Параметры режима электроэрозионной обработки и основы их выбора

На верхних направляющих станины 18 расположены поперечные 17 и продольные 16 салазки. Они обеспечивают перемещение заготовки, закрепляемой на рабочем столе станка 3 с помощью маховичков 2 и 15 соответственно по взаимно перпендикулярным направлениям X и Y.

Внутри шпиндельной бабки расположена выдвижная пиноль 7, имеющая возможность автоматического перемещения вверх и вниз с помощью кнопок пульта управления, расположенного на правой стороне шпиндельной бабки (на рисунке пульт не показан). На торцовой части пиноли закреплён патрон 5 для установки электрода-инструмента. Электрод-инструмент при обработке с помощью серводвигателя постоянного тока, размещённого в шпиндельной бабке, совершает движение вертикальной подачи Ds.

Станок устанавливается на фундамент основанием 1, внутри которого расположен бак с диэлектрической жидкостью ёмкостью 260 литров. На основании станка смонтирована станина 18 с вертикальной колонной 10 и электрошкаф 13 с панелью управления 12. На вертикальных направляющих колонны 10 установлена шпиндельная бабка 9, перемещаемая по направляющим колонны с помощью маховичка 11.

Внешний вид электроэрозионного станкаSure First ED-203с указанием его основных узлов представлен на рисунке 10.2.

Устройство станка Sure First ED-203

На данном станке имеется возможность широко варьировать режимы обработки и изменять полярность электродов, что позволяет осуществлять черновую обработку, обеспечивающую производительность cъёма материала до 500 мм3/мин, и чистовую обработку, обеспечивающую 6-7-ой квалитеты точностии шероховатость поверхности Ra не ниже 1,25 мкм.

Назначение станка Sure First модели ED-203

Электроэрозионный станок модели Sure First ED-203 предназначен для получения полостей и отверстий в заготовках массой до 300 кг с максимальными габаритными размерами 500 ´ 250 ´ 220 мм(длина, ширина, высота)из материалов, проводящих электрический ток.

На станке можно выполнять такие операции, как:

— прорезание узких пазов шириной от 0,15 мм и более;

—координатное прошивание цилиндрических отверстий в труднообрабатываемых резанием материалах с обеспечением точности межосевого расстояния сопряжённых отверстий до 0,03-0,05 мм;

— получение отверстий относительно большого диаметра методом кольцевой прошивки;

— вырезание профильных заготовок из листового материала, разрезание пластинок из твёрдых сплавов;

—извлечение сломанного инструмента из обрабатываемой заготовки;

—обработку сложных поверхностей штампов;

—нанесение изображений на клейма и другие изделия.

Рис. 10.2. Электроэрозионный станок модели Sure First ED-203

Рабочий стол 3, имеющий габаритные размеры 500 ´ 250 мм (длина, ширина), размещён в рабочей ванне 14 с открывающейся створкой 4. В ванну насосом закачивается диэлектрическая жидкость.

В ванне станка смонтировано устройство для регулирования уровня диэлектрической жидкости, который при обработке должен быть выше обрабатываемой поверхности заготовки на 30…50 мм. Установку уровня диэлектрика осуществляют при наладке станка, исходя из высоты системы «приспособление — заготовка». Давление подаваемой в ванну жидкости можно контролировать по манометру 6 и регулировать при помощи специального клапана. Для контроля температуры диэлектрической жидкости используется устройство, которое автоматически отключает питание станка при температуре 55 ºС.

Точность и качество выполненных на электроэрозионном станке работ в значительной степени зависят от точности установки и надёжности закрепления электрода-инструмента. Для реализации этих задач на станке предусмотрен патрон 5 (см. рис. 10.2), устанавливаемый в пиноль шпиндельной бабки. Патрон обеспечивает возможность закреплённому в нём электроду-инструменту отклоняться от вертикальной оси на угол ± 10º с помощью регулировочных винтов. Нижняя часть корпуса патрона может поворачиваться вокруг вертикальной оси и фиксировать электрод-инструмент в необходимом положении при выверке последнего.

