ЭЛЕКТРОД-ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ МЕЛКОРАЗМЕРНЫХ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

Область техники. Полезная модель относится к области машиностроения, где имеется большая номенклатура деталей, относящихся к классу мелкоразмерных, с высокой точностью изготовления внутренних сложнопрофильных поверхностей. Данная полезная модель используется для изготовления деталей тел вращения для малогабаритного и прецизионного контрольно-измерительного и металлообрабатывающего оборудования методом обработки материалов концентрированными потоками энергии.
Уровень техники. Известен сборный электрод-инструмент для электроэрозионной обработки сквозных отверстий преимущественно прямоугольного сечения, расположенных не перпендикулярно к поверхности детали, включает державку, в которой жестко закреплен набор пластин, снабженных в нижней части заданным для каждой конкретной перфорации количеством элементарных электродов. Поперечное сечение элементарного электрода выполнено в соответствии с профилем обрабатываемого отверстия (см патент РФ на изобретение №2241581 С2, В23Н 1/04, В23Н 9/14).
Недостатком этого устройства является сложность конструкции.
Известен также электрод-инструмент, выполненный в виде стержня с рабочей торцевой поверхностью, на цилиндрической поверхности выполнены каналы для электролита в виде винтовой линии. Каналы имеют сферическую форму (см. United States Patent на изобретение №4,698,543).
Известное устройство не удовлетворяет геометрическим параметрам обрабатываемых деталей описанных в разделе «Область техники», а винтовая канавка служит только для отвода шлама и улучшения условий промывки, также электрод имеет равные диаметры хвостовика и рабочей части. Он принят за прототип.
Раскрытие полезной модели.
Задачей полезной модели является упрощение базирования инструмента с повышенной точностью и уменьшения накопленной погрешности при изготовлении сложнопрофильных мелкоразмерных деталей.
Это достигается за счет того, что электрод-инструмент для изготовления резьбы на внутренней поверхности тел вращения выполнен в виде стержня с рабочее цилиндрической поверхностью, на которого выполнены каналы в виде винтовой линии. В качестве материала электрода используется графит или медный сплав, при этом длина электрода составляет не менее двух расстояний глубины резьбы, а профиль и геометрические размеры рабочей части электрода-инструмента являются эквидистантным отображением профиля полости детали с размерами, уменьшенными на величину межэлектродного зазора в пределах 0,04-0,06 мм в зависимости от характера обработки (черновая, чистовая) и величины заданной шероховатости получаемой поверхности обусловленной коэффициентом к и численным значением Ra=0,1.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 схематично изображен чертеж сечения формообразующей поверхности детали представителя; на фиг.2 - схема процесса операции электроэрозионной прошивки с указанием необходимой длинны рабочей части электрода-инструмента (1) и номинальной длины обрабатываемой детали (2);
на фиг.3 - фотореалистическое изображение готового электрода-инструмента, полученное с использованием системы автоматизированного проектирования.
Осуществление полезной модели.
Устройство состоит из жестко графитового (или состоящего из медного сплава) цилиндра (3) с винтовым профилем (4), повторяющим профиль внутренней поверхности обрабатываемой детали с занижением номинального размера В рассчитанным по формуле (1) на межэлектродный зазор, рассчитанный по формуле (2).
min
где А - размер обрабатываемого элемента детали по чертежу; δ - межэлектродный зазор; Z - минимальный припуск на последующую обработку. Знак «плюс» берется при обработке наружных поверхностей, знак «минус» - для внутренних.
cp
x.x
2
где k - коэффициент, учитывающий сочетание материала электрода-инструмента и заготовки; I - средняя сила тока, A.; f - частота, Гц; q - скважность; U - амплитудное напряжение холостого хода, В; j - плотность тока, А/см); h - длина вертикальной трассы удаления шламов, мм.
Числовые значения коэффициентов и необходимых параметров для расчета межэлектродного зазора определяются исходя из заданных параметров точности и физико-химических свойств материалов детали и инструмента.
Проведя данные расчеты, был определен оптимальный диапазон величины межэлектродного зазора равный 0,04-0,06 мм, зависящий от характера обработки (черновая, чистовая) и величины заданной шероховатости получаемой поверхности обусловленной коэффициентом k и численным значением Ra=0,1. При превышении или занижении данного диапазона величин межэлектродного зазора происходит нарушение геометрических размеров электрода и параметров шероховатости.
Критериями выбора материалов для электрода-инструмента являются легкость их механической обработки и высокая электропроводимость с низким износом рабочей поверхности. Данные по относительному износу электрода в зависимости от материала приведены в таблице 1.
Таблица 1
Относительный износ некоторых материалов в зависимости от рабочего тока
Материал электрода-инструмента
Относительный износ, %
I<sub>cp</sub>, A
20
40
60
80
100
Красная медь
10
12
13
14
15
Алюминиевый сплав АЛ5
27
20
19
17
16
Алюминиевый сплав Д1
40
23
20
16
14
Серый чугун
12
14
15
16
17
Графитизированный материал ЭЭГ
1,0
1,5
1,7
1,5
1,0
Основываясь на полученных результатах и данных табл.1, в качестве материала для изготовления электрода-инструмента были выбраны графит и медный сплав. Графит хорошо подвергается механической обработке. Свойства и структура данного материала позволяют изготавливать изделия сложных форм, с малыми допусками и с высокой точностью. Сочетание такого количества положительных свойств в одном материале предопределило его широкое применение для изготовления электродов-инструментов.
Изготавливается данная модель на токарном обрабатывающем центре с применением управляющей программы созданной средствами автоматизированного проектирования.
Устройство работает следующим образом. Обработка данным электродом (1) производится на электроэрозионном прошивном станке с числовым программным управлением в среде рабочей жидкости путем вращательно поступательного движения по спирали (4) на глубину равную двум длинам обрабатываемой детали (2).
Устройством можно также производить черновую и чистовую обработку за одну операцию без смены технологических баз, что значительно повышает точность изготовления и шероховатость поверхности, соответствующей Ra=0,05-0,06 мкм.
Данное устройство имеет простую конструкцию, надежно в эксплуатации и обеспечивает формирование уникального физико-химического состояния материала в поверхностном слое, а также достижения высокой экологической чистоты производства.