СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА-ПРОВОЛОКИ
METHOD OF ELECTRODE WIRE PRODUCTION

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при электроэрозионной, электрохимической, комбинированной прошивке глубоких отверстий малого диаметра в металлических материалах пластичным проволочным электродом-инструментом.
Известен способ [1] электрохимической обработки каналов, в котором для выпрямления электрода-инструмента применяют растягивающие усилия.
К недостаткам способа относится отсутствие возможности сохранения прямой оси электрода-инструмента после снятия растягивающих усилий.
Известен способ [2] рихтовки проволоки, по которому для рихтовки проволоку натягивают и пропускают по ней импульсы тока, вызывающие разогрев, вытягивание и повышенную упругость проволоки.
К недостаткам способа относятся неконтролируемое изменение толщины проволоки при растягивании, меняющее ее диаметр, увеличение упругости без стабилизации остаточных напряжений, вызывающих вторичный изгиб оси проволоки, возможность ее обрыва при неконтролируемом растяжении, нарушение точности электрода-инструмента и прошитого отверстия.
В качестве прототипа принимаем способ [2].
В предлагаемом способе достигается сохранение прямолинейности и жесткости длинномерных электродов-инструментов из пластичных металлических материалов, обеспечивающих требуемый диаметр и точность прошитого отверстия.
Способ изготовления электрода-проволоки включает обработку проволоки путем закрепления проволоки в подвижной и неподвижной стойках и растяжения проволоки с использованием фильеры, при этом сначала с одного конца проволоки снижают ее диаметр на величину припуска под установку фильеры на длину участка, требуемого для установки фильеры и закрепления этого конца проволоки в подвижной стойке, после чего надевают на конец проволоки фильеру, диаметр отверстия которой равен диаметру конца проволоки со сниженным диаметром, закрепляют этот конец в подвижной стойке, а противоположный конец слабо натянутой проволоки закрепляют в неподвижной стойке, затем прилагают к концам проволоки растягивающие усилия не выше предела прочности материала проволоки на разрыв, фиксируют начало удлинения проволоки во время пропускания через нее низковольтного постоянного тока, после чего освобождают от закрепления конец проволоки на неподвижной стойке и далее протягивают проволоку через фильеру, поддерживая постоянными растягивающие усилия на проволоку.
Сущность предлагаемого способа поясняется фигурами 1 и 2. На фиг.1 приведены основные элементы установки для осуществления способа и показано их взаимодействие, на фиг.2 дано устройство для перемещения элементов установки.
На корпусе 1 (фиг.1) закреплены неподвижная стойка 2 и подвижная стойка 3 из диэлектрического материала. На неподвижной 2 и подвижной 3 стойках винтами 4 и 5 закреплена проволока 6, имеющая со стороны подвижной стойки 3 участок 7 пониженного диаметра с фильерой 8, установленной в кронштейне 9 и закрепленной винтом 10. Кронштейн 9 закреплен на неподвижной стойке 2 винтом 11. Для подвода тока к проволоке 6 с участком 7 в местах крепления проволоки к стойкам 2 и 3 винтами 4 и 5 установлены токоподводы 12 и 13 от источника низковольтного постоянного тока (на фиг.1 не показан). Подвижная стойка 3 имеет направляющий элемент 14 типа «ласточкин хвост» с регулировочной пластиной 15 (фиг.2). Под планкой 15 установлена опора 16 растяжного устройства для натяжения проволоки 6 с участком 7. Начальное положение опоры 16 фиксируется винтом 17. Между стойкой 3 и опорой 16 установлен механизм натяжения проволоки 6 с участком 7, включающий (фиг.1) указатель 18 удлинения по шкале 19 проволоки 6 с участком 7 при растяжении, упругий элемент 20, тарированный по шкале 19 для оценки величины силы, прилагаемой при растяжении проволоки 6 с участком 7. Растяжение осуществляется пневмоцилиндром 21, имеющим ход штока 22 не менее длины проволоки 6 с участком 7. Воздух подается в пневмоцилиндр 21 через патрубок 23 с манометром 24 и удаляется через патрубок 25 с вентилем 26.
Способ осуществляется следующим образом: отрезают проволоку 6 на размер, равный расстоянию между наружными поверхностями стоек 2 и 3.
Рассчитывают или подбирают из справочников величину припуска для получения оптимального наклепа на поверхности проволоки 6 из металлического пластичного материала. Расчет может быть выполнен по книге [3], стр.116, формула 6.20.
На одном из концов проволоки 6 выполняют участок 7 диаметром, меньшим на величину удвоенного припуска для получения оптимального наклепа. Длину участка 7 берут равной сумме величин толщины фильеры 8 и ширины стойки 3. Диаметр отверстия фильеры 8 берут равным диаметру участка 7 проволоки 6.
Отводят стойку 3 и опору 16 к пневмоцилиндру 21, для чего открывают вентиль 26 на патрубке 25, освобождают опору 16 от давления винта 17, подают воздух под давлением (контролируют манометром 24) через патрубок 23 и штоком 22 перемещают стойку 3 с опорой 16.
