Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ТА ТОЧНОСТІ РОЗМІРНОЇ ЕЛЕКТРОЕРОЗІЙНОЇ ОБРОБКИ НА ВИРІЗНИХ ВЕРСТАТАХ З ЧПК

Спеціальність 05. 03. 07 - Процеси фізико-технічної обробки

ОСИПЕНКО ВАСИЛЬ ІВАНОВИЧ

УДК 621. 9. 048. 4

Київ 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Черкаському інженерно-технологічному інституті на кафедрі обробки матеріалів за спеціальними технологіями.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Поляков С.П., ЧІТІ, завідувач кафедри ОМСТ. Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Ляшенко Б.А., інститут проблем міцності НАН України, завідувач відділом, Кандидат технічних наук, с. н. с. Анякін М.І., кафедра ЛТКМ НТТУ “КПІ”, с. н. с.

Провідна установа: державний аерокосмічний університет “ХАІ”, кафедра фізико-технічних основ обробки конструкційних матеріалів, м. Харків.

Захист дисертації відбудеться “20” вересня 1999 р. в 15⁰⁰ год. на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д 26. 002. 15 в Київському національному технічному університеті “КПІ” за адресою 252056, м. Київ-56, проспект Перемоги, 37, корп. 19, ауд. 417, тел. 241-76-55

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського національного технічного університету “КПІ” за адресою: 252056, м. Київ-56, проспект Перемоги, 37.

Автореферат розісланий “17” серпня 1999 р.

різання перемотування обробка

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Перехід промисловості України до випуску сучасних машин і приладів значно ускладнює виробництво інструментальної оснастки, для виготовлення якої все більш широко використовується електроерозійна обробка (ЕЕO).

За останні десять років у групі верстатів для ЕЕО електроерозійні вирізні верстати з ЧПК (ЕЕВВ) мали переважний розвиток завдяки високій ефективності електроерозійного дротяного різання при виготовленні точних складноконтурних деталей інструментального виробництва. Починаючи з 1991 року Черкаське НВП “Ротор” (єдина організація в Україні) розробляє і випускає середньогабаритні ЕЕВВ на лінійних приводах з газовим змащенням напрямних (моделі СЕЛД-02 і СЕЛД-03). Недостатність науково обгрунтованих рекомендацій по проектуванню основних технологічних систем верстатів стала основною причиною низького технічного і технологічного рівнів розробок. Для забезпечення конкурентоздатності устаткування було необхідно підвищити технічні й технологічні характеристики верстатів, основними з яких є точність і продуктивність.

Досягнення цієї мети з усією очевидністю висуває необхідність проведення досліджень процесу ЕЕО, тому що без достатнього обсягу фізико-технологічної інформації про взаємозв'язок характеристик технологічних систем ЕЕВС і фізичних процесів, що проходять у міжелектродному проміжку (МЕП), неможливо проектувати ЕЕВВ, що задовольняють вимогам підвищення точності та продуктивності обробки. Створення наукових основ технології необхідно також для формалізації процесу проектування технології як основи розвитку систем автоматизованого проектування технологічних процесів електроерозійної обробки (САПР ТП ЕЕО). Тому тема даної дисертаційної роботи присвячена дослідженням основних чинників, які визначають точність і продуктивність ЕЕО дротяним електродом-інструментом (ДЕІ) і розробці науково обгрунтованих рекомендацій по проектуванню вузлів ЕЕВВ і технологій обробки, є актуальною і має велике практичне значення.

Дисертацію виконано в рамках проекту 5. 43. 09/009-94 «Підвищення продуктивності, точності та якості розмірної електроерозійної обробки» Державної науково-технічної програми Міністерства України у справах науки і технологій.

Метою роботи є підвищення точності і продуктивності ЕЕВВ з ЧПК шляхом впровадження результатів досліджень фізико-технологічних параметрів електроерозійного дротяного різання та створення комп'ютерних методик розрахунку оптимальних технологій обробки.

