Full Text

При копировально-прошивной электроэрозионной обработке (ЭЭО) деталей машин и механизмов форма обрабатываемой поверхности повторяет форму электрода-инструмента (ЭИ) [1-3]. В связи с тем, что ЭЭО является бесконтактным методом обработки, при внедрении ЭИ в обрабатываемую заготовку между торцевыми и боковыми поверхностями электрода-инструмента и формируемой полости образуются соответственно торцевой и боковой зазоры (рис. 1). Основными факторами, влияющими на величину зазоров, являются режимы обработки и материал электродов [1]. Как показано в работах [1, 4-9], под действием высоких температур происходит фазовый переход обрабатываемого материала из твердого состояния в парообразное. Пары металла при взаимодействии с рабочей жидкостью, заполняющей межэлектродное пространство, твердеют и формируют электроэрозионный шлам. В связи с попаданием шлама в межэлектродный промежуток фактическая величина межэлектродного зазора d будет меньше на сумму размеров продуктов эрозии расположенных в данном сечении: (1) Рис. 1. Расчетная схема ЭИ при обработке отверстий В этом случае с обрабатываемой поверхности будет снят большой слой металла [1]. При обработке материалов на проволочно-вырезном электроэрозионном станке величина зазора уменьшается при увеличении мощности импульса (рис. 2). Рис. 2. Зависимости скорости резанья v (1) и ширины зазора d (2) от мощности Данное явление объясняется тем, что при проволочно-вырезной электроэрозионной обработке используется постоянно сматывающийся нежесткий электрод-проволока. Увеличение мощности в зазоре ведет к увеличению скорости резанья, следовательно, электрод-проволока проходит обрабатываемый участок быстрее. Снижение скорости резанья приводит к тому, что на обрабатываемом участке поверхности концентрируется большая тепловая энергия, увеличивается вероятность возникновения вторичных искровых разрядов и, как следствие, увеличивается ширина реза [10, 11]. В работах [1, 12] показано, что при обработке на копировально-прошивном станке используется фасонный ЭИ, совершающий возвратно-поступательное движение с целью обеспечения наилучшей прокачки рабочей жидкостью зоны обработки. Увеличение энергии импульса способствует увеличению износа ЭИ, что ведет к изменению величины межэлектродного зазора, в связи с чем снижается точность обработки. Интенсивность износа ЭИ увеличивается при обработке хромсодержащих сталей с повышенной электроэрозионной стойкостью. Сложный компонентный состав высоколегированных хромсодержащих сталей не позволяет прогнозировать выходные параметры обработанной поверхности и назначать режимы обработки, обеспечивающие заданные показатели точности, путем применения технологических таблиц и существующих методик расчета режимов ЭЭО. Актуальной задачей является прогнозирование величины межэлектродного зазора при обработке хромсодержащих сталей в зависимости от режимов копировально-прошивной электроэрозионной обработки. Целью исследования является получение эмпирической модели для расчета величины межэлектродного зазора при обработке стали 38X2H2MA. Материалы и методы исследования В качестве обрабатываемого материала выбрана конструкционная легированная сталь 38Х2Н2МА по ГОСТ 4543-71. Шероховатость обрабатываемой поверхности до ЭЭО Ra = 3,6 мкм. Толщина заготовки 3 мм. Обработка заготовки проходила на копировально-прошивном электроэрозионном станке Electronica Smart CNC. Рабочая жидкость - масло И-20А [12]. В качестве материала электрода-инструмента выбрана медь марки М1 по ГОСТ 1173-2006. Площадь рабочей поверхности ЭИ составляет 100 мм2. При проведении эксперимента электрод-инструмент осуществлял сквозной прожиг заготовки. Для получения эмпирической модели использована методика факторного планирования эксперимента с последующим регрессионным анализом. Критерием оптимальности плана в ортогональном центральном композиционном планировании (ОЦКП) является ортогональность столбцов матрицы планирования. В силу этой ортогональности все коэффициенты регрессии оцениваются независимо друг от друга [13-15]. При планировании эксперимента значения факторов кодируются путем линейного преобразования координат факторного пространства с переносом начала координат в нулевую точку и выбором масштабов по осям в единицах интервалов варьирования факторов. Для проведения эксперимента выбраны следующие факторы: 1) сила тока I, А; 2) время действия импульса Ton, мкс; 3) коэффициент заполнения импульсами Tau, %. Кодированные параметры представлены в табл. 1. Таблица 1 Кодирование параметров Факторы Нижний уровень Верхний уровень Средний уровень Нижнее «звездное» плечо Верхнее «звездное» плечо I, A 3 21 12 1 23 Ton, мкс 0,5 500 250 0.25 1000 Tau, % 3 21 12 1 23 Зависимость числа опытов от числа уровней факторов имеет вид N = 2k + 2k + 1 = 15, (2) где N - число опытов; k - число факторов. Выходным параметром является величина бокового зазора. Величина зазора рассчитывалась как