УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОШИВКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗАГОТОВКАХ И СПОСОБ С ЕГО ПРИМЕНЕНИЕМ
DEVICE TO PIERCE DEEP HOLES IN METAL BILLETS AND ITS APPLICATION

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано преимущественно при электроэрозионной, электрохимической и эрозионно-химической многоэлектродной обработке глубоких отверстий в металлических материалах.
Известно устройство [1], т. 1, стр. 56, для электроэрозионной прошивки отверстий, где для интенсификации процесса используют вибрацию электрода-инструмента.
Недостатком известного устройства является снижение интенсивности выноса из межэлектродного зазора продуктов обработки по мере углубления электрода-инструмента в заготовку, что снижает, вплоть до прекращения, скорость прошивки глубоких отверстий.
Известен способ [1], т. 1, стр. 133, электрохимической размерной обработки, где для интенсификации процесса используют вращение электрода-инструмента и подачу рабочей среды под внешним давлением.
Недостатками известного способа являются снижение скорости обработки отверстий из-за уменьшения выноса продуктов из зоны обработки по мере возрастания глубины отверстий, невозможность использования вращения электрода-инструмента при многоэлектродной обработке близкорасположенных отверстий.
Известен способ [1], т. 2, стр. 152, прошивки отверстий электроэрозионно-химическим методом, где происходит интенсификация процесса за счет взаимного воздействия на скорость удаления припуска электроэрозионной и электрохимической составляющей процесса.
Недостатком известного способа является снижение массовыноса продуктов обработки при увеличении глубины прошивки, что резко снижает производительность процесса.
Известен способ [2], стр. 273, интенсификации процесса электроэрозионной обработки путем прокачки насосом через зону обработки рабочей среды (керосина) и вибрации электрода-инструмента, а также [2], стр. 275 - за счет вращения электрода-инструмента. При этом предельная глубина отверстий [2], стр. 276, составила до 30 диаметров.
Недостатками известного способа являются снижение скорости эвакуации продуктов обработки и уменьшение скорости съема материала практически до нуля, а также невозможность использования вращения электрода-инструмента при многоэлектродной прошивке близкорасположенных отверстий, что еще больше снижает интенсивность прошивки.
В качестве прототипа устройства выбрано [1], т. 2, стр. 100, - электрические разрядники в форме сгорающей проволоки, которую требуется возобновить при каждом разряде в жидкой среде.
Недостатком этих электрических разрядников является отсутствие возможности использовать их при многократных разрядах при непрерывном выносе продуктов обработки через обработанную часть отверстий большой длины.
В качестве прототипа способа выбрано [1], т. 2, стр. 91, - способы интенсификации перемещения жидких сред путем электрического разряда в жидкости.
Недостатком таких способов является невозможность последовательного увеличения скорости перемещения сред несколькими микроразрядами и нарушение геометрии электродов при значительной энергии единичного разряда, образование газовых пузырей, снижающих вынос продуктов обработки из зазора, а также большие размеры многоразовых разрядников, которые не могут быть размещены в боковом межэлектродном зазоре при электроэрозионной, электрохимической или эрозионно-химической прошивке глубоких отверстий.
Предлагаемое устройство позволяет обеспечить интенсификацию процесса прошивки, в том числе для нескольких одновременно работающих электродов-инструментов, путем расчетной последовательности разрядов разрядником многократного использования.
Предлагаемый способ интенсификации прошивки позволяет ускорить процесс изготовления глубоких отверстий, в том числе при многоэлектродной прошивке, путем последовательного ускорения движения рабочей среды с продуктами обработки через пространство между электродом-инструментом и обработанной частью отверстия в направлении выноса продуктов обработки.
Устройство отличается тем, что втулка выполнена быстросъемной, из эрозионностойкого материала, размещена внутри электрода-инструмента с возможностью продольного перемещения, содержит на торце со стороны прошивки точечные диэлектрические упоры с высотой не более межэлектродного зазора, по наружной поверхности имеет слой изоляции, а по внутренней - разрядники, размещенные ярусами по направлению течения рабочей среды с продуктами обработки.
Способ прошивки глубоких отверстий в металлических заготовках с использованием устройства по п.1 включает обработку заготовки электродом-инструментом с втулкой, на которую подают импульсы тока, обеспечивающие черновую обработку, причем на электрод-инструмент подают импульсы тока, обеспечивающие получение бездефектной поверхности по всей глубине отверстий, при этом на размещенные внутри втулки разрядники последовательно подают импульсы тока для поддержания течения рабочей среды с продуктами обработки из межэлектродного зазора, а втулку в электроде-инструменте перемещают независимо от его подачи.
Способ и устройство приведены на чертеже.
Электрод-инструмент 1 с возможностью продольного перемещения содержит внутри втулку 2 из эрозионностойкого материала. Электрод-инструмент 1 и втулка 2 разделены тонким слоем изоляции 3. Втулка 2 имеет возможность перемещаться вместе с изоляцией 3 по оси электрода-инструмента 1. При этом положение втулки 2 со стороны прошивки относительно обрабатываемой поверхности 4 заготовки 5 поддерживается точечными диэлектрическими упорами 6 с высотой не более торцевого межэлектродного зазора 7. На внутренней поверхности втулки 2 установлены ярусами разрядники 8; 9; 10, которые располагаются по сечениям втулки с шагом 11, обеспечивающим поддержание перемещения из межэлектродного зазора рабочей среды 12 в направлении 13 выноса продуктов обработки из зазора 7. Технологический ток подается на заготовку 5 (анод), втулку 2, электрод-инструмент 1 (катод) от источника 14 питания током через раздельные электрические цепи 15; 16. От источника 14 питания током ток подается на преобразователь 17 тока в высоковольтные импульсные разряды, поступающие через регулятор 18 к разрядникам 8; 9; 10 с задержкой импульса на величину времени, необходимую для прохождения жидкой рабочей среды 12 между соседними разрядниками в направлении 13.