Основні задачі роботи. Для досягнення поставленої мети в дисертації вирішуються такі задачі:

1. Проведення досліджень процесу ЕЕО для одержання докладної фізико-технологічної інформації про зв'язок параметрів процесу різання з конструктивними характеристиками системи направлення та механізму перемотування ДЕІ.

Підвищення показників продуктивності і точності обробки основних груп деталей інструментального виробництва за рахунок оптимізації параметрів основних технологічних систем ЕЕВВ моделі СЕЛД.

Визначення теплових та гідродинамічних умов в МЕП, які забезпечують безобривну обробку при максимальному рівні потужності, що вводиться в проміжок.

Дослідження впливу ерозійної стійкості поверхневих прошарків ДЕІ на факельне перенесення матеріалу електрода на деталь, що обробляється.

Розробка методики визначення прогинів ДЕІ та способів компенсації впливу обмеженої жорсткості дроту на точність обробки кутів і радіусів.

Створення бази технологічних даних, розробка основних алгоритмів роботи САПР ТП ЕЕО та розширення її функцій за рахунок реалізації можливостей сучасних персональних комп'ютерів.

Наукова новизна. Виявлені та досліджені гідродинамічні особливості обтікання ДЕІ робочою рідиною при коаксіальному промиванні МЕП, що дозволило розрахувати значення постійної складової температурного поля дротяного електрода та прогнозувати теплові умови введення в МЕП максимальної потужності при безобривній обробці;

визначено товщину, склад і методи формування на поверхні латунних ДЕІ захисних оксидних плівок, що збільшують ерозійну стійкість ДЕІ та усувають перенесення матеріалу електрода на поверхню деталі;

отримані узагальнені залежності для визначення електродинамічних сил, що діють на ДЕІ в процесі різання;

розроблена методика аналітичного розрахунку прогинів дротяного електрода під дією електродинамічних сил;

Практична цінність роботи полягає в наступному:

підвищено точність і продуктивність обробки (1. 5... 3 рази) деталей на двокоординатних автоматизованих ЕЕВВ;

розроблено САПР ТП ЕЕО, адаптовану до українських ЕЕВВ моделей СЕЛД;

створено базу даних для проектування чотирикоординатних верстатів нового покоління.

Реалізація роботи. Результати теоретичних та експериментальних досліджень дозволили модернізувати електроерозійні вирізні дротяні верстати СЕЛД-02 і СЕЛД-03 і забезпечити постачання споживачам САПР ТП ЕЕО. Модернізовані за результатами досліджень верстати та САПР ТП ЕЕО впроваджені на Черкаському НВП “Ротор”, Вінницькому НВО “Форт”, фірмі “Хатран Електронік” (м. Краків, Польща) та інш. Результати роботи закладені в основу конструкції вузлів макета чотирикоординатного електроерозійного вирізного дротяного верстату нового покоління СЕЛД-04.

Особистий внесок здобувача. Всі теоретичні та експериментальні дослідження автором проведені особисто, починаючи з постановки задачі і закінчуючи обробкою отриманих результатів. Роботи по створенню модулів САПР ТП ЕЕО та впровадженню результатів досліджень у виробництво носили колективний характер, що і засвідчують наукові праці здобувача, які виконано у співавторстві зі співробітниками Черкаського інженерно - технологічного інституту.

Апробація роботи. Основні положення і результати дисертації викладено в доповідях на II міжнародній конференції «Нові технології в машинобудуванні» (м. Ялта, 1993), науково-технічній конференції «Аерокосмічний комплекс: конверсія і технології» (м. Житомир, 1995), міжнародній конференції ”Високоефективні технології в машинобудуванні” (м. Алушта, 1996), науково-технічній конференції «Оснастка-97», (м. Київ, 1997).

Публікація матеріалів. По темі дисертації опубліковано 5 статей, 4 тези доповідей на міжнародних та республіканських науково - технічних конференціях, держрегістрацію пройшло 2 науково-технічних звіти.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, переліку використаних джерел із 111 найменувань та трьох додатків.