Панель управления станкомSure First ED-203, расположенная на лицевой стенке электрошкафа 13 (см. рис. 10.2),представлена на рис. 10.3. Обозначенные на ней кнопки и рукоятки имеют следующие назначения:

1 — главный выключатель питания станка;

2 — кнопка аварийного останова;

3 — кнопка выключения насоса для прокачки диэлектрической жидкости;

4 —кнопка включения насоса для прокачки диэлектрической жидкости;

5 — датчик уровня диэлектрической жидкости в ванне (включён или выключен);

6 — кнопка датчика контроля разряда;

7 — кнопка (выключатель) контроля автоматического останова;

8 — переключатель настройки длительности импульсов t_и, устанавливаемой дискретно по значениям, указанным на шкале, в пределах от 1 мкс до 1200 мкс(10^-6-1,2×10^-3 с);

Рис. 10.3. Панель управления станка Sure First ED-203

9 — кнопки установки силы тока I при низком напряжении U (40-60 В) на электродах. Значения силы тока приведены в таблице 10.1;

Таблица 10.1

Значения силы тока при нажатых кнопках панели при обработке с низким напряжением на электродах

10 — амперметр средних значений силы тока разряда I_ср в межэлектродном промежутке;

11 — переключатель диапазона напряжений U на электродах. Имеет две позиции: диапазон низкого напряжения (40-60 В) и диапазон высокого напряжения (около 300 В);

12 — красный и зелёный светодиоды, указывающие на состояние работы станка и уровень эффективности электроэрозионного съёма материала. При нормальном состоянии работы станка зелёный светодиод (обозначение на панели ) включён. Эффективная обработка и нормальные условия протекания процесса соответствуют выключенному красному светодиоду (обозначение на панели );

13 — кнопки установки высокого напряжения U (до 300 В) на электродах. Силы тока, обеспечиваемые при нажатии кнопок 13, указаны в таблице 10.2;

Таблица 10.2

Значения силы тока, соответствующие нажатым кнопкам установки высокого напряжения

14 — светодиоды, указывающие при обработке в относительных единицах (от 0 до 100 %) уровень частоты разрядов (светодиод EFF) и чувствительности следящей системы станка к величине отклонения межэлектродного торцового зазора δ_т от установленного значения (светодиод SERVO);

15 — переключатель полярности электродов;

16 — рукоятка регулировки чувствительности системы к созданию условий для прохождения электрического разряда между электродами;

17 — переключатель настройки длительности перерывов между импульсами t_п;

18 — вольтметр, указывающий среднее значение напряжения на электродах U_ср;

19 — рукоятка регулировки высоты периодического подъёма электрода-инструмента с целью удаления продуктов эрозии из межэлектродного промежутка и последующего подвода его в рабочую позицию;

20 — рукоятка регулировки времени периода подъёма и опускания электрода-инструмента (движение D_всп);

21 —рукоятка установки оптимального по величине искрового разряда в межэлектродном промежутке путём регулировки напряжения на электродах и величины межэлектродного торцового зазора;

22 — рукоятка регулировки чувствительности системы к величине отклонения межэлектродного торцового зазора δ_т от оптимального установленного значения;

23 — индикатор чувствительности системы к величине отклонения межэлектродного торцового зазора δ_т;

24 — кнопка включения режима автоматического опускания пиноли шпиндельной бабки 9 с электродом-инструментом;

25 — кнопка блокировки пиноли от перемещений при выполнении специальных операций;

26 — кнопка включения быстрого перемещения пиноли шпиндельной бабки;

27 — кнопка включения режима быстрого отвода и подвода электрода-инструмента;

28 — светодиод и зуммер, включающиеся в момент контакта заготовки и электрода-инструмента при установке глубины обработки с помощью устройства 8 (см. рис. 10.2).

