Введение

Межвузовский сборник научных трудов (выпуск 10), подготовленный к изданию на кафедре "Графики, конструирования и информационных технологий в промышленном дизайне" Воронежского государственного технического университета, продолжает традицию публикаций с 2008 года. За эти 5 лет сборник завоевал определенную популярность среди ученых и специалистов производства своей демократичностью, доступностью и актуальностью публикуемых материалов. Редакционная коллегия старается формировать научные материалы, сообразуясь с актуальностью рассматриваемых теоретических и практических вопросов в области подготовки производства и обеспечения качества выпускаемой продукции.

Авторами статей, представленных в настоящем издании, затронуты проблемы обеспечения качества выпускаемой продукции как с позиций обеспечения высоких технических и эксплуатационных характеристик изделия новыми прогрессивными методами формообразования поверхностей, так и с позиций подготовки современных специалистов для различных отраслей промышленности. Ряд статей посвящен опыту применения новых методов и способов обработки, позволяющих организовать производство на основе энергоэффективности и экономической целесообразности.

В связи с открытием на кафедре нового профиля подготовки бакалавров 230403 "Информационные технологии в дизайне" и набором студентов 1-го курса, часть статей посвящена проблематике промышленного дизайна товаров и услуг, его основным историческим этапам и перспективам развития в нашей стране.

Выпуск сборника стал постоянным. Редакционная коллегия приглашает авторов принять участие в подготовке материалов для последующих изданий. Требования к материалам статей, представляемых в сборник, приведены в конце данного издания.

Материалы сборника будут полезны широкому кругу читателей.

Ваши отзывы и пожелания просим присылать по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский пр., 14, ВГТУ, кафедра ГКиПД или по электронной почте: akuzovkin@mail.ru

УДК 621.9.047

В.П. Смоленцев, Е.А. Салтанаева, И.И. Коптев

Локальная электрохимическая обработка универсальным инструментом

В работе рассматривается технология электрохимической размерной обработки непрофилированным инструментом по контуру, получаемому системой отверстий по форме штриха

В гибкоструктурном производстве требуется совместить быструю адаптацию объекта производства с индивидуальными требованиями заказчика, что вызывает необходимость в универсальных средствах технологического оснащения. Универсальное (или специализированное) оборудование приходится оснащать средствами автоматизации, пригодными для управления сложными технологическими операциями. Это резко повышает затраты на подготовку производства и увеличивает себестоимость продукции, особенно наукоемкой. Если оборудование позволяет достаточно долго выпускать изделия различного (как правило, родственного) назначения, то в ряде случаев инструмент имеет разовое использование и затраты на его изготовление и эксплуатацию заметно повышают накладные расходы на объекты производства. Особенно заметно такое воздействие при использовании нетрадиционных методов, одним из которых является электрохимическая размерная обработка. Так нанесение информации на металлические изделия требует [1] либо индивидуального профильного инструмента, либо вспомогательных шаблонов, выполненных в форме просечек на диэлектрических съемных пленках, или одноразовых изображений на светочувствительном слое, нанесенном на заготовку.

Таким слоем может быть любое диэлектрическое покрытие [2], имеющее совершенно иное предназначение (значительная окраска, декоративное лакирование и др.). Границы контуров, наносимых на такие покрытия, локализуют действие электрического поля и создают четкое хорошо различаемое изображение информационных знаков. Здесь управление процессом нанесения информации можно осуществлять дискретными сигналами внешних или встроенных систем с последующим локальным анодным растворением по контуру знаков, в том числе мест образования перемычек при прошивке диэлектрических покрытий.

На рис. 1 показаны схемы получения анодным растворением локальных знаков на металлических деталях [1].

Рис.1. Способы глубокого маркирования сталей

Задача усложняется, если необходимо нанести информацию на металлические детали с диэлектрическим покрытием. Для локального вскрытия покрытия создан способ [3], позволяющий серией электрических разрядов получить отверстия диаметром до 0,7 мм по контуру изображения, после чего анодным растворением сформировать непрерывные знаки информации. Схема исполнения способа приведена на рис. 2.

Электромагнитная головка 1 (рис. 2), в корпусе 2 которой закреплена магнитная катушка 3, содержащая подвижный сердечник 4 с непрофилированным электродом-инструментом 5 и возвратной пружиной 6, жестко связана с программным устройством (ПУ), посредством которого она перемещается по контуру знаков, наносимых на деталь 7. Деталь 7 подключают к положительным полюсам источника постоянного тока 8 и источника униполярных импульсов 9. Отрицательный полюс источника 8 через последовательно включенную катушку 3 соединяют с электродом-инструментом 5, к которому также подключают отрицательный полюс источника 9. Включатели 10 и 11 служат для одновременного и раздельного подключения источников 8 и 9.

