Оптимизация технологического процесса глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов

УДК 681.511.4

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ГЛУБИННОГО ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ АЛМАЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ

А. С. Никиткин, П. Н. Цибизов

OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL PROCESS OF DEEP EDM PROFILING DIAMOND GRINDING WHEELS

A. S. Nikitkin, P. N. Tsibizov

Аннотация. Эффективный технологический процесс электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов определяется эффективными режимами обработки, при которых достигается наивысшая производительность процесса. В статье рассматриваются вопросы оптимизации режимов обработки, технологический процесс электроэрозионного профилирования, обеспечивающий заданные точностные и качественные параметры алмазного инструмента.

Ключевые слова: электроэрозионное профилирование, технологический переход, режим обработки.

Abstract. An effective process of spark profiling diamond grinding wheels is determined by an effective treatment regimen, which provides the highest efficiency of the process. This article discusses the optimization of the treatment process EDM profiling, providing a predetermined accuracy and quality of the diamond tool.

Key words: electroerosive profiling, technological change, the mode of treatment.

Существует несколько последовательных стадий разработки и оптимизации эффективного технологического процесса глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов на металлических связках.

На первой стадии определяется количество последовательно выполняемых переходов в зависимости от сложности конфигурации профиля, его точности и глубины.

Обычно, по аналогии с операциями механической обработки, профилирование производится за три технологических перехода: черновой, чистовой и доводочный. На черновом переходе происходит удаление основной части припуска за минимальное время при ограничениях, накладываемых наличием алмазных зерен. На чистовом переходе происходят формирование заданных точностных параметров профиля шлифовального круга, уменьшение шероховатости поверхности металлической связки и удаление «дефектного» слоя, образовавшегося в ходе выполнения чернового перехода. На доводочном переходе происходит окончательное получение требуемой высоты неровностей поверхности металлической связки для максимизации режущих свойств алмазного инструмента.

На второй стадии определяются механические и электрические режимы профилирования для каждого технологического перехода. Исследования в работе [1] показывают, что максимальная производительность электроэрозион-

ного профилирования достигается при скорости вращения алмазного круга V, равной 1...4 м/с.

При повышении скорости более 4 м/с форма лунок, образующихся вследствие прохождения электрических разрядов, вытягивается, одновременно уменьшаясь по глубине и сужаясь по ширине по мере прекращения разряда [2]. Данный эффект обусловлен тем, что при таких скоростях вращения пучок электронов из канала разряда воздействует на больший по площади участок анода, в результате чего уменьшается глубина проплавления и объем удаляемого материала резко сокращается.

Подачу профилирующего электрода, как установлено в ходе экспериментальных исследований [3], необходимо осуществлять из условия поддержания максимальной величины средней мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке. Такой способ подачи профилирующего электрода позволяет интенсифицировать и стабилизировать процесс обработки.

Частота импульсов напряжения генератора технологических импульсов на всех технологических переходах определяется из условия размещения эрозионных лунок в промежутке между алмазными зернами. Таким образом, частота генератора технологических импульсов должна быть согласована со скоростью вращения алмазного круга:

/г =

V

V

где V - скорость вращения алмазного круга, м/с; 1З - среднее расстояние между алмазными зернами, м.

В табл. 1 представлены значения частоты в зависимости от характеристик рабочей поверхности шлифовальных кругов.

Таблица 1

Значения частоты технологических импульсов

Частота технологических импульсов, КГц

Зернистость алмазного

порошка, мкм Концентрация алмазного порошка, %

25 50 75 100 125 150 175 200

250/200 1,3 1,6 2 2,2 2,5 2,9 3,1 3,3

200/160 1,7 2 2,4 2,7 3,1 3,3 3,6 4

160/125 2,7 3,1 3,3 3,6 4 4,4 4,7 5

125/100 3 3,2 3,6 4,1 4,7 5 5,3 6

100/80 3,6 4 4,4 4,7 5 5,7 6,2 6,7

80/63 3,7 4,1 4,7 6,2 7,3 7,7 8,3 9,3

63/50 4,7 5,7 6 6,9 8 8,9 9,5 10

50/40 6 6,7 7,3 9,8 10,5 11,5 12,5 13,3

Длительность разрядных импульсов на всех технологических переходах определяется из соотношения

' _ ^р.уч. _ ^З ~ ^ср 'И _

V

V

где /руч. - длина разрядного участка, м; - средний диаметр алмазных зерен.

