2.5.2. Расчет рабочей части копиров для схемы обработки с непрофилированным эи

Точность изготовления детали зависит от параметров копира. Для станков с непрофилированным электродом копир должен быть жестким, поскольку он является носителем размеров, и в то же время иметь минимальную толщину кромки, чтобы проволока ка­салась ее без перекосов. Копир изготовляют из латуни или другого сплава, обладающего небольшим переходным сопротивлением в месте контакта с проволокой, а рабочую кромку со стороны, про­тивоположной заготовке, срезают, оставляя ее высоту не более 0,3 мм (рис. 2.33). Тогда колебание угла наклона проволоки 1 не вызывает значительных отклонений ее от рабочей кромки 2, что позволяет повторить профиль копира на детали с минимальными погрешностями.

Рис. 2.33. Обработка по копиру непрофилированным электродом: 1 – проволока,

2 – рабочая кромка.

Рис. 2.34. Установка копира при ЭЭО a) с помощью диэлектрического кольца: 1 – копир, 2 – заготовка, 3 - диэлектрическое кольцо; б) с помощью клеев: 1 – копир, 2 – заготовка, 3 – слой клея.

Копир 1 (рис. 2.34) крепят над заготовкой 2, добиваясь минимального зазора между его нижней плоскостью и заготовкой. Для получения надежной изоляции копира 1 от заготовки 2 его устанавливают с помощью диэлектрического кольца 3 (рис. 2.34, а), с помощью клеев 3 (рис. 2.34, б), механическими зажимами. При установке на клей 3 копир базируют по съемной пробке пли коль­цу. Схема расчета копира приведена на рис. 2.35.

Рис. 2.35. Схема расчета копира: 1 – проволока, 2 – копир,

3 – деталь.

Размер копира

(2.28)

где – размер детали; зазор; – припуск на последующую обработ­ку. За счет износа проволоки 1 при движении ее в направлении стрелки происходит уменьшение ее диаметра, паз в детали 3 приобретает уклон в сторону копира 2, поэтому припуск под последующую обработку заготовки считают с учетом угла наклона бо­ковой стенки паза к оси проволоки. В формуле (2.28) берут знак «–», если обрабатывают охватывающий контур детали, например получают отверстие. При изготовлении охватываемого элемента конструкции, например стержня, размеры копира должны превышать размеры детали и в формуле (2.28) берут знак «+». Припуск определяют по следую­щей зависимости:

(2.29)

где – высота неровностей после электроэрозионной обработки (экономически целесообразно получать под доводочные операции такую шероховатость, при которой суммарная трудоемкость элект­роэрозионной обработки и доводки минимальна; для сталей этому условию отвечает диапазон = 3...10 мкм, для твердых сплавов = 2…7 мкм). Если последующие после электроэрозионной обра­ботки операции отсутствуют, берут ; – высота неров­ностей, которую необходимо получить на детали; Н – глубина измененного слоя после электроэрозионной обработки (после обра­ботки непрофнлированным электродом измененный слой в зависи­мости от режима составляет для сталей 4...25 мкм, для твердых сплавов 3...15 мкм); – толщина изготовляемой детали; – по­грешность изготовления копира (при точной оснастке < 6...8 мкм); – погрешность установки копира (при применении оптических устройств для контроля положения копира при уста­новке = 2...4 мкм); ≤ 0,005...0,01 мм – погрешность станка; угол уклона 1...3 (рис. 2.35) зависит от диаметра проволоки, скорости ее перемещения вдоль оси, толщины заготовки.

Операции изготовления копира проводят в два этапа: черновой и чистовой. Черновой этап выполняют на металлорежущих стан­ках. Он включает вырезание заготовки, расточку базовых отвер­стий, черновую обработку контура, снятие фаски по толщине кон­тура. Чистовой этап выполняют с использованием специальных при­способлений. Припуск под эти операции не превышает 0,3 мм. После окончательного контроля на копир составляют паспорт, ему при­сваивают шифр и хранят как инструмент длительного пользова­ния.

Если требования к точности изготовления деталей невысоки, то в качестве копира можно использовать саму деталь.

