Способ электроабразивного шлифования

СОЮЗ СОВЕТСННХСОЦНАЛНСТНЧЕСННХРЕСПУЬЛНН 0% Ш) А 1 23 Н 5 06 ГОСУДАРСТВ ПО ДЕЛАМ Н у ВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТВУ лектро о 32 ектректрои техничес рое ша,овйч т.В.О53)54)АНИЯ57)ованщим э ас ВНОГО ШЛИФОг элек том о зобретение относным методам обрабектрохимическое ится к комбини отки, сочетаю- и механическое ваемую поверх кондукдиаремен ствие на обрабат заготовки. Целью ся повышение про возде изобретениязводительнос с явл ЫЙ КОМИТЕТ СССР ОБРЕТЕНИЙ Н ОТКРЫТНЙ(71) Новосибирский элкий институт( СПОСОБ ЭЛЕКТРОАБРАЗ ти и точности обработки. Приабразивном шлифовании в электзазор подают капельный слой элита при максимальной плотноснем капель. Перед межэлектродмежутком определяют плотностьтролитных капель и поддерживаюмаксимальной. за счет измененистояния от места подачи на кртролита до зоны обработки. Прплотность электролитных капелделяют с помощью двух и болеетометрических датчиков разногметра по разности частот одноно снимаемых с них сигналов,ф-лы, 4 ил.113334Изобретение относится к областикомбинированных методов обработки,сочетающих электрохимическое и механическое воздействие на обрабатывае 5мую поверхность заготовки,Целью изобретения является повьппение производительности и точности обработки,Поставленная цель достигается засчет подачи в межэлектродный зазоркапельного слоя электролита при максимальной плотности в нем капель.На фиг.1 приведено устройство, реализующее способ; на фиг.2 - схемаизмерения плотности капель с помощьюдвух кондуктометрических датчиковразного диаметра; на фиг.3 - зависимость плотности капель от удалениядо места подачи на круг электролитаЬ; на фиг,4 - зависимости производительности и точности обработки от Е,Устройство (фиг.1) содержит деталь 1, введенную в соприкосновениес шлифовальным кругом 2, на периферийную поверхность которого подаетсяэлектролит с помощью сопла 3, Дляудаления избытков электролита установлен скребок 4, расположенный передзоной обработки. Между скрФбком 4 идеталью 1 установлены кондуктометрнчеекие датчики 5 и б разных диаметров, подведенные к абразивному кругудо касания. Выходы датчиков 5 и б поданы на входы датчиков тока 7 и 8.Между датчиками тока 7 и 8 и кругом2 с помощью стабилизатора напряжения9 приложено небольшое значение измерительного напряжения. Выходы датчиков тока 7 и 8 соединены псследовательно с преобразователями 1 О и 11,устройством сравнения 12, усилителем 13 и исполнительным элементом 1;4.В качестве исполнительного механизма14 может быть использован электромагнитный или электрогидравлическийтолкатель, а также электродвигатель,Исполнительный элемент связан механически с шатуном 15, на свободном конце которого вдоль оси закреплено соп- ббло, подающее на круг раствор электролита. Для осуществления процесса обработки деталь 1 вводится в соприкосновение с вращающимся шлифовальным кругом 2. Между деталью 1 и кругом 2 прикладывается плюс и минус техноло- гического напряжения. Электролит на 892круг подается с помощью сопла 3 вне зоны обработкиСмачивание круга 2 электролитом приводит к образованию на его поверхности при выходе из струи электролита жидкостной пленки, увлекаемой по направлению его вращения.Увлекание пленки по направлению вращения круга приводит к разгону по мере удаления от места смачивания круга электролитом,.к увеличению скорости ее движения и к возрастанию действующих на пленку центробежных ускорений, Зто приводит в свою очередь к выделению из пленки отдельных капель, характеризующихся в начальный момент разгона большиья, средними и отрывными размерами капель,и невысокой их плотностью. Увеличение скорости движения жидкости на круге приводит к уменьшению средних и отрывных размеров капель и к увеличению их плотности.При этом минимальные значения размеров капель и их максимальная плотность достигаются в момент полного разгона частиц жидкости на круге или в момент, когда их скорость становится равной окружной скорости круга. При дальнейшем движении капель на круге нх размеры остаются неизменными, в то время как плотность капель постепенно падает из-за их постоянного срыва и обеднения вследствие этого жидкостью поверхностного слоя. Были проведены экспериментальные исследования закономерностей пленочно-капельного течения электролита на круге.