RU2466834C2

RU2466834C2 - Method of spark erosion machining of metals

Info

Publication number: RU2466834C2
Application number: RU2011101091/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Иосифович Ромакер (RU); Александр Иосифович Ромакер; Олег Борисович Исаев (RU); Олег Борисович Исаев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Барнаульский патронный завод"
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2012-11-20
Also published as: RU2011101091A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method of preliminary machining of the surface comprises shaping the article, hard-surfacing and spark machining by electrode to produce surface layer with changed metal structure. Thereafter, spark erosion machining and grinding stock "5" is allowed for. Then, spark erosion machining is used to remove metal layer equal to 50-70% of specified allowance to make metal layer with changed structure. Then, article surface is subjected to finishing spark erosion machining by planishing with removal of surface metal layer with modified structure with depth of 25-30.0% of specified allowance. Some 45-65% of metal layer thickness with changed structure is allowed for and, thereafter, article surface is subjected to grinding.

EFFECT: precise and wear resistance with complex geometry.

7 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении инструмента, включая штампы, пуансоны, оснастку.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the manufacture of tools, including dies, punches, tooling.

Известен способ электроэрозионной обработки при помощи вырезного электроэрозионного станка модели ВЭСТ - 240. 3. См. Руководство по эксплуатации ЖМВИ.041812.004 РЭ, утвержденное заместителем руководителя п/я Р 6930 20.06.1989 года. Перед началом работы задается режим работы генератора по частоте и току. Перемещение электроэрозионного инструмента осуществляется по заданной программе и траектории. При этом обработка осуществляется в ванне с диэлектрической жидкостью, в которой деталь подвергается снятию слоя металла эквидистантного по форме наружной поверхности электроэрозионного инструмента.There is a known method of electrical discharge machining using a cutting EDM machine model VEST - 240. 3. See Operating Instructions ZhMVI.041812.004 RE approved by the deputy head of the PO Box R 6930 06/20/1989. Before starting work, the mode of operation of the generator in frequency and current is set. The movement of the EDM tool is carried out according to a given program and trajectory. In this case, the treatment is carried out in a bath with a dielectric fluid, in which the part is subjected to removal of a metal layer that is equidistant in shape to the outer surface of the EDM tool.

Известна технология обработки деталей на электроискровом полуавтомате ЭП-5М. См. Б.Г.Гуткин. Автоматизация электроэрозионных станков. Машиностроение, Ленинград, 1971 год, стр.124-126. Указанный станок предназначен для прошивания распыливающих отверстий диаметром 0,15-0,6 мм в распылителях. Прошивка на станке осуществляется электродом-инструментом, выполненным из латунной или молибденовой проволоки, которая подается роликами через кондуктор к обрабатываемой детали. Ролики с механизмом подачи, кондуктор и электрод-инструмент вместе со шпинделем приводятся в колебательное движение электромагнитом. Электроискровое прошивание отверстий в детали производится в ванне, заполненной керосином.Known technology for processing parts on an electric spark semiautomatic device EP-5M. See B.G. Gutkin. Automation of EDM machines. Engineering, Leningrad, 1971, pp. 124-126. The specified machine is designed for flashing spray holes with a diameter of 0.15-0.6 mm in spray guns. The firmware on the machine is carried out by an electrode-tool made of brass or molybdenum wire, which is fed by rollers through the conductor to the workpiece. The rollers with the feed mechanism, the conductor and the electrode tool together with the spindle are driven into oscillatory motion by an electromagnet. Electrospark piercing of holes in a part is carried out in a bathtub filled with kerosene.

К недостаткам известной технологии можно отнести ограниченные технологические возможности, связанные с низкой точностью и чистотой поверхности прошитых отверстий.The disadvantages of the known technology include the limited technological capabilities associated with low accuracy and surface finish of stitched holes.

Известна технология для электроискровой обработки твердосплавных матриц вырубных и гибочных штампов, шаблонов, фасонных резцов и других подобных деталей сложного контура. См. там же стр.155-156 - прототип. Регулирование зазора между электродами производится на основе контроля амплитудного напряжения между электродами.Known technology for electric spark machining of carbide matrices of die-cutting and bending dies, templates, shaped cutters and other similar parts of a complex contour. See ibid. P. 155-156 - prototype. The gap between the electrodes is adjusted based on the control of the amplitude voltage between the electrodes.