Дисертаційна робота містить 144 сторінки машинописного тексту, 34 малюнки, 7 таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі визначені основні вимоги до приводів електроерозійних вирізних дротяних верстатів з ЧПК. Зроблено огляд і аналіз відомих теоретичних і експериментальних досліджень в області технологій і обладнання для ЕЕО ДЕІ. На підставі огляду ставляться задачі дослідження.

В другому розділі приведено опис технологічного обладнання, що слугувало за базу експериментальних досліджень. Дано обгрунтування розроблених методик експериментів, вибору класу точності приладів та методів оцінки похибки результатів при прямих та непрямих вимірах.

У третьому розділі аналізуються результати експериментальних досліджень коливань ДЕІ з оцінкою їх впливу на продуктивність різання. Дано обгрунтування технічних рішень по модернізації основних технологічних систем ЕЕВВ моделі СЕЛД.

Система направлення ДЕІ верстатів СЕЛД використовує найбільш просту і зручну в експлуатації, відкриту, круглу V - утворну напрямну з кутом утворюючих 90 градусів. Така напрямна забезпечує швидке вкладання ДЕІ і придатна для дротів діаметром 0, 05... 0, 5 мм. Недоліком цього типу напрямних є підвищені амплітуди коливань ДЕІ. В результаті проведених досліджень (рис. 1) встановлено, що для стійкої фіксації ДЕІ в відкритих V - утворних напрямних необхідно, щоб співвісність верхньої і нижньої напрямних в поперечному напрямку не перевищувала 0. 01 мм, а нерівномірність руху дроту 2... 4%.

Для виконання цих вимог розроблені нові схема юстування напрямних та механізм перемотування дроту, де швидкості розмотування і натягу здійснюються різними двигунами, настроюються незалежно одна від одної, а їхня робота узгоджується електронним регулятором. Це дозволило знизити амплітуди коливань дроту до величин менше 0, 01 мм при нерівномірності 2... 4%. Такий рівень коливань забезпечує стабільність процесу різання на оптимальних міжелектродних проміжках, стабілізує роботу регулятора подачі, що в остаточному підсумку збільшує продуктивність прямого різу (рис. 2).

У четвертому розділі розглянуто питання про визначення теплових та гідродинамічних умов в МЕП, які забезпечують досягнення максимальної продуктивності різання при безобривній обробці. Рівень та ефективність використання потужності, що вводиться в МЕП, багато в чому залежать від витрат робочої рідини при її примусовому прокачуванні через проміжок. Швидкість обтікання ДЕІ безпосередньо визначає умови теплообміну на поверхні дроту, щільність шламу в проміжку та розподіл розрядів в квазіпаралельній площині уздовж довжини пазу, що прорізається (ефект гніздування).

В роботах Левіта М. Л., Парадізової М. В., Біхмана Б. М. та інших авторів є лише дані попередньої оцінки (похибка в межах 80... 120%) швидкості течії і витрат рідини при симетричному коаксіальному промиванні зазору. Визначення швидкості обтікання ДЕІ з похибкою 10.. 15% дає можливість обчислити значення коефіцієнту теплообміну між ДЕІ і зовнішнім середовищем та застосувати модель термічного навантаження на дріт для практичних розрахунків режимів різання, що забезпечують максимальну продуктивність при безобривній обробці.

Для схеми різання дротяним електродом (рис. 3) швидкість поперечного обтікання ДЕІ потоком рідини, що проходить через МЕП, можна визначити по формулі Вейсбаха для щілинних зазорів:

, (1)

де - мінімальний перетин щілини; V - швидкість потоку рідини; _р- густина рідини; -кінематична в'язкість; P_пр=P₁-P₂; h- висота заготовки.

Проблема використання (1) полягає в необхідності точного визначення P_пр=P₁-P₂ (решта складових легко вимірюються або є відомими сталими). Для виміру P_пр розроблено модельний осередок системи промивання. Приведено й описано його схему, порядок проведення експериментів, використовувана вимірювальна апаратура. Результати вимірів подано на рис. 3. На підставі узагальнення отриманих результатів розроблено методику розрахунку P_пр і по (1) швидкості поперечного обтікання ДЕІ з відносною похибкою до 10%. Для приведеної схеми промивання критерій Рейнольдса

, (2)

Середнє число Нуссельта

, (3)

де Pr - критерій Прантля.

