Обработка миниатюрных изделий профилированным электродом

Категория:
Технология миниатюрных изделий


Обработка миниатюрных изделий профилированным электродом

Электроэрозионным методом прошивают отверстия диаметром 0,1—0,5 мм в сетках, ситах, фильерах, распылителях, фильтрах, волоках. При этом обеспечивается точность ±0,01 мм. Отверстия диаметром менее 0,1 мм в большинстве случаев эффективней обрабатывать лазерным и электронно-лучевым методами. Минимальный диаметр отверстий, который удалось прошить электроискровым способом, равен 0,009 мм. При этом для электрода использовали вольфрамовую проволоку диаметром 0,005 мм.

Межэлектродный зазор поддерживался следящей системой в пределах 0,0025 мм при токе обработки / = 40 мА. Для наблюдения за ходом электроискрового прошивания применяли микроскоп с увеличением 30х. Диэлектрическую жидкость тщательно фильтровали. Ванна для нее была изготовлена из прозрачного оргстекла для наблюдения за точностью установки и процессом обработки.

Применение электроэрозионного метода наиболее целесообразно при обработке изделий, имеющих различные фасонные полости, прорези, канавки и другие элементы сложной конфигурации. Преимущества электроэрозионного метода проявляются не только при изготовлении изделий из труднообрабатываемых материалов, но и при обработке изделий из сравнительно легкообрабатываемых материалов. Так, при малых толщинах изделий, во время механической обработки неизбежен брак, возникающий вследствие деформаций от усилий зажима и сил резания. При электроэрозионной обработке деформации обрабатываемого изделия нет, кроме того, не образуются и заусенцы. Недостатками электроэрозионной обработки являются сравнительно малая производительность процесса, значительный износ электрода-инструмента, недостаточная точность.

Технология обработки типовых изделий. Основными технологическими параметрами, определяющими процесс электроэрозионной обработки, являются энергия, вводимая в зону обработки, или напряжение на электродах, ток короткого замыкания, емкость и время обработки. Для настройки на заданные режимы и наблюдения на электроэрозионных станках предусматриваются соответствующие приборы.

Электроэрозионный метод обработки позволяет без приложения ощутимых усилий успешно осуществлять одновременное прошивание большого количества малых отверстий в тонких и маложестких изделиях, изготовленных из жаропрочных, нержавеющих и других труднообрабатываемых материалов. Номенклатура изделий с отверстиями, пазами, прорезями, щелями малых размеров постоянно увеличивается. К этим изделиям относятся детали топливной аппаратуры двигателей, фильеры и форсунки для производства химических и стеклянных волокон, дюзы и волоки, фильтры, сита; электроискровым способом изготовляются мелкоструктурные сетки электровакуумных устройстве прямоугольными и квадратными отверстиями с узкими перемычками, резонаторы и детали замедляющих систем, анодные блоки магнетронов.

Рассмотрим технологию изготовления сферических сеток электронных устройств как типовую, включающую элементы обработки профилированным и непрофилированным (проволочным) электродами.

Технологическим процессом изготовления сферических сеток из молибдена толщиной 0,2—0,3 мм и диаметром 10 мм предусматривается изготовление специального обрабатывающего электрода. Электрод представляет собой медный стержень, на конце которого выполнены пазы в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Ширина пазов определяется шириной перемычек сетки с учетом межэлектродного зазора, а их шаг — шагом перемычек. Пазы на электроде изготовляют электроискровой прорезкой непрофилированным электродом (проволокой на координатной установке СН-144).

Заготовку электрода закрепляют цангой в поворотном приспособлении. На одном конце электрода нарезают пазы на глубину 5—6 мм непрерывно движущейся медной проволокой диаметром 0,1 мм. Затем электрод поворачивают на 90° и пазы нарезают в перпендикулярном направлении.