При этих исследовачиях были получены зависимости плотности капель на круге от расстояния 1, до места смачивания круга электролита, а также зависимости скоростей движения капель от 1,. Плотность капель Р на круге определялась по методике, описанной ниже.Плотность капель на круге в фиксированной точке определялась с помощью двух кондуктометрических датчиков разного диаметра (В =0,3 мм,рВ := 0,6 мм). Кондуктометрические датчики располагались в горизонтальной плоскости, расстояние между ними было 1 мм. Кондуктометрические датчики соединялись последовательно с датчиками токов и частотомерами, между датчиками тока и кругом приклады 1333489к к щм ф1Число встреч датчика (С, ) с боко-.Пд 1 выми каплями и, равно, как видно из фиг,2, числу капель, центры которых входят В две площадки, лежащие по обе стороны от Р на расстоянии Рк, н Длиой Ь, где Р к ср - средний диаметр капель, т.е. и = Р 2 " - дЬ = Р 1 дЮ1 2 ксрОтсюда общее число встреч датчикас каплями равно 50 55 валось небольшое значение стабилизированного напряжения.Замыкание зазора между кондуктомет- рическими датчиками и кругом движу 5 щимися каплями приводит к появлению импульсно-частотных сигналов на выходе датчиков, частота всплесков которых за фиксированный период времени определялись с помощью частотомеров.Частота всплесков на датчике тока за период измерения Т равна числу встреч кондуктометрического датчика с каплями за это на время и, 15На фиг.2 схематично представлен (в увеличенном виде) участок периферии круга с образованными на нем каплями электролита и показаны также сечения кондуктометрических датчиков 20 и капель на уровне касания круга датчиков. Как видно из фиг.2, частота встреч кондуктометрического датчика (0, ) с каплями, выступающими над шлифовальным кругом и равна сумме 25 частот и встреч этого датчика с кап 1лями, центры которых лежат внутри полоски шириной Р , и частоты встречкдатчика, центры которых лежат за преИделами этой полоски и так как п 30 равнои = и + пкЗначение и, как видно из фиг.2, равно числу капель, центры которых Входят В прямоугольник РО Х 6 Ье.При1этом величину и, можно ойределить, умножив среднюю плотность капель на площадь П, х дЬ. Под плотностью капель Р понимается количество капель,. приходящихся на единицу периферийной 40 поверхности круга. Величину дЬ можно определить, умножив скорость движения капель в месте измерения Чк на период измерения Т . Отсюда и определяется следующим образом: Рк д Ь 01 Рк д Ьс кРкд, (П 1 0 кср )Как видно из этой зависимости, на основании одного измерения и, нельзя определить Рк из-за наличия неизвестного 0. Отсюда, для определения Р вводится еще один датчик, дающий еще одно уравнение. Диаметр этого второго датчика должен быть отличным от 01 Число встреч второго кондуктометрйческого датчика с каплями равно по аналогии с предыдущим случаеми РЬЬ(Р 0 )Разница и - и, равнадп = и - и, =Р дЬ( - 0)Р ЧЬИОтсюда значение Р легко определитььпРк дЬ д)Учитывание частот встреч и. датчи 1ков с боковыми каплями необходимоиз-за того, что для измерений необходимо выбирать датчики, диаметры которых соизмеримы со средними диаметрами капель, так как при больших 0происходит слияние сигналов от отдельных капель. Уменьшение диаметра0 до малых значений приводит к по 1тере жесткости датчиком, к появлениюего вибрации и к уменьшению точностиизмерений и.Экспериментальные исследования зависимостей плотностей Р от Ь показали, что в интервале окружных скоростей.круга 7 - 35 м/с круга диаметром300 мм, эти зависимости имеют типичный вид, представленный на фиг.3.Зависимость Рк носит экстремальныйхарактер.Увеличение скорости вращения круга приводит к более интенсивному разгону им пленки и к смещению Ьв области меньших значений. Увеличение окружной скорости круга с 7 до 35 м/спРивоДит к Увеличени 1 о Р ксс 30 До 100 капель/см . При этом средние диаметры капель Эк изменялись от - 0,8 до0,2 мм. Значение Ь при Чк = 30 м/с равно = 00 мм,Таким образом, проведенные экспериментальные исследования полностью подтвердили описанные закономерности пленочно-капельного течения электролита на периферийной .