СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ПРОВОЛОЧНОЙ ВЫРЕЗНОЙ ОБРАБОТКИ
METHOD FOR ELECTRIC DISCHARGE WIRE CUTTING MACHINING

Изобретение относится к электроэрозионной обработке, в частности к электроэрозионной проволочной вырезной обработке труднообрабатываемых слоисто-волокнистых композитов, к которым относится угле-стеклопластики и может быть использовано для вырезания контуров сложнопрофильных изделий из слоисто-волокнистых пластиков, в частностях угле-, стеклопластиках, преимущественно в листовых любой толщины изделиях, которые применяются в авиаракетостроении, и в машиностроительной промышленности.
Известен способ электроэрозионной обработки диэлектриков (патент RU №2024367, МПК В23Н 1/00, 07.05.1992 г.), заключающийся в воздействии на заготовку СВЧ-полем. Предварительно обрабатываемый участок поверхности заготовки подвергают энергетическому воздействию, локализующему зону диссипации СВЧ-поля, до возникновения локального электрического разряда. Энергетическое воздействие осуществляют ионным пучком в вакууме, пучком ультрафиолетового излучения или теплового излучения.
Способ рассчитан на обработку однородного, изотропного, сплошного материала, обладающего диэлектрическими свойствами, что сложно применимо к анизотропным труднообрабатываемым слоисто-волокнистым композитам, материалам, например к угле-стеклопластикам. Использование его не позволяет в этих материалах получить качественную поверхность ни на лицевой стороне изделия ни внутри отверстия. Способ конструктивно усложнен. Соответственно, и технологически представляет собой сложную систему. Он обеспечивает только точность и управляемость процесса электроэрозионного удаления материала с поверхности детали.
Известен способ обработки композиционного материала, имеющего матрицу из эпоксидной смолы, армированную углесодержащими волокнами (А.А. Углов. Состояние и перспективы лазерной технологии "Физика и химия обработки материалов", 1992, с. 342-343), согласно которому предлагают использовать первую, вторую и третью гармоники излучения твердотельного лазера на алюмоиттриевом гранате с неодимом, работающим в режиме модулированной добротности. Обработку осуществляют в атмосфере азота. Воздействуют на обрабатываемый материал лазерным излучением с длинной волны 265, 530, 1060 Нм или комбинацией этих длин (патент США №5500505, МПК В23К 26/00, 19.03.1996 г., патент РФ №2219029, МПК В23К 26/38, 10.06.2002 г.).
Способы усложнены в конструкторско-технологическом плане. При использовании их при обработке диэлектриков с высокой температурой разрушения и большой разницей температур разрушения, каковыми являются слоистые листовые изделия (те же, имеющие в качестве связующего эпоксидный полимер, типа ВСЭ-12-1, а в качестве наполнителя - углеволокно, расположенное в слоях композита в виде ткани (с разницей температур 220-2800 С - соответственно), для создания сквозных или глухих отверстий в листе, приведут к появлению на поверхности изделия (заготовки), вокруг отверстий прижогов, вскрытие слоя связующего на кромках отверстия и распушение ткани из углеволокна. Способы сложно реализуемы для размерной электроэрозионной прошивки отверстий.
Известен способ электроэрозионного вырезания непрофилированным электродом-проволокой (авторское свидетельство SU №709305 А1, МПК В23Р 1/08, 15.01.1980 г.), согласно которому совместно с заготовкой обрабатывают дополнительные технологические пластины, которые располагают по обе стороны заготовки. Заготовки набирают в пакет, чередуя их с технологическими пластинами, при этом используют пластины из материала с повышенной по отношению к материалу детали эрозионной обрабатываемостью, т.е. низкой температурой плавления и испарения.
Несмотря на то, что данный способ обладает высокой производительностью, благодаря обработке заготовок пакетом его применение ограничено. Способ рассчитан на обработку металлических материалов с ограниченной эрозионной обрабатываемостью и сложно применим к полимерам, и еще сложнее к диэлектрикам в виде композита анизотропного слоисто-волокнистого типа, например, угле-стеклопластикам. Кроме того из-за чрезмерно высокой температуры в зоне резания вызванной, превышающей температуру испарения технологической пластины приводит к вспучиванию и отходу связующего от поверхности заготовки.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ резки полупроводниковых материалов или непроводящих материалов с использованием электроэрозионной проволочной вырезной обработки (патент Тайвань TW103138441A, МПК В23Н 7/02, 05.11.2014 г.), заключающийся в электроэрозионной проволочной вырезной обработке листовой непроводящей или слабо проводящей заготовки, путем наложения на верхнюю и нижнюю поверхность заготовки токопроводящей среды в виде металлических листов. Для создания проводящей среды в зоне резания под действием высокотоковых электрических разрядов короткими импульсами происходит расплавление металлических слоев и высвобождение металлического шлака. Металлический шлак прилипает к поверхности слабо проводящей или непроводящей заготовки. Процесс резания осуществляют в результате совместного расплавления металлического шлака и поверхности непроводящей заготовки в межэлектродном зазоре под действием электрических разрядов при мгновенной высокой температуре. Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - способ электроэрозионной проволочной вырезной обработки листовой непроводящей или слабо проводящей заготовки; на верхнюю и нижнюю поверхность заготовки накладывают токопроводящую среду в виде металлических листов.