К недостаткам известного способа можно отнести низкую чистоту поверхности и низкие прочностные характеристики поверхности подвергшихся электроэрозионной обработке изделий, не удовлетворяющие требованиям, предъявляемым, например, к более точным изделиям, таким как штамповый инструмент.The disadvantages of this method include the low surface cleanliness and low strength characteristics of the surface subjected to electrical discharge machining, not satisfying the requirements of, for example, more accurate products, such as stamping tools.

При осуществлении электроэрозионной обработки происходит расплавление и испарение разрядом частиц металла из обрабатываемой детали в диэлектрической среде. При этом поверхностный слой металла, в зависимости от задаваемых параметров и режимов обработки, глубиной 15-40 мкм претерпевает структурные изменения и изменения по химическому составу и твердости. Для получения высокоточных изделий, таких как штамповый инструмент (пуансоны, матрицы), электроэрозионную обработку используют только в качестве черновой обработки, как это видно из прототипа, после чего различными средствами и инструментами полученную поверхность доводят до требуемой чистоты обработки и твердости. При этом было выявлено, что после электроэрозионной черновой обработки и последующей доводки поверхности весь поверхностный слой металла с измененной структурой удалялся при механической ее обработке - шарошении, доводке, полировке.When performing EDM processing, melting and evaporation by the discharge of metal particles from the workpiece in a dielectric medium occurs. In this case, the surface layer of the metal, depending on the specified parameters and processing modes, with a depth of 15-40 microns undergoes structural changes and changes in chemical composition and hardness. To obtain high-precision products, such as stamping tools (punches, dies), EDM is used only as a roughing, as can be seen from the prototype, after which, using various means and tools, the surface obtained is brought to the required processing cleanliness and hardness. At the same time, it was revealed that after electroerosive roughing and subsequent surface refinement, the entire surface layer of metal with a changed structure was removed during its mechanical processing - grinding, lapping, polishing.

Задачей настоящего изобретения является создание технологии для изготовления точных и износостойких деталей с достаточно сложной геометрией обрабатываемых поверхностей изделий, таких как штамповый инструмент - матрицы и пуансоны, с использованием электроэрозионной черновой и чистовой обработок, при которых черновая электроэрозионная обработка создает измененный слой металла с несколькими, по меньшей мере, двумя, зонами твердости (поверхностная зона до 52 ед. и внутренняя зона с повышенной твердостью в 65-70 ед.), а чистовая электроэрозионная обработка осуществляет сглаживание шероховатостей поверхности, достаточной для последующего полирования.The objective of the present invention is the creation of technology for the manufacture of accurate and wear-resistant parts with a rather complex geometry of the processed surfaces of the products, such as stamping tools - matrices and punches, using electroerosive roughing and finishing, in which rough electroerosive processing creates an altered metal layer with several at least two hardness zones (surface zone up to 52 units and an inner zone with increased hardness of 65-70 units), and finishing electric erosion This treatment smooths out surface roughness sufficient for subsequent polishing.

Поставленная изобретением задача достигается тем, что после предварительного образования формы изделия механической обработкой в заготовке детали оставляют припуск «δ» на электроэрозионные обработки и полировку, затем при помощи черновой электроэрозионной обработки снимают слой металла, равный 50-70% предусмотренного припуска с образованием слоя металла с измененной структурой, затем поверхность изделия подвергают чистовой электроэрозионной обработке - выглаживанию со снятием поверхностного слоя металла с измененной структурой глубиной в 25-30,0% предусмотренного припуска, оставляя на поверхности изделия 45-65% толщины слоя металла с измененной структурой, после чего поверхность изделия подвергают полировке.The object of the invention is achieved by the fact that after preliminary formation of the product’s shape by machining, a “δ” allowance is left in the workpiece for electric discharge machining and polishing, then a metal layer equal to 50-70% of the prescribed allowance is formed with a rough electric discharge machining to form a metal layer with altered structure, then the surface of the product is subjected to finishing electric discharge machining - smoothing with removal of the surface layer of metal with a changed structure bina in 25-30.0% of the allowance provided, leaving on the surface of the product 45-65% of the thickness of the metal layer with a changed structure, after which the surface of the product is subjected to polishing.

