Способ электромеханической обработки

Союз СоветскикСоциалистическмиРеспублик АНИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКО 61 полнительное к авт. саид-ву3) Приоритет Опубликовано 07,08. Бюллетеньо делам изабретеиий и еткрмтийата опубликования описания 10,1081(71) Заявител роектно: .я Краматорский научно-исследовательский технологический институт машиностро СПОСОБ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ припуск сре с одновреипуск переможИзобретение относится к области электромеханической обработки и может быть использовано при обработке любых металлов с разупрочнением припуска электрическим током.Известен способ электромеханической обработки, заключающийся в срезании припуска режущим инструментом с одновременным воздействием на припуск постоянным током, проходящим на деталь через корпус инструмента 3 .Проходящий через деталь ток разогревает ее, в результате чего припуск раэупрочняется, что дает воз ность повышения режимов резания.Недостатком способа является большой расход тока на нагрев всей детали, в то время как нагревать требуется только верхний .срезаемый слой припуска.Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ электромеханической обработки заключающийся в том, чтоэают режущим инструментомменным воздействием на прменным током 21..Переменный ток пропускают через 5электроды, расположенные перед режущими пластинами и изолированные откорпуса инструмента типа.фреэы. Через припуск ток проходит только научастке между электродами. Таким образом происходит местный нагрев припуска. Кроме того, ток в припускеперемещается вращающимся инструментом в поперечном направлении, что 1равносильно перемещению проводникас током. В результате в припуске возникают вихревые токи, дополнительноразогревающие его./ Недостатком способа является сравнительно невысокая проиэводительностЦель изобретения - повышение производительности обработки.Указанная цель достигается тем,что частоту переменного тока выби- 16000 м/с,ечивается з пи с током прочнение обео, что часть ное ра счет т ра 35 пром-- 400000 Гц Ъ м в при ассчитывают пара- ного контура с конденсатором 15.формуле маг вуе асчет производят п1 2 Х 1 1.Снапример 45 Выбнра пользуемыи широко ис мкостью онденсатор с 2 1 О Ф.503,1 40000 10 55 1,288мыкают в цепь тором 1 10 и учас.1 окстью 14 и кон ежэлектрод индуктивн це денс рают равной частоте собственных упругих колебаний материала припуска.На фиг. 1 изображен инструмент для реализации способа; на фиг. 2 - схема его подключения.На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - корпус инструмента, 2 - электрическая изоляция, 3 - резец с режущей пластиной, 4 - электрическая изоляция, 5 - электрод, 6 - кольцо токосъемника, 7 - электрическая изоляция, 8 - кольцо токосъемника, 9 - щетка для подвода тока к кольцу токосъемника, 10 - электролит, 11 - сопло для подвода. электролита, 12 - обрабатываемая деталь, 13 - источник питания, 14 - индуктивность, 15 - конденсатор с регулируемой емкостью, 16 - датчик расходуемой мощности, 17 - регулятор с обратной связью, автоматически изменяющий емкость конденсатора 15, 18 - датчик частоты собственных упругих колебаний материала припуска собственной частоты колебательного контура).Способ осуществляют следующим образом. При вращении инструмента режущие пластины на резцах 3 обеспечивают механическое срезание припуска. Ток, проходящий между каждой парой электродов 5, обеспечивает нагрев и дополнительное разупрочнение припуска в межэлектродной зоне. Донолнительпуске перемещается в поперечаправлении совместно с вращаю- инструментом, в результате чего пуске возникают вихревые токи, тное поле которых взаимодейстс основным переменным током, обмеханический момент. Частота менения механических сил соответствует частоте изменения тока. Кроф ме того, при электромагнитных взаимодействиях в припуске возбуждаются упругие волны, имеющие для данного материала и данного межэлектродного рас стояния вп лне определенную частоту.При совпадении частоты тока с указанной частотойупругих волн наблюдает; ся резонансное увеличение амплитуды упругих волн, приводящее к резкому увеличению сил, отрывающих частицы металла в припуске, а также к увеличению местного нагрева припуска. Подвод тока от электродов 5 к детали 12 возможно осуществить через электролит 10. Настройку частоты переменного тока, равной частоте собственных упругих колебаний материала припуска вмежэлектродном пространстве, производят следующим образом.Вначале определяют частоту собственных упругих колебаний материалав межэлектродном пространстве следующим образом.Вначале определяют частоту собст-венных упругих колебаний материалаприпуска по формулеОФХгде Г - частота собственных упругихколебаний материала припуска,Гц,0 - скорость распространения упругой волны в материале при -20пуска, м/с,Х - длина упругой волны, м.Как известно где Е = 20000 х 10 Н /м - модуль Юнга, 7,8 х 10 кг/м 5 - удельный вес (плотность) стали.По этои частоте метры автоколебател О индуктивностью 14 и/4 О =Цепь с индуктивностью и емкостьюимеет собственную частоту электрических колебаний, величина которой определяется параметрами индуктивности иемкости (см. выше), Изменяя эти параметры, можно регулировать частотусобственных электрических колебанийв контуре.Для регулирования частотногоспектра выбирают регулируемый конденсатор, у которого расчетная величинаемкости является средней из возможного диапазона регулирования.Источник переменного (пульсирующего) тока 13 обеспечивает питаниеавтоколебательного контура, электрические колебания в котором возникаютблагодаря колебаниям тока на рабочемучастке цепи,При совпадении частоты электрических колебаний в контуре с частотой упругих колебаний в припуске воз-.