автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка методологических основ процесса проволочно-вырезной электроэрозионной обработки пакетированных заготовок

АБЛЯЗ ТИМУР РИЗОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОЦЕССА ПРОВОЛОЧНО-ВЫРЕЗНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПАКЕТИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК

Специальность 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы (в машиностроении)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь -2014

005550833

Работа выполнена на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» в ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет».

Научный руководитель: Иванов Владимир Александрович

доктор технических наук, профессор.

Официальные оппоненты: Маслов Лев Николаевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова», профессор кафедры «Производство машин и механизмов».

Мокроносов Евгений Дмитриевич доктор технических наук, профессор, ЗАО «Пермская компания нефтяного машиностроения», президент компании.

Ведущая организация:

ОАО «Пермский научно-исследовательский технологический институт»

Защита состоится «11» июня 2014 года в 10— часов на заседании диссертационного совета Д212.065.03 ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» по адресу 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая 7.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова», http://istu.ru.

Автореферат разослан «24» марта 2014 г. Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Филькин Н.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Приоритетной задачей машиностроения является постоянное повышение показателей параметров качества и надежности выпускаемой продукции. Конкурентная борьба заставляет предприятия создавать высокотехнологичную продукцию, превосходящую по своим техническим характеристикам существующие аналоги.

Из общего числа типоразмеров деталей, изготавливаемых в машиностроительном производстве, значительная доля приходится на плоские детали сложной формы. Номенклатура таких деталей достаточно велика и составляет примерно тридцать процентов от всей доли выпускаемых деталей по всему миру. Для повышения надежности выпускаемой продукции конструкторами применяются современные материалы с высокими физико-механическими характеристиками. Применение данных материалов позволяет повысить эксплуатационные характеристики выпускаемых изделий, что, в свою очередь, позволяет создавать более функциональные механизмы, обладающие малыми габаритами при более высоких функциональных возможностях.

Несмотря на преимущества использования высокотвердых материалов в машиностроении, их обработка на лезвийных металлообрабатывающих станках зачастую является затруднительной, а в сочетании со сложной геометрией обрабатываемого профиля невозможной.

Широкое применение в машиностроении нашли методы электрофизического, электрохимического и физико-химического воздействия. При обработке плоских деталей сложного профиля с высокой точностью незаменимой является технология проволочно-вырезной электроэрозионной обработки (ПВЭЭО). ПВЭЭО позволяет получать заготовки и детали любого профиля, независимо от их прочностных характеристик, без применения дополнительной оснастки. Кроме того, данная технология может быть применена для одновременной обработки нескольких листовых заготовок, собранных в пакет. Таким образом, за один технологический рез удается получить несколько годных деталей. В результате повышается производительность и снижается себестоимость обработки.

При сборке пакета неизбежным является наличие межслойного зазора между заготовками. Расстояние между заготовками заполнено воздухом, поэтому увеличение межслойного зазора ведет к неравномерному распределению энергии импульса, что вызывает нестабильность процесса ПВЭЭО. С увеличением количества заготовок, собранных в пакет, растет суммарное влияние межслойного зазора на стабильность процесса ПВЭЭО. В связи с тем, что электрод-инструмент обладает малой жесткостью, в результате неправильно подобранного межслойного зазора и некорректно назначенных режимов обработки может произойти его деформация и обрыв. Частые обрывы электрода-проволоки ведут к снижению качества обработанной поверхности и повышают время обработки. Таким образом, качество обработанной детали зависит от правильно подобранных режимов процесса ПВЭЭО и конструктивных особенностей собранного пакета.

Основными показателями качества обработанной поверхности после ПВЭЭО являются шероховатость обработанной поверхности, точность линейных размеров, точность формы обработанной поверхности и структурные изменения поверхностного слоя.

Проведенный анализ работ показал, что для определения режимов ПВЭЭО, обеспечивающих заданные показатели качества, на предприятиях применяется методика пробных резов. Применение данной методики существенным образом увеличивает время изготовления новой детали. В настоящее время отсутствуют модели, позволяющие подобрать режимы обработки для процесса ПВЭЭО пакетированных заготовок, обеспечивающие заданные показатели точности.

Решение вопросов, связанных с изучением процесса ПВЭЭО пакетированных деталей и разработкой моделей, позволяющих без применения методики пробных резов подбирать режимы обработки и прогнозировать показатели качества обработанных заготовок, является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы. Повышение эффективности (по производительности и качеству получаемой поверхности) технологии провол очно-вырезной электроэрозионной обработки пакетированных заготовок путем теоретического и экспериментального исследования процесса электроэрозионной обработки и последующей разработки моделей, позволяющих рассчитать показатели качества обработанной поверхности.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Произвести исследование процесса ПВЭЭО пакетированных заготовок с целью выявления основных показателей качества обработанной поверхности. Определить влияние режимов процесса ПВЭЭО, конструктивных особенностей пакета и физико-механических свойств обрабатываемого материала на формирование показателей качества обработанной поверхности.

2. Разработать модели для расчета шероховатости обработанной поверхности, величины прогиба проволоки и величины межэлектродного зазора при ПВЭЭО пакетированных заготовок, позволяющих прогнозировать качество обработанной поверхности, в зависимости от параметров обработки (скважность импульсов, высота собранного пакета, физико-механические свойства обрабатываемого материала).

3. Рассчитать величину коррекции траектории движения проволоки, которую необходимо вносить в управляющую программу для обеспечения заданной точности обработки.

4. Получить эмпирические уравнения взаимосвязи шероховатости обработанной поверхности, точности обработки и прогиба электрода с режимами обработки (скважность импульсов, высота собранного пакета, свойства материала) при обработке материалов с разными физико-механическими свойствами (сталь 65Г и титан ВТ5) с целью прогнозирования поведения процесса ПВЭЭО.

5. Экспериментально исследовать влияние межслойного зазора и режимов обработки на возникновение обрыва электрода-проволоки в процессе ПВЭЭО пакетированных заготовок с целью определения диапазона параметров, при котором обеспечивается стабильность процесса обработки.

6. Экспериментально исследовать влияние режимов резания на изменения в поверхностном слое обрабатываемых заготовок (изменение структуры поверхностного слоя и микротвердости).