разность между длинновыми размерами обработанного паза и ЭИ. В каждой точке факторного пространства проводится по три параллельных опыта (y = 3). Матрица планирования с учетом кодирования факторов при значении «звездного» плеча a = 1,215 представлена в табл. 2. Таблица 2 Матрица ОКЦП № п/п X0 X1 (I, A) X2 (Ton, мкс) Х3 (Tau, мкс) Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 0,27 0,27 0,27 2 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 0,27 0,27 0,27 3 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 0,27 0,27 0,27 4 +1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 5 1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 6 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 0,27 0,27 0,27 7 +1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 0,27 0,27 0,27 8 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0,27 0,27 0,27 9 +1 -1,215 0 0 0 0 0 0,746 -0,73 -0,73 10 +1 +1,215 0 0 0 0 0 0,746 -0,73 -0,73 11 +1 0 -1,215 0 0 0 0 -0,73 0,746 -0,73 12 +1 0 +1,215 0 0 0 0 -0,73 0,746 -0,73 13 +1 0 0 -1,215 0 0 0 -0,73 -0,73 0,746 14 +1 0 0 +1,215 0 0 0 -0,73 -0,73 0,746 15 +1 0 0 0 0 0 0 -0,73 -0,73 -0,73 Для каждой строки матрицы планирования по результатам экспериментов находится среднее арифметическое значение параметра оптимизации (3) где - значение функции отклика; j - номер опыта; i - номер параллельного опыта; h - количество параллельных опытов. С целью оценки отклонений параметра оптимизации от его среднего значения для каждой строки матрицы планирования вычисляется выборочная дисперсия (4) Ошибка опыта рассчитывается по следующей формуле: (5) Для проверки однородности дисперсии применен критерий Кохрена (уровень значимости a = 0,05): (6) где - максимальное значение выборочной дисперсии. Дисперсия воспроизводимости рассчитывается по формуле (7) По результатам эксперимента вычисляются коэффициенты модели (8) где p - номер фактора; xpj - кодированные значения факторов p в j-м эксперименте. Оценка значимости коэффициентов производится по критерию Стьюдента. Гипотеза адекватности полученной модели проверяется по критерию Фишера. Согласно проведенному эксперименту и последующему регрессионному анализу получена модель для расчета величины бокового зазора: (9) Анализ модели показал, что на величину зазора влияют не только сами факторы, но и их совокупность. Для анализа эмпирической модели необходимо представить ее в виде гиперповерхности. Для удобства восприятия полученных данных рассечем четырехмерное пространство трехмерными пространствами (при различных значениях силы тока I = 3, 12, 21 A), проецируя на него функцию отклика (рис. 3-5). Ряд последовательных проекций позволит геометрически изобразить закон изменения величины бокового зазора в зависимости от режимов электроэрозионной обработки. Рис. 3. Гиперповерхность при I = 3 A Из графика следует, что при изменении значения коэффициента заполнения Tau значение функции отклика Y меняется по квадратичной зависимости (см. рис. 3). При изменении длительности импульса Ton значение величины коррекции Y изменяется по линейной зависимости. Показано, что максимальное значение полинома Ymax = 0,10217 мм достигается при Tau = 19 мкс, Ton = 500 мкс; минимальное значение полинома Ymin = 0,02169 мм достигается при Tau = 3 мкс, Ton = 500 мкс. Из анализа изменения величины зазора при силе тока 12 А следует, что взаимосвязь режимов резания и параметра Y характеризуется квадратичной функцией (см. рис. 4). Установлено, что максимальное значение функции отклика Ymax = 0,06803 достигается при Tau = 15 мкс, Ton = 500 мкс; минимальное значение полинома Ymin = 0,02333 мм достигается при Tau = 3 мкс, Ton = 500 мкс. Рис. 4. Гиперповерхность при I = 12 A Влияние длительности импульсов Ton на формирование величины коррекции ЭИ при I = 21 А носит линейный характер (см. рис. 5). Установлено, что максимальное значение величины коррекции Ymax = = 0,10217 мм достигается при Tau = 5 мкс, Ton = 1 мкс; минимальное значение Ymin = 0,02169 мм достигается при Ton = 1 мкс, Tau = 21 мкс. На основе полученных данных становится возможным прогнозирование величины коррекции при обработке стали 38X2H2MA. Полученные данные позволяют производить корректировку размеров электрода-инструмента с целью обеспечения заданных показателей точности обработки. Рис. 5. Гиперповерхность при I = 21 A

About the authors

T. R Ablyaz

Perm National Research Polytechnic University

Email: lowrider11-13-11@mail.ru

E. S Schlykov

Perm National Research Polytechnic University

Email: Kruspert@mail.ru

D. A Borisov

Perm National Research Polytechnic University

Email: owrider11-13-11@mail.ru

A. A Shumkov

Perm National Research Polytechnic University

Email: Shumkov_89@mail.ru

I. Yu Letyagin

Perm National Research Polytechnic University

Email: letyagin@pstu.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 43

PDF (Russian) - 37

Refbacks

• There are currently no refbacks.