2.3. Автоматизированный расчет и выбор электродов-инструментов [27]

В зависимости от кинематики оборудования инструмент может иметь форму, обратную профилю детали, или постоянное сечение, например, круглое, но в последнем случае его необходимо перемещать по обрабатываемому контуру, последовательно формируя по принципу лобзика границы углубления.

Выбор инструмента выполняется в зависимости от размеров детали (по техническим характеристикам станка), форму требуемого профиля, наличия наиболее подходящего инструмента или материала для его изготовления на предприятии.

На рис. 2.5 показан алгоритм автоматизированного выбора для электроэрозионной обработки непрофилированного инструмента, который может быть в форме проволоки или стержня. Паз считается глубоким, если его глубина более 5 размеров ширины. Если же паз глубокий, но не сквозной, то используется электрод-проволока, огибающая по торцу стержень, перемещаемый по контуру детали (с односторонним подводом).

Очень узкие (менее 40 мкм) пазы обработать не удается, т.к. минимально необходимый для устойчивого протекания процесса натяг проволоки превышает ее прочность на разрыв. Пазы до 0,12 мм целесообразно выполнять проволокой из вольфрама, т.к. ее прочность выше латунной, хотя удельное электрическое сопротивление вольфрама заметно больше.

За один проход можно получить пазы до 0,35 мм, при этом предпочтительнее использовать многослойную (например, с цинковым покрытием) проволоку, которая позволяет повысить скорость обработки при незначительном ухудшении качества паза. Если такой проволоки нет, то применяют латунную. При этом предпочтительнее отожженная проволока, прокалиброванная по диаметру. Для широких пазов целесообразно применять другие методы обработки или (при электроэрозионной обработке) делать несколько проходов с применением более дешевой латунной однослойной проволоки.

На рис. 2.6 приведен алгоритм автоматизированного выбора материала и метода изготовления профильного электрода-инструмента для электроэрозионной импульсной обработки.

Небольшие ЭИ простой формы (например, круглые) могут выполняться из металлических или углеграфитовых прутков точением. Применима медь, ее сплавы, допустимы алюминиевые сплавы, чугун, сталь, титан. Однако последние не обеспечивают высокой производительности и точности, т.к. износ таких материалов может быть на несколько порядков выше, чем у углеграфита.

Рис. 2.5. Алгоритм выбора непрофилированного ЭИ

для электроискровой обработки

Рис. 2.6. Алгоритм выбора материала и метода изготовления профильного ЭИ

Размеры электрода-инструмента представляют собой ответную часть профиля углубления в детали, являются эквидистантными размерам профиля и отличаются от них на величину межэлектродного зазора, который выбирается при чистовых режимах в диапазоне 20-100 мкм. При этом следует учитывать, что электроды изнашиваются. На чистовых режимах износ углеграфитовых ЭИ составляет 0,2-0,5% от объема снятого металла, медных - 1-5%. Поэтому, чем выше точность контура, тем большее количество электродов понадобится для изготовления детали.

Если профиль отверстия имеет постоянное сечение, то для небольших серий ЭИ их можно выполнять на станках с непрофилированным электродом, смещая проволоку эквидистантно получаемому контуру на разность межэлектродных зазоров при выполнении операции прошивки и вырезания ЭИ проволокой. Современные станки с непрофилированным электродом имеют угловую координату, позволяющую получать постоянный уклон по высоте ЭИ.

Для больших партий ЭИ экономически целесообразно выполнять их профиль пластическим формообразованием: экструдированием, прокаткой, волочением, штамповкой. Дополнительные затраты, необходимые для изготовления оснастки, быстро окупаются за счет снижения трудоемкости обработки ЭИ.

Для черновых и получистовых операций целесообразно применять углеграфитовые материалы, которые хорошо обрабатываются металлическим инструментом, достаточно прочны, имеют малый износ. Однако, при проектировании ЭИ из углеграфита следует воздерживаться от выполнения выступов с шириной менее 0,5-1 мм, т.к. их механическая прочность может оказаться недостаточной. При большой серийности ЭИ их рабочий профиль удобнее выполнять вихревым копированием, которое позволяет быстро тиражировать инструмент.

Если при электроэрозионной обработке необходимо спрофилировать боковые поверхности (например, межлопаточные каналы в монолитных роторах или статорах энергетических машин), то электрод целесообразно выполнять из углеграфита, меди или композиций методом порошковой металлургии, при котором обеспечивается плотность и другие свойства ЭИ, необходимые для малоизносной обработки.

Для изготовления пресс-форм, штампов необходимы крупные ЭИ, которые могут быть получены напылением слоя меди или стали на модели с последующей местной доработкой профиля по шаблонам. При этом, в зависимости от серийности ЭИ, модели выполняют для одноразового применения (например, из пластмасс) или для длительного использования (чаще всего из металлов).

Крупногабаритные ЭИ, особенно со сложным рабочим профилем, выполняют гальванопластикой путем наращивания слоя меди толщиной 3-7 мм или тонкого слоя серебра (для особо сложных ЭИ больших габаритов).

Инструмент для электроконтактной обработки выбирают исходя из характера выполняемой операции (рис. 2.7). При разделительных операциях (отрезка заготовок, обдирка слитков и др.), где главным показателем эффективности метода является производительность, в качестве ЭИ используют диски или ленты из малоуглеродистых сталей, реже – чугуна. Такие операции выполняют обычно на воздухе, поэтому износ ЭИ составляет 40-80% от объема снятого металла, и потребность в инструментах значительна. Независимо от серийности разрезаемых заготовок ЭИ выполняют из листов, толщина которых зависит от размеров дисков. Иногда для повышения жесткости на них выштамповывают радиальные углубления высотой в несколько десятых миллиметра. При больших поперечных размерах заготовок, когда диаметр диска становится свыше 300-400 мм, более эффективна бесконечная лента, натянутая на ролики. Толщина ее может быть снижена до десятых долей миллиметра, что экономит расход материала деталей. Недостатком применения ленты является значительная потеря ее из-за необходимости смены после износа рабочей кромки, т.к. остаточное сечение ленты должно обеспечивать ее прочность при работе.

Рис. 2.7. Алгоритм выбора инструмента

для электроконтактной обработки

Если выполняется чистовая разрезка материала, то процесс протекает в жидкой среде (суспензиях, жидком стекле, в воде и др.), что заметно снижает износ ЭИ, однако повышаются требования к качеству его изготовления. Требуется большая точность, сбалансированность, отсутствие или обеспечение заданной величины биений. Для этих целей применяют диски. которые после вырубки рихтуют или термообрабатывают в кассетах. Для остаточных финишных операций (например, в случае разрезки вольфрама, магнитных сплавов) используют диски с нанесенным на них слоем абразивного или алмазного зерна путем гальванического закрепления никелем, шаржированием или вдавливанием зерен в металлический корпус ЭИ.

Второе направление применения электроконтактной обработки - шлифование хрупких, вязких и высокопрочных сплавов. В ряде случаев требуется обеспечить при этом острую кромку без заусенца (уплотнительные кольца, пакеты пластин электродвигателей и др.). Тогда применяют бесконтактную обработку, при которой чугунный круг работает в жидкой среде без металлического контакта с деталью. В остальных случаях используют электроабразивный ЭИ, где съем металла осуществляется зерном и за счет электрической эрозии. Таким инструментом удается обрабатывать вязкие материалы (например, медь), т.к. за счет эрозии происходит очистка инструмента и восстановление режущих свойств зерен абразива.