7. Разработать технологические рекомендации для процесса электроэрозионной проволочно-вырезной обработки пакетированных заготовок на примере детали «Крайний лист статора», которые позволяют обеспечивать стабильный процесс резания при заданных показателях качества обработанной поверхности (шероховатость, точность линейных размеров, точность формы обработанной поверхности и изменения в структуре поверхностного слоя).

Методы исследования. Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории электроэрозионной обработки, теории математического моделирования процессов электроэрозионного формообразования, методов математической физики и статистики.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на современном оборудовании с применением проволочно-вырезных электроэрозионных станков, современной контрольно-измерительной аппаратуры, оснащённой ЭВМ.

Корректность разработанных математических моделей и их адекватность подтверждаются использованием известных теоретических положений, а достоверность полученных теоретических результатов - сходимостью с экспериментальными данными.

Научная новизна работы.

1. Получена модель формирования величины межэлектродного зазора в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки пакетированных заготовок, позволяющая рассчитать величину коррекции траектории движения электрода-инструмента без применения методики пробных резов, что позволяет повысить производительность процесса обработки.

2. Получена модель формирования шероховатости обработанной поверхности пакетированных заготовок при проволочно-вырезной электроэрозионной резке, позволяющая без применения пробных резов рассчитать величину шероховатости обработанной поверхности при установленных параметрах обработки (высота собранного пакета, физико-механические свойства обрабатываемого материала, скважность импульсов), в результате чего достигается снижение времени изготовления деталей.

3. Получены эмпирические зависимости, доказывающие, что на качество обработанной поверхности после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки влияют высота обработки, скважность импульсов и физико-механические свойства обрабатываемого материала.

4. Экспериментально определено, что в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки стали 65Г, с увеличением силы тока на обработанной поверхности происходит увеличение толщины белого слоя, при этом микротвердость слоя не изменяется.

5. Доказано, что при величине межслойного зазора между заготовками, не превышающем 0,1 мм, наблюдается стабильная (без возникновения обрывов электрода-проволоки) резка стальных заготовок (сталь 65Г), собранных в пакет.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

1. Выявлены технологические факторы, влияющие на стабильность процесса ПВЭЭО заготовок, собранных в пакет, на основании которых разрабатываются практические рекомендации по назначению оптимальных режимов резания.

2. Разработаны модели, позволяющие подобрать режимы резания для обеспечения заданных параметров качества ПВЭЭО заготовок, собранных в пакет (доказана достаточно высокая точность совпадения результатов теоретических и экспериментальных исследований).

3. Разработана методика подбора режимов резания для изготовления детали «Крайний лист статора», обеспечивающая заданные показатели качества обработанной детали.

Разработанные на основе проведенных исследований рекомендации и математические модели предложены для внедрения и приняты в виде типовой технологии при обработке пакетированных заготовок в ЗАО «Новомет-Пермь».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на 9 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе международных («Молодые ученые Прикамья - 2011», «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании - 2013», «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития - 2013»), ежегодных конференция ПНИПУ (Пермь 2010-2013).

Диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Материалы, технологии и конструирование машин» и «Металлорежущие станки и инструменты» Пермского национального исследовательского политехнического университета в 2013 году, а также на заседании кафедры «Производство машин и механизмов» Ижевского государственного технического университета имени М.Т. Калашникова в 2014 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 11 статей в изданиях по списку ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 122 наименований и приложений. Объем работы 140 страниц машинописного текста, включая 41 рисунок, 24 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложена краткая характеристика работы, показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены сведения об апробации и реализации основных положений диссертации.

В первой главе приведен тематический обзор, основанный на анализе отечественных и зарубежных литературных источников. Описаны процесс электроэрозионной обработки и технология пакетированной обработки заготовок.

Благодаря работам известных ученых Лазоренко Б.Р., Левинсона Е.М., Золотых Б.Н., Ставицкого Б.И., Немилова Е.Ф., Фотеева Н.К., Сливкова И.Н., Зингермана A.C. и других, созданы научные основы процесса электроэрозионной обработки поверхностей, изучены вопросы точности и качества обработанной поверхности деталей машин. Установлено, что в настоящее время нет методики, позволяющей прогнозировать качество и точность обработки при ПВЭЭО заготовок, собранных в пакет.

Проведен анализ литературных данных и опыта промышленных предприятий, показывающий, что ПВЭЭО обеспечивает достаточно высокую производительность и экономичность обработки токопроводящих материалов, требуемую геометрическую точность и показатели шероховатости обрабатываемых поверхностей.

Описаны недостатки операции ПВЭЭО, а именно недостаточная изученность процесса формирования межэлектродного зазора и шероховатости обработанной поверхности, влияния режимов обработки и величины межслойного зазора на возникновение прогиба и обрыва электрода-проволоки при ПВЭЭО заготовок, собранных в пакет.

По результатам литературного обзора сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе представлено моделирование параметров качества обработанной поверхности заготовок, собранных в пакет, после ПВЭЭО. В ходе работы получены следующие модели: модель расчета величины межэлектродного зазора и величины коррекции траектории резания, модель формирования величины шероховатости поверхности в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки пакетированных заготовок, модель для расчета величины погрешности профиля от прогиба электрода-проволоки. Моделирование осуществлялось с учетом основных показателей режимов обработки (параметры импульса), величины межслойного зазора и высоты собранного пакета, а также физико-механических свойств обрабатываемого материала.

При расчете величины межэлектродного зазора учитывалась физическая сущность процесса электроэрозионной обработки, заключающаяся в преобразовании электрической энергии искрового разряда, возникающего между электродом-деталью и электродом-инструментом, в тепловую энергию,

за счет которой происходит разрушение некоторой массы материала. Формирование величины коррекции при ПВЭЭО представлено на рис.1.

Согласно основам теории электроэрозионной обработки, количество удаленной с поверхности детали массы материала за один рабочий импульс характеризуется коэффициентом съема материала. Из практики работы на электроэрозионном оборудовании установлено, что на коэффициент съема материала существенным образом влияют линейная скорость обработки С>л (м/с), величина межэлектродного зазора 8 (м), свойства обрабатываемого материала и высота собранного пакета И (м).

