CC BY
104
УДК 621.9.047
РАСЧЕТ РЕЖИМОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОСНАСТКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ
В.П. Смоленцев, А.Н. Осеков, М.Г. Поташников
В статье приведен расчет режимов и проектирование технологической оснастки для электрохимической обработки крупногабаритных деталей
Ключевые слова: технология, оснастка, электрохимическая обработка, крупногабаритные детали
При электрохимической размерной обработке крупногабаритных деталей требуется обеспечить надежный подвод технологического тока и учесть условия его протекания при обработке.
Современные источники питания позволяют создать режимы с высокой плотностью тока (до 4060 А/см2). Это не вызывает сложности, если обрабатываются небольшие площади и подводимый ток не приводит к нагреву контактных поверхностей свыше 310-320 К.
Величина постоянного технологического тока (Ц зависит от его плотности и рассчитывается по зависимости
т = г х(и-ли)
1т - Г0 е
5 , (1) где Б0 - площадь обрабатываемой поверхности;
X - удельная проводимость электролита; и - напряжение на электродах;
Ди - потери напряжения в межэлектродном пространстве;
8 - межэлектродный зазор.
Если используется импульсный источник питания, то технологический ток снижается за счет скважности (с[).
т = — г
±ти 1 0
. (2)
Величина с по [1] составляет 1,1-1,3.
При обработке крупногабаритных деталей может использоваться цельный и секционный электрод-инструмент, позволяющий последовательно обрабатывать отдельные фрагменты заготовки. Предельные размеры рабочей части электрода-инструмента зависят от возможности подведения к заготовке технологического тока.
На рис. 1 приведены типовые детали с большой зоной обработки и ограниченными размерами поверхностей для подвода
технологического тока к заготовке или электроду-инструменту.
Смоленцев Владислав Павлович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 2348-145 Осеков Алексей Николаевич - ЛГТУ, аспирант, тел. (4742) 575-25
Поташников Михаил Григорьевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 2634-278
На рис.1а, показана лопатка газотурбинного двигателя, где подачу тока выполняют через ограниченные по площади боковые поверхности (А) со стороны замка. Это позволяет подвести ток для небольших (длина пера до 60-70 мм) лопаток. Для больших заготовок (с длиной 70-250 мм) для подвода тока используют бандажные полки или технологические участки (Б), которые в конце обработки срезаются.
Если деталь (типа приведенной на рис. 1, а) обрабатывается последовательно с каждой стороны, то в качестве базы для подвода тока используется необрабатываемая часть (спинка или корыто) лопатки, но здесь возникают сложности с базированием заготовки по установочным базам. Поэтому приходится делать такие базы упругими.
Значительно сложнее подвести ток к охлаждаемым лопаткам (рис. 1, б), где толщина стенки пера сильно ограничивает силу технологического тока и использование для такой цели замковой части (поверхности А и Б) дает возможность обработки электрохимическим методом только коротких лопаток. Использование для подвода тока технологических баз (показаны на рис. 2, б) возможно, но это может нарушить точность базирования из-за износа токоподводящих элементов баз в период обработки.
Возникают трудности при изготовлении металлических лопастей цельных вентиляторов, крыльчаток, центробежных колес.
Места подвода тока (А; Б на рис. 1, в) обычно достаточны по площади для закрытых колес (III на рис. 1, в), но не обеспечивают требуемой плотности тока при электрохимической обработке открытых (I) и полузакрытых (II) крыльчаток. В последних случаях по предельной величине технологического тока и площади боковых поверхностей лопатки требуется рассчитывать количество одновременно обрабатываемых лопаток при выполнении условия обеспечения расчетной плотности тока (для стальных крыльчаток 15-30 А/см2, алюминиевых -25-38 А/см2, титановых - 20-25 А/см2). Тогда можно использовать в качестве токоподводов обрабатываемые или еще не обработанные лопатки и увеличить количество одновременно формируемых профилей изделия.
