Полный текст

Изготовление деталей сложного профиля из труднообрабатываемых материалов с высокой точностью невозможно без применения электроэрозионной обработки (ЭЭО) [1]. Основным из сдерживающих факторов применения копировально-прошивных электроэрозионных станков является ограниченность технологических возможностей изготовления сложнопрофильных электродов-инструментов (ЭИ) [2]. Из общего времени технологического процесса изготовления деталей методом ЭЭО от 25 до 40 % приходится на изготовление ЭИ. При традиционном изготовлении сложного ЭИ его модель разбивается на элементарные участки и каждый участок изготавливается по отдельности. Отдельные элементы электрода в дальнейшем собираются в один инструмент. Полученные составные электроды не позволяют обрабатывать детали с высокой точностью. Стоимость изготовления составного электрода зависит от сложности рабочего профиля, и зачастую создание перспективных деталей таким электродом становится экономически невыгодным [2, 3]. Цель работы - исследование возможности применения технологии быстрого прототипирования при создании сложнопрофильных электродов-инструменов. Применение аддитивных технологий (АТ) для изготовления ЭИ обеспечивает сокращение сроков подготовки производства, а также способствует сокращению потерь и отходов. Выделяют прямое и косвенное производство ЭИ с применением АТ [4-7]. При прямом производстве ЭИ выращенная модель без последующих технологических операций используется в качестве электрода. Один из примеров прямого производства - создание ЭИ методом селективного лазерного сплавления (СЛС) порошковых материалов. Недостатком данного метода является грубая шероховатость полученных прототипов, требующая последующей доработки. С экономической точки зрения применение технологии СЛС для создания ЭИ целесообразно при изготовлении штучных электродов сложной формы [8]. При косвенном использовании АТ выращенная модель является промежуточным этапом в технологической цепочке изготовления ЭИ. Одним из перспективных направлений изготовления сложнопрофильного ЭИ косвенным методом является сочетание технологий быстрого прототипирования и литейного производства. Широкое применение в изготовлении мастер-моделей сложнопрофильных ЭИ из жидких фотополимерных материалов получила технология стереолитографии (SLA). Основой SLA-технологии является изменение фазового состояния материала, переход из жидкого состояния в твердое. Существует две разновидности SLA-технологии: лазерная и масочная. Основное отличие заключается в способе инициирования реакции полимеризации используемого материала. В лазерной стереолитографии для генерирования реакции полимеризации используются He-Cd или Ar-ионный лазеры, работающие в области УФ-излучения. Лазерный луч последовательно штрихует сечение прототипа на поверхности жидкого материала сфокусированным пучком УФ-лучей. Основным недостатком метода является длительное время построения, необходимость проведения дополнительного отверждения. Существенными преимуществами обладает масочная стереолитография. Реакция отверждения происходит за счет создания изображения сечения модели с УФ-излучением. В создании такого рода засветки лежит принцип цифровой обработки светом (Digital Light Processing - DLP). Основные преимущества стереолитографии, основанной на DLP-методе, являются скорость построения и равномерное отверждение всей зоны засвечиваемого сечения. Рабочими материалами при SLA-технологиях являются светочувствительные акриловые и эпоксидные смолы [9-15]. В работе проведен эксперимент по созданию сложнопрофильного электрода-инструмента в форме панели мобильного телефона с применением технологий SLA и литья по выплавляемым моделям. На рис. 1 представлена блок-схема создания сложнопрофильного электрода. Рис. 1. Этапы создания ЭИ Для создания 3D-модели использован принцип обратного инжиниринга с применением координатной измерительной машины Contura Carl Zeiss G2. С целевой модели снимается облако точек, которое в дальнейшем преобразуется в трехмерную компьютерную модель в формате STL. Последующая обработка компьютерной