2.6. Расчет генераторов для ЭЭО

2.6.1. Виды генераторов

При расчете и выборе генератора исходят из условия получе­ния формы и мощности импульса, необходимых для обеспечения требуемых технологических показателей процесса. Черновую и чис­товую обработку обычно ведут от одного и того же генератора. В настоящее время в электроэрозионных станках используют ре­лаксационные, машинные, магнито-насыщенные, ламповые и полупро­водниковые генераторы.

Х ронологически первым генера­тором был релаксационный -генератор, который предложили ис­пользовать изобретатели метода Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко, Такие генераторы успешно применя­ются до настоящего времени для об­работки на

электроискровых режимах. Позже стали применять лампо­вые генераторы, позволившие полу­чить более мощные импульсы, не за­висящие от физического состояния межэлектродного промежутка, и ма­шинные генераторы с приводом от электродвигателей. В машинных ге­нераторах энергия импульсов до­стигает весьма больших значений, что позволяет производить обработ­ку крупных заготовок с высокой производительностью. Однако дан­ный тип генераторов в настоящее время практически не применяется

на производстве из-за повышенного уровня шума при работе. Следую­щим этапом развития было появле­ние магнитонасыщенных генерато­ров и наиболее перспективных уст­ройств – генераторов на полупроводниковых приборах – транзис­торах и тиристорах.

Р

Рис. 2.36. Схемы генераторов импульсов: а) -генераторы, б) -генераторы, в) -генераторы, г) - и - -генераторы, д) -генераторы.

елаксационными генераторами называют те, у которых параметры импульса определяются состоянием межэлектродного промежутка. К ним относятся -генераторы (рис. 2.36, а),

- генераторы (рис. 2.36, б), -генераторы (рис. 2.36, в), и - генераторы, у которых в зарядный или разрядный контуры включены индуктивные элементы и исключен токоограничивающий резистор (рис. 2.36, г), и -генератор, в котором ограничение тока обеспечивается конденсатором в зарядной цепи (рис. 2.36, д).

Все релаксационные генераторы содержат зарядную и разряд­ную (выделена на рис. 2.36 толстой линией) цепи. В зарядной цепи установлены источник питания ИП и

включатель К. В , , -схемах, кроме того, имеется токоограничивающий резистор . Разрядная цепь содержит конденсатор С и межэлектродный про­межуток МЭП, кроме того, -схеме (рис. 2.36, в) в разрядную цепь включен индуктивный элемент .

Рассмотрим работу -генератора с начального момента, когда конденсатор С не заряжен (рис. 2.36, а). При замыкании включа­теля К конденсатор С через резистор R заряжается от источника питания ИП и напряжение на конденсаторе С, а следовательно, и на межэлектродном промежутке МЭП повышается. Когда напря­жение достигнет пробивного для данного размера межэлектродно­го зазора, происходит пробой промежутка и энергия, запасенная в конденсаторе С за время заряда, выделяется в межэлектродном промежутке. Напряжение на конденсаторе падает, и разряд через межэлектродный промежуток прекращается. С этого момента на­чинается период деионизации межэлектродного промежутка (вос­становления его диэлектрической прочности) и зарядка конденса­тора С. Время зарядки конденсатора, как известно, определяется постоянной времени . Для нормального протекания процесса необходимо, чтобы время зарядки было больше периода деиониза­ции промежутка, иначе возможен переход импульсного разряда в дуговой. Требуемое соотношение этих периодов достигают подбо­ром сопротивления резистора и емкости конденсатора С. Чем они больше, тем медленнее происходит зарядка конденсатора. По ме­ре съема металла с заготовки расстояние между электродами рас­тет и достигает такого значения, при котором напряжение на кон­денсаторе становится недостаточным для разряда. Если быстро сближать электроды (быстрее, чем происходит съем металла под действием эрозии), разряды будут происходить при низком напря­жении, т.е. иметь малую энергию. И хотя частота следования раз­рядов возрастает, скорость съема металла снижается. При совсем малых расстояниях между электродами паузы между разрядами будут недостаточны для деионизации промежутка и процесс перейдет в дуговой. Таким образом, режим работы релаксационного -генератора определяется состоянием межэлектродного за­зора.