в)
Рис. 1. Детали с большой площадью обработки а - цельные лопатки газовых турбин; б - пустотельные (охлаждаемые) лопатки двигателей; в - крыльчатки (I - открытые;
II - полузакрытые; III - закрытые); г - корпусные детали; д - детали с гладким цилиндрическим каналом; е - валы (турбины; редуктора; приводов); ж - трубы с переменным сечением и периметром. А; Б - места вероятного подвода тока
а б в
Рис. 2. Методы подвода тока к заготовке.
1 - заготовка; 4 - упругий элемент а - через токоподводящую мягкую прокладку 2 прижимом 3; б - через упругие пластины 2 с прижимом 3; упругой проволокой или иглами 2 с упругим прижимом 3; в - ложементами 2, устанавливаемыми вдоль наружной поверхности длинномерной заготовки 1
На рис. 1, г показан пример обработки чугунной корпусной детали, где требуется удалить припуск из внутренней полости, имеющей не круглое сечение с ребрами для формирования отверстий в корпусе. Здесь поверхность А (рис. 1, г) позволяет подвести ток, необходимый для электрохимической прошивки отверстий, но не всегда обеспечивает требуемую плотность тока при изготовлении полостей. В рассматриваемом случае обычно прибегают к установке дополнительных токоподводов на боковые участки или используют секционную обработку электродами, имеющими площадь рабочей поверхности, рассчитанной по предельной плотности технологического тока.
Значительную часть деталей в машиностроении составляют изделия с внутренними поверхностями, которые, как правило, имеют ограниченный доступ инструмента, особенно при больших длинах каналов. Даже для гладких каналов (втулок, труб и др.) с цилиндрическим сечением (рис. 1, д) и любым профилем наружной поверхности (гладкие, ступенчатые и др.) подвод тока выполняется только через торцы (А; Б на рис. 1, д), что не позволяет применять неподвижные электроды, дающие возможность использовать при чистовых операциях наиболее простую схему электрохимической размерной обработки неподвижными электродами. С увеличением длины каналов требуется установка упругих токоподводов по наружной поверхности. При этом появляются ограничения по величине тока, подводимого к электроду-инструменту, который устанавливается внутри заготовки и не доступен на этом участке для закрепления дополнительных токоподводов. Проблему удается частично решить принудительным охлаждением электрода потоком электролита (через увеличение его расхода или охлаждающей среды через электрод по специальным каналам).
По схеме с неподвижными электродами приходится обрабатывать валы (рис. 1, е), т.к. по длине отверстия может меняться периметр, диаметр канала, форма переходных участков. При большой длине заготовок (как правило, со вскрытыми отверстиями) приходится применять способы подвода тока, рассмотренные при анализе рисунка 1, д.
В авиации и космонавтике широко используются длинномерные детали с круглыми и фасонными каналами. Наибольшее использование электрохимическая размерная обработка нашла при чистовом формообразовании круглых отверстий в трубах, где целесообразно использовать зонную схему изготовления подвижным электродом с расчетной длиной, оцениваемой по предельной плотности тока при перемещении инструмента вдоль канала. Иногда кинематику такого процесса усложняют за счет вращения заготовки (трубы), что позволяет выравнивать условия формирования поверхности по периметру отверстия. Тогда при установке токоподвода только на конце штанги для перемещения электрода удается обрабатывать отверстия в трубах с длиной более 1000 диаметров.
Длинномерные детали типа лонжеронов (рис.
1, ж) могут обрабатываться неподвижными электродами, если они имеют с каждого конца однозначно убывающие по длине размеры, позволяющие вставить внутрь неподвижные электроды. В других случаях применялся [1] электрод-инструмент нежесткой конструкции, изменяющий форму и размеры сечений в зависимости от геометрии канала в заготовке. Тогда удается перейти к зонной схеме обработки и снять ограничения к подводу тока как к инструменту, так и к заготовке (появляется возможность добавить к токоподводам А; Б, на рис. 1, ж местные контактные устройства вдоль наружной поверхности заготовки).
