Проектування системи автоматичного керування положенням правлячого електрода в процесі електроерозійного (стр. 2 из 10)

1.1 Фізичні основи електроерозійної обробки алмазного шару

Оскруговьки алмазоносний шар струмопровідного шліфувального круга складається з двох різнорідних матеріалів — струмопровідного зв'язування і не струмопровідних алмазних зерен і наповнювача, процеси, що протікають на електродах, у розглянутій обробці будуть мати специфічні особливості, відмінні від електроерозійної обробки звичайних матеріалів. Передбачається наступний механізм обробки алмазоносного шару. При зближенні алмазного круга (рис. 1.2) з електродом-інструментом до розрядної відстані по найкоротшому шляху між струмопровідними ділянками їхніх поверхонь виникають імпульсні розряди, сумарний вплив яких приводить до ерозії струмопровідних компонентів алмазоносного шару (металевого зв'язування). Паралельно з ерозією зв'язування відбувається оголення алмазних зерен, що, входячи в контакт з електродом-інструментом, випадають при критичному закріпленні їх у зв'язуванні круга. Отже, процес електроерозійної обробки алмазоносного шару складається з ерозійного руйнування зв'язування і механічного видалення алмазних зерен. Інтенсивність знімання алмазоносного шару круга Q у такому випадку може бути визначена:

Q=(Vc+Vз)*τ, (1.1)

де Vc. — обсяг зв'язування, що видаляється; Vз - обсяг зерен, що видаляються; τ — час обробки.

У сталому режимі лінійні швидкості видалення алмазних зерен і зв'язування рівні між собою, отже, алмазоносный шар, що знімається за час обробки, може бути визначений через обсяг зв'язування, що видаляється:

Q=k*Vс*τ, (1.2)

де k — коефіцієнт, що враховує об'ємний зміст у зв'язуванні алмазних зерен.

1 – зв'язування алмазного шару; 2 – алмазні зерна; 3 – розряди; 4 – міжелектродне середовище; 5 – електрод-інструмент

Рисунок 1.2 - Схема процесу електроерозійної обробки струмопровідного шару.

При профілюванні алмазних кругов важливий і зворотний процес — знос електрода-інструмента, що, так само як і обробка алмазоносного шару, відбувається в результаті електроерозійних і механічних процесів. Електроерозійні процеси характеризуються ерозією матеріалу електрода-інструмента при впливі імпульсних розрядів, а механічні — зносом електрода-інструмента в результаті контакту з ним алмазних зерен.

Отже, при даній обробці алмазних струмопровідних кругов па обох електродах протікають два процеси: електроерозійний, і механічний.

Основу електроерозійних процесів складає ефект ерозії металу в імпульсному електричному розряді. Більшість експериментальних і теоретичних досліджень, проведених у нашій країні і за рубежем, визначають електротермічну природу електричної ерозії, основні положення якої полягають у наступному. При підведенні напруги до електродів у міжелектродному проміжку виникає електричне поле з найбільшою напруженістю в напрямку, що проходить через близько розташовані ділянки на поверхні електродів. При визначеному критичному напруженні пробою порушується діелектрична міцність середовища й утвориться іонізований канал наскрізної провідності. У його утворенні беруть участь диспергированні провідні частки, що знаходяться в міжелектродній рідини і, що втягуються частково в зону розряду уздовж силових ліній електричного поля. Після утворення предразрядного каналу, що з'єднує обидва електроди, починає формуватися основний розрядний канал, при утворенні якого відбувається додаткова іонізація проміжку, що призводить до розширення каналу розряду. По цьому каналі спрямовується електрична енергія у виді імпульсного розряду. Завдяки високій концентрації енергії в зоні розряду розвивається висока температура, що перетвориться на електродах в об'ємні і поверхневі теплові джерела. Виникаючі в результаті ефекту Джоуля-Ленца і при передачі тепла безпосередньо з каналу розряду, ці джерела нагрівають ділянки електродів, що знаходяться в зоні розряду, до високих температур, достатніх для розплавлювання і часткового випару металу.

Природа евакуації розплавленого металу трактується різними авторами по-різному. Ряд гіпотез пояснює евакуацію металу електродинамічними силами, скипанням розчиненого в металі газу, мікроскопічними неоднорідністями, що завжди є в металі і різних властивостях, що володіють, і іншими явищами. Так чи інакше, метал видаляється з локальних поверхонь електродів, застигаючи в навколишнім середовищі у виді дрібних часток, а на поверхні електродів утворяться лунки визначеного розміру і форми. Після розряду протягом деякого часу відбувається деіонизація проміжку (відновлення електричної міцності), і далі через визначений період процес повторюється між іншими прилеглими ділянками електродів. Виходячи з цього, обсяг зв'язування, що видаляється з алмазного круга, може бути виражений через суму обсягів, що видаляються від дії одиночних розрядів:

Vc=∑Vi. (1.3)

Дане співвідношення справедливе при збереженні аддитивности процесу, при якому дія одного розряду не накладається на дію наступного. Підставляючи дане співвідношення у вираження (1), одержуємо рівняння, що характеризує інтенсивність знімання алмазоносного шаруючи:

Q=(1+Vз/Vc)ΣVi*τ, (1.4)

де Vi — обсяг зв'язування, що видаляється в i-м розряді.