К- радиус электрода-инструмента (м); МЭЗ - межэлектродный зазор (м); ЭИ-электрод-инструмент; ЭД - электрод-деталь, I - коррекция (м).

Расчет высоты собранного пакета осуществляется по формуле:

к = п ■ /гд + /ц • (п - 1), (1)

где п - число заготовок в пакете (шт); /гд — высота одной заготовки (м); к3 — величина межслойного зазора (м).

При сборке заготовок в пакет необходимо минимизировать величину межслойного зазора, для этого поверхности заготовок предварительно шлифуются. Наличие межслойного зазора способствует потере полезной энергии единичного импульса в процессе обработки.

При расчете межэлектродного зазора принимается, что вся энергия, выделяющаяся при пробое межэлектродного промежутка, по закону сохранения энергии полностью переходит в тепловую энергию, которая, в свою очередь, расходуется на нагрев, плавление и испарение материалов электродов, на нагрев и испарение рабочей жидкости, на образование газового пузыря.

Так как в процессе ПВЭЭО на стабильность протекания искрового разряда влияет множество факторов, при расчете энергии импульсов необходимо ввести поправочный коэффициент, учитывающий долю полезного использования энергии импульса т|и.

Пи = (1 - КО • (1 - К2) • (1 - К3), (2)

где К1 - коэффициент, учитывающий потери энергии на нагрев и испарение рабочей жидкости; К2 - коэффициент, учитывающий потери энергии

на нагрев электрода-инструмента; КЗ - коэффициент, учитывающий потери энергии в межслойном зазоре.

Для плавления массы материала на поверхность электрода-детали необходимо сообщить некоторое количество теплоты С) (Дж). Тепло, необходимое для нагрева, плавления и испарения единицы массы вещества, определяется формуле:

(1 = ш(СтвДГпл + Яп + сжДГж + г), (3)

где Сгв - удельная теплоемкость твердого металла (Дж/кг-К); Сж -удельная теплоемкость жидкого металла (Дж/кг-К); ш - масса материала (кг); ДТПЛ, ДГЖ - разность начальной и конечной температур для каждого из этапов нагрева, (К); Х„ - удельная теплота плавления металла (Дж/кг); г - удельная теплота парообразования металла (Дж/кг).

Пользуясь теоретическими зависимостями расчета коэффициента съема материала, энергией импульса и количеством теплоты, которое необходимо сообщить заготовке, вычисляется величина межэлектродного зазора по формуле:

г Ч»-"-' д (4)

К-г-к-р^М.К) ' где К = (ствДГпл + Яп + сжДГж + г); и - напряжение в канале пробоя (В); I - сила тока в канале пробоя (А); р - плотность обрабатываемого материала (кг/м3).

Для расчета величины коррекции I необходимо к значению межэлектродного зазора Б (4) прибавить радиус Я электрода-проволоки:

= ?7И • и ■ I (5)

} К • 2 • Ь. ■ р • (?л(д,Л)' Данная модель позволяет рассчитать величину коррекции, которую необходимо внести в управляющую программу с целью получения годного размера. Из анализа уравнения (5) следует, что величина коррекции зависит от физических свойств обрабатываемого материала, высоты собранного пакета и режимов резания.

Для расчета величины шероховатости обработанной поверхности используется тепловая модель, заключающаяся в том, что энергия одного рабочего импульса равняется тепловой энергии (3), которую необходимо сообщить массе материала для его нагрева, плавления и испарения с поверхности заготовки. Таким образом, полученное равенство имеет вид:

Л„ ■ и ■ I ■ Соп = ш^ДГм + Яп + сжДГж + г), (6)

где Ьоп - время действия импульса (с).

Масса удаленного материала может быть выражена как произведение объема удаленного металла V (м3) на его плотность р (кг/м3). Таким образом, из уравнения (6) определяется величина объема удаленного материала за один рабочий импульс.

В теории электроэрозионной обработки установлено, что форма единичной лунки близка к сферической, ее объем, соответствующий объему удаленного металла, может быть определен как объем шарового сегмента. Таким образом, пользуясь теоретическими данными о процессе формирования

микропрофиля поверхности после электроэрозионной обработки и установленными взаимосвязями между глубиной лунки Лл , радиусом произвольной сферы Я и коэффициентом перекрытия /?, глубина лунки может быть рассчитана по формуле:

h„ =

_ци-Ц-1 -t0„-(6-p-3)_

JCc^ATm + Лп + сжАТж + г) ■ р ■ п ■ (4 ■ р + 1)'

Сделав допущения о том, что в процессе обработки износ проволоки компенсируется скоростью ее перемотки, размеры лунок одинаковы и коэффициент перекрытия имеет постоянное значение равное, р =1.2, можно утверждать, что теоретический профиль микронеровностей остается неизменным на базовой длине. Исходя из допущений о постоянстве размеров лунок, их количество п на длине М' может быть определено как отношение М' /dл, ГД6 С1л диаметр единичной лунки (м). Следовательно, пользуясь теоретическими данными, полученными при анализе литературных источников о взаимосвязи глубины лунки, ее диаметра и коэффициента перекрытия, рассчитывается шероховатость обработанной поверхности при проволочно-вырезной электроэрозионной обработке пакетированных заготовок по формуле:

„ J( n.-U-I-tm-(6-p-3) \i /8-/? + 4ч2

M'L 1(ствДТШ1 + Лп + сжДГж + г)-р-7Г-(4-/? + 1У \2-p-l )'

Анализируя выражение (8) видно, что шероховатость поверхности напрямую зависит от режимов обработки. При увеличении времени действия импульса и силы тока шероховатость обработанной поверхности увеличивается.

Для расчета погрешности профиля обработанной поверхности при ПВЭЭО заготовок, собранных в пакет, разработана модель, позволяющая рассчитать прогиб электрода-проволоки в процессе резания с учетом сил, возникающих в межэлектродном зазоре.

