VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
During EDM holes of small diameter portions of the lower electrode-tool bits are exposed to the side longer than the upper, which leads to increased errors resulting form the opening. The article analyzes the dependence of emerging volumetric wear of the electrode-tool machining depth. It is found that the magnitude of the volumetric wear increases with the depth of processing. Based on experimental data obtained by the function that most closely simulates the contour of the working part of the tool-electrode. A method for optimizing the volumetric wear, which allows to determine the amount of additional calibration passes at a given tolerance on hole diameter. The proposed method will increase the accuracy of dimensional electrical discharge machining of small diameter holes.
precision EDM, taper holes of small diameter, volumetric wear of the electrode-tool calibration run, trimming tool-electrode EDM depth
Известно, что в процессе ЭЭО по зазору между стенками отверстия и ЭИ движется жидкость, насыщенная продуктами эрозии, которые создают условия для паразитных разрядов [1-5]. Так как нижние участки электрода-инструмента (ЭИ) подвергаются действию боковых разрядов дольше, чем верхние, то ЭИ в процессе обработки заостряется, что приводит к увеличению погрешности формы (в т. ч. конусности) получаемого отверстия. Для снижения величины конусности производится калибрование отверстия путем дополнительной подачи или повторная обработка отверстия отторцованным электродом-инструментом [6]. Характер износа и его величина в зависимости от глубины обработки изучены не были. При этом калибруется отверстие до прекращения боковых разрядов, что приводит к увеличению таких видов погрешности как конусность и овальность [7-10]. Методы оптимизации величины калибровочного прохода не разработаны. Настоящая работа направлена на изучение закономерностей объемного износа и разработку методики его оптимизации.
Для выявления математической модели зависимости (1) значения износа ЭИ по диаметру 
от величины подачи ЭИ h был проведен ряд экспериментов на электроэрозионном станке 04ЭП10М.
(1)
Эксперименты проводились на следующих режимах: частота генератора импульсов - 25 кГц; энергия импульса – 9,25 мкДж; материал электрода-детали – коррозионностойкая сталь 08Х18Н10Т, электрода-инструмента – вольфрам в виде проволоки, рабочая среда – вода водопроводная.
Эксперимент проводился следующим образом. Электродом-инструментом диаметром d=100 мкм прошивались отверстия с величиной подачи ЭИ h=100…500 мкм с шагом 100 мкм. После обработки каждого отверстия с помощью цифрового микроскопа Levenhuk D70L делался ряд снимков рабочей части ЭИ, после чего электрод-инструмент торцевался на величину, превышающую значение подачи на 50-100 мкм и производилась обработка следующего отверстия. На рис.1. представлены контуры рабочей части электрода-инструмента.
Анализируя форму износа электрода-инструмента, в качестве функции, описывающей контур рабочей части ЭИ, были предложены показательная функция (2) и функция эллипса (3).
(2)
, (3)
где a, b – коэффициенты, изменяющиеся в зависимости от глубины отверстия, h – величина подачи ЭИ, мкм, d – диаметр ЭИ, мкм.
С помощью системы Mathcad, используя экспериментальные значения длины изношенной части ЭИ 
, находим коэффициенты a и b функций (2) и (3). Подставим их в (2) и (3) и найдем значения 
, 
в 6 точках (при r=0…50). Полученные значения для h=100 мкм сведем в табл.1.
Рис. 1. Контуры рабочей части
электрода-инструмента при величине подачи h=100…500 мкм.
Выполним аналогичные расчеты для других значений величины прохода ЭИ h, результаты сведем в табл.2.
Анализируя значения, представленные в табл.2, можно сделать вывод о том, что функция эллипса (3) более точно описывает форму рабочей части электрода-инструмента.