В качестве диэлектрической жидкости используют осветленный керосин. Оптимальными электрическими режимами изготовления пазов в электроде являются напряжение на конденсаторе при разомкнутых электродах — 100 В; ток короткого замыкания — 0,7—0,8 А; емкость —0,25 мкф. При таких параметрах обеспечивается получение шероховатости обрабатываемой поверхности в пределах от Rz ^ 20 мкм до Ra «с. 2,5 мкм и точность изготовления до ±0,03 мм. Время нанесения пазов в электроде составляет от 6 до 12 ч в зависимости от типоразмера сетки.

Для снятия внутренних напряжений в заготовках сферических сеток их следует перед электроискровой обработкой подвергнуть отжигу. Изготовление отверстий в сферической сетке происходит за один проход. Обрабатывающий электрод крепят в элек-трододержателе, а заготовку — в приспособлении, что позволяет устанавливать обрабатывающий электрод по центру заготовки.

По мере внедрения электрода в обрабатываемую деталь образуется своеобразный лабиринт, по которому продукты обработки попадают в диэлектрическую жидкость, и их удаление из центральной части сферы затрудняется. Кроме того, поскольку сетки изготовляют при малой энергии импульсов (не свыше 500 мкДж), то образующиеся в процессе разряда силы не в состоянии отбросить продукты электрической эрозии на достаточное расстояние. Воз-Действие всех этих факторов приводит к скапливанию продуктов эрозии в зоне обработки. Поэтому обрабатывающему электроду сообщается осцилирующее движение (с частотой 10 Гц) вибратором. Отвод продуктов эрозии из зоны обработки облегчается также изготовлением специального электрода-инструмента, отличающегося от описанного наличием центрального и боковых отверстий. В перпендикулярном направлении к этим каналам прорезаются пазы до выхода в эти каналы.

Инструмент. Успешное применение электроэрозионного метода обработки отверстий сложных форм и конфигураций во многом обусловливается технологией изготовления профилированных электродов-инструментов. Имеется большое разнообразие способов изготовления профилированных электродов-инструментов. Выбор наиболее рационального способа во многом способствует внедрению и эффективности электроэрозионного метода.

При массовом и серийном изготовлении деталей с фасонным профилем целесообразно применять следующий технологический процесс изготовления профилированных электродов. Первоначально слесарно-механическим путем изготавливают несколько электродов для того, чтобы определить их необходимые размеры при соответствующих режимах обработки. При этом размеры электрода-инструмента, вследствие особенностей электроэрозионной обработки, всегда отличаются от размеров обработанных полостей. После подбора оптимальных электрических режимов обработки и определения размеров электродов-инструментов изготавливают волоки с колическом переходов, определяемым сложностью и размерами профиля электрода. Материалом для изготовления электродов служат латуни марок JI58, JIC59, JI62, красная медь и др., а для изготовления волок — пластинки твердого сплава Т15К6, ВК-8 и др. толщиной 1—1,5 мм. Твердосплавные пластинки запаивают в стальные оправки. Для припаивания твердосплавной заготовки волоки производят предварительное меднение, так как расплавленное олово не смачивает поверхность твердого сплава. Предварительно поверхности, подлежащие меднению, зачищают тонкой абразивной шкуркой до блеска и обезжиривают в бензине, ацетоне или других растворителях.

Для нанесения слоя меди на твердый сплав используют электроискровые установки, служащие для поверхностного упрочнения инструмента и деталей. При этом в вибратор вместо твердосплавного стержня вставляют электрод из медной проволоки. Операцию меднения производят аналогично операции упрочнения. Процесс сначала ведется на «мягких» режимах. После нанесения тонкого медного слоя производится переключение на «жесткие» режимы и увеличивается толщина слоя до 0,05—0,06 мм. Нанесенный электроэрозионным способом слой меди прочно удерживается на поверхности твердосплавной пластинки, так как процесс меднения протекает с диффузией частиц меди в твердый сплав.

Для соединения твердосплавной пластинки со стальной оправкой можно использовать обычные способы, которые применяются

я пайки пластин к державкам при изготовлении твердосплавных пезцов. Однако при этом могут появиться микротрещины в пластинке, которые обнаруживаются только в процессе протягивания заготовок электродов через отверстие в волоке. Помимо этого указанный способ требует дополнительной механической обработки после пайки.