Для математического описания вынужденных колебаний натянутой проволоки, являющейся режущим инструментом, применяется уравнение колебаний струны (9) с заданными краевыми условиями (10-11). Решением уравнения (9) является функция u=u(x,t), представляющая собой смещение точек струны относительно первоначального состояния в направлении, перпендикулярном направлению реза заготовки.

д2и , д2и В ди f(x,t) , Р

dt2 дх2 р dt р р

u|t=0 = <p(x),^\t=0 = хр(х),0 <х<1, (10)

и\х=0 = 0."1*=! = 0,t > 0, (11)

где и - смещение точек струны (м); х - координата точки струны (м); t время (с); Р - сила натяжения струны (Н); р - плотность (кг/м3); р -коэффициент диссипации; <р(х) — смещение точек струны (м) в начальный момент времени при t = 0; */>(*) - функция описывающая начальные скорости точек струны (м/с); f(x,t) - функция, задающая произвольное внешнее воздействие на струну (проекция результирующей силы сложной физической

природы действующей на электрод в точке х в момент времени t, в направлении, перпендикулярном резу) (Н).

Для решения уравнения (9) используется метод разложения по собственным формам. Таким образом, окончательное решение системы уравнения представляется в виде:

со

, V1 Г (ппа \ ' , . гппа \1 ппх

их. о = 2, Кcos (—■" 0+™■ s,n (т~" 0]' sm~r

п= 1

(12)

7rna(t — г) -----

+2-£—I ппа

п=1

Ifn(r)sin"" ч"——dr

ппх sin—,

о

Уравнение 12 записано в интегральной форме, для определения его конечного вида требуется численное интегрирование, что является трудоемкой задачей. Для упрощения расчета прогиб проволоки определяется решением статической задачи.

В качестве основной силы вызывающей отклонение электрода в процессе резания является сила, вызванная вследствие высокого давления в канале пробоя и газовом пузыре.

Расчёт давления в канале пробоя при ПВЭЭО заготовок, собранных в пакет, необходимо производить с учетом уравнения (4) по формуле:

Рк = 3,5 ■ 10"3 • Тк ■ ф? • ДИ^ ■ t„ Д (13)

где Тк - температура в канале (К), U - напряжение (В), S -межэлектродный зазор (м), ДИ^ион - энергия ионизации (Дж/кг), ton - время действия импульса (с).

Принимая во внимание характер формирования области пробоя, среднюю величину отжимающей силы за один единичный импульс можно рассчитать по формуле:

Fcp= 1,25- тг-гп2р-Рк -р/1, (14)

где Гпр - радиус ЭИ (м), /? - доля рабочих импульсов (/? = ———), ton -

ton+toff

время действия импульса (с), t0ff - время выключения импульсов (с), / - длина рабочей части электрода (м).

Подставляя найденное значение давления в канале пробоя в выражение (14) рассчитывается сила, действующая на электрод.

При решении статической задачи сила, действующая на электрод-проволоку, представлена в виде сосредоточенной силы F = Fcp ■ I, где 1 - длина проволоки (м), измеренная между верхней и нижней фильерами (ВФ, НФ) (рис.2).

Рис.2 Расчетная схема прогиба электрода: Р - натяжение электрода-проволоки (Н); Ь - расстояние между верхней (ВФ) и нижней (НФ) фильерами (м); ЭИ - электрод-инструмент;

Хшах - прогиб электрода(м); Б - сила действующая на электрод (Н).

Под действием силы Р (Н) проволока получает прогиб ХШах (м). Для получения уравнения равновесия необходимо спроектировать все силы на горизонтальную ось.

Учитывая тот факт, что под действием силы Б происходит растяжение проволоки, а также с учетом закона Гука и силы натяжения электрода, прогиб проволоки может быть рассчитан из решения уравнения:

Е5.(р^ + 2-Р = 0, (15)

где Е - модуль Юнга (Па), 5пр - площадь сечения проволоки (м2).

Согласно модели расчета величины прогиба электрода, повышение точности обработки достигается за счет увеличения усилия натяжения проволоки в процессе резания и снижения энергии импульсов.

Полученные модели позволяют установить взаимосвязи между показателями качества процесса ПВЭЭО пакетированных заготовок, физическими свойствами обрабатываемой детали, режимами обработки, высотой собранного пакета.

Адекватность полученных моделей подтверждена экспериментально.

В третьей главе представлено экспериментальное исследование процесса проволочно-вырезной электроэрозионной обработки заготовок, собранных в пакет. Описываются методики проведения экспериментов, а также материалы и оборудование для проведения экспериментальных исследований.

Применение полного факторного эксперимента и последующего регрессионного анализа позволило установить взаимосвязь между параметрами качества обработанной поверхности заготовок и условиями проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.

В качестве основных факторов, выбранных для проведения регрессионного анализа и влияющих на величины рассматриваемых параметров качества обработанной поверхности при ПВЭЭО, выбраны:

1. Скважность импульсов, q.

2. Коэффициент теплопроводности материала, X (Вт/мК).

3. Высота собранного пакета, Н (м).

Каждый из факторов рассматривается на двух уровнях, верхнем и нижнем.

Экспериментально установлено, что эмпирическое уравнение взаимосвязи параметров шероховатости обработанной поверхности с режимами проволочно-вырезной электроэрозионной обработки имеет вид:

йа = Ю-6 • (4,53 - 0,79(7 + 0,02Я + 5,5Я), (16)

Для анализа полученного выражения построены графики зависимости

-1-,-,-,-

20 25 30 35 iO

Казффщшт теп/щзбадности Я Вт/пК 1*1

О 0.02 ЦЛ 0.06 0.03 0,1 Q12 Высота сойртого пакет Н, п М

Рис.3 Зависимость шероховатости обработанной поверхности от условий

обработки.

Установлено, что шероховатость поверхности обратно пропорциональна скважности импульсов. Увеличение времени действия импульсов ton и

уменьшение времени выключения импульсов toff приводят к снижению скважности импульсов и, следовательно, увеличению значения шероховатости обработанной поверхности.

Эмпирическое уравнение погрешности формы, вызванной прогибом проволоки от исследуемых факторов, имеет вид:

д= Ю"3 • (0,008 + 0,008g - 0,0008Л + 0,17Я), (17)

График зависимости погрешности профиля обработанной поверхности от условий обработки представлен на рис.4.