Средний диаметр алмазных зерен можно определить по формуле [4]:

а = -61

йср т,

где N - число абразивных частиц в навеске 1 карат, шт.

Максимальная мощность единичного разрядного импульса определяется из условия непревышения оптимальной величины энергии этого импульса:

IV

р _ опт

где W0пт - оптимальная энергия разрядного импульса, Дж.

Проведение процесса электроэрозионного профилирования алмазных кругов при сравнительно больших величинах межэлектродного промежутка, обусловленных характеристиками алмазного инструмента, требует высоких значений амплитуды импульсов напряжения. При этом необходимо, чтобы энергия разрядных импульсов не превышала 0,03 Дж [5-7]. Соблюдение этих условий требует значительного снижения амплитуды разрядного тока, что приведет к уменьшению плотности теплового потока и к снижению производительности обработки.

В связи с вышеизложенным отметим, что для создания импульсного пробоя межэлектродного промежутка целесообразно наряду с «силовыми импульсами» использовать «поджигающие» (рис. 1), имеющие амплитуду, равную требуемой для импульсного пробоя рабочей жидкости в межэлектродном промежутке, но обладающие малой длительностью и, соответственно, энергией для того, чтобы не оказывать существенное влияние на съем алмазосодержащего слоя.

Рис. 1. Параметры технологических импульсов

Таким образом, амплитуда «поджигающих импульсов» находится по формуле

иП = Епр Я,

где Епр - электрическая прочность межэлектродного промежутка, МВ/см.

Электрическая прочность межэлектродного промежутка может быть найдена по формуле [8]

ЕПР _

МР1/8

"ПР Д/3 е1/10 ^Э

где М- постоянная, зависящая от сорта жидкости; Р - давление, атм.; ' - длительность импульса, мкс; БЭ - площадь электродов, см2. Амплитуда «силовых» импульсов:

иС _ у]РИ ,

где Лср - среднее сопротивление межэлектродного промежутка в момент его пробоя, Ом.

Экспериментально установлено, что зависимость величины среднего сопротивления межэлектродного промежутка от величины этого промежутка достаточно слабая и определяется начальным значением сопротивления. Так, для диапазона величины межэлектродного промежутка 10...100 мкм среднее значение его сопротивления составляет 40...50 Ом.

Выбор электрических режимов для чернового перехода диктуется необходимостью достижения максимальной производительности удаления припуска.

Оптимальная энергия разрядного импульса на чистовом переходе определяется из соотношения [1]

Жопт < 0,03 Дж.

В работах [5-7] установлено, что энергия разрядного импульса должна быть не более 0,03 Дж, поскольку при большей энергии алмазные зерна заметно разрушаются вследствие графитизации, окисления и возникновения термических микронапряжений. Кроме того, при повышенном температурном воздействии, к которому приводит высокая энергия импульсов, в зоне обработки происходит вскипание металла, в результате чего в измененном слое алмазосодержащего слоя образуются газовые поры, а сам слой в некоторых местах отшлаковывается от основного металла [1].

Параметры импульсов доводочного перехода выбираются таким образом, чтобы поверхность металлической связки эродировала, образуя такую шероховатость, высота неровностей которой не влияла бы на число зерен, участвующих в резании. Указанное условие выполняется, если

Я2 _ 0,06<р.

Исходя из этого, на доводочном переходе оптимальная энергия разрядного импульса выбирается из соотношения [1]

Ж <

опт -

(I,

С

где С - коэффициент, учитывающий материал связки алмазосодержащего слоя и условия обработки (для связки М1 значение коэффициента 52; для М5 - 49); К - концентрация алмазов в алмазосодержащем слое, %.

Припуски на чистовой и доводочный переходы определяются по выражениям

г  = з

Ш1П чист ч/

48,73ц

черн

кХ/

ср

г  = з

Ш1П дов Л I

'48,73цч

кХ/

где цчерн и цчист - объемная интенсивность съема связки на черновом и чистовом переходах соответственно; X - относительная частота рабочих импульсов; / - частота импульсов напряжения генератора технологических импульсов.

Объемная интенсивность съема связки для всех технологических переходов может быть найдена по формуле

ц = ксц М1,

где кС - поправочный коэффициент, учитывающий тип металлической связки; цМ1 - объемная интенсивность съема для кругов со связкой М1.

