Материал: Нетрадиционные методы обработки в современном машиностроении

1.5. Сила тока

В первом приближении среднюю величину силы тока можно найти по энергии импульса (A_и), среднему напряжению (U_ср) и длительности импульса (_и.).

I_ср = А_и / (U_ср_и.) (1.3)

Среднее значение напряжения U_ср= (0,5 …0,75)U₀, где U₀— напряжение холостого хода при разомкнутых электродах. Напряже­ние U₀ легко контролировать в процессе обработки.

При электроискровом режиме принимают U₀ = 40… 180.

Среднюю силу тока определяют через ее значение I_к при ко­ротком замыкании электродов: I_ср = (0,5 … 0,75) I_к. Силу тока короткого замыкания можно устанавливать и контролировать по приборам станка. Ее выбирают в зависимости от обрабатываемого материала и требуемой шероховатости поверхности.

Длительность импульсов _и обратно пропорциональна частоте f их следования.

Длительность импульсов для черновой обработки сталей _и= = 200… 10⁵ мкс, для чистовой - _и = 5..200 мкс. Для твер­дых сплавов длительность импульса еще на 2…3 порядка ниже.

1.6. Производительность

Производительность Q процесса электро­эрозионной обработки оценивается отношением объема или массы удаленного металла ко времени обработки. Такой критерий оценки неприменим для способа разрезания заготовок непрофилированным электродом, так как объем металла, удаленного за счет эрозии, не­значителен, а его основная часть удаляется в виде цельного куска. Под производительностью обработки непрофилированным электродом понимают отношение площади боковой поверхности паза ко времени обработки. Площадь боковой поверхности определяется произведением длины пути, пройденного проволочным электродом-инструментом в направлении подачи за время обработки, на тол­щину заготовки. Так же можно оценивать производительность раз­резания диском и лентой. Здесь ширина паза не сказывается на форме и размерах заготовок, поэтому ее можно не учитывать.

Производительность рассчитывается по формуле:

Q = _мА_иf. (1.4)

где  — коэффициент, учитывающий коли­чество холостых импульсов;

f — частота импульсов, вызы­вающих эрозию.

Для получения высокопроизводительного режима необходимо, чтобы  был ближе к единице, т. е. чтобы как можно больше им­пульсов участвовало бы в процессе эрозии. При малой частоте импульсов (черновая обработка) 0,85, в случае высокой частоты (чистовая обработка) 0,75.

Через _м обо­значен объем металла, снимаемого одним или несколькими импуль­сами с суммарной энергией 1 Дж. _м можно рассчитать, зная радиус лунки, образовавшейся после обработки, который равен приблизительно 20 мкм.

Выбор и расчет частоты производится на основании таблицы 1.1

Таблица 1.1

При одних и тех же режимах количество снятого материала будет зависеть от его характеристик и оцениваться показателем обрабатываемости, т.е. отношением массы снятого исследуемого материала к массе металла, снятого с заготовки из стали 45 при оди­наковых условиях обработки. Сталь 45 выбрана как наиболее ши­роко применяемый конструкционный материал.

Вольфрам при прямой полярности имеет коэффициент обраба­тываемости 0,7; молибден — 0,8; алюминий—1,5; магний — 2,5. Обрабатываемость железа близка к единице. Чугун имеет низкую обрабатываемость из-за включений свободного графита. Жаропроч­ные сплавы благодаря низким температуропроводности и теплосо­держанию в расплавленном состоянии обрабатываются лучше ста­ли 45.

Значения, найденные расчетным путем, необходимо скорректировать в соответствии со значением коэффициента обрабатываемости.

1.7. Точность обработки

При ЭЭО на точность изготовления деталей влияют: точность изготовления электрода-инструмента; износ электрода-инстру­мента вследствие эрозии; погрешности формы и размеров углуб­ления на заготовке относительно электрода-инструмента.