Середній коефіцієнт тепловіддачі

, (4)

де - теплопровідність робочої рідини.

Відомо, що температурне поле електродів при ЕЕО має дві складові - постійну нерухому, зв'язану з проходженням струму по електроду та інтегральною дією на ріжучу поверхню розрядів, і змінну, рухому, зв'язану з локальною дією груп (гнізд) розрядів. Оптимальному режиму обробки повинно відповідати певне значення термічного навантаження, в тому числі і величина постійної складової температурного поля.

Для розрахунку постійної складової температурного поля ДЕІ були використані відомі аналітичні рішення рівнянь теплопровідності стержня з граничними умовами третього роду в стаціонарному режимі, з урахуванням принципу накладення, у відповідності з яким температура в процесі розповсюдження тепла при спільній дії об'ємного та плоского джерел визначається як сума температур від дії кожного окремого джерела. Отримана формула для розрахунку постійної складової температурного поля ДЕІ має вигляд:

, (5)

де I_m -амплітудне значення струму; U_s - середнє значення падіння напруги; g- скважність імпульсів; W - об'єм - дроту, що видаляється розрядами; _д - теплопровідність дроту; - коефіцієнт використання імпульсів; T₀ - початкова температура дроту; C_д1, C_д2, r_пит, T_д1, T_д2, L_д1, L_д2, _д1, _д2 - теплофізичні та електричні сталі ДЕІ; k- коефіцієнт, що визначає частку енергії переданої дроту.

Експериментальне визначення параметрів різання (I_m, U_s,. g, , W, ) та розрахунки по (5) показали, що для кожного конкретного режиму обробки можливо розрахувати максимально допустиме значення постійної складової температурного поля ДЕІ, при якій забезпечується максимальна продуктивність і безобривна обробка (рис. 5). Для режимів повного зйому генератора ГКІ300-200 80⁰ T_пе 90⁰. Перевищення T_пе збільшує вірогідність локалізації розрядів в окремому гнізді. Локалізація викликає інтенсивне заповнення невеликої ділянки МЕП газопаровою сумішшю, що значно погіршує теплообмін між ДЕІ та навколишнім середовищем. Внаслідок цього відбувається локальний стрибковий ріст змінної складової температурного поля ДЕІ, що і стає причиною обриву дроту.

Розроблена методика визначення коефіцієнтів тепловіддачі на поверхні ДЕІ та формула (5) дозволяють на етапі проектування технологічного процесу розрахувати режими роботи генератора та параметри промивання МЕП, які забезпечують безобривну обробку при максимальній потужності, що вводиться в проміжок. В остаточному підсумку це на 40-60% підвищує продуктивність обробки сталі на верстатах моделі СЕЛД в порівнянні з моделями, оснащеними таким же генератором (рис. 2.). Збільшення потужності, що реалізується в МЕП, а отже і зменшення робочих величин проміжку при використанні режимів з довжиною імпульсу t_і 3 мкс та амплітудним значенням струму I_m 180 А призводить до запаювання верхньої ділянки паза перенесеним матеріалом електрода. Виходячи з відомої гіпотези про підвищену ерозійну стійкість двошарових електродних систем, це пояснюється наступним.

При електроерозійному дротяному різанні в середовищі водопровідної води на поверхні латунного дротяного електрода утворюються захисні плівки складного складу, що переважно містять оксиди металів основного матеріалу. Ці нові утворення зменшують глибину проникнення тепла усередину дротяного електрода, що істотно знижує масу металу, яка видаляється одиничним розрядом. Безупинна спрямована подача ДЕІ в зону обробки призводить до того, що у верхньому перетині деталі різання здійснюється ділянкою дроту без оксидної плівки. Відсутність двошарової системи призводить до різкого локального збільшення маси латуні, яку випарувано одиничним імпульсом. Пари латуні (факели) запаюють прорізаний паз на глибину 1. 5... 2. 5 мм. При просуванні ділянки ДЕІ вглиб паза на його поверхні встигає сформуватись захисна оксидна плівка. Починаючи з глибини 3... 5 мм на поверхні паза можна спостерігати лише окремі незначні включення латуні, тому що процеси руйнації та відновлення плівки стають рівноважними. Запаювання паза парами латуні практично виключає однопрохідну обробку, так як роз'єднання деталі з заготовкою і видалення прошарку латуні є досить складним завданням. Для відділення деталі від заготовки і видалення латуні звичайно потрібно додатковий прохід, що складає від 15% до 25% часу обробки. Очевидно, що сформувавши на поверхні ДЕІ захисну оксидну плівку, близьку по товщині і топографії до утвореної під час різання, можливо забезпечити мінімальний знос ДЕІ на вході в зону обробки й усунути факельне перенесення латуні на стінки паза.