В результате проведения экспериментальных исследований получена эмпирическая зависимость объемной интенсивности съема связки от электрических режимов профилирования и характеристик алмазосодержащего слоя шлифовальных кругов для связки М1:

цМ1 = 664 -12,2/ - 234,9ц + 0,4и - 0,13А - 0,005^ + 1,7/ц + +0,09/2 + 22ц2 + 0,0005А2.

Значения коэффициента кС для различных металлических связок приведены в табл. 2.

Таблица 2

Значения коэффициента кС

Связка М1 МС1 МК МЖ Ж1 М04 М05 М016 ТМ2

кс 1,0 0,81 0,69 0,82 0,42 0,71 0,83 0,70 0,88

В табл. 3 приведены рекомендуемые режимы профилирования для алмазных шлифовальных кругов 100 % концентрации.

Таблица 3

Рекомендуемые оптимизированные режимы профилирования алмазных кругов

Зернистость алмазного порошка, мкм Режимы профилирования

Чистовой переход Доводочный переход

В и, В Ри, Вт 4, мкс /, КГц В и, В Ри, Вт 4, мкс / КГц

250/200 730 70 300 150 2,2 730 100 110 150 2,2

200/160 590 70 300 150 2,7 590 100 80 150 2,7

160/125 480 70 300 150 3,6 480 80 50 150 3,6

125/100 390 70 300 150 4,1 390 70 40 150 4,1

100/80 330 70 300 140 4,7 330 60 30 140 4,7

80/63 280 75 300 130 6,2 280 50 20 130 6,2

63/50 220 75 300 130 6,9 220 40 15 130 6,9

50/40 200 100 300 100 9,8 200 30 10 100 9,8

Список литературы

1. Чачин, В. Н. Профилирование алмазных шлифовальных кругов / В. Н. Чачин,

B. Д. Дорофеев. - Минск : Наука и техника, 1974. - 160 с.

2. Дресвянников, В. А. Совершенствование технологии профилирования и правки алмазных шлифовальных кругов на металлических связках : дис. ... канд. техн. наук / Дресвянников В. А. - Пенза, 1998. - 158 с.

3. Семенов, А. Д. Алгоритм экстремального регулирования автоматической системы управления процессом электроэрозионной обработки / А. Д. Семенов, А. С. Ни-киткин, О. В. Авдеева // Надежность и качество - 2010 : тр. Междунар. симп. / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2010. - С. 191-192.

4. Бакуль, В. Н. Число зерен в одном карате - одна из важнейших характеристик алмазного порошка / В. Н. Бакуль // Синтетические алмазы. - 1976. - Вып. 4. -

C. 22-27.

5. Дорофеев, В. Д. Исследование процесса электроэрозионной правки алмазных то-копроводящих кругов прямого и фасонного профиля : дис. ... канд. техн. наук / Дорофеев В. Д. - Минск, 1971. - 225 с.

6. Дорофеев, В. Д. Основы профильной алмазно-абразивной обработки / В. Д. Дорофеев. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1983. - 186 с.

7. Ящерицын, П. И. Электроэрозионная правка алмазно-абразивных инструментов / П. И. Ящерицын, В. Д. Дорофеев, Ю. А. Пахалин. - Минск : Наука и техника, 1981. - 232 с.

8. Ушаков, В. Я. Импульсный электрический пробой жидкостей / В. Я. Ушаков. -Томск : Изд-во ТГУ, 1975. - 254 с.

Никиткин Александр Сергеевич кандидат технических наук, заместитель начальника управления, ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» им. М. В. Проценко» E-mail: paul-startatom@yandex.ru

Цибизов Павел Николаевич

кандидат технических наук, доцент, руководитель группы научно-образовательной деятельности, ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» им. М. В. Проценко» E-mail: paul-startatom@yandex.ru

Nikitkin Alexander Sergeevich candidate of technical sciences, deputy head of department, Federal State Unitary Enterprise Federal Research and Production Center «Production Complex «Start» named after M. V. Protsenko»

Tsibizov Pavel Nikolaevich candidate of technical sciences, associate professor,

head of research and education activities, Federal State Unitary Enterprise Federal Research and Production Center «Production Complex «Start» named after M. V. Protsenko»

УДК 681.511.4 Никиткин, А. С.

Оптимизация технологического процесса глубинного электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов / А. С. Никиткин, П. Н. Цибизов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. -№ 3 (11). - С. 132-137.