4. Проектирование технологического процесса комбинированной обработки [9]

4.1. Исходная информация

При создании новых образцов техники особое внимание уделяют надежности и долговечности. Достигается это применением высокопрочных материалов, способных сохранять свои физические свойства при знакопеременных нагрузках, температурах и действии агрессивных сред.

Однако, обрабатывая детали и узлы из высокопрочных ма­териалов традиционными методами, трудно обеспечить высо­кие производительность и качество поверхно­стного слоя. Поэтому в настоящее время изыскиваются новые, более эффективные методы обработки высокопрочных материалов, основанные на использовании мощных источников энергии при комбинации нескольких воздействий.

Типичным примером сочетания механического, электроэрозионного и электрохимического способа чистовой обработки деталей из высокопрочных сплавов является шлифование токопроводящими абразивными или алмазными кругами с наложением элект­рического поля - электроабразивное (электроалмазное) шли­фование (ЭАШ). Электрическое поле ослабляет межмолеку­лярные связи в поверхностном слое обрабатываемого матери­ала, способствует протеканию электрохимических реакций, электроэрозионной регенерации режущей поверхности шлифо­вального круга, выделению газа в межэлектродном зазоре. Все это улучшает условия резания, снижает силы и темпе­ратуру в зоне контакта шлифовального круга с обрабатывае­мой заготовкой, обеспечивает высокую производительность, ка­чество и эксплуатационные свойства обработанной поверхности. Благодаря этому шлифование о наложением электричес­кого поля можно применять как окончательную операцию при обработке высоконагруженных деталей из жаростойких, жаро­прочных сплавов, легированных сталей, магнитотвердых ма­териалов, инструментальных сталей и сплавов, нежестких конструкций, выполненных из токопроводящих материалов различной твердости.

4.2. Схема эаш

Принципиальная схема ЭАШ приведена на рис. 4.1:

Рис.4.1 Принципиальная схема ЭАШ:

1-токопроводящий шлифовальный круг; 2- источник питания; 3- форсунка; 4- абразивное зерно; 5- электролит; 6 - заготовка

4.3. Порядок проектирования технологического процесса эаш.

На основании сведений из рабочего чертежа детали и экспериментальных данных устанавливают перечень основных выходных параметров и управляющие факторы.

Из экспериментальных данных определяются управляющие факторы (режимы обработки), которые обеспечивают значение выходных параметров в требуемом диапазоне.

Из возможных управляющих факторов выбирают те, которые обеспечивают максимальную производительность и минимальную себестоимость процесса.

К основным выходным параметрам при ЭАШ относят: шероховатость обработанной поверхности, точность обработки, производительность.

Основные входные параметры при ЭАШ: тип необходимого оборудования, приспособления и инструменты, размеры детали, схема и режимы обработки, химический состав электролита.

Исходными данными для определения рабочих режимов являются: ма­териал и геометрические размеры детали, припуск Z на об­работку, шероховатость R_a до и после шлифования, погрешность ' до и  после обработки.

Припуск, снимаемый за проход, находят из условия обеспечения бездефектного поверхностно­го слоя. Для предварительной обработки:

V_npZ_ni = 80…250 мм²/мин, (4.1)

где V_пр- продольная подача;

Z_ni- припуск, снимаемый за 1 проход при предварительной обработке.

Для окончательной обработки:

V_npZ_оi = 20…50 мм²/мин, (4.2)

где Z_оi - припуск, снимаемый за 1 проход при окончательной обработке.

Выбирая одно из стандартных значений продольной подачи, из формул (4.1, 4.2) находят величины припусков, снимаемых за 1 проход при предварительной и окончательной

обработках. Общий припуск Z под ЭАШ устанавливают согласно таблице 4.1, а припуск на окончательную обработку Z_о - из требования

Z_о(2…3), (4.3)

где - допуск на обработку.

Таблица 4.1 Припуски на шлифование

Размеры, мм
Ширина детали	Длина детали
	До 100	100-300	300-500	500-700	700-1300	1300-2000
6-10	0,25	0,3	0,35	-	-	-
	0,3	0,35	0,4
10 –18	0,3	0,35	0,4	-	-	-
	0,35	0,4	0,45
18-30	0,35	0,4	0,45	-	-	-
	0,4	0,45	0,5
30-50	0,4	0,45	0,5	0,55	0,6	-
	0,4	0,45	0,5	0,55	0,6
50-80	0,45	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7
	0,45	0,5	0,55	0,6	0,7	0,75
80-120	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75
	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8	0,85
120-180	0,6	0,6	0,65	0,7	0,75	0,8
	0,65	0,7	0,75	0,8	0,85	0,9
180-260	0,7	0,7	0,7	0,75	0,8	0,85
	0,8	0,8	0,85	0,85	0,9	0,95
260-300	0,8	0,8	0,8	0,85	0,9	0,95
	0,85	0,85	0,9	0,95	1,0	1,05
Примечание. В числителе указан припуск для незакаленных деталей, в знаменателе — для закаленных.