0035

-1-1- I-1

20 25 30 35 W

Коэффициент тищнАадноаш Л Вт/нК !*)

О Q02 0.01 0,06 0,08 Q1 0,12 Высвтз софснного пхета Ц п Ы

Рис.4 График зависимости погрешности профиля обработанной поверхности от условий обработки.

Из анализа графика следует, что погрешность формы обработанной поверхности пропорциональна скважности импульсов. Увеличение времени действия импульсов ton и уменьшение времени выключения импульсов toff приводит к снижению скважности импульсов и значения погрешности формы.

Установлено, что при обработке материалов с низким коэффициентом теплопроводности погрешность формы максимальна.

Эмпирическое уравнение величины коррекции от исследуемых факторов имеет вид:

Т = Ю-3 ■ (0,04 - 0,01 q + 0.0004Л + 0,33Я), (18)

График зависимости коррекции от условий обработки представлен на

рис.5.

Q062

3.0 3.2 ЗА 3,6 38

СкСюхность q М

20 25 30 35 W

Коз). Ърициент тт/юробаВнаап у Л Вт/мК 1*1

0 Q02 О,(Я 0.06 0,08 0.1 0,12 Высота собранного пакета Н, м !•!

Рис.5 График зависимости величины коррекции от условий обработки.

Показано, что величина коррекции обратно пропорциональна скважности импульсов. Увеличение времени действия импульсов ton и уменьшение времени выключения импульсов toff приводит к увеличению энергии импульсов и, следовательно, к увеличению межэлектродного зазора.

Четвертая глава посвящена разработке технологического процесса ПВЭЭО деталей «Крайний лист статора», выполненных из стали 65Г, собранных в пакет.

Для обеспечения стабильного процесса резания (без возникновения обрывов электрода-инструмента) проведены экспериментальные исследования, позволяющие определить причины возникновения обрывов электрода-проволоки в процессе резания. Показано, что электрод-проволока в процессе ПВЭЭО заготовок, собранных в пакет, подвержен интенсивному разрушению (характерны следы испарения металла с поверхности инструмента (рис.6)).

Рис.6 Поверхность электрода, х 100.

Установлены зависимости между обрывом электрода, величиной межслойного зазора и режимами ПВЭЭО.

Определён диапазон режимов, при котором наблюдается стабильный процесс резания стальных заготовок (сталь65Г), собранных в пакет. Показано, что при обработке заготовок, собранных в пакет, в данном диапазоне режимов с величиной межслойного зазора, не превышающем 0,1 мм, обрывов электрода не наблюдается.

Проведенный металлографический анализ обработанных заготовок, собранных в пакет, показал, что в результате ПВЭЭО происходит изменение структуры поверхностного слоя детали (формирование на поверхности белого слоя) (рис.7), что может негативным образом повлиять на его технологические свойства.

Рис.7 Белый слой стали 65Г после электроэрозионной обработки.

На основании проведенных экспериментов получены зависимости между режимами обработки и глубиной образованного белого поверхностного слоя (рис.8).

5 16 «

I 14

3 12

к

1С ..

г> ю

I 6

2 О

0.06

й

■ - 0.05 |

«Г

0,04 Ъ

0.03 5 £

0.02 3 я

0.01 I

1 и

Сила тока, А

Рис.8 Зависимость глубины белого слоя и частоты пробоев от силы тока.

Экспериментально доказано, что в процессе ПВЭЭО стали 65Г с увеличением силы тока на обработанной поверхности происходит увеличение

толщины белого слоя, при этом проведенный дюрометрический анализ обработанной поверхности не выявил изменений микротвердости. На основании полученных результатов сделан вывод о том, что сформированный на обработанной поверхности белый слой не оказывает влияния на технологические свойства изготавливаемой детали.

В результате экспериментальных исследований определён диапазон режимов ПВЭЭО пакетированных заготовок, при которых обеспечивается стабильная обработка и заданные показатели качества.

Согласно полученным данным, разработан технологический процесс для ПВЭЭО деталей «Крайний лист статора».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Проведенные исследования позволили получить следующие результаты и выводы:

1. На основании проведенных исследований процесса ПВЭЭО заготовок, собранных в пакет, установлено, что основными показателями качества обработанной поверхности являются шероховатость, точность размеров, погрешность формы, структура поверхностного слоя. Установлено, что основными факторами, влияющими на формирование показателей качества обработки, являются параметры импульсов (ton, toff), высота собранного пакета и физико-механические свойства обрабатываемого материала.

2. На основании разработанных моделей, позволяющих рассчитать величину межэлектродного зазора, величину коррекции траектории резания и шероховатость обработанной поверхности в процессе ПВЭЭО пакетированных заготовок, установлено, что с увеличением энергии импульсов происходит увеличение шероховатости обработанной поверхности, а также увеличение величины межэлектродного зазора. При увеличении межэлектродного зазора увеличивается величина коррекции, которую необходимо вносить в управляющую программу для обеспечения заданной точности обработки. Доказано, что меньшему значению межэлектродного зазора соответствует большее значение производительности обработки.

3. Из проведенных экспериментальных исследований установлено, что величины коррекции траектории резания и шероховатости обработанной поверхности обратно пропорциональны значению скважности импульсов. При увеличении скважности импульсов (от значения q = 3,1, до значения q = 3,86) снижается значение шероховатости и коррекции траектории. При увеличении высоты собранного пакета (от значения h = 0,012 мм, до значения h = 0,12 мм) наблюдается повышение шероховатости обработанных заготовок. При увеличении теплопроводности обрабатываемых заготовок (от значения X = 21 Вт/мК до значения X = 41 Вт/мК) наблюдается увеличение значения коррекции траектории резания и шероховатости обработанной поверхности.

4. При исследовании стабильности процесса ПВЭЭО заготовок (сталь 65Г), собранных в пакет, установлено, что на обрыв электрода-инструмента в процессе резания влияют следующие факторы - параметры импульсов и величина межслойного зазора. При величине межслойного зазора,

превышающего 0,1 мм, снижается стабильность процесса резания и возрастает вероятность обрыва электрода. Установлены режимы резания, при которых наблюдается стабильный процесс обработки заготовок из стали 65Г, собранных в пакет, без возникновения обрыва электрода-проволоки (ton= 21 мкс; toff= 60 мкс).

