Базирование заготовки при ЭХО

Содержание

1.Конструктивно- технологический анализ детали «палец»

2. Технологический маршрут механической обработки детали 2палец.

3. Базирование заготовки при ЭХО

4. Разработка операции ЭХО

5.Нормирование операции ЭХО

6. Список литературы

 

1. Конструктивно-технологический анализ детали «палец»

Деталь «палец» с габаритами Ø52х120 мм (см. чертеж) по конструкции является валом (L>2D) с наружной гладкой цилиндрической поверхностью, без уступов, с центральным сквозным гладким отверстием. Материал детали

- специальная хромоникелевая сталь Х15Н5М2 (хромоникельмолибденовый

сплав).

По конструкции деталь «палец» является не сложной (см. чертеж), включает элементы поверхностей правильной геометрической формы. Допустимые погрешности размеров, погрешности формы, шероховатость поверхностей находятся в пределах средних значений. Обрабатываемость материала методами резания – удовлетворительная.

2. Технологический маршрут механической обработки детали «палец»

По литературе (...) механическая обработки детали «палец» должна включать следующие основные этапы:

- обработка базовых поверхностей,

- предварительная обработка основных поверхностей

- обработка второстепенных поверхностей,

- при необходимости - ТО или ХТО,

- окончательная (отделочная) обработка основных поверхностей.

Обработка практически всех поверхностей детали с достижением требуемых по чертежу показателей точности и шероховатости поверхности методами резания возможно и не представляет особых затруднений. Исключением является отверстие Ø22+0,3 мм длиной 120-2 мм шероховатостью Ra=2,5 мкм. У этого отверстия кромки на торцах выполняются закругленными. R=1,5 мм +0,3 без следов заусенцев. Конструктивно- технологическая характеристика отверстия свидетельствует о целесообразности использования метода электрохимической обработки – ЭХО «23». При этом не обходимо учитывать следующее:

1. Операция ЭХО должно рассматриваться, как окончательное и проводится после обработки наружной цилиндрической поверхности «пальца» и торцов (для обеспечения округления кромок торцов.

2. Геометрические размеры отверстия «пальца» (в22~120 мм) позволяют провести ЭХО сразу всей поверхности. Площадь обработки составляет:

F’=π*R²*L

По расчету площадь обработки равна:

F’=3.14*1.21*12=50 см²

3. Целесообразно использовать электрод – инструмент в виде токопроводящего квадратного круглого стержня, расположенного по оси заготовки.

4. Для обеспечения нормального снабжения МЭП рабочей средой – электролитом следует обеспечить герметизацию по торцам заготовки.

5. При использование источников технологического напряжения с максимальным током I=3,2 кА может быть обеспечена высокая плотность тока:

I=K*I/F

где k- коэффициент, учитывающий возможные потери, принимаем –

0,8. По расчету плотность тока равна:

i=0,8*3200/50=51 А/см³

Поэтому целесообразно применит схему Э"О с неподвижным электрод – инструментом «25».

б. Учитывая конструкцию заготовки (см. чертеж), из трех возможных вариантов токоподвода – подключение к заготовки положительного полюса источника: к наружной цилиндрической поверхности или к одному из торцов, выбираем первую схему токоподвода. Для исключения вероятности прижегов токоподвод осуществляем с применением специального материала МР.

 

Базирование заготовки при ЭХО

По литер. при механической обработки вала типовыми схемами

базирования являются:

-Базирование по наружной цилиндрической поверхности и торцу (уступу) с одной стороны (либо-с противоположной стороны) заготовки,

-Базирование заготовки на центра.

В результате анализа для ЭХО «пальцем» выбираем первую схему базирования, эскиз которой представлен на рис. П.1. Заготовка поз. Базируется на призме (поз. 2) по наружной обработанной цилиндрической поверхности. Закрепление заготовки осуществляется прижимом поз. 3. По геометрической оси заготовки располагается электрод – инструмент поз. 4.

Рис.п.1

Схема базирования

заготовки «пальца»

 

Поскольку при базировании измерительная и технологическая базы не совмещаются, погрешность базирования отлична от О. При базировании на призме погрешность базирования εδб=(δ.D/2)*(1/sin(α/2)) (п.З)

Где δ.D=0,03 мм – допуск на размер чертежу, на размер Ф52

α= 90- угол призмы.

По расчету получаем:

εб = (0,03/2)*(1/0,007)≈0,02 мм

По сколько при ЭХО заготовка и электрод – инструмент контактирует через МЭП, развиваемые силы резания невелики и обусловлены прежде всего гидродинамическими характеристиками потока электролита в зазоре.

Поэтому реализуемые силы закрепления могут быть меньше, чем при традиционной обработки заготовки резанием. На основание этого считаем что погрешность закрепление заготовки детали «пальцев» в приспособлении мало. ε3=О.