Найдем зависимость длины изношенной части электрода-инструмента от величины подачи ЭИ h через коэффициенты a и b функции (3). Для этого построим графики (рис.2) функций
(4)
(5)
Анализируя графики (рис.2), можно сделать вывод о том, что значение коэффициентов a и b изменяется по линейному закону. Определим вид функций (4) и (5):
(6)
. (7)
Определим функцию зависимости длины изношенной части электрода инструмента от величины подачи h при заданном допуске на отверстие 
, подставив вместо коэффициентов a и b функции (6) и (7):
(8)
Таблица 1
Сравнение экспериментальных значений величины износа ЭИ 
с расчетными в зависимости от радиуса r
|
r, мкм |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
|
0 |
0.65 |
2.43 |
7.39 |
18.75 |
100 |
|
|
0.035 |
0.173 |
0.851 |
4.198 |
20.701 |
102.087 |
|
|
0 |
0.379 |
2.396 |
7.46 |
18.737 |
100 |
|
( |
1.225x10-3 |
0.228 |
2.493 |
10.191 |
3.806 |
4.354 |
|
( |
0 |
0.073 |
1.129x10-3 |
4.863x10-3 |
1.74x10-4 |
0 |
|
Σ( |
21.072 |
|||||
|
Σ( |
0.079 |
|||||
Таблица 2
Значения сумм квадратов отклонений экспериментальных значений от расчетных
|
h, мкм |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
|
Σ( |
21.072 |
125.202 |
387.488 |
840.553 |
1904 |
|
Σ( |
0.079 |
5.685 |
7.861 |
9.585 |
11.48 |
Полученная зависимость (8) позволяет для конкретного рассматриваемого случая точно определить величину калибровки отверстия или торцевания электрода-инструмента, что позволит уменьшить конусность.
Таким образом, можно сделать следующие обобщающие выводы.
- При электроэрозионной обработке малых отверстий объемный износ электрода-инструмента увеличивается с увеличением глубины обработки.
- Описанный объемный износ ЭИ с наибольшей точностью моделируется зависимостью эллипсного типа.
- Разработанная методика позволяет определить с высокой точностью величину дополнительного калибровочного прохода ЭИ после «вскрытия» отверстия с целью обеспечения требуемой точности обрабатываемого отверстия.
Рис. 2. Зависимость коэффициентов a (а) и b (б) от величины подачи ЭИ h.
1. Levinson E.M., Lev V.S., Gutkin V.G., Livshic A.L., Yutkin L.A. Elektrorazryadnaya obrabotka materialov. L.: Mashinostroenie, 1971. 256 s.
2. Boyko A.F. Effektivnaya tehnologiya i oborudovanie dlya elektroerozionnoy proshivki mikrootverstiy. Belgorod: Izd-vo BGTU im. V.G. Shuhova, 2010. 314 s.
3. Zolotyh B.N. Fizicheskie osnovy elektroiskrovoy obrabotki. M.: Mashinostroenie, 1977. 44 s.
4. Popilov L.Ya. Spravochnik po elektricheskim i ul'trazvukovym metodam obrabotki materialov. L.: Mashinostroenie, 1971. 544 s.
5. Fateev N.K. Tehnologiya elektroerozionnoy obrabotki. M.: Mashinostroenie, 1980. 184 s.
6. Lazarenko B.R. Elektroiskrovaya obrabotka metallov. M.: Mashinostroenie, 1950. 164 s.
7. Artamonov B.A., Vishnickiy A.L., Volkov Yu.S., Glazkov A.V. Razmernaya elektricheskaya obrabotka metallov. M.: Vyssh. shkola, 1978. 336 s.
8. Levinson E.M. Otverstiya malyh razmerov. L.: Mashinostroenie, 1977. 152 s.
9. Gutkin B.G. Avtomatizaciya elektroerozionnyh stankov. L.: Mashinostroenie, 1971. 160 s.
10. Levinson E.M., Lev V.S. Elektroerozionnaya obrabotka metallov. L.: Lenizdat, 1972. 328 s.