5. В результате исследования поверхностного слоя обработанных заготовок (сталь 65Г) установлено образование белого слоя. Установлено, что при увеличении силы тока происходит увеличение толщины белого слоя (максимальной глубине белого слоя 17 мкм соответствует значение силы тока 2 А). Показано, что в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки стали 65Г сформированный измененный поверхностный слой не влияет на технологические свойства изготовленной детали.

6. На основе полученных в диссертации рекомендаций спроектирована и внедрена в производство ЗАО «Новомет-Пермь» технология ПВЭЭО деталей «Крайний лист статора», собранных в пакет, позволяющая вырезать данную деталь в соответствии с заданными показателями точности.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Абляз Т.Р., Ханов A.M., Хурматуллин О.Г. Современные подходы к технологии электроэрозионной обработки материалов: учебное пособие. Пермский национальный исследовательский политехнический университет. Пермь: Изд-во ПНИПУ. 2012 .— 120 с.

2. Абляз Т.Р., Иванов В.А. Повышение точности проволочно-вырезной электроэрозионной обработки криволинейных поверхностей. Ремонт. Восстановление. Модернизация. № 9. 2012 - с. 45-47.

3. Абляз Т.Р., Ханов A.M., Севастьянов В.В. Влияние межслойного зазора между заготовками на стабильность процесса пакетированной ЭЭО. Вестник Самарского научного центра РАН ,Том 14 № 4(5). 2012 - с.1185-1188.

4. Абляз Т.Р., Иванов В.А., Шлыков Е.С. Моделирование процесса проволочно-вырезной ЭЭО пакетированных заготовок. Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. № 3. 2012 - с. 24-26.

5. Абляз Т.Р., Иванов В.А. Повышение точности ПВЭЭО криволинейных поверхностей. Ремонт, восстановление, модернизация. №9. 2012 - с.45-47.

6. Абляз Т.Р. Исследование структуры поверхностного слоя титана при обработке на ПВЭЭ станке. Титан. №3 (37). 2012 - с.43-44.

7. Абляз Т.Р., Оглезнев Н.Д. Влияние режимов электроэрозионной обработки на точность получения отверстий. Вестник Самарского научного центра РАН ,Том 15 № 4(2). 2013 - с.391-396.

8. Абляз Т.Р., Ханов A.M., Севастьянов В.В. Особенности электроэрозионной обработки мелкогабаритных деталей. Вестник Самарского научного центра РАН ,Том 13 № 4(4). 2011 - с.935-938.

9. Иванов В.А., Абляз Т.Р., Морозов Е.А. Расчет величины коррекции при проволочно-вырезной электроэрозионной обработке. Современные проблемы науки и образования. №5. 2013.

10. Абляз Т.Р., Шлыков Е.С. Исследование причин обрыва электрода при проволочно-вырезной электроэрозионной обработке пакетированных заготовок. Современные проблемы науки и образования. №5. 2013.

11. Абляз Т.Р., Плюснина С.А. Регрессионный анализ взаимосвязи величины коррекции траектории резания с режимами проволочно-вырезной электроэрозионной обработки. Современные проблемы науки и образования. №5. 2013.

12. Абляз Т.Р. Изучение изменения свойств электродов в зависимости от режимов проволочно-вырезной электроэрозионной обработки. Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. Т.13, № 1. 2011 - с.87-93.

13. Абляз Т.Р. Изучение погрешности формы, возникающей при обработке криволинейных поверхностей. Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. Т.13, № 3. 2011 - с.51-55.

14. Абляз Т.Р. Исследование структуры поверхностного слоя заготовок при обработке на проволочно-вырезном электроэрозионном станке. Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. Т.14, № 4. 2012 - с.73-77.

15. Абляз Т.Р. Иванов В.А. Повышение точности обработки деталей на проволочно-вырезном электроэрозионном станке. Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. Т.14, № 2. 2012 - с.67-71.

16. Абляз Т.Р. Иванов В.А. Расчет вибрации электрода-инструмента в процессе электроэрозионной обработки. Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. Т.14, № 3. 2012 - с.22-27.

17. Абляз Т.Р., Максимов П.В. Моделирование вынужденных поперечных колебаний режущего электрода при электроэрозионной обработке изделий на проволочно-вырезном станке. Сборник научный трудов 8\УОК1ЛЗ. Т.4 №2. 2013 - с.52-55.

Подписано в печать 4.03.2014.Формат 69x90/16. Усл. печ. л. 1,0.Тираж 100 экз. Заказ № 649/2014.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии издательства Пермского национального исследовательского политехнического университета. Адрес: 614000, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел. (342)219-80-33

Р)

ФГБОУ ВПО «ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧСЕКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

Л / ОГМ /. С07С<

АБЛЯЗ ТИМУР РИЗОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОЦЕССА ПРОВОЛОЧНО-ВЫРЕЗНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПАКЕТИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК

Специальность 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Д.т.н., проф. Иванов В.А.

Пермь 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕРМИНОЛОГИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ....................................................................................................4

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................5

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПАКЕТНОЙ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ПРОВОЛОЧНО-ВЫРЕЗНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ............................................11

1.1 Сущность процесса электроэрозионной обработки.....................................................................11

1.2 Применение проволочно-вырезной электроэрозионной обработки в современном производстве..........................................................................................................................................14

1.3 Понятие пакетной резки металла...................................................................................................19

1.4 Влияние параметров режима резания на процесс проволочно-вырезной электроэрозионной обработки...............................................................................................................................................22

1.5 Качество обработанной поверхности деталей после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.............................................................................................................27

1.5.1 Точность проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.........................................27

1.5.2 Шероховатость обработанной поверхности заготовок после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.........................................................................................................30

1.5.2 Структура и свойства поверхностного слоя обработанной поверхности после ПВЭЭ0..32

1.6 Анализ математических моделей по расчету показателей качества обработанной поверхности после проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.....................................36

1.6.1 Анализ математических моделей расчета межэлектродного зазора...................................36