При обробці алмазоносного шару обсяг зв'язування, що видаляється, в одиничному імпульсному розряді залежить також

від ступеня розміщення лунок і зв'язуванню між алмазними зернами. Відповідність цих параметрів впливає не тільки на розвиток лунок, але і на якість алмазних зерен, що знаходяться поблизу розряду.

Механічні процеси протікають на електродах у випадку, якщо величина міжелектродного зазору порівнянна з розміром алмазних зерен, і виявляються у видаленні алмазних зерен у міру їхнього оголення зі зв'язування круга й у механічному зносі електрода-інструмента від дії з ним алмазних зерен. Обидва ці процесу взаємозалежні і залежать від розмірів алмазних зерен і міцності їхнього закріплення в зв'язуванні шліфувального круга, а також від величини зазору, що утвориться між електродами. Виступаюче зі зв'язування алмазне зерно в процесі оголення входить у контакт з електродом-інструментом, залишаючи на її поверхні слід з розмірами, що відповідають глибині врізання. У свою чергу зусилля, що виникають при контакті алмазного зерна, утворять у місцях його закріплення критичні напруження, що приводять до вирву алмазного зерна зі зв'язування круга.

Механічні процеси дуже впливають на параметри спрофілюючого круга. Так, у процесі видалення алмазних зерен формується мікропрофіль поверхні, що ріже, що згодом характеризує точність, що ріже здатність і стійкість круга.

2 Сучасні методи електроерозійної обробки при шліфуванні твердих матеріалів

У процесі виправлення усувається погрішність установки шліфувального круга на фланці і закріплення останніх на шпинделі верстата, надається кругу задана геометрична форма, формується необхідний мікропрофіль робочої поверхні, що полягає в забезпеченні необхідної величини виступання алмазних зерен зі зв'язування.

Таким чином, безпосередньо на стадії виправлення закладають визначені показники працездатності круга і якості обробки. Час, затрачуваний на виправлення, збільшує собівартість шліфувальної операції, тому видалення зв'язування й алмазоносного шару в процесі виправлення необхідно здійснювати з максимальною продуктивністю.

Існуючі методи виправлення алмазних кругов на металевих зв'язуваннях по способі впливу на алмазоносний шар можна підрозділити на механічні, хімічні, теплові і комбіновані.

Механічні методи засновані на видаленні зв'язування і сколювання зерен шляхом абразивної обробки. Виправлення алмазних кругов на металевому зв'язуванні абразивними кругами по методу шліфування забезпечує продуктивність до 265 мм³ /хв і має наступні недоліки:

- згладжування робочої поверхні ( виступання зерен, що ріжуть, над зв'язуванням не перевищує 5-10 % розміру зерна ), що приводить до погіршення якості обробленої поверхні і низкою здатності, що ріже, круга

- часткове руйнування зерен, удавлення зерен у зв'язування, розворот зерен у напрямку вектора швидкості виправлення, виривши зерен зі зв'язування;

- висока величина зносу абразивного круга, що складає 1000 %.

Для поліпшення виступання зерен зі зв'язування при виправленні механічним способом пропонується використовувати чашковий інструмент із матеріалу GC 1207V, який містить алмазні зерна. У процесі виправлення алмазні зерна відриваються від правлячого інструмента і, потрапляючи в зазор між зв'язуванням круга і матеріалом правлячого інструмента, за рахунок ефекту притирання інтенсифікують видалення зв'язування навколо алмазних зерен шліфувального круга. Регулювання інтенсивності видалення зв'язування здійснюється зміною потоку СОЖ, а також розміром зерен у правлячому інструменті. Виправлення вільним абразивом, подаваним у зазор між притиранням і поверхнею обертового круга, дозволяє збільшити продуктивність виправлення, забезпечити виступання зерен, що ріжуть, над зв'язуванням, але вимагає модернізації устаткування, готування спеціальних суспензій і використовується в основному для кругов простої форми.

Електрохімічний метод виправлення застосовується досить обмежено, хоча за дослідженнями В.Д. Дорофеєва і Т.В. Тудоскі характеризується високою продуктивністю ( до 1000 мм³/хв ), мінімальним зносом правлячого електрода-інструмента і відсутністю шкідливих побічних впливів на зерна алмаза. Разом з тим, вибірковість процесу вимагає для кожного зв'язування підбор відповідного електроліту, створює труднощі при виправленні на верстатах, що працюють зі звичайної СОЖ, тому що потрібні додаткові системи подачі електроліту і резервуарів для його збереження, не дозволяє забезпечити точність профілю, не усуває биття круга.