В -генераторах значительная часть энергии теряется на нагрев резистора и другие потери. Поэтому КПД таких генераторов не превышает 25 %. Мощность -генераторов обычно ограничивают 5…7 кВт, т.е. используют их в основном для чистовой обработки. Включением в зарядную цепь индуктивного элемента ( -генератор на рис. 2.36, б) удается ускорить процесс зарядки конденсатора и увеличить напряжение на нем.

На рис. 2.37 показаны графики изменения напряжений на конденсаторах при - (кри­вая 1) и - (кривая 2) генераторах.

Рис. 2.37. Графики изменения напряжения на конденсаторах: 1 – при -генераторе, 2 – при -генераторе.

Период импульса на кривой 2 существенно меньше периода на кривой 1. Это достигнуто благодаря сокращению времени зарядки Напряжение зарядки кон­денсатора при -схеме выше, чем у -генератора ( ). За счет сокраще­ния времени прохождения тока через резистор снижаются потери на его на­грев, поэтому КПД -генераторов значительно выше.

После разряда напряжение резко снижается до нуля, затем меняет знак. Возникает так называемая обратная полуволна. Она ускоряет износ элект­рода-инструмента, и ее стремятся уст­ранить. Однако в и -схемах этого не удается сделать. Если индуктивный элемент включить в разрядную цепь (см. рис. 2.36, в), то удается практически устранить обратную полуволну и резко сни­зить износ электрода-инструмента. Но при этом уменьшается про­изводительность. -генераторы используют для чистовых опера­ций, где необходимо сохранить без изменений форму электрода-инструмента. В таких схемах применяется обратная полярность (инструментом является анод).

С целью повышения КПД создают генераторы, в которых вооб­ще исключен токоограничивающий резистор. Так, в -схеме (см. рис. 2.36, г) в зарядную цепь введены электромагнитный вибратор ЭМВ. Якорь вибратора жестко связан с электродом-инструментом. При включении тока якорь притягивается к сердечнику и переме­щает электрод-инструмент от заготовки, цепь разрывается и проис­ходит зарядка конденсатора С от ИП. Когда конденсатор заряжен, ток в обмотке вибратора ЭВМ прекращается, якорь отскакивает от сердечника и электрод-инструмент возвращается к заготовке. В момент сближения происходит разряд. Для эффективной рабо­ты -генератора требуется, чтобы вибратор колебался синхронно с изменением напряжения генератора. Это усложняет настройку, поэтому -схема используется для какого-либо одного режима. Благодаря большой мощности эти генераторы применяются в ос­новном на черновых операциях.

В СС-схеме (см. рис. 2.36, д) также отсутствует токоограничи­вающий резистор, что способствует повышению его КПД. Для ограничения тока в зарядную цепь включен конденсатор . Ток через трансформатор, выпрямитель, конденсатор , выключатель К заряжает конденсатор С. Разряд происходит аналогично -схеме. Мощность таких генераторов ограничена и не может пре­вышать нескольких киловатт. СС-генераторы используют весьма редко и только для черновых режимов.

В ламповом генераторе (рис. 2.38) электронная лампа Л служит переключающим прибором, управляющим импульсами напряжения. Здесь парамет­ры генератора не зависят от состояния межэлектродного проме­жутка, и искровой разряд не может перерасти в дуговой. Следова­тельно, можно использовать импульсы с вы­сокой частотой следования, не заботясь о деионизации промежутка. После подачи от задающего генератора ЗГ напряжения на управляющую сетку лампы Л в ней появ­ляется анодный ток и на вторичной обмотке трансформатора Тр возбуждается импульс­ная ЭДС. Под действием импульса напря­жения происходит пробой межэлектродного промежутка МЭП. Период между импуль­сами регулируется задающим генератором ЗГ. Для нормальной работы лампового генератора требуется прокачка рабочей жидкости.

Рис. 2.38. Схема лампового генератора.

Ламповые генераторы позволяют повысить частоту следования импульсов до 20 кГц, получить импульсы малой длительности. К недостаткам ламповых генераторов относятся низкий КПД, необ­ходимость применения источников питания с напряжением до не­скольких тысяч вольт, необходимость принудительной прокачки жидкости через промежуток, ограничения энергии импульса.