1.6.2 Анализ математических моделей расчета шероховатости обработанной поверхности в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки..................................................41

1.6.3 Анализ моделей процесса деформации электрода-инструмента в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки........................................................................................43

1.7 Выводы по главе. Постановка цели и задач исследования........................................................48

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВКИ ПРИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ................................................................................................52

2.1 Моделирование величины межэлектродного зазора и расчет величины коррекции траектории резания...............................................................................................................................52

2.2 Моделирование процесса формирования шероховатости поверхности в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки...................................................................56

2.3 Моделирование прогиба электрода-проволоки в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.............................................................................................................60

2.4 Выводы по главе..............................................................................................................................72

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОВОЛОЧНО-ВЫРЕЗНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПАКЕТИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК........73

3.1 Методика проведения экспериментальных исследований..........................................................73

3.2 Материалы и оборудование для проведения экспериментальных исследований.....................78

3.3 Экспериментальная проверка математических моделей формирования параметров качества

поверхности заготовки при ПВЭЭО....................................................................................................81

3.3.1 Экспериментальная проверка величины коррекции траектории резания..........................81

3.3.2 Экспериментальная проверка шероховатости обработанной поверхности......................84

3.3.3 Экспериментальная проверка величины прогиба электрода-проволоки............................85

3.4 Получение эмпирических уравнений взаимосвязи параметров качества обработанной поверхности с режимами ПВЭЭО.......................................................................................................86

3.4.1 Получение эмпирических уравнений взаимосвязи параметров шероховатости

обработанной поверхности с режимами проволочно-вырезной электроэрозионной обработки .............................................................................................................................................................87

3.4.2 Анализ эмпирического уравнения взаимосвязи параметров шероховатости обработанной

поверхности с режимами проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.......................89

3.4.3 Получение эмпирических уравнений взаимосвязи погрешности от прогиба электрода-инструмента с режимами проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.......................92

3.4.4 Анализ эмпирического уравнения взаимосвязи погрешности формы обработанной поверхности с режимами проволочно-вырезной электроэрозионной обработки.......................94

3.4.5 Получение эмпирических уравнений взаимосвязи величины коррекции траектории резания с режимами проволочно-вырезной электроэрозионной обработки...............................96

3.4.6 Анализ эмпирического уравнения взаимосвязи величины коррекции с режимами проволочно-вырезной электроэрозионной обработки...................................................................98

3.5 Выводы по главе............................................................................................................................100

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОПТИМИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЭЭО ДЕТАЛЕЙ АСИНХРОННОГО ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СОБРАННЫХ В ПАКЕТ..............101

4.1 Влияние технологических условий обработки на стабильность процесса проволочно-вырезной электроэрозионной обработки..........................................................................................103

4.3 Исследование поверхности заготовки после обработки на проволочно-вырезном электроэрозионном станке.................................................................................................................112

4.3.1. Металлографический анализ поверхности стали 65Г после электроэрозионной обработки.........................................................................................................................................115

4.3.2. Электронно-микроскопический анализ поверхности стали 65Г после электроэрозионной обработки.........................................................................................................................................119

4.3.3. Дюрометрический анализ поверхности стали 65Г после электроэрозионной обработки ...........................................................................................................................................................121

4.4 Разработка управляющей программы для изготовления детали «Крайний лист статора» на проволочно-вырезном электроэрозионном станке..........................................................................123

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ...........................................................................................125

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................................................127

Приложение 1

Приложение 2

ТЕРМИНОЛОГИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ЭЭО - электроэрозионная обработка;

ПВЭЭО - проволочно-вырезная электроэрозионная обработка;

ЭИ - электрод-инструмент;

ЭД - электрод-деталь;

МЭЗ - межэлектродный зазор (S, м);

МЭП - межэлектродный промежуток;

РЖ - рабочая жидкость;

ГИ - генератор импульсов;

Упров - скорость протягивания проволоки, м/мин;

Е - напряженность электрического поля, В/м;

U - напряжение между электродами, В;

гл - радиус лунки, м;

кл - глубина лунки, м;

Р - коэффициент перекрытия лунок;

Q„, - линейная скорость обработки, м/с;

/ - частота импульсов, Гц; W - энергия импульса, Дж; р - плотность материала, кг/м3;

X - коэффициент теплопроводности материала, Вт/мК;

ton - время действия импульсов, с;

Wf- время бездействия импульсов, с;

I - сила тока, А;

q — скважность импульсов;

Ти - период, с;

R - радиус электрода, м;

J - величина коррекции траектории, м;

h - высота собранного пакета заготовок, м;

т|и - коэффициент полезного использования энергии импульса;

ВВЕДЕНИЕ

Приоритетной задачей машиностроения является постоянное повышение показателей качества и надежности выпускаемой продукции. Возникшая конкурентная борьба заставляет предприятия создавать высокотехнологичную продукцию, превосходящую по своим техническим характеристикам существующие аналоги.

За последние три десятилетия технологическая сложность изготовления современной машиностроительной продукции в среднем выросла в шесть раз [1].

Из общего числа типоразмеров деталей, изготавливаемых в машиностроительном производстве, значительная доля приходится на плоские детали сложной формы. Номенклатура таких деталей достаточно велика и составляет примерно тридцать процентов от всей доли выпускаемых деталей по всему миру [1,2-8].

Для повышения надежности выпускаемой продукции конструкторами применяются современные материалы с высокими физико-механическими характеристиками. Применение данных материалов позволяет повысить эксплуатационные характеристики выпускаемых изделий, что, в свою очередь, позволяет создавать механизмы, обладающие малыми габаритами при более высоких функциональных возможностях.

Несмотря на преимущества использования высокотвердых материалов в машиностроении, их обработка на лезвийных металлообрабатывающих станках зачастую является затруднительной, а в сочетании со сложной геометрией обрабатываемого профиля невозможной.

Наиболее распространенными технологиями изготовления плоских деталей сложного профиля являются механические методы обработки, такие как фрезерование и штамповка. Несмотря на достоинства перечисленных методов, при резании высокотвердых материалов происходит значительный износ режущего инструмента, а при резке по траектории сложного профиля

возникает необходимость в приобретении дополнительной оснастки. Подобные технологические особенности применения лезвийного инструмента приводят к увеличению себестоимости выпуска годной детали.