Новизной предложенного способа является создание припуска в заготовке детали на электроэрозионные виды обработки и полировку после предварительного образования ее формы механической обработкой и снятие слоя металла, равного 50-70% предусмотренного припуска, при помощи черновой электроэрозионной обработки с образованием слоя металла с измененной структурой, а также проведение последующей чистовой электроэрозионной обработки - выглаживания со снятием поверхностного слоя металла глубиной 25-30,0% предусмотренного припуска, оставляя на поверхности изделия 45-65% толщины слоя металла с измененной структурой, после чего поверхность изделия подвергают полировке.The novelty of the proposed method is the creation of an allowance in the workpiece for electrical discharge machining and polishing after the preliminary formation of its shape by machining and removal of a metal layer equal to 50-70% of the allowance, using rough electrical discharge machining with the formation of a metal layer with a changed structure, and subsequent finishing electroerosive processing - smoothing with removal of the surface metal layer with a depth of 25-30.0% of the allowance, leaving erhnosti products 45-65% the thickness of the metal layer with a modified structure, whereupon the product is subjected to surface polishing.

Частичный съем поверхностного слоя металла с измененной структурой и низкой твердостью толщиной высотой в 25,0-30,0%, образовавшегося в результате черновой электроэрозионной обработки металла, при помощи чистовой обработки и последующая полировка обеспечивают высокие прочностные характеристики поверхности рабочего инструмента, например, пуансонов и матриц.Partial removal of the surface layer of metal with a changed structure and low hardness with a thickness of 25.0-30.0%, formed as a result of rough electroerosive metal processing, using finishing and subsequent polishing provides high strength characteristics of the surface of the working tool, for example, punches and matrices.

Согласно проведенному патентно-информационному поиску предлагаемый способ является новым, признаки - неочевидными, промышленно осуществимыми, результат - неожиданным, поскольку стойкость штампового инструмента возрастает в 2-3 раза. Неожиданность результата проявляется в неполном удалении слоя металла с измененной структурой, полученного в результате черновой электроэрозионной обработки.According to the patent information search, the proposed method is new, the signs are not obvious, industrially feasible, the result is unexpected, since the resistance of the stamping tool increases by 2-3 times. The unexpectedness of the result is manifested in the incomplete removal of the metal layer with a changed structure obtained as a result of rough electric discharge machining.

На фиг.1 схематично представлена заготовка матрицы в разрезе с выполненной в ней механической обработкой полостью с припуском на черновую и чистовую электроэрозионные обработки, полировку и остаточный слой измененного металла.Figure 1 schematically shows a matrix blank in a section with a cavity machined therein with allowance for roughing and finishing electric discharge machining, polishing and the residual layer of the changed metal.

На фиг.2 - заготовка матрицы с установленным в ее полости электродом черновой электроэрозионной обработки.Figure 2 - matrix blank with an electrode for roughing EDM installed in its cavity.

На фиг.3 - заготовка матрицы с электродом чистовой электроэрозионной обработки.Figure 3 - blank matrix with the electrode of the final EDM.

На фиг.4 - матрица с остаточным слоем металла с измененной структурой.Figure 4 - matrix with a residual layer of metal with a modified structure.

На фиг.5 схематично представлен пуансон в разрезе со слоями обработок и остаточным слоем.Figure 5 schematically shows a punch in section with treatment layers and a residual layer.

На фиг.6 показан пуансон после черновой электроэрозионной обработки.Figure 6 shows the punch after rough EDM.

На фиг.7 показан пуансон с сохранившейся (остаточной) частью слоя металла с измененной структурой, полученного после черновой электроэрозионной обработки.Figure 7 shows the punch with the preserved (residual) part of the metal layer with a changed structure obtained after rough EDM.