Информационные углубления на металле осуществляют следующим образом.

На деталь 7 наносят раствор электролита, например, окунанием, поливом или смачиванием. Электромагнитную головку 1 с электродом-инструментом 5 подводят к детали 7 до касания электродом-инструментом поверхности детали, включают выключатели 10 и 11 и начинают перемещать головку 1 посредством программного устройства ПУ. После окончания обхода контура знаков источник униполярных импульсов 9 отключают выключателем 11 и повторно обходят контур знаков в режиме анодного растворения при подключенном к межэлектродному промежутку источнике постоянного тока 8.

Рис. 2. Схема маркирования деталей с покрытием

Для расчета диаметра отверстия необходимо учесть его «уширение» за счет бокового растворения металла под слоем диэлектрического покрытия (рис. 3).

Ток поступает на анод 3 и катод 1, но диэлектрическое покрытие 2 (рис. 2 и 3) препятствует его прохождению (силовые линии отсутствуют). На границе изоляции (покрытие 2 на рис. 4) силовые линии 6 из зоны катода 1 над изоляцией 2 (вблизи ее границы) искривляются и попадают на анод 3, уплотняя поле (силовые линии), что повышает плотность тока и интенсивность съема металла с металлической основы 3. Получается локальное углубление на границе покрытия. Из-за анодного растворения боковой границы штриха со стороны покрытия силовыми линиями 5 формируется «уширение», геометрия которого приведена на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Формирование «уширения» знака под диэлектрическим покрытием: 1 – катод-инструмент; 2 – покрытие; 3 – заготовка (металлическая основа); H – глубина отверстия; r – радиус отверстия в покрытии; h – толщина покрытия;  h – одностороннее «уширение»; l₀ – зона погрешности по глубине отверстия

Рис. 4. Силовое поле на границе диэлектрического покрытия: 1 – катод-инструмент; 2 – покрытие; 3 – металлическая основа (анод); 4 – силовые линии между катодом 1 и анодом 3; 5 – силовые линии в районе «поднутрения»; 6 – силовые линии на границе покрытия.

Как показано в [1] величина «уширения» (h) (рисунок 5) зависит от межэлектродного зазора S радиуса отверстия в покрытии (d).

Из рис. 5 видно, что в случае толщины покрытия свыше 0,25 мм «уширение» превысит предельную ширину штрихов стандартных знаков [4].

Рис. 5. Изменение «уширения» в зависимости от межэлектродного зазора для различного диаметра отверстия. Глубина отверстия 0,3 мм

В [1] предлагается эмпирическая зависимость для оценки величины «уширения».

, (1)

Магнитные силовые линии (рисунок 4) определяют плотность тока ( ), которую можно оценить по зависимости, аналогичной приведенной в [1]

, (2)

где  - удельная проводимость электролита;

u- напряжение на электродах;

u- потери напряжения;

x_i - изменение ширины штриха в направлении x;

B=h/S- относительная толщина покрытия.

На рис. 6 приведена зона изменения диаметра отверстия на его границе.

Величину d можно приближенно рассчитать по зависимости

, (3)

где K - эмпирический коэффициент, учитывающий увеличение плотности тока на границе покрытия (в зависимости от межэлектродного зазора K = 1,5 - 3).

Рис. 6. Погрешность (d) по диаметру отверстия (глубина отверстия в металле 0,3 мм)

С учетом зависимости (3) можно найти диаметр (d) отверстия в диэлектрике, рассчитать энергию разряда для получения требуемого отверстия и определить технологические режимы анодного растворения металла под покрытием.

Выводы. Разработан метод получения отверстий малого диаметра универсальным плоским электродом-инструментом с управлением электрическим полем, формируемым из диэлектрического покрытия детали путем его импульсной прошивки с расчетным диаметром и анодным растворением металла в зоне удаления покрытия.

Литература

1. Смоленцев В.П. Электрохимическое маркирование деталей / В.П. Смоленцев, Г.П. Смоленцев, З.Б. Садыков // М: Машиностроение, 1983.– 72с.

2. Смоленцев В.П. Расчет режимов и проектирование технологической оснастки для электрохимической обработки крупногабаритных деталей / В.П. Смоленцев, А.Н. Осеков, М.Г. Поташников // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010, №4. – С. 51-54

3. А.с. № 973271 (СССР) Способ маркирования деталей из токопроводящих материалов / В.П. Смоленцев и др.// Бюл. изобр., 1982, № 42

4. Осеков А.Н. Механизм размерного формирования информационных знаков в диэлектрических покрытиях / А.Н. Осеков // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2011, №4/3. – С. 62-66

Воронежский государственный технически университет

Казанский государственный энергетический университет

Воронежский механический завод

УДК 002:34+004.056.5

Ю.А. Цеханов, Е.А. Балаганская