Способ осуществляется следующим образом.
Устанавливают в электроде-инструменте 1 втулку 2 с изоляцией 3 по наружной поверхности и разрядниками 8; 9; 10 по внутренней. Электрод-инструмент 1 с втулкой 2 устанавливают относительно заготовки 5 по обрабатываемой поверхности 4 так, чтобы точечные диэлектрические упоры 6 опирались на поверхность 4. Количество упоров зависит от геометрии поверхности 4, но не менее одного. Электрод-инструмент 1 перемещается относительно поверхности 4 заготовки 5 от регулятора подач станка (не показан) с поддержанием величины торцевого межэлектродного зазора 7 независимо от положения втулки 2 относительно электрода-инструмента 1. Разрядники 8; 9; 10 подключают к регулятору 18, который последовательно подает импульсы на разрядники 8; 9; 10 с шагом 11 и задержкой их действия для поддержания течения рабочей среды 12 через зазор 7 и рабочей среды 12 с продуктами обработки в направлении 13.
Ток от источника 14 питания током поступает к регулятору 18 через преобразователь 17, создающий напряжение тока, достаточное для работы разрядников 8; 9; 10. При этом все разрядники, расположенные в сечениях на каждом ярусе, одновременно подают в направлении 13 импульсы на рабочую среду 12 с продуктами обработки, протекающую в направлении 13.
Ток от источника 14 питания током поступает на заготовку 5, втулку 2 и на электрод-инструмент 1. При этом по электрической цепи 15 поступает ток большой мощности, не обеспечивающий получения бездефектного поверхностного слоя поверхности 4 заготовки 5, а по цепи 16 величина импульсов тока устанавливается в зависимости от технологических требования к обрабатываемой поверхности для получения бездефектного слоя по всей глубине отверстия. Высокая скорость обработки поверхности 4 в зоне обработки под втулкой 2, перемещаемой независимо от подачи электрода-инструмента, обеспечивает интенсивное удаление технологического припуска и снижает сопротивление течению рабочей среды 12 внутри втулки 2.
Рабочая среда 12 с продуктами обработки, протекающая в направлении 13, по мере увеличения глубины обработки ускоряется за счет действия импульсов от разрядников 8; 9; 10, что снижает ограничения на вынос продуктов обработки и дает возможность интенсифицировать процесс прошивания отверстий и углублений даже без вращения электродов-инструментов, особенно при многоэлектродной прошивке.
Пример 1 применения способа.
Необходимо в фильтре из стали 1218Н10Т одновременно прошить электроэрозионной обработкой 60 сквозных отверстий диаметром 0,4±0,02 мм, глубиной 3,5 мм, с шероховатостью не более Ra=0,32 мкм. Электроды с наружным диаметром 0,32 мм и внутренним 0,22 мм содержат втулку с наружным диаметром 0,2 мм и диэлектрическим покрытием 0,01 мм. Внутренний диаметр втулки - 0,1 мм. В пазах на внутренней поверхности втулки размещены 2 яруса разрядников мощностью 0,005 Дж с шагом между ярусами 1,5 мм. Шаг рассчитывается по скорости прокачки рабочей среды. При давлении 2 МПа она составляет для узких каналов 0,02-0,05 м/сек. По [1], т. 2, стр. 92, скорость ударной волны в воде составляет до 3000 м/сек, что позволяет ускорить движение продуктов обработки с жидкой средой на 1-2 порядка и при двух ярусах разрядников постоянно иметь в торцевом зазоре жидкость с количеством продуктов обработки значительно ниже предельно допустимого. На втулку подаются от источника питания током импульсы мощностью 1,5 Дж, на электрод-инструмент - 0,2 Дж. Рабочая среда - вода.
Получены следующие результаты: без использования разрядников межэлектродная обработка отверстий проходила нестабильно и приходилось ограничивать число одновременно работающих электродов до 3-5 штук. Средняя скорость прошивки отверстий составляла 0,2 мм/сек, штучное время не менее четырех минут.
С применением разрядников скорость прошивки составила 23 мм/мин при одновременной прошивке 60 отверстий. Штучное время 0,0025 минуты, что в 1600 раз выше, чем без интенсификации выноса продуктов обработки.
Пример 2. Нужно выполнить операцию, приведенную в примере 1, электрохимической прошивкой в 18% растворе хлористого натрия. На втулку подавали напряжение 12 В, на электрод-инструмент - 8 В. Без разрядников процесс протекал устойчиво при 2-3 электродах. Скорость прошивки составляла 1,9 мм/мин. Штучное время составляло 0,62 мин.
С разрядниками скорость прошивки достигла 11 мм/мин, количество одновременно прошиваемых отверстий - 15. Штучное время составило 0,02 минуты. Интенсификация прошивки составила 31 раз.
Пример 3. Нужно выполнить прошивку отверстий, приведенных в примере 1, эрозионно-химическим методом в среде промышленной воды при напряжении источника тока 45 В. Скорость прошивки без разрядников составляла 2,8 мм/мин, с разрядниками - 34 мм/мин. Количество одновременно работающих электродов 60. Интенсификация составила 2115 раз.
Источники информации
1. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. В 2 т. / Под ред. В.П. Смоленцева. М.: Высшая школа, 1983. - 247 с.
2. Бойко А.Ф. Эффективная технология и оборудование для электроэрозионной прошивки прецизионных отверстий: монография А.Ф. Бойко, Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. - 314 с.