Для большинства режимов обработки износ в случае схемы прошивания сталей на электроискровом режиме медными и латунными электродами составляет 4 …50% , для графитовых электродов – 0,1…6,0% от объема снятого с заготовки металла, для чугунных – 10-25%;

Для снижения влияния износа электродов-инструментов на точ­ность изготовления, их изготовляют из материала, стой­кого к эрозии, например, из вольфрама, меднографита, коксографитовых композиций; используют так называемые безизносные схемы, при которых часть материала с заготовки или из рабочей среды осаждают на электроде-инструменте, компенсируя тем самым его износ; заменяют изношенные участки электрода-инструмента путем продольного перемещения, как при прошивании сквозных отверстий и обработке непрофилированным электро­дом, или заменяют весь инструмент; производят правку и калибровку рабочей части электрода-инструмента.

Погрешности размеров и формы углубления в заготовках зави­сят в основном от нестабильности режима обработки, вызванной колебаниями напряжения в сети, изменениями скорости подачи, износом электрода-инструмента, ошибками системы программного управления, изменениями межэлектродного зазора.

Для определения суммарной погрешности ₀ складывают по­грешности изготовления электрода-инструмента _и, его износ _э и систематические ошибки, свойственные электроэрозионной и меха­нической обработке _м._о, а также учитывают погрешности формы и размеров углублений на заготовке относительно электрода-инст­румента _ф и случайные ошибки ₁ характерные для любого вида обработки:

₀=_м._о + _и + _э+

где _э – величина относительного износа;

k — коэффициент кривой рассеивания размеров (для закона нормального распределения k=1/9). = =0,3…0,5 от величины о. С учетом этого:

₀ = (_м._о + _и +  _э )/(0,7…0,5) (5)

Суммарная погрешность ₀ не должна превышать допустимую погрешность на изготовление де­тали.

Для повышения точности необходимо производить калибровку новым ЭИ.

Точность изготовления деталей на электроискровом оборудовании про­фильным электродом-инструментом достигает 6 … 7-го квалитета, непрофилированным — 5…6-го квалитета.

1.8. Рабочая среда

Для электроискровой обработки используют следующие рабочие среды: воду, керосин, жидкие масла, углеводородные жидкости.

Сравнительные характеристики сред приведены в таблице 1.2

Таблица 1.2 Рабочие среды для электроискровой обработки

1.9. Скорость подачи эи

Скорость подачи профильного ЭИ находят из расчета производительности процесса по формуле (1.4).

Если площадь обрабатываемой поверхности постоянна по глу­бине, то скорость линейной подачи электрода-инструмента

V_и=Q/S, (1.6)

где S — площадь проекции обрабатываемой поверхности на плос­кость, перпендикулярную направлению подачи.

Для непрофилированного ЭИ находят скорость линейного перемещения проволоки по контуру обрабатываемой заготовки, , мм/с:

, (1.7)

где К_и – коэффициент, для твердых сплавов К_и= (4,75-5,5)10^-4;

Н – толщина заготовки, берется из чертежа детали.

1.10. Основное время обработки детали на станке

1.10.1. Основное время

Основное время для обработки профильным ЭИ

(1.8)

где z — размер припуска (берется равным углублению электрода-инструмента в направлении подачи).

При обработке непрофилированным ЭИ:

(1.9)

где L – длина контура при вырезании профиля проволочным ЭИ, рассчитывается путем сложения длины отдельных участков, показанных на чертеже детали.

1.10.2. Штучно-калькуляционное время (t_ш.к)

Составляющие штучно-калькуляционного времени (вспомогательное время t_в, время обслуживания t_обс, время отдыха t_отд , подготовительно-заключи­тельное время t_п.з.) находят по нормативам.

, (1.10)

где N — число деталей в партии.

Приближенно

(1.11)

1.11. Дополнительные операции

Если намечаются дополнительные операции, для доведения технологических показателей до требований чертежа детали необ­ходимо рассчитать их трудоемкость и найти общие затраты време­ни t_общ на выполнение электроэрозионной и последующих опера­ций.

1.12. Обоснование выбора метода обработки

Обоснование выбора метода обработки включает в себя сравнение общих затрат времени на электроэрозионную обработку с ранее применявшейся на этой операции обработкой. Если проекти­руют процесс производства нового изделия, то для сравнения берут технологию механической обработки, позволяющую получить тре­буемую деталь. Из исходных данных берут программу выпуска де­талей, подбирают серийный станок, обеспечивающий изготовление заданной детали, и проводят предварительное технико-экономиче­ское обоснование целесообразности использования электроэрозион­ной обработки.