поверхности вращающегося шлифовального круга, Отрыв133348 ные размеры капель даже при скорости круга Ч = 35 м/с составляют 0,10 мм и превосходят высоту выступления зерен над связкой, что приводит к выступлению капель над зернами и уменьшению точности обработки. В, связи с этим над деталью перед входом круга в зону обработки устанавливают скребок 4, удаляющий с круга избытки жид О кости. Удаление скребком избытков капель, выступающих над зернами, приводит как бы к калибровке капельного слоя.Возможны три случая калибровки ка пельного слоя: калибровка неразогнанного слоя; калибровка послераэгонного слоя; калибровка капельного слоя в момент его разгона.В первом случае имеет место сколь жение капель относительно круга. Скольжение капель приводит к постоянному их набеганию на абразивные зерна круга, что приводит в свою очередь к озмущению капель, к увеличению периоди чески их объема и высоты, и к замыканию капель и зазора между связкой круга и деталью не только в местах механического контакта абразивных зерен и детали, но и в местах с большим зна-ЭО чением межэлектродного зазора, Таким образом, подача в зону обработки не- разогнанного, хотя и калиброванного, капельного слоя приводит к снижению точности обработки.35При подаче в зону обработки калиброванного послеразгонного капель- ного слоя возмущения капель абразивными зернами не происходит. В этом случае достигается максимальная точ О ность обработки, которая практически не зависит от стадии послеразгонного течения или от длины . от зоны обработки до места подачи на круг электролита. Однако увеличение значений Е больше , приводит к уменьшению плотности капель на круге, уменьшению числа перемыкающих межэлектродный зазор в зоне обработки капель, а следовательно, к уменьшению производитель- БО ности обработки.Наибольшая производительность обработки при одновременном достижении максимальной ее точности обеспечивается при подаче в зону обработки калиброванного кацельного слоя, соответствующего моменту достижения Р,.Для обеспечения подачи в зону обработки капельного слоя с максималь 96ной плотностью капель (фиг.1) к кругу подводят до касания два кондуктометрических датчика 5 и б. При этомдатчики располагаются либо непосредственно над зоной обработки, либо науровне зоны обработки в случае обработки узкой детали широким кругом.Датчики можно располагать как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной. При этом в первом случае получаются более точные измерения плотности из-за отсутствия предварительного возмущения первого датчика 5 накапли, проходящие второй датчик 6,Кондуктометрические датчики 5 и 6представляют собой металлическиепроволочки, закрепленные в нетокопроводящем корпусе на некотором расстоянии друг от друга. Свободные (рабо-чие) концы этих датчиков подведенык вращающемуся шлифовальному кругудокасания, Для обеспечения измеренияплотности капель на круге рабочие концы этих датчиков имеют разные диаметры. Диаметры датчиков можно выбратьисходя иэ следующих соображений:0должен быть меньше -5 Э, капель минимальные средние значения капель)ибольше диаметра, при котором датчикобладает небольшой изгибной жест-костью,Диаметры датчиков целесообразновыбирать 0,1 - 1 мм, т.е. 0,1 мм (3П1 мм. Расстояние между датчиками целесообразно принимать 0,2 -2 мме Для обеспечения процесса измерения между кондуктометрическими датчиками 5 и 6 и содеиненными последовательно с ними датчиками тока 7 и.8 с одной стороны и шлифовальным кругом с другой прикладывают стабилизированное напряжение с помощью стабилиза-. тора напряжения .9 положительным потенциалом к кругу, а (-) - к датчикам 7 и 8, этим исключается электро- химическое растворение кондуктометрических датчиков 5 и 6, Для исключения растворения связки шлифовального круга 2 прикладываемое напряжение выбирают не более 1 - 10 мВ,Датчики токов 7 и 8 представляют собой шунты, с которых снимают падающее на них напряжение. Частотные сигналы с датчиков тока 7 и 8 подаются на преобразователи частоты - напряжения 10 и 11, на которых происходит7 13 преобразование частотного сигнала в пропорциональное частоте напряжение. Далее эти два сигнала вычитаются в устройстве сравнения 12. Полученная разность дифференцируется и при отклонении первой производной от "0" происходит выработка управляющего сигнала, который через усилитель 13 подается на исполнительный элемент 14, изменяющий с помощью шатуна 15 расстояние Ь от места подачи на круг электролита до зоны обработки до сравнения 0 первой производной или до обеспечения подачи в зону обработки капельного слоя с РВ качестве исполнительного механизма может быть использован электрический, электромагнитный, электро- гидравлический и т.