Режимом электроэрозионной обработки называют совокупность численных значений регулируемых (устанавливаемых при наладке станка) параметров процесса, которые определяют технико-экономические показатели выполнения операции на станке.

Режим электроэрозионного формообразования на станке Sure First ED-203 включает три группы параметров: электрические, механические, гидромеханические.

Электрическими параметрами режима электроэрозионной обработки являются: напряжение на электродах U, их полярность (прямая или обратная), форма и частота прохождения f_и импульсов, время действия импульсов t_и и время перерыва между импульсами t_п, период действия импульсов Т_и, скважность импульсов q, средняясила тока I_ср в межэлектродном промежутке.

Механические параметры обработки включают: скорость подачи электрода-инструмента υ_S, межэлектродные зазоры δ (боковой δ_б и торцовый δ_т), частоту и высоту периодического подъёма электрода-инструмента с последующим подводом его в рабочую позицию для интенсификации удаления из зоны обработки продуктов эрозии электродов.

Гидромеханические параметры режима обработки связаны с прокачкой диэлектрической жидкости через межэлектродный промежуток. Диэлектрическая жидкость используется при обработке как охлаждающая среда и как средство стимулирования искрового разряда. Она также вымывает продукты эрозии заготовки и электрода-инструмента из межэлектродного промежутка и образует электрический изолятор между заготовкой и электродом.

К гидромеханическим параметрам обработки относят: рабочее давление жидкости, расход диэлектрика, скорость прокачки его через межэлектродный промежуток, температуру диэлектрика. Температура диэлектрической жидкости не должна превышать 55 ⁰С.

Выбор режима электроэрозионной обработки. Экспериментальными исследованиями в области электроэрозионной обработки выработан ряд зависимостей и практических рекомендаций по выбору режимов обработки, являющихся общими для электроэрозионного метода обработки вне зависимости от применяемого оборудования. Эти зависимости и рекомендации, устанавливающие связь между параметрами режима обработки и технико-экономическими показателями процесса, распространяются и на обработку заготовок на станке Sure First ED-203.

В соответствии с ними на выбор режима электроэрозионной обработки влияют:

— выходные параметры обработки, которыми чаще всего являются максимальная производительность процесса П_m (кг/мин) при условии получения заданной точности выполнения размеров и шероховатости обработанных поверхностей;

— марка материалов и физические характеристики заготовки и электрода-инструмента;

— площадь S (мм²) и глубина обработки l (мм);

— вид и схема обработки;

— схема и параметры прокачки электролита через межэлектродный промежуток.

Приведём далее некоторые общие рекомендации по выбору режима электроэрозионной обработки.

В зависимости от требуемых точности выполнения размеров и значений параметров шероховатости обработанных поверхностей электроэрозионную обработку разделяют на черновую (предварительную), получистовую и чистовую (окончательную). Границы достигаемых при каждом виде обработки требуемых по чертежу параметров в данном случае, как и при других методах обработки, весьма условны. Так, за чистовую обработку принимают обработку, обеспечивающую 6‑9-й квалитеты точности размеров и шероховатость поверхности по параметру Ra не более 1,25-3,2 мкм. Черновая обработка, в свою очередь, характеризуется 12-14-м квалитетами точности и высотой микронеровностей профиля обработанных поверхностей Ra равной12,5 мкм и более. При назначении режимов чистовой, получистовой и черновой электроэрозионной обработки придерживаются следующих рекомендаций.