Число проходов i , необходимое для съема общего припуска

i = (Z-Z_о)/ Z_пi +Z_о /Z_оi +2, (4.4)

где 2 - число выхаживаний;

Окружная скорость круга (V_к) изменяется в пределах 20-30 м/с, откуда определяют частоту враще­ния инструмента:

n = V_к /2R, (4.5)

где R- радиус круга.

Используя данные рис.4.2,г, при известной глубине шли­фования t = _ni определяют диапазон скоростей продольной подачи V_пр , обеспечивающих заданную шероховатость. Затем по данным, приведенным на рис.4.3, находят диапазон скоростей продольной подачи V_пр , соответствующих требованиям точности. Из трех полученных диапазонов V_пр выбирают V_пр = max, общее для всех рассматриваемых вариантов. В этом случае получают требуемые точность, шероховатость, максимальную производительность и бездефектную поверх­ность.

Аналогично определяют и параметры: U (напряжение на электродах), а₃ (высоту выступания абразивных зерен над поверхностью связки), С_э (концентрацию электролита), С_аз (концентрацию абразивных зерен), зависимости для которых приведены на рис. 4.2 и 4.3. Чтобы найти промежуточные значения, следует применить метод линейной интерполяции, полагая, что характер изменения зависимос­тей на разных режимах одинаков. В этом случае погрешности искомых величин не превысят 5-10%.

Зная высоту выступания абразивных зерен над поверхностью связки a₃, определяют их размер а. Из соображений прочного крепления зерен в связке и получения низкой ше­роховатости обработанной поверхности размер а зерна дол­жен удовлетворять требованию

0,25 а_з  a  3 а_з. (4.6)

Время Т_м машинной обработки для ширины зоны обработки (В), меньшей ширины круга (В_к) (В < В_к) находят из условия

Т_М = (L+2l_B)i/V_np , (4.7)

а для В > B_K – по формуле

Т_м =(L + 2l_B)iB/V_прВ_к , (4.8)

где L- длина обрабатываемой поверхности; l_в- длина выхода инструмента, l_в=2…3 мм; как правило В_к=20 мм, ; В/В_К округляется до целого числа в сторону увеличения.

а) б)

в) г)

д) е)

Рис.4.2. Зависимость шероховатости обработки от технологических параметров

а) 1 - U = 12 В, V_пр = 5 м/мин; 2 - U = 6 В, V_пр = 3 м/мин; 3- U = 14 В, V_пр = 3 м/мин; 4 - U = 12 В, V_пр = 3 м/мин; 5 - U = 12 В, V_пр = 1 м/мин;

б) 1 - V_пр =5 м/мин, t = 0,08 мм; 2 - V_пр = 5 м/мин, t = 0,04 мм;

3 - V_пр = 3 м/мин; t= 0,08 мм , 4 - V_пр = 3 м/мин, t = 0,04 мм;

5 - V_пр = 1 м/мин; t = 0,04 мм;

в) 1 - U = 12 В, t = 0,06 мм, V_пр = 5 м/мин; 2 - U = 14 В, t = 0,06 мм, V_пр = 3 м/мин; 3 - U = 12 В, t= 0,06 мм, V_пр = 3 м/мин;

г) а_з = 0,025 мм; U = 12 В; С_э = 25% NaCl ; C_a = 25%;

1 - t= 0,2 мм; 2 - t = 0,1 мм; 3 - t = 0,08 мм; 4 -t = 0,04 мм;

д) U= 12 В; V_пр = 3 м/мин; С_э = 25NaCl ; а_з, =0,025 мм;

1- t = 0,1 мм; 2 - t= 0,08 мм; 3 - t = 0,04 мм;

е) U= 12В; С_а = 25%; С_э = 25% NaCl;

1 - t = 0,06 мм, V_пр = 5 м/мин; 2 - t = 0,1 мм, V_пр =3 м/мин; 3 - t = 0,06 мм, V_пр = 3 м/мин

а) б)

в) г)

д) е)

Рис.4.3. Точностные характеристики при ЭАШ

1- t=0,04 мм/дв. ход; 2 - t = 0,075 мм/дв.ход; 3 -t = 0,1 мм/дв.ход

После расчета режимов ЭАШ и разработки технологического процесса оформляют технологическую документацию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном учебном пособии рассмотрены вопросы использования так называемых нетрадиционных методов обработки (НМО) в современном машиностроении. Эти методы широко применяются при изготовлении высокоточных деталей из труднообрабатываемых материалов, часто используются при создании высокотехнологичной и наукоемкой продукции. Они включают в себя электроэрозионную, размерную электрохимическую, ультразвуковую, лучевую и комбинированную обработки.