На графических материалах схематично показана последовательность изготовления штампового инструмента - матрицы 1 и пуансона 2 при помощи электроэрозионных черновой и чистовой обработок. Заготовка матрицы 1 с выполненным в ней механической обработкой углублением-полостью 3 изготовлена с припуском «δ» на черновую 4, чистовую 5 электроэрозионные обработки и полировку. При помощи электрода 6 осуществляется черновая 4 электроэрозионная обработка углубления-полости 3 со съемом слоя металла 50,0-70,0% от предусмотренного припуска «δ». При помощи электрода 7 осуществляется чистовая электроэрозионная обработка углубления-полости заготовки матрицы 1 - выглаживание, со снятием слоя металла 25,0-30,0% от предусмотренного припуска. При этом чистовой электроэрозионной обработкой осуществляется снятие по высоте 0,1-0,3 слоя металла с измененной структурой. Остаточный слой 8 металла с измененной структурой после операции полировки обеспечивает инструменту высокую стойкость и прочность.The graphic materials schematically show the sequence of manufacturing a stamping tool - a matrix 1 and a punch 2 using electroerosive roughing and finishing. The workpiece matrix 1 with machined recess cavity 3 is made with an allowance of "δ" for roughing 4, finishing 5 EDM and polishing. Using electrode 6, a roughing 4 electroerosive machining of the cavity-cavity 3 is carried out with the removal of a metal layer of 50.0-70.0% of the intended allowance "δ". With the help of electrode 7, final electroerosive processing of the recess-cavity of the matrix 1 blank is carried out — smoothing, with removal of the metal layer 25.0-30.0% of the intended allowance. In this case, fine electroerosion treatment is carried out removal of 0.1-0.3 layer of metal with a changed structure in height. The residual metal layer 8 with a changed structure after the polishing operation provides the tool with high resistance and strength.

Заготовка пуансона 2 изготовлена механическим путем с припуском «δ» на дальнейшую черновую 9 и чистовую 10 электроэрозионные обработки и полировку.The workpiece of the punch 2 is made by mechanical means with an allowance of "δ" for further roughing 9 and finishing 10 electric discharge machining and polishing.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is as follows.

Первоначально, после придания механическим путем (сверловка, шарошение и др.) внутренней поверхности матрицы 1 углубления-полости 3 необходимой формы с припуском «δ» на дальнейшую обработку, заготовку матрицы 1 подвергают закалке, а затем приступают к ее обработке путем установки в ванну с диэлектрической жидкостью, например маслом. Соосно углублению-полости 3 матрицы 1 сверху подводят электрод 6 черновой электроэрозионной обработки и включают питание. Черновая обработка осуществляется импульсами низкой частоты с большой длительностью и силой тока. По мере обработки внутренней поверхности заготовки матрицы 1, контактирующей с электродом 6, последний углубляется на заданную величину и вырабатывает (снимает) слой металла на глубину в 50,0-70,0% предусмотренного припуска. При этом вследствие воздействия высоких температур в месте искрового пробоя зазора между электродом 6 и металлом матрицы 1 образуется слой металла с измененной структурой глубиной 15-40 мкм. По окончании операции черновой электроэрозионной обработки в заготовке матрицы по периметру внутренней поверхности полости остается припуск 5 на чистовую электроэрозионную обработку и полировку.Initially, after mechanically imparting (drilling, chamfering, etc.) the inner surface of the matrix 1 of the recess-cavity 3 to the required shape with an allowance of "δ" for further processing, the matrix blank 1 is quenched, and then proceed to its processing by installation in a bath with dielectric fluid, such as oil. Coaxially to the cavity-cavity 3 of the matrix 1, the electrode 6 of the rough EDM is fed from above and the power is turned on. Roughing is carried out by pulses of low frequency with a long duration and amperage. As you process the inner surface of the workpiece matrix 1 in contact with the electrode 6, the latter deepens by a predetermined amount and produces (removes) a metal layer to a depth of 50.0-70.0% of the allowance provided. Moreover, due to the influence of high temperatures in the place of spark breakdown of the gap between the electrode 6 and the metal of the matrix 1, a metal layer with a changed structure of a depth of 15-40 μm is formed. At the end of the operation of rough EDM in the matrix blank along the perimeter of the inner surface of the cavity, there is an allowance 5 for final EDM and polishing.

Далее при помощи электрода 7 на режиме высокой частоты импульсов с малыми длительностями осуществляется чистовая обработка поверхности на глубину в 25-30,0% предусмотренного припуска, с выравниванием, выглаживанием внутренней поверхности углубления-полости матрицы. Остаточный после черновой и чистовой электроэрозионных обработок слой 8 металла с измененной структурой подвергается окончательной операции - полировке, которая проводится известными средствами до требуемой чистоты поверхности.Then, with the help of the electrode 7, at a high-frequency pulse mode with short durations, the surface is finished to a depth of 25-30.0% of the prescribed allowance, with alignment, smoothing of the inner surface of the matrix cavity. The metal layer 8 with a modified structure, which remains after rough and finish electric discharge machining, undergoes the final operation — polishing, which is carried out by known means to the required surface cleanliness.