Более высокая энергия импульса может быть получена в магнитонасыщенных генераторах. В практике нашли при­менение генераторы с магнитными усилителями (рис. 2.39). К за­жимам подводят напряжение от сети, которое поступает на вы­прямитель и на магнитный усилитель, состоящий из дрос­селей , . Через их рабочие обмотки , протекает ток межэлектрод­ного промежутка МЭП, а через обмотки управления , протекает ток от управляющего источника постоянного напряжения.

Генератор работает следующим обра­зом; в положительный полупериод сете­вого напряжения ток протекает через диод , межэлектродный промежуток МЭП, диод , рабо-

]

Рис. 2.39. Схема генератора с магнитными усилителями.

чую обмотку дросселя . Сердечники дросселей вы­полнены из магнитомягких материалов. Вольт-амперная характеристика таких дросселей нелинейна. Пока материал маг-нитопровода ненасыщен, ток, протекаю­щий по цепи, растет медленно. Когда си­ла тока достигнет значения тока насыще­ния, ток в обмотке резко возрастает. В результате на промежутке образуется импульс с крутым передним фронтом. После прохождения рабочего импульса сердечник дросселя должен быть размагничен. Для этого используется обмотка управления , работающая от источника .

В отрицательный полупериод ток проходит через обмотку дросселя , диод , межэлектродный промежуток МЭП и диод . После насыщения сердечника дросселя Др₂ возникает импульс. Насыщение снимается управляющей обмоткой . Резистор позволяет снимать заряд при разомкнутых электродах. Магнитонасыщенные генераторы просты, надежны, позволяют получить боль­шие токи. Но их работа зависит от частоты сети. Наибольшая час­тота следования импульсов при использовании трехфазных магнит­ных усилителей не может быть более 150 Гц. Такая часто­та применима лишь для черновой обработки на очень грубых ре­жимах.

Использование управляемых полупроводниковых приборов поз­воляет создать генераторы с широким диапазоном режимов обра­ботки, у которых частота следования импульсов не зависит от свойств межэлектродного промежутка. Известно два вида генера­торов этого типа: на основе инверторов, в которых управляе­мые тиристоры регулируют период зарядки и разряда конденсато­ра в релаксационных генераторах, и широкодиапазонные генераторы импульсов.

В генераторе импульсов (рис. 2.40) зарядная и разрядная цепи разделены. В качестве токоограничивающего элемента использо­вана катушка индуктивности . Конден­сатор С заряжается при включении тиристора от блока управления тиристорами БУТ. После снижения зарядного тока до нуля тиристор закрывается и включается от БУТ тиристор Т₂. Проис­ходит разряд конденсатора С через меж­электродный промежуток МЭП. Выклю­чение тиристора Т₂ отрегулировано так, чтобы отсечь обратную полуволну, уско­ряющую износ электрода-инструмента. Резистор включенный параллельно промежутку МЭП, позволяет конденсатору разря­жаться при разомкнутых электродах. В схеме, приведенной на рис. 2.39, в зарядной цепи отсутствует активное сопротивление, и за счет этого удается снизить потери, исключить возможность по­явления дуговых разрядов. К недостаткам рассмотренной схемы носится непостоянство напряжения пробоя, что приводит к изме­нению режима обработки.

Рис. 2.40. Схема инвертора.

Для стабилизации напряжения пробоя может быть использована схема со стабилитроном Ст (рис. 2.41). Заряд конденсатора С проходит через резистор . Вместо резистора можно использовать катушку индуктивности. Во время зарядки тиристор Т закрыт. После достижения на конденсаторе С напряжения, превышающего напряжение стабилитрона, на управляющий электрод тиристора подается открывающее напряжение. Происходит разряд со строго дозированной энергией через промежуток МЭП.

Рис. 2.41. Схема генератора со стабилитроном.