Последовательность изложения материала соответствует методике работы конструкторов и технологов на современных производствах. Приведенные примеры помогают учащимся усваивать новые знания при изучении дисциплины «Нетрадиционные методы обработки».

Данная работа существенно восполнит имеющиеся пробелы в учебной литературе по вопросам проектирования нетрадиционных методов обработки. Она важна студентам, обучающимся по направлению 151000 «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», специальности 151001 «Технология машиностроения», а также аспирантам, преподавателям и инженерно-техническим работникам.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов В 2 т./ Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. и др; Под ред. В.П. Смоленцева. М: Высшая школа, 1983.

2. Методические указания по выполнению организационно - экономический части дипломных проектов / Воронеж, гос. техн. ун-т; Сост. И.П. Кондратьева. Воронеж, 1997. 18с.

3. Машиностроение. Энциклопедия. Т III – 3 // Под общ. ред. А.Г. Суслова. М: Машиностроение, 2000. 840 с.

4. Смоленцев В.П. Изготовление инструмента непрофилированным электродом. М:Машиностроение, 1967. 160 с.

5. Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей. М: Машиностроение, 1978. 178 с.

6. Комбинированные методы обработки / В.П. Смоленцев, А.И. Болдырев и др.// Учебное пособие. Воронеж: ВГТУ, 1996. 168 с.

7. Смоленцев Е.В. Технология электрохимической доводки зубчатых передач // Металлообработка, 2003, №2, С.24

8. Смоленцев Г.П. Теория электрохимической обработки в нестационарном режиме // Г.П. Смоленцев, И.Т. Коптев, В.П. Смоленцев. Воронеж: ВГТУ, 2000. 103 с.

9. Бердник В.В. Шлифование токопроводящими кругами с наложением электрического поля К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984. 124 с.

10. Патент № 2183150(РФ) Способ электроэрозионно-химической доводки зубчатых колес / Смоленцев Е.В. Бюл. №16, 2002. 5 с.

11. ГОСТ 3.1102-81.ЕСТД. Стадии разработки и виды документов.

12. ГОСТ 3.1404-86.ЕСТД. Формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции обработки резанием.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение	5
1. Проектирование технологического процесса электроэрозионной обработки	9
1.1 Исходная информация для проектирования	9
1.2. Выбор области технологического использования электроэрозионной обработки короткими импульсами	9
1.3. Порядок проектирования	12
1.4. Качество поверхностного слоя	14
1.5. Сила тока	17
1.6. Производительность	18
1.7. Точность обработки	20
1.8. Рабочая среда	21
1.9. Скорость подачи ЭИ	22
1.10. Основное время обработки детали на станке	23
1.11. Дополнительные операции	23
1.12. Обоснование выбора метода обработки	24
1.13. Разработка операционных карт	24
1.14. Базирование заготовок	24
1.15. Выбор и проектирование ЭИ	24
1.16. Проектирование специальных приспособлений	25
2. Проектирование технологического процесса электрохимической размерной обработки.	31
2.1. Технологические возможности	31
2.2. Исходная информация для проектирования	36
2.3. Технологичность деталей при размерной электрохимической обработке	37
2.4. План проектирование технологического процесса	38
2.5. Основные этапы построения технологического процесса	39
2.6. Технологические параметры электрохимической размерной обработки	43
2.7. Оборудование для ЭХ протягивания	45
2.8. Расчет припуска на обработку	52
2.9. Последовательность расчета технологических параметров электрохимического протягивания	52
3. Технология ультразвуковой обработки	54
3.1. Общие сведения	54
3.2. Порядок проектирования технологических процессов при ультразвуковой обработке	56
3.3. Обоснование целесообразности применения размерной ультразвуковой обработки	56
3.4. Производительность процесса	57
3.5. Рабочие среды, применяемые для УЗО	59
3.6. Точность	62
3.7. Шероховатость	63
4. Проектирование технологического процесса комбинированной обработки	67
4.1. Исходная информация	67
4.2. Схема ЭАШ	68
4.3. Порядок проектирования технологического процесса ЭАШ	68
Заключение	74
Библиографический список	75

77