При чистовой обработке типовых деталей, приведенных на рис. 1, подвод тока к заготовке осуществляют, как правило, через участки с большой шероховатостью и неодинаковой геометрией (в пределах допуска на заготовку или деталь после черновой обработки). Поэтому приходится выполнять токоподвод через промежуточные прокладки из мягких материалов, обеспечивающих при внешнем давлении контакт по всей поверхности переходного участка, но исключающем возможность точного базирования заготовки относительно электрода-инструмента. Схема такого токоподвода приведена на рис. 2, а.
На рис. 2, а показан токоподвод через свинцовую прокладку 2, которая способна
охватывать неровности на заготовке и даже
увеличивать величину расчетной площади контакта.
На рис. 2, б изображен токоподвод в форме
тонких упругих пластин 2, например из листа
бериллиевой бронзы толщиной 0,2 - 0,5 мм. При давлении упругого элемента 4 концы пластин 2 обеспечивают токоподвод по их торцам, но в рассматриваемом случае общая площадь токоподвода будет меньше, чем в случае «а» (рис.
2). Это зависит от плотности расположения пластин в токоподводе. При наличии локальных неровностей на контактном участке заготовки применяют игольчатые или щеточные токоподводы (рис. 2, в), которые под действием упругого элемента 4 индивидуально перемещаются к заготовке 1 и обеспечивают с ней контакт всеми иглами или проволоками. В этом случае плотность набивки круглой проволоки (игл) не может быть выше 0,72, поэтому действительная площадь токоподвода существенно ниже, чем в схемах «а» и «б» (рис. 2).
Для длинномерных труб, лонжеронов используются ложементы, установленные вдоль заготовки и имеющие переходные участки в виде контактных поверхностей ложементов или с переходной пластиной (схема на рис. 2, а).
Геометрические размеры контактных участков зависят от формы ответных элементов поверхности заготовки, а минимальная площадь контакта рассчитывается из условия длительного подвода тока без перегрева токоподводов. Предельный ток, пропускаемый к заготовке, приведен в [2].
Величина предельного тока, пропускаемого через токоподвод, приведена в таблице.
Рекомендуется проектирование контактных элементов начинать с анализа обрабатываемой заготовки, определения предельных размеров и геометрии контактных поверхностей.
Воронежский государственный технический университет Липецкий государственный технический университет
Рекомендация по выбору плотности для токоподводов
Способ охлаждения Плотность тока (а/мм2), для материала контактной детали токоподвода
Медные сплавы Алюминиевые сплавы сталь свинец
Без охлаждения і-2 0,8-1,5 0,3-0,4 0,і-0,2
Охлаждение струей воздуха 2-3 1,5-3 0,4-0,7 0,-0,7
Охлаждение протекающей водой 3-6 2-3 0,7-і,2 0,5-0,7
По площади токоподводов рассчитывают режимы электрохимической размерной обработки, находят требуемый технологический ток, выбирают схему токоподвода, проектируют токоподвод, обеспечивающий подачу к заготовке технологического тока. Аналогично рассчитывается и проектируется токоподвод к электроду-интсрументу.
Литература
1. Смоленцев В. П. Технология
электрохимической обработки внутренних поверхностей // М.: Машиностроение, 1978 - 176 с.
2. Смоленцев Е.В. Проектирование электрохимических и комбинированных методов обработки // М.: Машиностроение, 2005 - 511 с.
MODE CALCULATION AND PRODUCTION TOOLING DESIGN FOR ELECTROCHEMICAL MACHINING OF LARGE PARTS
V.P. Smolentsev, A.N. Osekov, M.G. Potashnikov
The article covers mode calculation and production tooling design for electrochemical machining of large parts Key words: technique, production tooling, electrochemical machining, large parts