никает резонанс, благодаря чему припуск дополнительно разогревается иразупрочняется, а количество расходуемой энергии уменьшается. Уменьшение мощности источника питания регулируется датчиком 16, а регулятор собратной связью 17 обеспечивает автоматическую поднастройку конденсатора 15 и источника питания 3 на минимальный расход мощности, который исоответствует резонансному совпадению частоты переменного тока с частотой собственных упругих колебанийматериала припуска.Регулирование частоты тока источника 13 можно и не производить, врезультате чего выполнение способаупрощаетсяПоследняя возможность обусловленатем, что при любой частоте переменного тока в источнике 13 частота колебаний тока в автоколебательном контуре не изменяется. Изменяется только амплитудный характер колебаний тока, так как колебания в этом случаеявляются периодически затухающими,Совпадение же частотных характеристик тока и упругих колебаний всегдаобеспечивается,Возможен вариант регулированиячастоты тока только источником 13без выполнения колебательного контура, т.е. без индуктивности 14 и конденсатора 15.Однако наиболее простым и экономичным выполнением способа являетсярегчлирование частоты тока измене 6нием емкости конденсатора 15 в авто.колебательной системе, состоящей изиндуктивности 1.4 и конденсатор 5,без изменения частоты источника питания 13,Определять действительную частотуупругих колебаний в припуске возможно и другим путем, разместив датчикколебаний около зоны резания,О Однако при всей простоте такихдатчиков размещать их в зоне резаниянецелесообразно ввиду неудобства эксплуатации,Необходимость регулирования частоты переменного тока обусловленаразной скоростью распространения упругой волны в разных материалах, приводящая к изменению частоты упругихволн при измененчи марки обрабатываемого материала.Однако, ввиду незначительного отличия скоростей упругих волн в разныхматериалах, частоты также отличаютсямежду собой незначительно и в той же25 пропорциональности.Благодаря этому, путем измененияемкости конденсатора 15 возможно обе -печить получение необходимых частотдля большого диапазона обрабатываемыхматериалов,Способ можно осуществить в автоматическом режиме, что является удобнымдля эксплуатации. Пример конкретного выполнения способа(режимы по прототипу даны в скобках). Обрабатываемый материал - стальХ 9 ВМФШ, число оборотов инструмента,несущего режущие пластины и электроды, составляет 3000 (100) об/мин,4 О диаметр инструмента 250 (250) мм, наинструменте установлены 6 (6) режущих пластин с электродами впереди них,подача на зуб составляет 0,0093(0,1) мм/об; сила тока, подводимого45 к электродам, - 300 (300) А, расстояние между электродами составляет(10) мм,Сила взаимодействия основного и вихревого токов определяется по фор- муле Ь" Ио 1 ф8 Уб1 - магнитная проницаемость воздуха;410 4, г/м - магнитная постоянная,300 А - сила тока в цепи1 д 2 300 А - сила вихревых токов.Для удобства расчета величины токов приравнены, хотя,таким образом, приравнениелишь уменьшит величину силы1 и к завышению результатане приведет;0,01 м - расстояние междуэлектродами;0,0093 10 м - расстояниемежду токами4 3,14 1 О 300 300 0,01 10 2.3 14 0,0093, 1 О-З 1519400 н.Диаметр электродов составляет 2 мм. В этом случае площадь участка припуска, по которому проходит ток и в котором происходит взаимодействие токов, составляет 202 Х 10 = 20 мм"Напряжения в металле в зоне взаимодействия токов равны1940 ; 20 = 970 н/ммЭти напряжения не превышают пре дела прочности стали Х 9 ВМФШ, составляющего 1800 н/ммПри резонансном совпадении частоты пульсации тока с частотой собственных колебаний материала припуска сила ЗО увеличивается в 5-10 раз. Тогда напряжения в металле составляют.19400 х (5-10): 20 == 4850 - 9700 н/ммЭти напряжения превышают предел прочности стали Х 9 ВМФШ в 2,7-5,4 раза. Это означает, что припуск будет удален электромагнитными силами от действия тока. Это позволяет увеличить обороты инструмента до максимальных, имеющихся на станке. Устанавливаем 3000 об/мин.Повышение производительности вэтом случае составит3000 : 100 = 30 раз,45Однако глубина снятия припуска каждой парой электродов за один оборотсущественно меньше, чем подача на зуб,и равна глубине проникновения вихре 3вых токов. 50 В этом случае производительность снижается в О,1 : 0,0093 = 10,7 раза.Общее же повышение производительности составит30 : 10,7 - 2,8 раза.Дополнительное повышение производительности обеспечивается за счет того, что не требуется обслуживать фрезу и заменять ее зубья ввиду их малой нагрузки или отсутствии ее вообще.При создании станков с .более высоким числом оборотов производительность возможно повышать до практически целесообразного.Практический эффект применения данного способа следующий:увеличение производительности в несколько раз без увеличения мощности источника питания;экономия электроэнергии в несколько раз;- возможность обработки при определенных режимах без режущих инструментов, что обеспечивает их экономию;- уменьшение времени на обслуживание инструмента,- возможность обработки материалов любой твердости .формула изобретенияСпособ электромеханической обработки, заключающийся в срезании припуска режущим инструментом с одновременным воздействием на припускпеременным током, о т л и ч а ю "щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности, частоту переменного тока выбирают равной частоте собственных колебаний материалаприпуска.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Японии У 29118,кл. В 23 Р 1/10, 1971.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 2639244/25-08,кл. В 23 Р 1/10, 1979 (прототип),Патент", г. Ужгород. ул. Проектная, Б ВНИИПИ Филиал аказ 8836 870045 раж 11 одписно