Способ электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра
METHOD FOR ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING OF SMALL DIAMETER HOLES

Изобретение относится к электроэрозионной обработке и может быть использовано для электроэрозионной прошивки отверстий малого диаметра широкой номенклатуры деталей, например, перфорационных отверстий в лопатках из жаропрочных сплавов.
В настоящее время существуют различные способы электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра, основной проблемой которых является невысокое качество поверхности получаемых отверстий из-за образования слоя материала, измененного в результате обработки.
Известен способ электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра, включающий периодическую подачу импульсов рабочего напряжения, согласованную с наложением на рабочую зону обработки ультразвуковых колебаний, причем импульсы напряжения подают в пакете с паузами между подачей пакетов импульсов, причем перед подачей пакета импульсов рабочего напряжения подают импульс напряжения повышенной энергии от 0,1 до 1 Дж, затем производят наложение ультразвуковых колебаний, затем прекращают наложение ультразвуковых колебаний и подают пакет импульсов рабочего напряжения энергией от 0,01 до 0,03 Дж (патент РФ №2596567, В23Н 7/38, В23Н 9/14, 10.09.2016).
Недостатком известного способа является то, что в результате периодической подачи импульсов электрического напряжения с повышенной энергией снижаются показатели качества получаемых отверстий: увеличивается шероховатость и толщина измененного слоя, а также происходит увеличение износа электродов-инструментов.
э
Наиболее близким предлагаемому способу является способ электроэрозионной прошивки отверстий, включающий наложение на электрод ультразвуковых колебаний, согласованных с подачей импульсов рабочего напряжения, причем подачу импульсов рабочего напряжения синхронизируют с фазой сближения электродов по зависимости ϕ=2πƒt+kπ, где ƒ - частота подачи ультразвуковых колебаний, t - время, с, l<k<1,5, а частоту подачи электрических импульсов ƒ дискретно изменяют по мере углубления электрода в заготовку, причем частота подачи ультразвуковых колебаний составляет 18-88 кГц, а амплитуда - 5-30 мкм (патент РФ №2522864, В23Н 7/38, опубл. 20.07.2014).
Недостатком известного способа является то, что приведенный в нем порядок чередования импульсов рабочего напряжения и подачи ультразвуковых колебаний не обеспечивает улучшения качества получаемых электроэрозионным способом отверстий, а именно получение поверхностей без измененного слоя и снижения шероховатости.
Техническим результатом изобретения является повышение качества поверхности получаемых отверстий за счет удаления измененного слоя и снижения шероховатости.
Указанный технический результат достигается способом электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра, включающий прошивку отверстий электродом-инструментом путем периодической подачи импульсов рабочего напряжения, согласованной с наложением ультразвуковых колебаний на рабочую зону обработки, в котором, в отличие от прототипа, после прошивки отверстий ультразвуковые колебания продолжают подавать на электроды, расположенные в полученных отверстиях, в среде рабочей жидкости с частотой 16…44 кГц и амплитудой вибрации 5…20 мкм, при этом электродам сообщают орбитальное движение с эксцентриситетом относительно оси отверстий 5-50 мкм в течение 1…10 мин.
Подача на электроды, расположенные в полученных отверстиях, ультразвуковых колебаний в указанных диапазонах параметров с приданием орбитального движения электродов с эксцентриситетом относительно оси отверстий 5-50 мкм в течение 1…10 мин позволяет за счет воздействия ультразвуковых колебаний в среде рабочей жидкости инициировать развитие кавитационных явлений, приводящих к разрушению и удалению измененного слоя, которые локализуются в приповерхностном слое отверстий. При орбитальном движении электрода за счет касания стенок отверстия происходит разрушение и удаление измененного слоя и снижение шероховатости поверхности и тем самым повышается качество обработки.
Предлагаемое изобретение осуществляют следующим образом.
Для реализации способа электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра обрабатываемую деталь устанавливают и закрепляют в приспособлении, находящемся в рабочей ванне станка. Ванну заполняют рабочей жидкостью. Электроды-инструменты подводят к обрабатываемой детали, и включают привод рабочей подачи электрода-инструмента.
Процесс прошивки отверстий заключается в копировании формы электрода-инструмента в обрабатываемой детали.
В результате протекания электрических разрядов в поверхностном слое отверстий формируется измененный по структуре, фазовому и химическому составу слой, физико-механические свойства которого существенно отличаются от исходных свойств обрабатываемой детали. Данный слой имеет значительное количество дефектов структуры и растягивающие остаточные напряжения. Измененный слой в зависимости от технологических параметров обработки и свойств обрабатываемого материала может иметь толщину от нескольких микрометров до десятков микрометров.
После прошивки отверстий электроды не выводят из отверстий и на них подают ультразвуковые колебания в среде рабочей жидкости с частотой 16…44 кГц и амплитудой вибрации 5…20 мкм, при этом электродам сообщают орбитальное движение в отверстиях с эксцентриситетом 5…50 мкм в течение от 1…10 минут. Величина эксцентриситета орбитального движения электрода-инструмента подбирается в зависимости от величины бокового межэлектродного промежутка, достигнутого при электроэрозионной обработке.
Пример.
Для оценки качества поверхностного слоя отверстий были проведены следующие исследования. Образцы из сплавов на никелевой основе ЖС32-ВИ и ВКНА-В1-ВИ подвергали электроэрозионной обработке по режимам, указанным в предлагаемом техническом решении и способе- прототипе. Получали отверстия глубиной 5 мм с диаметром от 0,5 до 1,2 мм.
Технологические параметры устанавливали в следующих диапазонах:
- частота импульсов 80 кГц;
- скважность импульсов 1,2…1,5;
- импульсное напряжение 55 В;
- импульсный ток 10…20 А;
- ток импульсов поджига 1…3А;
- длительность пакетов импульсов 0,5…2 мс;
- длительность паузы между пакетами импульсов 0,5…3мс;
- рабочая жидкость: керосин осветительный (50% объемн.) + индустриальное масло И-12 (50%).
После прошивки отверстий, не вынимая электрод-инструмент, производили дальнейшую обработку стенок отверстий с наложением ультразвуковых колебаний к электродам-инструментам с частотой 22 кГц, амплитудой вибрации 20 мкм, и сообщением им орбитального движения относительно оси отверстий с величиной эксцентриситета 10 мкм в течение 3 мин.
В результате обработки диаметр отверстий увеличен на 15 мкм, шероховатость поверхности боковых стенок отверстий составила Ra 1,6 мкм.
При осуществления электроэрозионной обработки отверстий малого диаметра по способу - прототипу шероховатость поверхности боковых стенок отверстий составила Ra 3,2 мкм.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить качество поверхности получаемых отверстий за счет удаления измененного слоя и снижения шероховатости.