При чистовой электроэрозионной обработке необходимо осуществлять процесс с низкой энергией импульсов W_и, что обеспечивается применением небольших значений средней силы тока I_ср и выбором короткого времени действия импульсов τ_и (10^-5-10^-7 с) с установкой на электродах прямой полярности. Средняя сила тока по паспортным данным станка Sure First ED-203 может изменяться в весьма широких пределах от 0,5 А до 130 А. Необходимость выбора прямой полярности связана с тем, что при малых длительностях импульсов съём металла происходит преимущественно с анода. Поэтому для обеспечения меньшего износа электрода-инструмента и обеспечения эффективного съёма материала с заготовки целесообразно применить прямую полярность, при которой заготовка является анодом, а электрод-инструмент — катодом.

При черновой обработке заготовки (Ra более 12,5 мкм) необходимо обеспечить большую производительность процесса. Это требует применения импульсов большой мощности (большие значения средней силы тока I_ср) и высокой продолжительности действия τ_и. С увеличением длительности разряда съём металла с катода становится выше, чем с анода. Именно поэтому при черновой обработке целесообразно устанавливать обратную полярность, при которой электрод-инструмент принимают анодом, а заготовку — катодом.

Получистовую обработку проводят, как правило, в режиме обратной полярности со средними по отношению к чистовой и черновой видам обработки значениями плотности тока ρ_I (А/мм²).

Еще одной важной характеристикой обрабатываемой заготовки, влияющей на значения параметров режима обработки, является площадь обработки S (мм²). Зависимость производительности электроэрозионной обработки от площади обрабатываемой поверхности при постоянной средней силе тока I_ср носит экстремальный характер.

В соответствии с паспортными данными станка рекомендуемые значения силы тока в зависимости от обрабатываемой площади заготовки S можно определить через плотность тока (А/мм²) по таблице 10.3.

Таблица 10.3

Рекомендуемые значения плотности тока

Сложные зависимости между производительностью обработки по массе П_m (кг/мин), с одной стороны, и средней силой тока I_ср и площадью обработки S, с другой стороны, находят экспериментально и представляют для каждой модели станков в виде номограмм или таблиц.

Номограммы и таблицы, позволяющие непосредственно устанавливать оптимальные режимы обработки на электроэрозионном станке Sure First ED-203, отсутствуют. В связи с этим установку режима обработки при изготовлении каждой конкретной детали выполняют в два этапа. На первом этапе проводят установку параметров режима обработки на пульте управления станка, руководствуясь общепринятыми рекомендациями, содержащимися в справочниках, например, в работе [1]. Второй этап содержит действия оператора по отладке режима обработки на основе визуальной и звуковой информации, поступающей с приборов панели управления в процессе изготовления первой детали с выходом на оптимальный режим.

В целом выбор режима обработки при заданных геометрических характеристиках детали и партии изготовления предполагает:

1. Выбор критерия оптимизации: производительности процесса по массе П_m (или по объёму П_v), шероховатости поверхности Ra, точности размеров (погрешности обработки).

2. Выбор марки материала электрода-инструмента и диэлектрической жидкости, схемы её поступления в зону обработки.

3. Выбор полярности напряжения на электродах (прямой или обратной).

4. Выбор средней силы тока I_ср, А.

5. Определение длительности импульса t_и как функции заданной шероховатости обработки Ra.

6. Задание времени перерыва между импульсами тока t_п.

7. Выбор напряжения на электродах U_ср, которое обеспечивает оптимальную величину межэлектродного зазора (конкретное значение зазора на приборах не устанавливается). Напряжение, используемое при черновой обработке, может регулироваться в диапазоне 40-45 В, а при чистовой обработке — 50…60 В.

8. Выбор высоты и времени подъёма пиноли станка с электродом-инструментом из зоны обработки и возвращения её в исходную позицию. Время отвода – подвода может регулироваться в диапазоне от 0,5 до 10 с. Большие значения используются для обработки при использовании токов большой силы или при черновой обработке. Более короткое время подъёма электрода-инструмента принимается при обработке с использованием токов малой силы (менее 3 А), при чистовой обработке или при прошивке глубоких отверстий. Обычная высота подъёма электрода-инструмента устанавливается в пределах от 0,3 до 1,5 мм.