Адекватным ответом на предъявленные требования стало применение в производстве методов электрофизического, электрохимического и физико-химического воздействия. При обработке плоских деталей сложного профиля применимы технологии проволочно-вырезной электроэрозионной обработки (ПВЭЭО), гидроабразивной и лазерной резки. Данные технологии позволяют получать заготовки и детали любого профиля, независимо от их прочностных характеристик, без применения дополнительной оснастки. Кроме того, возможно применение методов электрофизического, электрохимического и физико-химического воздействия для одновременной обработки нескольких листовых заготовок, собранных в пакет. Таким образом, за один технологический рез удается получить несколько годных деталей. В результате повышается производительность обработки и снижается себестоимость обработки.

Для осуществления технологии пакетной резки заготовки должны быть очищены от грязи и ржавчины для обеспечения оптимального прилегания друг к другу при их сборке в единый пакет.

Технологии лазерной и гидроабразивной резки обеспечивают максимальную производительность при обработке пакетированных заготовок. Применение данных методов является наиболее эффективным на стадии освоения новой продукции, когда не заданы жесткие требования по точности и качеству обработанной поверхности.

Несмотря на существенные преимущества представленных методов

обработки, их применение ограничено рядом технологических особенностей.

Ширина реза при обработке перечисленными методами не позволяет

осуществлять производство мелкогабаритных деталей. В случае применения

лазерной резки возникает сильный перегрев обрабатываемой поверхности,

что существенным образом влияет на характеристики поверхностного слоя.

б

Основным недостатком при обработке пакетированных заготовок методом гидроабразивной резки является разбрызгивание струи, в результате чего значительно снижается точность обработки. Данных недостатков лишен метод ПВЭЭО.

Благодаря работам известных ученых Лазоренко Б.Р., Левинсона Е.М., Золотых Б.Н., Ставицкого Б.И., Немилова Е.Ф., Фотеева Н.К., Сливкова И.Н., Зингермана A.C. и других, созданы научные основы процесса электроэрозионной обработки поверхностей, изучены вопросы точности и качества обработанной поверхности деталей машин.

При использовании проволочно-вырезной электроэрозионной обработки в качестве электрода-инструмента используется молибденовая, или латунная проволока диаметром от 0,02 до 0,3 мм, что дает возможность осуществить обработку узких пазов деталей сложного профиля, собранных в пакет, с высокой точностью.

В настоящее время технология проволочно-вырезной электроэрозионной обработки пакетированных заготовок широко используется на ведущих машиностроительных предприятиях всего мира.

При сборке пакета неизбежным является наличие межслойного зазора между заготовками. Расстояние между заготовками заполнено воздухом, поэтому, увеличение межслойного зазора ведет к неравномерному распределению энергии импульса, что вызывает нестабильность процесса ПВЭЭО. С увеличением количества заготовок растет суммарное влияние межслойного зазора на стабильность процесса ПВЭЭО. В связи с тем, что электрод-инструмент обладает малой жесткостью, в результате неправильно подобранного межслойного зазора и некорректно назначенных режимов обработки может произойти его деформация и обрыв. Частые обрывы электрода ведут к снижению качества обработанной поверхности и повышают время обработки. Кроме обрыва электрода, на величину искрового зазора между заготовкой и инструментом оказывают влияние

режимы обработки. Значение величины искрового зазора учитывается при создании управляющей программы для обеспечения заданных размеров.

Несмотря на широкое применение технологии проволочно-вырезной электроэрозионной технологии в производстве, данный процесс не изучен в полной мере.

Проведенный анализ работ показал, что для определения режимов резания, обеспечивающих заданные показатели качества, на предприятиях применяется методика пробных резов. Применение данной методики существенным образом увеличивает время освоения новой детали, что неприемлемо в условиях конкурентной борьбы. Существующие математические модели расчетов технологических параметров основываются либо на эмпирических зависимостях, либо на упрощенных частных моделях процесса. В то же время отсутствуют математические модели, позволяющие подобрать режим резания для процесса ПВЭЭО заготовок, собранных в пакет, обеспечивающие заданные показатели точности обработки.

Созданию научных основ моделирования процесса электроэрозионной обработки посвящены работы ученых Кима Е.И., Евсеевой Н.В., Мелика-Огадженяна П.Б., Хана М.Г., Артамонова Б.А. и других. В этих работах показаны методики моделирования процесса электроэрозионной резки с целью повышения качества обработанной поверхности деталей машин и механизмов. Однако полученные результаты не позволяют прогнозировать качество и точность обработки при проволочно-вырезной электроэрозионной резке пакетированных заготовок. Прежде всего это связано с тем, что в большинстве работ за основу бралась технология копировально-прошивной обработки. При ПВЭЭО электрод-проволока подвержен воздействию силовых факторов в процессе резания, в результате чего происходит его деформирование, обрыв и, как следствие снижение точности резания.

В настоящее время механизм образования профиля поверхности

электрода-детали электрическими импульсами, а так же их влияние на обрыв

электрода-инструмента не изучен в полной мере. В связи с этим отсутствуют

8

математические модели, позволяющие подбирать режимы обработки, при которых обеспечивается стабильность обработки и заданная точность без применения экспериментальных резов. Решение вопросов, связанных с изучением процесса ПВЭЭО пакетированных деталей и разработкой моделей, позволяющих без применения методики пробных резов подбирать режимы обработки и прогнозировать показатели качества обработанных заготовок, является актуальной научно-технической задачей.

Целью работы является:

Повышение эффективности (по производительности и качеству получаемой поверхности) технологии проволочно-вырезной электроэрозионной обработки пакетированных заготовок путем теоретического и экспериментального исследования процесса электроэрозионной обработки и последующей разработки моделей, позволяющих рассчитать показатели качества обработанной поверхности.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Получена модель формирования величины межэлектродного зазора в процессе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки пакетированных заготовок, позволяющая рассчитать величину коррекции траектории движения электрода-инструмента без применения методики пробных резов, что позв