Известный способ, принятый за прототип, имеет следующие недостатки: во-первых, имеет ограниченную производительность ввиду одновременной обработки только одной заготовки; во-вторых, ограничение заявляемых возможностей (материал заготовки - полупроводник, относительно небольшой толщины), что создает большие проблемы при электроэрозионной прошивки диэлектриков, слоисто-волокнистых композитов (например, углепластиков), обладающих анизотропией и содержащих в качестве связующего эпоксидную смолу.
Задачей изобретения является повышение производительности обработки труднообрабатываемых диэлектриков типа углепластика, а также расширение технологических возможностей электроэрозионной проволочной вырезной обработки.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе электроэрозионной проволочной вырезной обработки листовой непроводящей или слабо проводящей заготовки путем наложения на верхнюю и нижнюю поверхность заготовки токопроводящей среды в виде металлических листов, согласно изобретению перед обработкой заготовки и токопроводящие листы металла собирают в пакет, чередуя токопроводящие и токо-непроводящие слои.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - перед обработкой заготовки и токопроводящие листы металла собирают в пакет, чередуя токопроводящие и токонепроводящие слои.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят повысить производительности обработки труднообрабатываемых диэлектриков типа углепластика, а также расширить технологические возможности электроэрозионной проволочной вырезной обработки.
Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков способ электроэрозионной проволочной вырезной обработки с получением указанного технического результата.
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 представлена схема обработки пакетированных заготовок предлагаемым способом.
На фиг. 2 - пакетированные заготовки из композита с чередованием токопроводящих и токо-непроводящих слоев.
На фиг. 3 - пакет заготовок из композита с токопроводящими слоями наложенными только с двух сторон.
На фиг. 4 - контрольный лист композита обложенного токопроводящими слоями металла.
На фиг. 5 представлена таблица сравнения параметров обработки и скорости обработки предлагаемым способом.
Способ осуществляют следующим образом.
В качестве материала обработки используют листовые заготовки 1 из полимерных композитных материалов, углепластика или стеклопластика - труднообрабатываемых диэлектриков. Для выполнения операции вырезания используют стационарное оборудование: электроэрозионный проволочно-вырезной станок Electronica Ecocut или иное, которое способно решить поставленную трудную задачу - путем электроэрозионного вырезания сложнопрофильных контуров в листах слоисто-волокнистого анизотропного материала, к тому же диэлектрика. В качестве электрода-инструмента используют проволоку 2 требуемого диаметра, которая сматывается во время обработки. Перед обработкой пластины из полимерных композитных материалов собираются в пакет (фиг. 1), чередуя токопроводящие и токо-непроводящие слои. В качестве токопроводящих слоев используются тонкие сплошные листы металла 3, интенсивно отводящие тепло от обрабатываемой поверхности (например, кремнистая нержавеющая сталь, алюминий и т.д.), при условии плотного прилегания поверхностей друг к другу. Электроэрозионную проволочную вырезную обработку проводят оптимизируя режимы обработки, чтобы кромки изделия сохранили исходные свойства, а поверхность после обработки была выполнена без войлокования и распушки волокон.
Способ иллюстрируется следующим примером.
Обработке подвергали изделие в виде листа из труднообрабатываемого диэлектрика, представляющего собой слоисто-волокнистый материал -композит ВКУ-39 содержащий в слоях ткань из углеволокна, пропитанную эпоксидной смолой (ВСЭ12-1). Для получения заданных свойств композит выполняли с поверхностями лицевой и тыльной качественной заливкой слоя эпоксидной смолы, надежно изолировав углеволокно от агрессивного внешнего воздействия и распушения. В качестве электрода-инструмента использовали латунную проволоку диаметром 0,25 мм, которая сматывается во время обработки на проволочно-вырезном электроэрозионном станке Electronica Ecocut. Листы композита толщиной Н=4 мм собирали в пакет (фиг. 1). С двух сторон пакета и между слоями композита укладывали слои из нержавеющей стали толщиной h=0,75 мм. Пакет заготовок закрепляли на столе станка. Охлаждающую среду (дистиллированная вода) подводили к зоне обработки под напором из сопел таким образом, чтобы она перемещалась турбулентно в локализованной части, где непосредственно проходит обработка. Обработку проводили при напряжении U=50 В, время включения импульса t=21 мкс, время выключения импульса t=60 мкс. Обработку проводили в поперечном сечении заготовок. Контрольная длина реза L независимо от толщины пакета составляет 20 мм.
Для демонстрации эффективности предлагаемого способа проведены сравнительные эксперименты по оценке производительности. Пакетирование заготовок из композита выполняли тремя разными методами. В первом случае заготовки собирали в пакет по предлагаемому способу таким образом, чтобы обеспечивалось чередование токопроводящих и токо-непроводящих слоев (фиг. 2). Во втором случае токопроводящие слои наложили только с двух сторон пакета заготовок из композита (фиг. 3). В третьем - выполняли обработку одного контрольного листа композита обложенного токопроводящими слоями металла (фиг. 4). Все эксперименты проводились при идентичных режимах и в одинаковых условиях обработки.
Результаты экспериментальной обработки заготовок предлагаемым способом представлены в таблице (фиг. 5).
Данные таблицы свидетельствуют о повышении скорости обработки и как следствии производительности процесса при осуществлении предлагаемого способа обработки.
Таким образом, предлагаемый способ за счет пакетной обработки заготовок с чередованием токопроводящих и токонепроводящих слоев, повышает производительность обработки труднообрабатываемых диэлектриков типа углепластика, а также расширяет технологические возможности электроэрозионной проволочной вырезной обработки.