Конкретный пример осуществления способа.A specific example of the method.

После придания сверловкой и шарошением внутренней поверхности матрицы 1 углубления-полости 3 необходимой формы с припуском на дальнейшую обработку, заготовку матрицы 1 подвергли закалке до твердости 60-62 ед. по Роквеллу и установили в ванну с диэлектрической жидкостью - маслом. Соосно углублению-полости 3 матрицы сверху подвели электрод 6 черновой электроэрозионной обработки и включили питание. При этом обработка осуществлялась импульсами низкой частоты большой длительности и силой тока с получением шероховатости поверхности 0,42 мкм. По мере обработки внутренней поверхности заготовки матрицы 1, контактирующей с электродом 6, последний углубился на заданную величину и снял слой металла, предусмотренный в припуске на глубину в 60% предусмотренного припуска. По окончании операции черновой электроэрозионной обработки в заготовке матрицы 1 по периметру внутренней поверхности полости остался припуск на чистовую электроэрозионную обработку и полировку. При этом вследствие воздействия высоких температур в месте искрового пробоя зазора между электродом 6 с металлом заготовки матрицы 1 образовался слой металла с измененной структурой глубиной 15-40 мкм.After drilling and grinding the inner surface of the matrix 1 of the recess-cavity 3 of the required shape with an allowance for further processing, the billet of the matrix 1 was quenched to a hardness of 60-62 units. according to Rockwell and installed in a bath with a dielectric fluid - oil. Coaxially to the cavity-cavity 3 of the matrix from above, the electrode 6 of the rough EDM was turned on and the power was turned on. In this case, the processing was carried out by low-frequency pulses of long duration and current strength to obtain a surface roughness of 0.42 μm. As the processing of the inner surface of the workpiece matrix 1 in contact with the electrode 6, the latter deepened by a predetermined amount and removed the metal layer provided in the allowance to a depth of 60% of the allowance provided. At the end of the operation of rough EDM in the blank of matrix 1 along the perimeter of the inner surface of the cavity, there was an allowance for finishing EDM and polishing. In this case, due to the influence of high temperatures in the place of spark breakdown of the gap between the electrode 6 with the metal of the matrix 1, a metal layer with a changed structure with a depth of 15-40 μm was formed.

Далее при помощи электрода 7 на режиме высокой частоты импульсов с малыми длительностями осуществлялась чистовая обработка поверхности углубления-полости 3 со съемом слоя металла высотой в 25-30,0% предусмотренного припуска с выравниванием внутренней поверхности и получением шероховатости поверхности в 0,15 мкм. Окончательная операция - полировка проводилась известными средствами до требуемой чистоты поверхности. Точно такая же последовательность проведения операций осуществлялась и при изготовлении пуансона.Then, with the help of the electrode 7, in the high-frequency pulse mode with short durations, the surface of the cavity-cavity 3 was finished to remove the metal layer with a height of 25-30.0% of the prescribed allowance with the alignment of the inner surface and obtaining a surface roughness of 0.15 μm. The final operation - polishing was carried out by known means to the required surface cleanliness. Exactly the same sequence of operations was carried out in the manufacture of the punch.

В настоящее время на предприятии разработана конструкторско-технологическая документация, изготовлена опытная партия инструмента, показавшая высокие результаты по его прочности и стойкости. Стойкость инструмента возросла в 2-3 раза.At present, the enterprise has developed design and technological documentation, made an experimental batch of tools, which showed high results in its strength and durability. Tool life increased by 2-3 times.

Принято решение об организации производства штампового инструмента по предлагаемому способу.A decision was made to organize the production of stamping tools according to the proposed method.

Claims

The method of electric discharge machining of metal, including preliminary formation by machining of the surface of the product’s mold with subsequent quenching and electric discharge machining by electrode with the formation of a layer with a changed metal structure on the surface from electric discharge machining, characterized in that after the preliminary formation of the product’s form by machining, an allowance is left in the workpiece " δ ”for EDM and polishing, then using rough EDM remove a metal layer equal to 50-70% of the intended allowance, with the formation of a metal layer with a changed structure, then the surface of the product is subjected to a final electrical discharge machining by smoothing with removal of the surface layer of metal with a changed structure with a depth of 25-30.0% of the intended allowance, leave on the surface of the product 45-65% of the thickness of the metal layer with a changed structure, after which the surface of the product is subjected to polishing.