На основании изложенного делаем вывод, что схема базирования - удовлетворительная, а возникающие погрешности существенно меньше, чем требуемая точность.

εу = ≈ 0,02<δ = 0,3

 

Разработка операций ЭХО

С учетов габарита деталей «палец», требуемых по чертежу параметров выбираем электрохимический станок. Основные характеристики станка:

*размеры обрабатываемых заготовок 250*280*280*мм,

*максимальная производительность – 5000 мм/мин,

*технологическое напряжение – 24В,

*сила тока – 3200А,

*емкость бака электролита – 1000л, (1 м³)

*максимальное давление электролита – 1,9 МПа,(19ат),

*общая мощность установки – 150кВт,

*наилучшая точность обработки – 0,03мм,

*установочные габариты – 3600*4000мм

*масса станка – 1800кг

 

Применяемые специальное по конструкции приспособление с использованием призмы, упора, прижима показано на чертеже общего вида (упрощенно). шероховатость в зоне токоподвода должна быть в пределах Ra=0,63... 1,25 мкм. Защита возможной коррозии обеспечиваются герметизацией зоны ЭХО и изготовлением отдельных деталей оснастки из нержавеющих материалов, (литер.23) движение электролита при ЭХО на чертеже показана стрелками.

Используемый для ЭХО электрод – инструмент – цилиндрической формы в виде стержня, изготавливается из нержавеющего токопроводящего материала – меди, латуни (23). Его шероховатость должна быть не менее, чем на класс лучше, чем шероховатость поверхности обработки (Ra) 1,25).

По рекомендациям литература (23,25) выбираем для обработки материала Х15Н5М2 электролит – 20% раствор NaСl в воде. При электрохимическом растворении материала заготовки происходит разогрев электролита засчет выделения джоулева тепла.

Поэтому примем температуру электролита Т.эл=30˚С, тогда: электропроводность электролита составит: ǽ=0,249 1/Ом*см. Давление электролита принимаем равным Р.эл=0,9 МПа (9аm), поскольку при обработке имеем протяженный по величине МЭП, гидравлическое сопротивление – значительное.

Начальную величину МЭП на входе в зазор примем а=0,3 мм. Учитываем что поскольку длина зазора – 120 мм и имеет погрешность базирования, можно получить смещение оси отверстия и соответствующую погрешность формы.

Поэтому для входного и выходного МЭП можно записать:

- зазор на входе: а1.н =0,3 мм, - исходный зазор но Ф22

– зазор на выходе МЭП:

а2.н=а2.н+(1/2)*(ε.d+ε.σ)

где ε.d =0,2 мм – погрешность размера,

ε.σ =0,02 мм – погрешность базирования.

 

Проводим расчеты:

а.2.н=0,3+0,5*(0,2+0,02)=0,41 мм – зазор на выходе.

В конце электрохимической обработки величина межэлектродного зазора при неподвижном электрод – инструменте увеличивается и составляет следующую величину

1. Окончательный зазор на МЭП:

а1.к. = мм

2. Окончательный зазор на выходе в МЭП:

A2.k= мм

где ф- падение напряжения в цепи эа счет потенциалов анода и катода по справочнику (23,стр.57) принимаем – 4В (Ф=4В).ц- выход по току. Согласно литературе (23 стр.60) Для однотипных хромо – никелевых сталей при плотности тока порядка 10А/см выход по току составляет η=0,6...0,7. Поскольку в нашем случае плотность тока существенно больше, по литер. (23,стр. 109) принимаем η-0,86,ж=0,249 1/Ом*см – электропроводность электролита, Кv– электрохимический эквивалент. В справочниках электрохимический эквивалент приводится для чистых металлов. Для многокомпонентный металлов и сплавов:

Кv=(Σm1*K1)/100

Где m.i - массовое содержание элемента в сплаве, имеющая электрохимический эквивалент к.i. По справочнику (23,стр.56) для однотипных хромо-никелеевых сталей Кv=0,00205= 0,0021 см.З/А*мин, что можно принять для последующих расчетов,

U=24В – напряжение источника питания (по схеме станка)

t время обработки, мии.

Оценку величины времени «t» для решения выражений проведем следующим образом. С учетом максимальной производительности станка 5000 ммЗ/мин или 0,5смЗ/мин средняя производительность ориентировочно будет равна Qср=0.7*5=3,5 смЗ/мин. При помощи обработки Р=50см² линейная скорость электрохимического растворения материала заготовки в установившемся режиме составит: V.эхо=3,5/50=0,07 см/мин=0,7 мм/мин. Поскольку электрохимическая обработка идет при неподвижном электрод – инструменте максимальная скорость обработки имеет место непосредственно вначале ЭХО при минимальной величине МЭП, затем скорость снижается. Примем Уэхо.ср=0,5мм/мин. С учетом рекомендаций литературы (23) считаем'; что величина припуска под Э"О составляет порядком 0,5 мм, поэтому оценка ожидаемого времени процесса составит:Т=0,510,5=1мин. Т0,510,6=0,85<1<1,0