д. толкатель или двигатель.В случае использования для измерения плотности капель трех и более кондуктометрических датчиков разных диаметров истинное значение плотности определяется как среднее арифметическое плотностей, определенных с помощью каждой пары датчиков, т.е. Р равно- Р,Р+ Р+.+ Рк где увеличение числа датчиков приводит к некоторому повышению точности измерения РПри реализации предлагаемого способа обработки значения Р с достаточной для практики точностью может быть измерено с помощью двух кондук-. тометрических датчиков. Увеличение. ,числа датчиков больше 4 нецелесообразно, так как это приводит к значительному усложнению устройства, реализующего способ, т.е. число кондуктометрических датчиков выбирают от двух до четырех.Необходимость регулировки расстоянием Ь в процессе обработки деталей по предлагаемому способу сбусловлена изменением в процессе обработки как выступления зерен над связкой, так и изменением состояния электролита: степени его зашламленности, температуры и т.д, Эти изменения приводят к колебаниям Ь, в процессе обработки.Практическая проверка предлагаемого способа была осуществлена на станке мод. ЗМ 182 при бесцентровом врезном электроалмазном.шлифовании твердосплавных деталей типа ролик" 33489 8диаметром 14 мм алмазным кругом АПП300 х 40 х 207 х 5 АСВ 160/125 М 1 00. Вкачестве электролита использовалсяводный раствор 107. МаИо +23 Иа Мо5между шлифовальным кругом 2 и детальюв процессе обработки прикладывалось 8 В технологического напряжения,Окружная скорость круга 30 и/с,В процессе проверки значение размера Ь поддерживалось в одном случаепо предлагаемому способу с помощьюустройства, представленного на фиг.1,в другом случае точность и произво дительность обработки определяласьпри обработке по способу, принятомуза прототип, при подведении сопла 3к зоне обработки на минимальное расстояние со стороны входа круга в зону 20 обработки, равное 35 мм и на максимальное расстояние, равное х 900 мм.Процесс обработки деталей типа"ролик" состоял из двух стадий стадии рабочей подачи круга и стадии вы хаживания.Время на рабочую подачу оставалосьво всех случаях обработки неизменными равным при снятии с детали припуска 0,2 мм 2 с. Время на выхаживание 30 и точность обработки зависят от способа подачи электролита.При подведении сопла к зоне обработки на минимальное расстояние точность обработки равна 0,01 мм и досЗ 5 тигается при времени на выхаживание- 2 с. При максимальном удалениисопла от зоны обработки точность обработки равна 0,005 мм и достигаетсяпри времени на выхаживание 8 с, 40 При обработке деталей по предпагаеемому способу точность обработки0,005 мм, но время на выхаживание со"кращается до 3 с.Таким образом, обработка деталей 45 типа ролик по предлагаемому способупозволяет увеличить в два раза производительность обработки при одновременном достижении ее максимальнойточности 0,005 мм). 50 Формула изобретения 1. Способ электроабразивного шлифования, при котором осуществляют по дачу электролита на шлифовальный кругвне зоны обработки и удаление его избытков с рабочей поверхности с помощью скребка, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения про2. Способ по п,1, о л и ч а ю -щ и й с я тем что плотность капель определяют по разности частот сигналов, одновременно снимаемых но крайней мере с двух кондуктометричес ких датчиков разных диаметров. 9 133348910изводительности и точности обработки ния расстояния от места подачи на путем оптимизации капельного состоя- круг электролита до зоны обработки, ния электролита, подаваемого в межзлектродный зазор, определяют передмежэлектродным промежутком плотностьзлектропитных капель образующихсяна рабочей поверхности круга под действием центробежных сил, и поддерживают ее максимапьной за счет измене