УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО РАЗРЕЗАНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Техническое решение относится к области машиностроения и может быть использовано для разрезания токопроводящих материалов подвижным инструментом для электроабразивной обработки.
Известен способ анодно-механического разрезания (Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах. T.1. Под ред.А.Г. Косиловой. Машгиз. М., 1958 г., с.426), которое осуществляется при помощи движущегося металлического катода (диска, ленты), соприкасающегося под небольшим давлением через рабочую среду с поверхностью разрезаемого металла.
К недостаткам известного устройства, на котором реализован способ, относится потеря точности, вызываемая боковым анодным растворением зоны реза в процессе прохождения инструмента, что требует последующей дополнительной операции для придания плоскостям заготовки параллельности, с применением дорогостоящих устройств.
Известно устройство, на котором реализован способ электроабразивной резки по а.с. №1653920, БИ №21, 1991 г., по которому скорость подачи инструмента-круга регулируют по величине боковой деформации инструмента.
К недостаткам устройства, на котором реализован известный способ, относится высокий уровень бокового растворения материала стенок заготовки, вследствие наличия процесса бесконтактного анодного растворения зоны реза в процессе прохождения инструмента-круга, что также вызывает необходимость последующего шлифования заготовки абразивным кругом, в результате чего возникают сколы кромок, погрешности, повышение потери материала и высокие затраты электроэнергии.
Известно устройство, на котором реализован способ электроабразивной резки по а.с. №1657303, БИ №23, 1991 г., в котором каждый из сборных дисков подключается к своему источнику питания и регулирование напряжения осуществляется по величине изгиба материала.
К недостаткам устройства, на котором реализован известный способ, относятся также большие потери материала за счет увеличенной ширины зоны резания сборным инструментом из нескольких дисков, вследствие чего идет значительный съем металла с боковых поверхностей в зоне разрезания за счет анодного растворения, что в свою очередь вызывает появления конусов и уклонов, для удаления которых требуется последующая трудоемкая обработка с потерей материала.
Наиболее близким к заявленному устройству по достигаемому техническому результату и совокупности совпадающих признаков является изобретение №2333820, сущность которого заключается в следующем. Способ комбинированного разделения токопроводящих материалов, включающий прямую подачу электроабразивного инструмента на разделяемую заготовку под технологическим током, подачу электролита в зону разделения заготовки и разделение заготовки, отличающийся тем, что после разделения заготовки отключают подачу электроабразивного инструмента и разделенную заготовку перемещают в направлении, перпендикулярном направлению подачи электроабразивного инструмента, до достижения стабильной величины технологического тока, после чего осуществляют обратную подачу электроабразивного инструмента до выхода его из зоны разделения.
К недостаткам устройства, на котором реализован известный способ, является то, что в момент контакта электроабразивного инструмента с заготовкой происходит резкий удар инструмента о заготовку, что приводит к износу электрообразивного инструмента и снижению точности обработки изделия.
Задачей заявленного технического решения является устранение недостатков прототипа и одновременное обеспечение следующих задач:
1 - снижение износа электроабразивного инструмента за счет уменьшения ударного воздействия при подводе к заготовке, посредством подачи использования датчиков (преобразователей биения), работающих в противофазе и синхронно, по принципу - больше биение - больше подача электролита и наоборот,
2 - повышение точности обработанных изделий при их разделении на заявленном устройстве,
3 - также повышение производительности процесса,
4 - повышение качества обработанной поверхности,
5 - достижения высокой надежности устройства, за счет реализации первого пункта вследствие минимизации износа инструмента,
6 - значительное упрощение управления и контроля устройства. Сущность заявленного технического решения заключается в том, что устройство для комбинированного разрезания токопроводящих материалов, содержащее электроабразивный электрод-инструмент, средство для подачи электролита в зону резания заготовки, установленной с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению подачи электрода-инструмента, и источник технологического тока, отличающееся тем, что оно оснащено преобразователями биения электрода-инструмента, а также вторичным преобразователем биения электрода-инструмента и генератором питания, при этом средство для подачи электролита в зону резания заготовки выполнено в виде трубопроводов для подачи электролита через две симметрично размещенные перед заготовкой форсунки, а на внутренней поверхности форсунок размещены регуляторы давления электролита, электрически связанные с генератором питания и изменяющие давление подаваемого электролита по сигналу преобразователя биений электрода-инструмента пропорционально амплитуде биений электрода-инструмента, причем через одну форсунку - синхронно, через другую - противофазно.
Таким образом, поставленная(ые) задача(и) в целом обеспечивается(ются) признаками заявленного устройства и последовательностью выполнения операций, а именно подачей необходимой величины напряжения на инструмент и заготовку в период их сведения до контакта, выбираемая из условия его равенства 0,6-0,9 от значения пробойного напряжения для зазора инструмент-заготовка в каждый момент времени. Введение электрохимического растворения заготовки в период подвода инструмента к заготовке образует в месте входа инструмента в заготовку канавку, которая значительно смягчает удар инструмента о заготовку и производит его центровку диска и, как следствие, повышает качество обработки.
При этом после разрезания заготовки отключают подачу электроабразивного инструмента и разрезанную заготовку перемещают в направлении, перпендикулярном направлению подачи электроабразивного инструмента до достижения стабильной величины технологического тока, после чего осуществляют обратную подачу электроабразивного инструмента до выхода его из зоны разрезания.
Конструктивные особенности заявленного устройства поясняется чертежами, представленными на Фиг.1-5 соответственно.
На фиг.1 показана общая принципиальная схема устройства, для комбинированного разрезания токопроводящих материалов в статике. Устройство состоит из электроабразивного электрод-инструмента 1, заготовки 2, форсунок 3, трубопровода подачи электролита 4, преобразователя биений 5, вторичного преобразователя биений 6, генератора питания 7, регулятора давления 8, источника технологического тока 9, на наружной поверхности электроабразивного электрод-инструмента 1 расположены абразивные зерна 10.
На фиг.2, вид А фиг.1, показано положение электроабразивного электрод-инструмента 1 в момент выхода его из заготовки 2. Электрод-инструмент 1 подключен к отрицательному, а заготовка 2 к положительному полюсу источника тока. Боковые поверхности 11 и 12 заготовки 2. Боковые поверхности 13, 14 электрод-инструмента 1. Форсунки 3 для подачи электролита 4. Разрезают заготовку 2 при прямой подачи электрод-инструмента 1 в сторону заготовки 2 до полного разделения. Далее прямую подачу электрод-инструмента 1 отключают.
На фиг.3 вид А фиг.1, показано направление перемещения 15 заготовки 2 перпендикулярно направлению подачи электрод-инструмента 1 до соединения боковой поверхности 11 зоны разрезания заготовки с боковой поверхностью 13 электрод-инструмента 1. Процесс перемещения заканчивается при стабилизации величины технологического тока, поступающего электрод - инструмент 1 и заготовку 2 от источника тока 8. (на фиг.3 не показан).
На фиг.4 вид А фиг.1, показано перемещение 16 заготовки 2 перпендикулярно направлению подачи и электрод-инструмента 1 до соединения с боковой поверхности 12 зоны разрезания заготовки 2 с боковой поверхностью электрод-инструмента 14 до стабилизации величины технологического тока при подачи электролита 4.
На фиг.5 вид А фиг.1, показано конечное положение электрод-инструмента 1 относительно разрезанной заготовки 2 после выхода электрод-инструмента 1 из зоны разрезания заготовки 2 при обратной подачи 17.
Процесс осуществляется следующим образом: заготовку 2 устанавливают на электроабразивный станок (на фиг, не показан) напротив электрод-инструмента 1, зерна 10 препятствуют прямому контакту электрод-инструмента 1 с заготовкой 2. Включают перемещение и электрод-инструмента 1 относительно заготовки 2, производится подача электролита 4.
Вращающийся электрод-инструмент 1 подают на врезание в заготовку 2. Биение электрода-инструмента 1 контролируют с помощью преобразователей биений (датчиков) 5. Вторичный преобразователь 6 биений вырабатывает напряжение ΔU, величина которого пропорциональна амплитуде биений. Напряжение ΔU поступает на генератор питания 7 регуляторов давления 8. Регуляторов давления 8 запитывается от генератора питания 7 таким образом, что один из них управляется синфазно с изменением биения инструмента (диска), другой - противофазно. Электрод-инструмент 1 находится под воздействием изменяющегося давления электролита 4. Образующаяся при этом функциональная связь электрод-инструмент-преобразователи биений - регуляторы давления электролита обеспечивает компенсацию биений, что позволяет повысить точность резки металлов дисковыми электродами-инструментами.
3
На боковые поверхности 13, 14 электрод-инструмента 1 (фиг.2) подают 10% электролит 4 (NaNo), через форсунки 3, со стороны его периферии на участке входа инструмента в заготовку по ходу окружной скорости диска 1. При вращении электрода-инструмента 1 и его подача на врезание в заготовку 2 - обработка осуществляется вследствие электрохимического растворения материала обрабатываемой заготовки 2, механического резания и удаления продуктов обработки. Разрезание заготовки 2 ведется горизонтальной или вертикальной подачей в сочетании с вращательным движением электрод-инструмента 1. При переходе режущей кромки электрод-инструмента 1 с воздушной среды в жидкую, воздушные включения при постоянном гидростатическом давление и вращательном движении электрод-инструмента 1 удерживаются между алмазными зернами режущей кромки. Размер величины воздушных включений зависит от расстояний между алмазными зернами, связующей круга, частоты вращения электрода-инструмента 1 и величины гидростатического давления. При взаимодействии торцевой режущей кромки электрод-инструмента 1 с обрабатываемой заготовкой 2 в зоне резания происходит быстрое сжатие воздушных включений, имеющихся в связующей алмазного круга, т.е. резко сосредотачивается давление большой величины на меньших площадях рабочей кромки. В этот момент возникает гидравлический удар технологической жидкости о поверхность омываемого потоком режущей кромки и заготовки (т.е. происходит продавливание входящей микроструей), а на боковых поверхностях режущей кромки электрод-инструмента 1 образовавшиеся воздушные включения с течением времени проталкиваются на торцевую режущую кромку путем действия центробежных сил и значительного понижения давления в торцевой области электрод-инструмента 1 вследствие максимальной скорости. Причем в межэлектродном зазоре подвергается разрушению только снимаемый припуск обрабатываемого материала, подвергающийся анодному растворению. Таким образом, в зоне резания поддерживается автономный кавитационный процесс. В результате чего происходит очистка от «засаливания» рабочей кромки электрод-инструмента 1, разрушение обрабатываемого материала, которое способствует анодному растворению заготовки 2. Процесс кавитации обеспечивает интенсификацию движения электролита с обеспечением эвакуации продуктов обработки. Образованное движение электролита в межэлектродном зазоре способствует постоянному обновлению ее, стабилизации рабочей температуры жидкости, при которой рабочая среда не теряет физико-механических свойств электропроводности, что способствует, увеличению плотности тока. В этих условиях рассматриваемое движение жидкости существенно способствует процессу интенсификации процесса электромеханической резки. Кроме этого, следует упомянуть факт того, что, при реализации заявленного способа подачи электролита в зону резания, боковые поверхности заготовки обрабатываются только электрохимическим воздействием вследствие большого межэлектродного зазора между боковыми поверхностями, вследствие чего идет удаление требуемого объема материала для получения качественной поверхности заготовок.
Включают подачу электроабразивного электрод-инструмента 1 (показано стрелкой на фиг.1) и под технологическим током разрезают заготовку 2 с образованием боковых поверхностей 11 и 12 в зоне разделения заготовки 2, которые под действием анодного растворения в электролите 3 боковыми поверхностями 13 и 14 электрод-инструмента 1 получают уклоны. После разрезания заготовки 2 отключают подачу электроабразивного электрод-инструмента 1.
Образующие после разрезания уклоны и конусности должны быть удалены, что требует дополнительной операции. Для исключения выполнения дополнительной операции по удалению уклонов и конусностей заготовку 2 перемещают в направлении 15 в сторону боковой поверхности 14 электрод-инструмента 1 (фиг.3) перпендикулярно направлению подачи электрод-инструмента 1, при этом за счет удаления уклона (конусности) на боковой поверхности 11 зоны разрезания площадь обработки возрастает и увеличивается ток (от источника тока), поступающий на электрод-инструмент 1 и заготовку 2. Ток стабилизируется при контакте электрод-инструмента 1 со всей боковой поверхностью 11 зоны разрезания заготовки 2.
После этого (фиг.4)заготовку 2 перемещают в направлении 16 до смещения боковых поверхностей 12, 14 с отключением перемещения в момент стабилизации величины технологического тока. Ток отключается. Затем (фиг.5) включают обратную подачу 17 электрод-инструмента 1 и выводят инструмент из зоны разрезания заготовки 2.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований показали, что высокая производительность резки на заявленном устройстве может быть достигнута лишь при интенсивных электрических режимах, которые характеризуются напряжением и силой тока. Напряжение, необходимое для анодно-механической резки на заявленном устройстве, составляет 20-28 В, и его выбирают в зависимости от размеров поперечного сечения заготовки, сила тока колеблется в значительных пределах и в зависимости размеров заготовки и интенсивности процесса может достигать несколько сотен ампер.
На заявляемом устройстве может быть реализован способ (пример конкретного выполнения):
Диаметр заготовки, мм - 50, 100, 150, 200.
Величина силы тока (А),...80-100, 125-150, 200-225, 275-300. На производительность процесса резки существенно влияет скорость главного движения электроабразивного электрод-инструмента 1. Оптимальный интервал скорости главного движения 15-25 м/с. Введение процесса резания на максимально допустимых скоростях снижает величину электрохимического растворения сторон паза в процессе резания заготовки, что ведет к повышению точностных характеристик процесса, при этом точность повышается за счет уменьшения деформации круга при разрезании. Оптимальный режим обработки предусматривает также и оптимальное давление электроабразивного электрода-инструмента на разрезаемую заготовку. Оптимальное значение давления электроабразивного инструмента на заготовку определено заявителем путем проведения экспериментов, выбрано в пределах 0,08-0,2 МПа.
Специфическая особенность устройства состоит в том, что конструкция обеспечивает одновременное растворение небольших участков обрабатываемой поверхности, возникающих в точках контакта заготовки и электрода-инструмента. В то же время само устройство делает реализацию процесса разделения заготовок весьма кратковременным.