Широкодиапазонные генераторы вырабатывают импульсы с час­тотой 1...880 кГц и выходным током 16...180 А, т.е. дают возмож­ность работать на любых режимах электроэрозионной обработки. Кроме того, они вырабатывают импульсы такой формы, при ко­торой износ электрода-инструмента становится минимальным. Схе­ма широкодиапазонного генератора импульсов типа ШГИ приведена на рис. 2.42.

Рис. 2.42. Схема широкодиапазонного генератора.

Он состоит из двух частей: блока поджигающих импульсов (справа от межэлектродного промежутка МЭП) и сило­вого блока. Блок поджигающих импульсов имеет малую мощность, но высокое напряжение 100...300 В. Силовой блок дает напря­жение 60...70 В, но обладает большой мощностью. Оба блока управляются задающим генератором ЗГ. После сигнала от него на включение транзистора через межэлектродный промежуток МЭП пройдет импульс высокого напряжения от блока поджигающих им­пульсов, происходит пробой, затем напряжение снижается, но ос­тается канал проводимости. В этот момент от задающего генерато­ра ЗГ подается сигнал на включение транзисторов …, . Од­новременно открывается диод Д. Ток от силового блока поступает в межэлектродный промежуток МЭП и протекает через образовав­шийся канал проводимости. Время включения транзисторов …, определяет длительность импульсов. Требуемую форму им­пульсов получают включением балластных резисторов …, в силовом блоке. Генератор имеет блок защиты от короткого замыкания, который отключает его при перегрузках.

Генераторы серии ШГИ выполнены в виде автономного шкафа. Охлаждение электронных блоков производится с помощью вентиля­тора. Тип генератора обозначается двумя цифрами: первая обо­значает верхний предел средней силы тока в импульсе, вторая – максимальную частоту следования импульсов. Например, генера­тор ШГИ-40-440 имеет максимальную силу тока 40 А и максималь­ную частоту 440 кГц.

Электроконтактная обработка выполняется на постоянном и пе­ременном токе. При работе с током промышленной частоты доста­точно иметь стандартный сварочный трансформатор. Для шлифования и разрезания мелких заготовок обычно применяют постоянный ток; в установках большой мощности (30...500 кВт) – переменный. Источники питания переменным током дешевле, экономичнее, значительно меньше по габаритам. Но при обработке переменным током резко возрастает износ инструмента – снижается точность обработки и растут затраты на электроды-инструменты.

2.6.2. Расчет -генератора

В основу расчета параметров -генератора положены требо­вания к качеству поверхности после обработки. Для чистовых опе­раций это шероховатость поверхности, заданная чертежом детали, для черновых – отсутствие микротрещнн в поверхностном слое после электроэрозионной обработки. Расчет, ведется в такой после­довательности:

1) берут значение шероховатости поверхности, которая должна быть получена после обработки. Она должна быть не хуже задан­ной и экономически обоснованной величины (см. 2.4.3);

2) из формулы (2.21) находят энергию импульса ;

3) выбирают напряжение генератора . Рекомендации по вы­бору приведены в 2.3. Пробивное напряжение ;

4) рассчитывают емкость конденсатора

(2.29)

5) сила тока короткого замыкания зависит от емкости кон­денсаторов С. В паспортах станков приводятся графики для выбо­ра силы тока короткого замыкания;

6) находят значение сопротивления токоограничивающего рези­стора

(2.30)

7) определяют частоту следования импульсов

(2.31)

В электротехнике и радиотехнике эта формула применяется для оценки частоты разряда конденсатора. Если учесть, что , то формулу (2.31) можно приближенно представить в ви­де

(2.32)

Значения параметров -генераторов ограничиваются энерги­ей импульса, при которой не наблюдается микротрещин в обраба­тываемом материале. Граничное значение энергии зависит также от длительности импульса. Обычно черновые режимы ограничивают энергией в несколько джоулей при длительности импульса 200...600 мкс.

Расчет -схем и других разновидностей релаксационных генераторов несколько отличается, что учитывается с помощью экспериментальных коэффициентов или же использованием соответствующих зависимостей.

В релаксационных генераторах не удается добиться высокой производительности процесса, так как с ростом энергии импульса время накопления заряда и падает частота импульсов. Бóльшие возможности повышения производительности имеют ламповые и магнитонасыщенные генераторы.