Нанесение медного подслоя на твердосплавную пластинку можно производить и на любом электроискровом или электроимпульсном станке. При этом пластинки укрепляют в приспособлении или тисках на столе станка. Процесс меднения на эЛектро-эрозионных станках протекает при обратной полярности по сравнению с процессом прошивания отверстий. В электрододержателе станка устанавливается медный электрод с заправленным под углом 30—45° концом. После настройки, необходимой для покрытия режимов, включают автоматическую подачу. При соприкосновении медного электрода с пластинкой происходят импульсные разряды, в результате чего частицы меди переносятся на пластинку. После нанесения медного подслоя поверхность пластинки зачищают шкуркой, при этом удаляют следы пригара. Омедненная поверхность твердосплавной пластинки хорошо лудится и паяется оловом.

Для прошивания отверстия необходимого профиля в волоке используют электроды, изготовленные слесарно-механическим путем. Процесс прошивания отверстия ведут на «мягких» режимах для получения качественной поверхности и исключения опасности появления микротрещин: напряжение на электродах 80—90 В] ток — 0,4—0,6 А; емкость — 0,15—0,2 мкф; скорость углубления электрода-инструмента в заготовку — 0,3—0,8 мм/мин; скорость съема материала — 60—80 мм3/мин.

Для того чтобы не изготовлять большого количества волок, рекомендуется предварительно изготовить на вальцах упрощенные профили электродов. Это мероприятие значительно сокращает время их изготовления. Упрощенные профили на вальцах изготовляют путем шлифования на оптических профилешлифо-вальных станках, которые обеспечивают точное совпадение профилей на обоих вальцах. Протягивание профилированных электродов с успехом можно производить на токарных станках. Волоку, помещенную в оправку, зажимают в патроне, а заготовку электрода крепят в суппорте станка. Процесс протягивания осуществляется автоматически. Затем протянутую заготовку разрезают абразивным кругом на электроды необходимой длины. Электроды, полученные путем вальцевания с последующим протягиванием через волоку, обладают высокой механической прочностью, даже при малых поперечных сечениях, так как в процессе протягивания происходит упрочнение и нагартовка.

Для прошивания отверстий диаметром менее 0,05 мм ввиду малой устойчивости проволочных электродов изготавливают специальные электроды повышенной жесткости. Технология изготовления электродов для прошивания отверстий диаметром 0,02 мм включает операцию гальванического осаждения меди на тонкий вольфрамовый провод. При этом вольфрамовая сердцевина профилирует цилиндрическое отверстие в детали, а наружная коническая медная оболочка служит для придания жесткости электроду и обеспечения возможности закрепления его на станке, а также получения заходного конуса, соосного с цилиндрическим каналом.

Рис. 1. Электроэрозионное прошивание отверстий

Для получения отверстий с цилиндрическим каналом и конической заходной частью (как это, например, требуется в фильерах для производства химических волокон) биметаллический электрод устанавливают в электрододержателе станка и тщательно выверяют.

Затем производят электрохимическое профилирование электрода стравливанием наружного слоя меди с образованием конуса радиусом при вершине, равным половине диаметра вольфрамовой проволоки. При этом используется эффект заострения металлических стержней в электролите.

Биметаллический электрод с конусным концом устанавливают строго перпендикулярно плоскости обрабатываемой заготовки. После этого осуществляется копирование конического углубления по форме электрода в заготовке. При этом в заготовке оставляют перемычку высотой h, большей, чем требуемая высота будущего цилиндрического канала. Далее производится электрохимическое стравливание медного гальванического покрытия до полного обнажения вольфрамовой сердцевины. После этого производят окончательное прошивание перемычки и образование цилиндрического канала.

Электрохимическое травление медной оболочки электрода осуществляют в растворе хромового ангидрида при напряжении 15—20 В и токе 0,1—0,15 А. Скорость съема меди при таких параметрах составляет 0,15—0,8 мм3/мин. Для получения качественной конусной части электрода травление медного покрытия производят путем последовательных погружений профилируемой части в электролит. Время выдержки электрода в погруженном состоянии составляет 2—3 с. Полное время профилирования электрода в среднем составляет 3—5 мин.