Для прискореного формування на ДЕІ оксидних плівок автором розроблено спеціальну технологію, по якій дріт змотують із котушки і пропускають через нагрівач з атмосферою, нагрітою до 600... 700⁰С, піч з водопаровою атмосферою, нагрітою до 250... 300⁰С і сушильну піч з атмосферою, нагрітою до 200... 250⁰С. Для визначення товщини і топографії плівки на зразках ДЕІ використовувалися методи металографії і растрової електронної мікроскопії.

Встановлено: товщина оксидної плівки на ДЕІ в стані постачання складає 0, 5... 1, 5 мкм; після термообробки 5... 6 мкм; після експлуатації, незалежно від вихідного стану поверхні всі зразки мали товщину плівки 5... 8 мкм.

Електроерозійне різання дротом із попередньо сформованою захисною плівкою показало повну відсутність відкладень латуні на всій поверхні прорізаного паза при підвищеній продуктивності обробки і використанні режимів з довжиною імпульсу t_і 3 мкс та амплітудним значенням струму I_m 180 А.

У п'ятому розділі за допомогою аналітичних і експериментальних методів проаналізовано вплив низької жорсткості ДЕІ на швидкість і точність обробки складних геометричних контурів. Цілком очевидно, що без достатньо швидкого і точного визначення форми дроту розробити стратегію обробки складних контурів, яка сполучить швидкість близьку до максимальної, і високу точність не уявляється можливим.

Базуючись на результатах експериментальних вимірів розмірів максимальних прогинів дроту при різанні сталей і твердих сплавів автор розробив методику розрахунку прогинів дроту, що дозволяє на етапі проектування технологічного процесу розрахувати форму дротяного електрода та з її урахуванням побудувати траєкторію руху приводів верстата.

Дріт, навантажений електродинамічними силами, поданий у виді нитки, на яку на ділянці різу діє рівномірно розподілене на

Диференційне рівняння прогину дроту має вигляд:

(6)

Рівняння прогину в інтегральній формі має вигляд:

(7)

Інтегруючи рівняння (7) отримаємо загальний вигляд рівняння форми дроту:

(8)

З урахуванням впливу пружності матеріалу вираз для визначення зусилля натягу дроту має вигляд:

, (9)

де EF - жорсткість перерізу; D - геометричний коефіцієнт.

Мінімальний розмір прогину на ділянці різу:

, (10)

Максимальний розмір прогину на ділянці різу:

, (11)

Узагальнення результатів експериментальних досліджень дозволило отримати вирази для розрахунків q при різанні інструментальних сталей (У8, Х12М, Ст45) та твердих сплавів (ВК8... ВК20)

, (12)

, (13)

Результати розрахунків із використанням отриманих рівнянь (10), (11), (12), (13) узгоджуються з результатами експериментальних вимірів із похибкою, що не перевищує 6%. Таким чином, на етапі проектування технологічного процесу вдається з високим ступенем точності одержати значення розмірів прогинів дроту і з їхнім урахуванням визначити оптимальну стратегію обробки.

Результати досліджень оформлені у вигляді програмних блоків і конверторів системи автоматичної підготовки керуючих програм, реалізованій на IBM PC 286, що стикована з системою ЧПК електроерозійного вирізного верстату типу СЕЛД. САПР дозволяє технологу в діалоговому режимі одержати оптимальні сполучення електричних і гідравлічних параметрів при обробці сталей і твердих сплавів та при необхідності сформувати траєкторію руху вузлів фіксації ДЕІ, що компенсує вплив низької жорсткості дроту на точність обробки кутів і радіусів.

