Дипломная работа: Проектування системи автоматичного керування положенням правлячого електрода в процесі електроерозійного

Не досліджені шляхи підвищення продуктивності електроерозійного виправлення за рахунок керування процесів з урахуванням видів одиничних імпульсів, інтенсифікації керування механічного руйнування алмазних зерен і ін. Відсутні зведення про вплив схем підведення технологічного струму на вихідні технологічні показники обробки титанового сплаву ВТГ4 і стали Р6М5фз.

Метою роботи є спроектувати систему автоматичного управління положенням електрода при виправленні алмазного круга електроерозійним способом, за рахунок керування процесом обліку видів одиничних імпульсів, висновку їх на екран РКІ і видачі визначеної серії імпульсів на кроковий двигун за підсумками підрахунку круговькості видів імпульсів.

1. ПРОФІЛЮВАННЯ АЛМАЗНИХ СТРУМОПРОВІДНИХ Кругов СПОСОБОМ ТЕПЛОВОГО ВПЛИВУ (ЕЛЕКТРОЕРОЗІЙНИМ МЕТОДОМ)

Застосування електроерозійної обробки для профілювання алмазних струмопровідних кругов є досить перспективним. Це порозумівається декруговькома специфічними особливостями, властивому даному методові: наявністю міжелектродного зазору, вибірковістю процесу і минаючих розрядів, полярним ефектом і ін. Перші результати, що підтвердили ці припущення, були отримані в 1965 р. лабораторією правлячих інструментів ВНІІАЛМАЗа. З цього часу були проведені широкі експериментальні і теоретичні дослідження, що підтвердили доцільність застосування електроерозійної обробки при профілюванні алмазних струмопровідних кругов.

При профілюванні алмазних струмопровідних кругов способом теплового впливу виникає питання про якість виправлення, унаслідок цього круг може бути не готово до подальшої роботи, хоча його «очищення» було вже проведене. Відомо, що при цьому методі виникають різні види імпульсів: холості, робочі, фіктивні і короткого замикання. Вид імпульсів залежить від величини міжелектродного проміжку і визначає продуктивність електроерозійного видалення оброблюваного матеріалу. Розглянемо залежність МЕП на види імпульсів і продуктивність ЕЕО на прикладі рис.1.1.

Рисунок 1.1 - Вплив міжелектродного зазору на види імпульсів

Як видно з приведеного графіка, у міру збільшення зазору від зменшується число імпульсів КЗ і росте продуктивність обробки. Існує єдина точка, що відповідає зазорові , у якій через МЕП проходить 100% робочих імпульсів і, якби при 100%-ном використанні імпульсів, можливому тільки при високій концентрації продуктів ерозії, не зникала і «евакуаційна здатність» МЕП, цій точці повинна була б відповідати і максимальна продуктивність. Однак, унаслідок того, що при 100%-ном використанні імпульсів можливе виникнення коливального режиму сервопривода, максимальна швидкість знімання відповідає 5-10% холостих імпульсів при відсутності імпульсів КЗ. При подальшому збільшенні зазору , коли круговькість холостих імпульсів перевищує 5-10%, продуктивність починає падати. Таким чином, здійснюючи управління процесом ЕЕО з урахуванням видів одиничних імпульсів, можна, через універсальність методу, значною мірою зменшити трудомісткість пошуку режимів, що забезпечує максимальну продуктивність електроерозійної обробки. Завдання полягає в тім, щоб розподілити одержувані імпульси на типи і зробити висновок про поточний процес виправлення алмазного круга. Імпульси короткого замикання повинні майже відсутствувати, а холостого ходу – не більш 10%. Якщо отримані дані не відповідають установленим критеріям, треба змінити зазор між електродом і поверхнею алмазного круга, щоб одержати оптимальний режим виправлення, що відповідає нашим критеріям.

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.