Разработка эффективного технологического процесса глубинного электроэрозионного профилированияалмазных шлифовальных кругов

Никиткин А.С.

ФГУП ФНПЦ ПО «Старт», г. Заречный

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ГЛУБИННОГО ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ

АЛМАЗНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ

Эффективный технологический процесс электроэрозионного профилирования алмазных шлифовальных кругов определяется эффективными режимами обработки, при которых достигается наивысшая производительность процесса,обеспечивающая заданные точностные и качественные параметры алмазного инструмента .

Существует несколько последовательных стадий разработки 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 его 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 зёрен. На чистовом переходепроисходит формирование заданных точностных параметров профиля шлифовального круга, уменьшение шероховатости поверхности металлической связки и удаление «дефектного» слоя, образовавшегося в ходе выполнения чернового перехода.На доводочном переходепроис-ходит окончательное получение требуемой высоты неровностей поверхности металлической связки для максимизации режущих свойств алмазного инструмента.

Черновой переход необходим в случаеобработки алмазных кругов с большой глубиной фасонного профиля. Если глубина рабочего профиля не велика или этот профиль необходимо только восстановить, вследствие его износа при обработке, то черновой технологический переход можно исключить. Если к фасонному рабочему профилю шлифовального круга не предъявляются высокие точностные требования, то доводочный переход также может быть исключён.

На второйстадии определяются механические и электрические режимы профилирования для каждого технологического перехода. Исследования в работе [1] показывают, что максимальная производительность электроэрозионного 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, за счёт достижения максимального количества разрядных импульсов, установления межэлектродного промежутка на минимально возможной величине, но характеризующейся наивысшей производительностью, и поддержания средней величины межэлектродного промежутка на одном уровне.

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

, V

fr = у.

!З

где V - скорость вращения алмазного круга, м/с; 1з - среднее расстояние между алмазными зёрна -ми, м.

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

Таблица 1 - Значения частоты технологических импульсов

Зернистость алмазногопорошка, мкм Частота технологических импульсов, КГц

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 соотноше-

ния :

W = 1з_<*ср_ (2) V V

где1р.уч. - длина разрядного участка, м;^р - средний диаметр алмазных зёрен. Средний диаметр алмазных зёрен можно определить по формуле [4]:

dcp

6,1

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

Максимальная мощность единичного разрядного импульса определяется из условия не превышения оптимальной величиныэнергии этого импульса:

Ри = WО^,

*И

где W0I

-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, б, 7]. Соблюдение этих условий требует значительного снижения амплитуды разрядного тока, что приведёт к уменьшению плотности теплового потока и к снижению производительности обработки.

В виду вышеизложенного, для создания импульсного пробоя межэлектродного промежутка целесообразно наряду с «силовыми импульсами» использовать «поджигающие» (рисунок 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 съём алмазосодержащего слоя.

Рисунок 1 - Параметры технологических импульсов Таким образом, амплитуда «поджигающих импульсов» находится по формуле:

Uп _ EnpS,

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

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

E _ MPva _

ЕПР _ 11/3g1/10 '

где M - постоянная, зависящая от сорта жидкости; , мкс; Sэ - площадь электродов, см2.

Амплитуда «силовых» импульсов:

UC _ VРИ Rcp,

давление, атм.; t

длительность импуль-

P

а

где Яср - 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]:

W0nj £ 0, 03 Дж.

В работах [5, б, 7] установлено, что энергия разрядного импульса должна быть не более 0,03Дж, поскольку при большей энергии алмазные зёрна 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 изменённом 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 зёрен, участвующих в резании [9]. Указанное условие выполняется, если

Rz _ 0,06Щр.

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

W0nT £ j,

где С1 - коэффициент, учитывающий материал связки алмазосодержащего слоя и условия обработки (для связки М1 значение коэффициента 52; для М5 - 49); K - концентрация алмазов в алмазосодержащем слое, %.

Припуски на чистовой и доводочный переходы определяются по выражениям:

min чист

48, 1Ътчерн

_ з,_;---Очерн + d

plf ср

Z

min doe

48, 73m, plf

_ з

где Цчерн и Цчист - объёмная интенсивность съёма связки на черновом и чистовом переходах соответственно; А - относительная частота рабочих импульсов;f - частота импульсов напряжения генератора технологических импульсов.

Объёмная интенсивность съёма связки для всех технологических переходов может быть найдена по формуле:

m = kcmMi,

где kc - поправочный коэффициент, учитывающий тип металлической связки; Цм± - объёмная интенсивность съёма для кругов со связкой М1.

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

тМ л = 664 -12,2 f - 234, 9q + 0, 4U - 0,13A - 0, 005K +1 ,7 fq + 0,09 f 2 + 22q2 + 0, 0005A2.

Значения коэффициента k для различных металлических связок приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Значения коэффициента k

Связка М1 МС1 МК МЖ Ж1 М04 М05 М016 ТМ2

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

Таким образом, в таблице 3 приведены рекомендуемые режимы профилирования для алмазных шлифо-

вальных кругов 100% концентрации.

ТаблицаЗ - Рекомендуемые режимы профилирования алмазных кругов

Зернистость алмазногопорош-ка, мкм Режимы профилирования

Чистовой переход Доводочный переход

Цд, В Цс, В Ри, Вт £и, мкс f, КГц Цп, В Цс, В Ри, Вт £и, мкс f, 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

ЛИТЕРАТУРА

1. Чачин В.Н., Дорофеев В.Д. Профилирование алмазных шлифовальных кругов. — Минск: Наука и

техника. - 1974. — 160с.

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

3. Семёнов А.Д., Никиткин А.С., Авдеева О.В. Алгоритм экстремального регулирования автоматической системы управления процессом электроэрозионной обработки // Надёжность и качество'2010: Труды международного симпозиума. - Пенза. - 2010. - с.191-192.

4. Бакуль В.Н. Число зёрен в одном карате - одна из важнейших характеристик алмазного порошка // Синтетические алмазы - 1976. - Вып. 4. - с.22 - 27.

5. Дорофеев В.Д. Исследование процесса электроэрозионной правки алмазных токопроводящих кругов прямого и фасонного профиля. — Дисс. канд. техн. наук - Минск. - 1971. — 225с.

6. Дорофеев В.Д. Основы профильной алмазно—абразивной обработки. — Изд-во Сарат. Ун-та. -1983. — 186с.

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

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

9. Фотеев Н.К. Расчет режимов электроэрозионной правки алмазных кругов на металлической связке. — Алмазы и сверхтвёрдые материалы. - 1977. - Вып.1. - с.5 - 8.