У п'ятому розділі вирішено питання практичного використання результатів досліджень, що знайшли застосування при розробці і впровадженні електроерозійних вирізних дротяних верстатів СЕЛД 02, СЕЛД 02М, СЕЛД 03. У додатках приведено програми розрахунку розмірів прогинів дротяного електрода і корекції траєкторії обробки, а також Акти про використання результатів дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

Отримано аналітичні, експериментальні та узагальнені залежності, які дозволили виявити діючі в процесі електроерозійного дротяного різання закономірності впливу характеристик технологічних систем ЕЕВВ на рівень і ефективність використання потужності, що вводиться в МЕП, та точність обробки складних контурів.

Визначено умови стабільної фіксації ДЕІ у відкритих V - утворних напрямних. Виконано оптимізацію конструкції системи направлення і механізму перемотування ДЕІ, що забезпечило високу стабільність фіксації (амплітуда коливань менше 0, 01 мм) і рівномірність руху дроту (нерівномірність менше 4%) у зоні обробки.

Досліджені та виявлені гідродинамічні особливості обтікання ДЕІ робочою рідиною при коаксіальному промиванні МЕП, що дозволило розрахувати значення постійної складової температурного поля дротяного електрода та прогнозувати теплові умови введення в МЕП максимальної потужності при безобривній обробці.

Визначено товщину, склад і методи формування на поверхні латунних ДЕІ захисних оксидних плівок, що усувають перенесення матеріалу електрода на поверхню деталі.

Отримано узагальнені вирази для розрахунків розподіленого навантаження, що діє на ДЕІ від силових розрядів і потоку рідини промивання при різанні інструментальних сталей (У8, Х12М) і твердих сплавів (ВК8, 10, 20). Аналітичним шляхом виведено рівняння для розрахунку прогину ДЕІ. Розрахункові й експериментально обміряні значення прогинів ДЕІ узгоджуються між собою задовільно (відмінності не перевищують 6%), що дозволяє розрахувати прогин ДЕІ на етапі проектування технологічного процесу обробки деталі і побудувати траєкторію руху приводів подачі, що компенсує вплив низької жорсткості дроту на точність обробки кутів і радіусів на чорнових режимах різання.

На базі графічного пакета АUTOCAD-10 розроблена САПР технологічного процесу обробки складноконтурних деталей з інструментальних сталей і твердих сплавів.

В результаті впровадження модернізованого ЕЕВВ СЕЛД-02 і САПР керуючих програм, спільний час проектування технологічного процесу і виготовлення широкого спектра деталей інструментального виробництва скоротився в 1. 5... 3 рази.

Модернізовані за результатами досліджень верстати моделі СЕЛД-02 і САПР керуючих програм впроваджені на 3 підприємствах України, 2 підприємствах Росії і 1 підприємстві Польщі.

Основний зміст дисертації опубліковано в роботах:

Осипенко В.І., Ступак Д.О., Поляков С.П. Підвищення продуктивності електроерозійного вирізання. // Вісті Черкаського інженерно-технологічного інституту. - 1998. - №1. -С. 77-82.

Осипенко В.І, Плахотний О.П. Розрахунок прогину дротяного електрода при 4-координатній електроерозійній різці // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. -1997. -N19-20. -С. 17-18.

Осипенко В.І., Ступак Д.О., Пилипенко О.М. Підвищення ерозійної стійкості латунних дротяних електродів // Машинознавство. -1998. - N2. -С. 17-19.

Осипенко В.И., Плахотный А.П., Поляков С.П. Моделирование и управление технологическим процессом 4-координатной электроэрозионной обработки// Труды 4 Украинской конференции по автоматическому управлению “Автоматика-97”. - Том 5. -Черкассы. -1997. -С. 70.