Подставляем значение величины времени в выражения и берем величину МЭП в см: а=О,Змм=О,ОЗсм*зкспер подтвержден. Т.о. в конце ЭХО окончательно зазор в МЭП на входе в МЭП окончательно зазор в МЭП на выходе

а.1.к= 0,03~ + 2 ~ 0,86 ~ 0,0021 ~ 0,249 ~ (24 – 4) ~ 1=0,1375 см=1,375

а.2.к= 0,41~ + 22 ~ 0,8б ~ 0,0021 ~ 0,249 ~ (24 – 4) ~ 1=0,1404см=1,404

мм

Необходимо отметить, что конечная величина МЭП должна быть такой, чтобы обеспечивались показатели точности и качество поверхности, в соответствии с требованиями чертежа. По рекомендациям литературы (25 проведем проверку, в соответствии с которой величина зазоров должна удовлетворять не равенству:

(1/2)*(аг;а~ ") <=(1/2)*=(е.д+е.о)

Проводим расчеты:

(1/20~(1,404-

,375)((1/2)*(0,2+0,02)

0,015мм<0,11мм.

На основании расчетов делаем вывод, что после Э"О требуемая по

чертежу точность может быть обеспечена.

Определим припуск на обработку, как разность начального и конечного

МЭП (25):

 

 

Проводим расчет:

"Z min=1.404-0.41=0.994=1.0 мм

Диаметр электрод – инструмента определяем, как разность между

диаметром отверстия «пальца» (d=22мм) величинами пропуска и среднего

МЭП:

D.эи=d-2.7* Zmin-(а2. нач + а1. н/2)

Проводим расчет:

D.эи=22-2,0-0,5*(0,41Ю,З)=20-0,36=19,64 мм

Учитывая, что допуск на диаметр отверстия по чертежу составляет +0,3

мм, округляем диаметр электрод – инструмент. D.эи=19,6

мм=19,6Ь8=19,6-0,033 мм.

Размер заготовки:

D.заг=2*(a1 +0,5*D.эи+0,5е.d+е.d)

Проводим расчет:

d.заг=2*(0,3+0,5*19,6+0,5*0,2+0,02)=2*10,22=20,4 мм

Назначаем допуск: 20,4Н13=20,4+0,33 мм

Качество поверхности"деталей после электрохимической обработки

определяется шероховатостью поверхности, которая должна

соответствовать требованиям чертежа. Для оценки найдем реализуемую

при Э"О плотность тока га заключительном этапе обработки:

J=((U-у)*ae/a2

Проведем расчеты

J=((24-4)*0.249)10.1404=36 А/см

На основании этого можно сделать вывод, что фактическая величина

плотности тока при Э"О близка к предварительной оценке (51 аlсм2)

Известно, что с увеличением плотности тока при электрохимической

обработке шероховатость обработанной поверхности снижается. При

фактическом значении плотности тока при ЭXО «пальца» - 36 А/см2

может быть обеспечена шероховатость поверхности легированных сталей

Rа<2,3 мкм, что удовлетворяет требованиям чертежа.

Нормирование операции ЭХО

Штучное время при обработке деталей машин для неавтоматизированного

производства составляет(14):

Тшт=То+Тв+Тто+Тоо+Тпер

Где То-основное или технологическое время, Тв - вспомогательное время

(установка, закрепление, герметизация и т.д.), Тто- время технического

обслуживания, Тоо-время организационного обслуживания, Тпер – время

перерывов по естественным надобностям.

По расчету Тол=1 мин, вспомогательное время примем Тв=11 мин. сумма

основного и вспомогательного времени называется оперативным временем

ТОП=ТО+ТВ

Топ=1+11,0=12,0

В технологии машиностроения состовляющие штучного времени – Тпю, Тоо

и Тпер отдельно не определяются и рассчитываются, как доля оперативного

времени:

'пю+Тоо+Тпер=(8. 15%)*Топ

Принимая долю в размере 10%, для штучного времени получаем:

Тпп= *Топ

Проводим расчет:

Тшт=1,1*(1+11,0)=13,2мин

Часовая Q60=60*n/Тшт, Qсм=Fдсм/Тшт, Qгод = 4015-60/Тшт

Сменная производительность составляет Qсм

Qэсм=(Ф.см*n)/Тшт

Где Ф.см – 60~7=420 мин – для семи часов рабочего дня,

n = 0,8 - использования, принимаем – 0,75-0,85.

Проводим расчет: Осм=480*0,8/13,2=39 дет

Вывод: за смену будет изготовлено 39 деталей.

 

 

Cписок литературы:

2. Авторы: Никифоров А.В., Полотай Г.А., Волков Ю.С., Коломенцева

В.Н.,. Научный редактор: к.т.н., доцент, Заслуженный изобретатель РФ

Никибооов А.В.