При прошивании заходного конуса и цилиндрического канала выбор режимов обработки производят с учетом изменения формы электрода вследствие его износа. При толщине заготовки до 1 мм прошивание конического углубления производится на режимах с энергией импульса 2 мкДж и менее. При толщинах свыше 1 мм прошивание осуществляют в два этапа. Вначале — предварительная обработка на режимах с энергией 30—50 мкДж, а затем — чистовая с энергией 12 мкДж и менее.

Прошивание цилиндрического отверстия производят на режимах с энергией от 2,5 до 12 мкДж в зависимости от требуемого диаметра отверстия. С уменьшением энергии импульса увеличивается время прошивания. Оптимальным режимом обработки отверстий диаметром 0,02—0,06 мм является режим с энергией 4,5 мкДж. Относительная величина износа электрода по длине составляет 60—70%.

Оборудование. Особенностью электроэрозионной обработки является относительная простота ее автоматизации, возможность получения команд и сигналов в удобной, легкопреобразуемой форме. Это позволяет создавать автоматические станки с программным управлением.

Отечественная промышленность выпускает широкую номенклатуру электроискровых и электроимпульсных станков для обработки миниатюрных изделий и поверхностей.

Электроэрозионные станки можно подразделить на две основные группы:
— станки для прошивания круглых и профильных отверстий путем прямого и обратного копирования формы электрода-инструмента;
— станки для получения тонких пазов, прорезей, вырезки тонкой проволокой, или непрофилированным электродом.

Для прошивания круглых и профилированных отверстий в изделиях из токопроводящих материалов служат универсальные станки, в которых использован метод копирования профилированным электродом. Электроискровой копировально-проши-вочный станок 57М предназначен для прошивания отверстий диаметром 0,05 мм и фасонных полостей в малогабаритных изделиях. Для прошивания отверстий диаметром 0,03 мм и более, различных фасонных отверстий и полостей, в пластинах из закаленной стали и других твердых и вязких материалов, с высокой точностью (до 0,002 мм) их взаимного расположения служат электроискровые координатно-прошивочные прецизионные станки 150—153. Для прошивания отверстий диаметром 0,02 мм и выше служит электроэрозионный станок 200.

Помимо универсальных для прошивания отверстий, прорезания полостей, щелей, пазов, изготовления мелких сеток нашли применение специализированные станки 34М2; 62М; 159—162 и МЭ-25.

Достаточно широкое применение получили электроискровые полуавтоматы и автоматы для прошивания в дизельных распылителях и соплах наклонных отверстий для распыливания топлива. Распылители изготавливают из высоколегированной жаропрочной стали, поэтому получение отверстий малых диаметров сверлением затруднено. Для прошивания отверстий диаметром 0,15—0,4 мм, расположенных под углами от 0° до 90°, служит специализированный электроискровой станок 34М2. Помимо этого станок может быть использован для обработки различных миниатюрных изделий с отверстиями, узкими щелями, прорезями (например сеток, фильтров, фильер и др.). Максимальное соотношение глубины прошиваемых отверстий к диаметру составляет 8—10.

Специальный электроискровой автомат 62М служит для последовательной обработки шести отверстий диаметром 0,15 мм в распылителях. Для получения отверстий диаметром 0,13 мм и более в деталях топливной аппаратуры служат специальные станки 159—162. Электроэрозионный станок МЭ-25 предназначен для изготовления сит с диаметром отверстий 0,4—0,5 мм из листов нержавеющей стали.