На участок 7 проволоки 6 устанавливают соосно с участком 7 фильеру 8, пропускают конец проволоки 6 через отверстие в кронштейне 9, закрепленном на стойке 2 винтом 11 с токоподводом 12, закрепляют конец проволоки 6 в стойке 2, установленной на корпусе 1, винтом 4, а фильеру 8 в кронштейне 9 винтом 10.
Перемещают стойку 3 с направляющим элементом 14 и опору 16 до установки участка 7 проволоки 6 в отверстие стойки 3 до упора в фильеру 8 и слабого натяжения проволоки 6 с участком 7, после чего закрепляют участок 7 и токоподвод 13 винтом 5.
Перемещают опору 16, сжимают упругий элемент 20 до установки начального значения натяжения по указателю 18 на шкале 19, после чего фиксируют положение опоры 16 винтом 17 на планке 15, регулирующей зазор для перемещения стойки 3 и опоры 16.
Выбирают из справочников предел прочности материала проволоки на разрыв и снижают полученное значение на 20-25%. Для диаметра участка 7 находят силу продольного растяжения проволоки 6. Через патрубок 23 подают давление воздуха, которое контролируют манометром 24 путем открытия или закрытия вентиля 26 на патрубке 25. По тарированной шкале 19 с упругим элементом 20 по показаниям указателя 8 устанавливают давление манометра 24, соответствующего расчетной силе продольного растяжения проволоки 6 и участка 7. Подают через токоподводы 12 и 13 низковольтный ток на проволоку 6 с участком 7 и по указателю 18 фиксируют начало удлинения проволоки 6 с участком 7, затем освобождают винты 4 и 17. Проволока 6 с участком 7 совместно со стойкой 3, опорой 16, растяжным механизмом начинает перемещаться относительно фильеры 8, закрепленной винтом 10 в кронштейне 9, до получения требуемого наклепа (нагартовки) поверхностного слоя на проволоке 6. Далее освобождают закрепление винтом 5 участка 7 проволоки 6, вынимают из стойки 3 проволоку 6 с участком 7, срезают участок 7.
Пример применения способа:
Необходимо изготовить проволочный электрод-инструмент для электроэрозионной прошивки в стали 45 отверстия диаметром 0,3 мм на глубину 2 мм. В качестве инструмента используется проволока из материала ЛС 59-1, рекомендуемого для протягивания с нагартовкой поверхностного слоя.
По [3] припуск под оптимальный наклеп составляет 0,0183 мм.
По [4] (стр.38; 41) величина бокового зазора при электроэрозионной чистовой обработке составляет для сталей 9-10 мкм (на диаметр 0,018-0,02 мм). Тогда диаметр проволоки для получения отверстия диаметром 0,3 мм с последующей калибровкой неизношенным участком составит 0,28-0,282 мм. Следовательно проволока может быть выполнена по предлагаемому способу из стандартной латунной проволоки диаметром 0,3 мм путем использования фильеры с диаметром отверстия 0,28-0,282 мм шириной 1,5 мм. Сила растяжения (P) проволоки такого диаметра с площадью F составит
в
P=KσF,
где K - коэффициент запаса прочности проволоки на разрыв (K=0,75-0,8);
в
в
в
2
2
σ - предел прочности латуни на разрыв, σ=35 кгс/мм (по справочникам σ=30-40 кгс/мм);
<mrow><mi>F</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>,</mo><mn>14</mn><mo>⋅</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><msup><mrow><mn>28</mn></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mn>4</mn></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>0615</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><msup><mi>м</mi><mrow><msub><mrow /><mn>2</mn></msub></mrow></msup></mrow>
F - площадь сечения проволоки
.
Тогда P=1,72 кгс (P≈17 Н).
При подготовке проволоки к рихтовке на заготовке длиной 138 мм был сформирован электрохимическим травлением участок диаметром 0,28 мм, длиной 8 мм (ширина фильеры 1,5 мм, ширина подвижной стойки 6,5 мм).
Режимы обработки:
Сила растяжения проволоки 17 Н; сила тока 0,6 А; время нагрева электрода-проволоки 1-2 с; время получения проволочного электрода-инструмента с длиной рабочей части 130 мм - менее 1 минуты.
Результаты использования:
Измерение проволоки показало, что изменение диаметра составило 0,002 мм, изгиб не более 0,005 мм, жесткость выросла в 8-10 раз по сравнению с ненагартованной (ненаклепанной) проволокой. Это позволило стабильно получать отверстия 0,3±0,015 мм, что отвечает достижению поставленной цели.
Источники информации
1. А.с. 252801. В.П.Смоленцев, Н.И.Фирсов, Н.Н.Феклистов, В.А.Луговский. Способ электрохимической обработки каналов. 1969, Бюл. №29.
2. Е.М.Левинсон Электроэрозионная обработка металлов, Лениздат, 1961 - 184 с.
3. Комбинированные методы обработки / Под. ред. В.П.Смоленцева. Воронеж: ВГТУ, 1996 - 168 с.
4. В.П.Смоленцев. Изготовление инструмента непрофилированным электродом, М.: Машиностроение, 1967 - 160 с.