модели ЭИ в STL-формате проводилась программой Magics12 фирмы Materialize. Обработка модели состоит из следующих этапов: удаление артефактов, образовавшихся в процессе создания объемной модели, позиционирование в рабочей области SLM-машины, проектирование поддержек. Выращивание мастер-модели электрода проводилось на установке масочного типа Envisiontec Perfactory XEDE. Спроектированная модель позиционируется в рабочей области построения и рассекается на слои с заданным шагом построения по оси z. В процессе построения модели на каждом последующем слое формируется маска изображения сечения модели, и слой засвечивается с определенным интервалом времени. Режим построения представлен ниже. Платформа после засветки слоя опускается на заданную толщину следующего слоя. Процесс построения повторяется до полного завершения засветки всех слоев модели. Скорость построения прототипов при толщине слоя в 0,05 мм составляет 10 мм/ч. Точность размеров при шаге построения 0,05 мм составляет 0,1 мм, шероховатость прототипов Ra = 0,1. Режимы построения: Толщина слоя, мм Толщина поддержек, мм Высота поддержек, мм Время засветки сечений прототипа, мс Время засветки поддержек, мс 0,050 0,280 3 10 000 10 000 Выращенная мастер-модель ЭИ представлена на рис. 2. На основе полученной мастер-модели формируется модельный комплект для реализации технологии литья по выплавляемой модели. С изготовленного прототипа снимается силиконовая форма для заливки восковой выплавляемой модели. Рис. 2. Выращенная мастер-модель Рис. 3. Электрод-инструмент Полученная восковая модель является частью сборного модельного воскового комплекта. В подготовленный металлический короб устанавливается восковой комплект, состоящий из выплавляемой мастер-модели с литниковой системой, и заливается формовочный материал. После затвердевания формовочного материала форма подготавливается к заливке (см. рис. 1). Отливка полученного ЭИ представлена на рис. 3. Материал ЭИ - латунь ЛЦ40С по ГОСТ 17711-93. Отработка технологии ЭЭО проводилась на копировально-прошивном станке SmartCNC. Режимы обработки представлены ниже. В качестве рабочей жидкости использовано индустриальное масло И-20А. Режимы обработки: Программный код режимных таблиц станка (Е-код) Сила тока Ip, А Напряжение U, В Полярность станка 21 1 50 Прямая В качестве обрабатываемого материала использована конструкционная легированная сталь марки 40ХН2МА по ГОСТ 1133-71. Площадь обработки составляет более 30 см2. Схема процесса ЭЭО представлена на рис. 4. Рис. 4. Схема обработки Процесс обработки сопровождался стабильным искрообразованием без возникновения замыкания. При увеличении глубины обработки, в связи с ухудшением условий вымывания продуктов эрозии (шлам), производительность процесса ЭЭО понизилась. Наибольшая концентрация шлама наблюдалась на вогнутых поверхностях электрода. Максимальная концентрация шлама на обработанной поверхности наблюдается на участке А (см. рис. 4). Шероховатость обработанной поверхности в зоне скопления шлама (участок А) Ra = 3,0 мкм (см. рис. 4). Средняя шероховатость обработанных поверхностей Ra = 1,6 мкм, что соответствует выбранному режиму согласно программному коду. Показано, что на обработанной детали детализированы все элементы профиля ЭИ. Отклонение размеров обработанной детали от размеров ЭИ не превысило 20 %. Анализ экономической эффективности применения технологий быстрого прототипирования и литья по выплавляемым моделям при создании ЭИ выбранной детали показал снижение экономических затрат на 35 %. Снижение затрат достигается за счет отсутствия в процессе изготовления ЭИ дорогостоящего мелкоразмерного лезвийного инструмента и технологической оснастки. Применение технологий обратного инжиниринга совместно с быстрым прототипированием и литьем по выплавляемым моделям позволяет сократить время на подготовку технологии электроэрозионной обработки.

Об авторах

Т. Р Абляз

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

А. А Шумков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 64

PDF (Russian) - 20

Ссылки

• Ссылки не определены.