Визуальный контроль процесса прошивания отверстий диаметром 0,04 мм и более на специальных координатных электроискровых установках осуществляют с помощью инструментального микроскопа ММИ-2. Установка снабжена автоматическим регулятором подачи с электронной схемой слежения, которая обладает большой чувствительностью и высокой скоростью реакции на изменения среднего значения напряжения на межэлектродном промежутке, не потребляет энергии из рабочего контура и тем самым не нарушает процесса работы. В качестве исполнительного органа следящей системы используют электродвигатель переменного тока. Для интенсификации процесса обработки предусмотрен вибратор. Конструкции стола установки и вибратора обеспечивают осевую амплитуду от 0 до 0,1 мм, что гарантирует получение отверстий с правильной геометрией. Точность обработки отверстий ±0,005 мм, а точность расположения их по координатам — 0,01 мм.

В качестве электрода-инструмента используют латунную, молибденовую или вольфрамовую проволоку. Подача и направление проволоки производится двумя ведущими роликами через стеклянный капилляр-кондуктор. В качестве рабочей жидкости для особо точных малых отверстий используют смесь спирта с дистиллированной водой.

Для получения отверстий диаметром 0,05 мм и менее в деталях из токопроводящих материалов служит электроэрозионный станок, состоящий из генератора импульсов и собственно станка. Генератор импульсов выполнен по схеме RC. Напряжение питания контуров генератора — 70—80 В; ток короткого замыкания — 35—40 А. Подача электрода ведется автоматически. Регулятор подачи электрода — двухкаскадный электронный усилитель, в выходной каскад которого включен коллекторный электродвигатель. Скорость подачи электрода в зону обработки и обратно задается потенциометрами.

Рис. 2. Электроискровой станок для прошивания отверстий

Параметрами регулирования скорости подачи электрода являются величина напряжения в междуэлектродном промежутке и падение напряжения на балластном сопротивлении. Такая система регулирования позволяет прошивать отверстия от начала до конца при оптимальном режиме без дополнительного регулирования в процессе работы. Быстрый подвод и отвод электрода достигается переключением электродвигателя подачи на повышенное напряжение от выпрямителя. Сигнализация окончания прошивания отверстия осуществляется с помощью дополнительного электрода и реле. Для обеспечения устойчивого прошивания отверстий в станке применен вибрирующий электрод. Частоту (100 Гц) и амплитуду (несколько сотых долей миллиметра) вибрации подбирают изменением сопротивления в цепи импульсного генератора.

Устройство электроискрового станка показано на рис. 2. На алюминиевой плите, покрытой изоляционным материалом, укреплена стойка, по которой передвигается кронштейн; винтом кронштейн закрепляют в заданном положении. На кронштейне смонтированы коллекторный электродвигатель, понижающий редуктор и панель. На панели укреплен электродо-держатель, изготовленный из стеклянной трубки с внутренним диаметром 0,8—0,5 мм, кондуктор и кондукторная втулка. Последняя предназначена для направления электрода. Она изготовлена из стекла и имеет конусное отверстие, наименьший диаметр которого 0,03—0,06 мм, а наибольший — 2,0—3,0 мм для облегчения ввода электрода во втулку.

К медной вставке, вмонтированной в кондуктор, подведен положительный полюс от генератора импульсов. Винт служит для закрепления изделия в кондукторе. Дополнительный электрод, вмонтированный во втулку 8 из оргстекла, поджимается к обрабатываемому изделию при помощи откидной планки. В корпусе кондуктора имеются отверстия для лучшего доступа рабочей жидкости к изделиям. Между изделием и торцом кондукторной втулки при помощи упорного винта устанавливают зазор 0,6—1,2 мм для лучшего доступа рабочей жидкости и удаления продуктов эрозии. Большой зазор создавать не рекомендуется, так как возможен прогиб электрода и «разбивание» отверстия по диаметру.

В пазу панели находится подвижная каретка, на которой смонтирован подающий механизм электрода. Подвижная каретка изготовлена из оргстекла. Она имеет два боковых вертикальных направляющих паза прямоугольного профиля и свободно перемещается в панели относительно электрододержателя и кондуктора, в пределах 2—3 мм. На каретке имеется прямоугольный выступ, к которому крепят щетку, соединенную с отрицательным полюсом генератора импульсов. В этом же прямоугольном выступе находится направляющее отверстие диаметром 0,5— 0,8 мм для направления электрода.

