Влияние режимоврезания на производительность электроэрозионной обработки высокопористых ячеистых материалов

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ И ДВИГА ТЕЛЕЙ

УДК 621.1.9

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВРЕЗАНИЯ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОПОРИСТЫХ

ЯЧЕИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Т.Р. Абляз

Рассмотрен процесс электроэрозионной обработки высокопористых ячеистых материалов. Определены факторы, влияющие на производительность обработки высокопористых ячеистых материалов. Получена эмпирическая модель, устанавливающая взаимосвязь между высотой обрабатываемой детали, временем включения и выключения импульсов, и величиной производительности электроэрозионной обработки. Доказана практическая применимость полученных результатов.

Ключевые слова: электроэрозионная обработка, режимы резания, производительность, высокопористые ячеистые материалы.

Высокопористые ячеистые материалы (ВПЯМ) находят широкое применение в промышленности при создании высокотехнологичной продукции.

Перспективными направлениями применения ВПЯМ являются разделение парогазовых сред, очистка промышленных газов оттвердых примесей, газораспределение газовых потоков, авиационное и автомобильное машиностроение [1,2].

В настоящее время изготовление большинства деталей из ВПЯМ сложной формы подразумевает получение готовых деталей без применения формообразования путем механообработки. Это значительно увеличивает стоимость получения деталей из высокопористых ячеистых материалов, а также сужает их номенклатуру. Применение технологий обработки ВПЯМ на лезвийных металлообрабатывающих станках является невозможным. При обработке лезвийным инструментом ВПЯМ на основе мяг-

ких металлов, например, алюминия, происходит замятие материала. При обработке ВПЯМ на основе твердых металлов, таких, как хром, значительно снижается износоустойчивость инструмента.

Адекватным решением данной проблемы является применение технологии электроэрозионной обработки (ЭЭО).

Процесс электроэрозионной обработки ВПЯМ не исследован в полной мере.

Целью работы является определение условий ЭЭО высокопористых ячеистых материалов, обеспечивающих повышение производительности обработки.

Из анализа литературных данных [1-5] установлено, что основными параметрами, влияющими на обеспечение точности размеров при ЭЭО высокопористых ячеистых материалов, являются физико-механические свойства и пористая структура обрабатываемого материала, геометрические параметры заготовки и режимы резания. В качестве параметров для варьирования в эксперименте выбраны значение времени включения ton и выключения ^импульсов, обрабатываемый материал и высота обрабатываемой заготовки.

Для проведения экспериментов использовались ВПЯМ на основе различных металлов, таких, как медь, никель, нихром, хромаль (табл. 1).

Произведено экспериментальное исследование влияния режимов резания (табл.2) и вида материала на точность получаемых размеров образцов из ВПЯМ, путем вырезания одинаковых квадратов, размером 20х20 мм. Границы варьирования режимами были получены методом пробных резов. Выбранные режимы резания обеспечивают стабильную обработку перечисленных материалов. Под стабильностью ЭЭО ВПЯМ подразумевается непрерывная обработка заготовки, без остановов станка по причине «потери искры».

В качестве экспериментального оборудования выбран проволочно-вырезной электроэрозионный станок EcoCut.

В качестве электрода-инструмента выбрана латунная проволока BercoCut диаметром 0,25 мм. В качестве рабочей жидкости используется дистиллированная вода.

После обработки резанием были произведены замеры линейных размеров полученных образцов и рассчитана разность (S, мм) между размером номинальным (заданным в рабочей программе станка) и измеренным. Полученные данные представлены в виде графика (рис. 1).

Показано, что при режимах резания (med) величина S минимальна -размеры обработанных образцов наиболее близки к номинальным. Показано, что использование режимов обработки med позволяет повысить точность обработки материала и вносить меньшую коррекцию на межэлектродный зазор в управляющую программу.

Для установления взаимосвязи между производительностью ЭЭО, режима резания и геометрическими параметрами заготовки использованы методы полного факторного эксперимента и последующего регрессионного анализа [1-5].

Таблица 1

Характеристики используемых образцов

№ Материал образца Пористость, пор./см2 Высота заготовки, мм Удельное электрическое сопротивление, мкОм-м

Медь ¡¡¡а 30 13 0,01724...0,0180

Никель шт 15 9 0,0684

Никель шш 30 10 0,0684

Нихром тш 15 18 1,05.1,3

Хромаль ¡¡¡¡¡ш 20 15 1,3.1,5

Хромаль 1 30 7 1,3.1,5

В качестве основных факторов, выбранных для проведения регрессионного анализа и влияющих на производительностьУ (мм/мин) ЭЭО заготовок из ВПЯМ, выбраны: ton - время включения импульса, мкс; t0ff - время выключения импульса, мкс; h - высота заготовки, мм. Материал заготовки - нихром. Каждый из факторов рассматривается на двух уровнях - верхнем и нижнем.

Зависимость производительности электроэрозионной обработки V (мм/мин) высокопористого ячеистого нихрома от исследуемых факторов имеет вид

V = 1,74h + 4,8ton + \,2toff - 0,075hton - 0,33htof --0,085tontof + 0,001htontof -60.

Таблица 2

Экспериментально полученные физические характеристики резания

№ Материал заготовки Тп=10, ^0,1, ^=1

11,

1 Медь 1 80 21,5 1 75 22,5 1 90 17,5

2 Никель (кр) 1 80 10 1 60 15 1 90 23,5

3 Никель (мел) 1 80 23 1 75 23,5 1 100 24

4 Нихром 1 50 6,5 1,3 55 11,5 1,7 75 16,5

5 Хромаль (кр) 1,3 50 7 1,5 50 13,5 3,3 50 15

6 Хромаль (мел) 1 50 7 2 60 15 1,7 60 23

0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15

едь Никель

Никель

Нихром Хромаль

mm

med

max

Рис. 1. График зависимости £ (мм) от режимов резания

Адекватность модели доказана критерием Фишера.

Из анализа уравнения следует, что скорость электроэрозионной обработки высокопористого ячеистого нихрома прямо пропорциональна времени включения импульса и обратно пропорциональна времени выключения импульса.

Зависимость скорости электроэрозионной обработки высокопористого ячеистого нихрома от высоты заготовки представлена на рис. 2.

Показано, что с увеличением высоты обрабатываемой заготовки из ВПЯМ увеличивается скорость электроэрозионной обработки, в то время как при обработке сплошных металлических заготовок наблюдается обратная зависимость, т.е. при увеличении высоты заготовки уменьшается скорость ЭЭО. Данное явление может быть связано с особенностями структуры высокопористого ячеистого нихрома. При обработке заготовки ВПЯМ минимальной высоты происходит неравномерное распределение рабочей жидкости, увеличение напора струи приводит к усиленным завихрениям рабочей жидкости, скорость электроэрозионной обработки снижа-

ется из-за неравномерного распределения рабочей жидкости по всем межэлектродным промежуткам. С увеличением высоты заготовки равномерность распределения рабочей жидкости стабилизируется, и скорость обработки ВПЯМ повышается.

8,00

сГ 2.00 Ц

и 1,00

0,00 -

20 30 40 50 60 70 ВО 100 Высота заготовки. Ь. мм

Рис. 2. График зависимости скорости электроэрозионной обработки высокопористого ячеистого нихрома от высоты заготовки

Технологическое применение полученных результатов показано на примере изготовления экспериментальной детали (по 14-му квалитету), представленной на рис.3.

Рис. 3. Эскиз обрабатываемой детали

Проведенная экспериментальная обработка доказывает возможность применения полученных экспериментальных данных при проектировании технологии электроэрозионной обработки ВПЯМ.

В работе решена задача определения межэлектродного зазора после электроэрозионной обработки высокопористых ячеистых материалов, позволяющая подобрать режимы обработки, обеспечивающие заданные показатели точности деталей из высокопористых ячеистых материалов.

207

Экспериментально исследовано влияние высоты заготовки и режимов обработки на производительность электроэрозионной обработки заготовки из ВПЯМ на основе нихрома, определена эмпирическая зависимость, позволяющая подбирать режимы резания при ЭЭО ВПЯМ, не прибегая к методике пробных резов. Показано, что скорость обработки прямо пропорциональна времени включения импульса и высоте обрабатываемой заготовки и обратно пропорциональна времени выключения импульса.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ по государственному заданию (проектная часть) № 9.1570.2014/К.

Список литературы

1. Абляз Т.Р., Вершинина Т.А., Флегентов В.К. Разработка технологии электроэрозионной обработки высокопористых ячеистых материалов // Master's Journal. 2012. № 2. C. 5 - 9.

2. Абляз Т.Р., Ханов А.М., Хурматуллин О.Г. Современные подходы к технологии электроэрозионной обработки материалов: учеб. пособие. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. 121 с.

3. Модели и свойства высокопористых ячеистых материалов / В.Н. Анциферов, А. А. Макаров, А.М. Ханов, Г.В. Башкирцев // Перспективные материалы. 2010. №3. С. 5 - 9.

4. Коваленко В.С. Нетрадиционные методы обработки материалов в Японии // Электронная обработка материалов. 2000. №3. С. 4 - 12.

5. Лазаренко Б.Р. Электрические способы обработки металлов, и их применение в машиностроении. М.: Машиностроение, 1978, 40 с.

Абляз Тимур Ризович, канд. техн. наук, доц., lowrider11-13-11@,mail.ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

INFLUENCE OF EDMCONDITIONS ON PRODUCTIVITY OF HIGHLY POROUS CELLULAR MATERIALS MACHINING

T.R. Ablyaz

The process of electrical discharge machining of highly cellular materials. The factors affecting the processing performance vysokopori-simple cellular materials. The empirical model that establishes the relationship between the height of the workpiece, the time on and off pulses, and the amount of electrical discharge machining performance. Proved the practical applicability of the results.

Key words: electro-discharge machining, cutting conditions, performance, highly porous cellular materials.

Ablyaz Timur Rizovich, candidate of technical sciences, docent, lowrider11-13-11@mail.ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University