Поляков С.П., Осипенко В.І. Дослідження точності та основних технологічних характеристик електроерозійного вирізного верстату з газовим змащенням напрямних // Вісті Академії інженерних наук України. - 1995. -N 2. - С. 3-5.

Поляков С.П., Осипенко В.И., Корогодский А.И., Юхмич Т.Б. Автоматизированный электроэрозионный вырезной станок на линейных двигателях с газовой смазкой в направляющих //Тезисы докладов научно-технической конференции. “Аэрокосмический комплекс: конверсия и технологии”. - Житомир, 1995. - С. 103-104.

Осипенко В.И., Плахотный А.П., Поляков С.П. “Математические и технологические аспекты САПР 4-х координатной электроэрозионной обработки// Материалы конференции “Оснастка-97”. - Киев, 1997. - С. 33-35.

АНОТАЦІЯ

Осипенко В. І. Підвищення продуктивності та точності розмірної електроерозійної обробки на вирізних верстатах з ЧПК. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 03. 07- Процеси фізико-технічної обробки. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 1999.

Дисертація присвячена дослідженню основних чинників, які визначають точність обробки, рівень та ефективність використання потужності, що вводиться в МЕП при електроерозійному дротяному різанні на вирізних верстатах з ЧПК. В роботі встановлені експериментальні, аналітичні та узагальнені залежності, які дозволяють виявити взаємозв'язок конструктивних характеристик технологічних систем ЕЕВВ та фізико-технологічних параметрів процесу різання, визначити теплові та гідродинамічні умови безобривної обробки при максимальній продуктивності знімання металу. Це надало можливість сформулювати вимоги та науково обгрунтовані рекомендації по проектуванню вузлів верстатів, розробити методику розрахунку параметрів технологічних процесів виготовлення широкого спектра деталей інструментального виробництва. Основні результати досліджень дозволили модернізувати електроерозійні вирізні дротяні верстати СЕЛД-02 і СЕЛД-03, забезпечити постачання споживачам САПР ТП ЕЕО та розробити конструкції основних вузлів макета чотирикоординатного ЕЕВВ СЕЛД-04.

Ключові слова: дротяний електрод, міжелектродний проміжок, розряд, імпульс, аналіз, математична модель, термічне навантаження, прогин дротяного електрода.

АННОТАЦИЯ

Осипенко В. И. Повышение производительности и точности размерной электроэрозионной обработки на вырезных станках с ЧПУ. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05. 03. 07 - Процессы физико-технической обработки. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 1999.

Диссертация посвящена исследованию основных факторов, определяющих точность обработки, уровень и эффективность использования мощности, вводимой в МЭП при электроэрозионной проволочной резке на вырезных станках с ЧПУ. В работе проведен критический анализ основных методов и средств повышения производительности и точности процесса формообразования на ЭЭВС. На основании анализа объектами исследований были выбраны:

Колебания ПЭИ и параметры системы направления и механизма перемотки, их определяющие.

Гидродинамические особенности обтекания ПЭИ рабочей жидкостью, их влияние на значение термической нагрузки на проволоку и уровень мощности, вводимой в промежуток.

Толщина и состав оксидных пленок на поверхности ПЭИ и их влияние на факельный перенос материала электрода на обрабатываемую деталь.

Способы определения прогибов ПЭИ и методы компенсации влияния на точность обработки углов и радиусов низкой жесткости проволоки.

Проведенные исследования позволили выявить условия стабильной фиксации ПЭИ в открытых V-образных направляющих (амплитуды колебаний менее 0. 01 мм) и сформулировать обоснованные технические требования к системе направления и механизму перемотки.

Для исследований параметров потока промывки МЭП разработана оригинальная модельная ячейка системы промывки. В диссертации приведены и описаны ее схема, порядок проведения экспериментов, используемая измерительная аппаратура. Полученные экспериментальные данные о скоростях промывки МЭП позволили определить коэффициент теплообмена между ПЭИ и рабочей средой. Используя известные аналитические решения уравнений теплопроводности стержня с граничными условиями третьего рода в стационарном режиме, получено выражение, дающее возможность оценить постоянную составляющую температурного поля ПЭИ и установить характер ее связи с параметрами режима обработки. Проведенный комплекс испытаний показал, что с доверительной вероятностью более 90%, предложенную модель термической нагрузки на ПЭИ, можно использовать для прогнозирования условий безобрывной обработки при максимальном уровне мощности вводимой в промежуток.