Механизм состоит из двух рядов, расположенных на одном уровне роликов. Ведущий ролик представляет собой ступенчатый валик, на утолщенный конец которого напрессованы кольцо из оргстекла и кольцо из красной меди, по которому скользит щетка. Ведущий ролик через гибкий валик соединен с редуктором и коллекторным электродвигателем.

Ведомый ролик представляет собой эксцентриковый валик, на правой стороне которого напрессован шарикоподшипник, имеющий втулку из оргстекла. Во время заправки электрода через электрододержатель и направляющее отверстие в кондукторную втулку отвод ведомого ролика осуществляют рычагом. После заправки электрода во время работы ведомый ролик поджимается к ведущему ролику при помощи спиральной пружины (на рисунке не показано).

Электромагнитный вибратор, укрепленный на панели, своим штоком связан с подвижной кареткой и при помощи возвратной пружины осуществляет вибрацию электрода, зажатого между подающими роликами. Ванна И, в которой находится рабочая жидкость, изготовлена из винипласта.

Для выправления электрода и придания ему необходимой упругости производят его на-гартовку путем прокатывания отрезка провода со снятой изоляцией длиной 100—120 мм между двумя плитками соответствующего размера, имеющими гладко прошлифованные поверхности. После такой прокатки—нагартовки в течение 0,5—1 мин электрод по всей длине получается ровный и приобретает необходимую упругость.

Работа на станке сводится к следующему. Подготовленный для работы электрод вставляют в электрододержатель через направляющее отверстие подвижной каретки, а при отведенном ведомом ролике — в кондукторную втулку. После этого ведомый ролик спиральной пружиной поджимает электрод к ведущему ролику и, следовательно, соединяется с отрицательным полюсом генератора импульсов. Обрабатываемое изделие устанавливают в кондуктор и закрепляют винтом, в результате чего изделие соединяется с положительным полюсом генератора импульсов. Зазор между изделием и кондукторной втулкой, равный 0,6—1,2 мм, обеспечивается при помощи упорного винта.

Затем в изделие вставляется дополнительный электрод, сигнализирующий о конце прошивания отверстия и поджимается к изделию откидной планкой. Кондуктор погружается в диэлектрическую жидкость и фиксируется винтом в заданном положении. При этом необходимо, чтобы над обрабатываемым изделием уровень рабочей жидкости был не менее 3 мм. При помощи тумблера включают генератор импульсов; при этом загорается сигнальная лампочка. Тумблером включают электромагнитный вибратор, который создает вибрацию электрода с частотой 100 Гц и амплитудой колебания в несколько сотых долей миллиметра, а трехпозиционный переключатель ставят в положение «Вниз».

В момент касания электрода с изделием происходит искрение. Трехпозиционный переключатель ставят в положение «Автоматическая подача», а регуляторами скорости подачи вверх и вниз по показаниям миллиамперметра настраивают автоматическую подачу электрода.

При прошивании отверстий напроход электрод соприкасается с дополнительным электродом, при этом отключается напряжение генератора и зажигается сигнальная лампа конца обработки. После этого трехпозиционный переключатель становят в положение «Вверх» и электрод выводят из обрабатываемой поверхности. Для прошивания отверстия диаметром 0,05 мм в стальной пластине толщиной 0,5+0’1 мм затрачивается 2 мин. Замену рабочей жидкости в ванне производят в зависимости от величины загрязнения ее продуктами эрозии.

Рис. 3. Электроискровой станок для прошивания отверстий в фольге

При включенном генераторе импульсов запрещается подъем и опускание кондуктора в ванну с рабочей жидкостью, а также прикосновение руками к электроду и установка детали в кондуктор.

При электроэрозионной обработке на изделие не оказывается значительного силового воздействия, поэтому для прошивания отверстий в маложестких изделиях из фольги применяют электроискровые станки, например, электроискровой станок с запрограммированной подачей электродов. Программа выполнена в виде кулачка 8 периодически осуществляющего подачу электроискровой головки.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум