool with a deforming broach, characterized in that the deforming broach is made in the form of a sleeve with a cut on its side surface, located at an angle to its axis with the possibility of overlapping the channel being machined around the perimeter of the contact surface of the sleeve, the inner cavity of the sleeve is filled with a magnetic rheological fluid, in which an additional electrode is placed, connected to the positive pole of the low-voltage current source.