В конечном итоге это позволило на 40-60% увеличить производительность обработки стали на станках модели СЭЛД в сравнении с моделями, оснащенными таким же генератором.

Увеличение мощности вводимой МЭП и уменьшение рабочих величин промежутка при использовании режимов с длительностью импульсов более 3 мкс и амплитудами тока более 180 А приводит к запаиванию верхней части прорезанного паза перенесенным материалом электрода. Это практически исключает однопроходную обработку из-за сложностей, возникающих при отделении детали от заготовки и удалении с ее поверхности слоя латуни. Проведенный комплекс исследований позволил установить, что наиболее существенное влияние на факельный перенос материала электрода оказывают образующиеся на поверхности латунных ПЭИ оксидные пленки. В работе определены толщина (5-6 мкм) и состав (60... 65% Сu₂O; 25... 30% CuO; 7... 10% ZnO) оксидных пленок, обеспечивающих полное устранение переноса латуни на поверхность детали. Разработана методика ускоренного искусственного формирования на поверхности проволоки защитных пленок требуемого состава и толщины.

В диссертации значительное место занимают исследования влияния на точность обработки углов и радиусов низкой жесткости проволочного электрода. Разработана методика аналитического расчета прогибов ПЭИ, получены обобщенные выражения для определения усилий действующих на проволоку в зависимости от обрабатываемого материала, скорости резания и условий промывки МЭП. Расчетные значения прогибов проволоки согласуются с экспериментально измеренными с погрешностями, не превышающими 6%. Это позволяет на этапе проектирования технологического процесса с высокой степенью точности рассчитать значения прогибов проволоки и с их учетом сформировать траекторию движения узлов фиксации ПЭИ, компенсирующую влияние низкой жесткости проволоки на точность обработки углов и радиусов контура. Выбор оптимальной стратегии обработки позволяет в 2.. 2, 5 раза снизить погрешности контура при увеличении времени обработки на 5... 20%.

Основные результаты исследований позволили модернизировать электроэрозионные вырезные проволочные станки СЭЛД-02 и СЭЛД-03, обеспечить поставку потребителям САПР ТП ЭЭО и разработать конструкции основных узлов макета четырехкоординатного ЭЭВС СЭЛД-04.

Ключевые слова: проволочный электрод, межэлектродный промежуток, разряд, импульс, анализ, математическая модель, тепловая нагрузка, прогиб проволочного электрода.

ANNOTATION

Vasiliyi I. Osipenko. Rising of Precision of the Dimension Electric Discharge Machining at the Cutting Numerically Controlled Programmed Machine Tools. - Manuscript.

The dissertation for the Scientific Degree of Candidate of technical sciences on speciality 05. 03. 07- processes of physic-technical machining. The National Ukraine Technical University “Kiev Polytechnic Institute”, Kiev, 1999.

The dissertation is devoted to the investigation of the basic factors which determine the precision level and efficiency of the input power usage in IEI for the Electro discharge wire cutting at the cutting numerically controlled programmed machine tools. Herein the experimental, analytical and generalised dependencies, which give a possibility to find out the interrelationship of the technological systems constructive characteristics EDCM and physical and technological parameters of the cutting process, to determine heat and hydrodynamic conditions for smooth processing through the maximal productivity of metal removal are determined. This has given an opportunity to make demands and scientifically studied recommendation for machine units design, work out a methodology of technological processes parameters accounting for instrumental production tools of wide spectrum. The main results of the investigation has given an opportunity to modern electric discharge wire machinery СЭЛД-02 and СЭЛД-03, to provide users with CAD TP EDM and work out construction of the main units of the four-coordinate model EDCM СЭЛД-04.

Key words: wire electrode, interelectrode interval, discharge, impulse, analysis, math model, heat duty, wire electrode flexure.

Размещено на Allbest.ru