Устройство подачи электролита для электрохимической размерной обработки инструмента

Полезная модель относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности, касается способа размерной электрохимической обработки.

Предлагается устройство подачи электролита для электрохимической размерной обработки, включающее основание, электрододержатель с катодом-инструментом и распределительную камеру, в котором катод-инструмент крепится своей задней шлифованной плоскостью к шлифованной торцевой поверхности электрододержателя двумя болтами, что исключает перекос катода-инструмента, а также обеспечивает надежный, без потерь, токоподвод к катоду-инструменту, основание снабжено выборкой, равной по длине и глубине заготовке, прижимной пластиной, равной по длине и высоте заготовке, обеспечивающими скользящую посадку заготовки по квалитету H7/h6, а затем последующее равномерное, без перекосов, крепление заготовки, и боковыми пластинами, выравнивающими положение заготовки вдоль ее оси, распределительная камера состоит из скрепленных между собой винтами скобы и пластины и представляет собой параллепипед, изготовленный из диэлектрического материала, равный по длине и ширине основанию, и высотой равной высоте катода-инструмента, имеющий в центре сквозное отверстие с размерами, обеспечивающими скользящую посадку катода-инструмента по квалитету H7/h8, распределительная камера имеет отверстие для подачи электролита, расположенное в торцевой стенке, и щель, обеспечивающую попадание электролита в межэлектродный зазор, причем высота щели на входе в межэлектродный зазор 3±0,1 мм, а на выходе 0,5±0,1 мм.

Предлагаемое устройство позволяет достигнуть точности базировки катода-инструмента относительно анода-заготовки 0,01 мм, времени переустановки заготовок менее 3 минут, что достаточно для серийного производства накатных плашек.

Полезная модель относится к области размерной электрохимической обработки металлов и сплавов, и может быть использована при изготовлении металлообрабатывающего инструмента.

Известно устройство базирования электродов и подачи электролита при электрохимической размерной обработке инструмента, точнее при изготовлении формообразующих полостей штампов, пресс-форм и литейных форм (см. "Приспособления для физической и электрохимической обработки", под общей редакцией В.В.Любимова, Москва, "Машиностроение", 1988, стр.124-126). Известное устройство включает в себя основание, выполненное в виде плоскопараллельных подкладок и расположенное на столе станка, и штифты, совмещенные с отверстиями для подачи электролита, расположенные в электроде-инструменте.

Известное устройство обладает рядом недостатков: во-первых, при базировании заготовки относительно электрода-инструмента точность базирования составляет ±0,15-0,25 мм, что недопустимо при изготовлении высокоточного металлообрабатывающего инструмента, рабочая поверхность которого имеет сложную конфигурацию и острые режущие кромки; во-вторых, электролит подают в межэлектродный зазор через отверстия в электроде-инструменте, что препятствует точному переносу профиля электрода-инструмента на заготовку и требует дополнительной механообработки после электрохимической размерной обработки тех участков заготовки, которые расположены зеркально напротив отверстий в электроде-инструменте, в-третьих, ориентирование заготовки с помощью индикатора и лимба перемещения стола станка позволяет применять известное устройство в единичном, но не в серийном производстве.

Известно устройство подачи электролита для электрохимической размерной обработки режущего инструмента, включающее основание, электрододержатель и камеру подачи электролита в межэлектродный зазор (Патент РФ №2150358, МКИ В23Н 3/00, 2000 г.). Недостатком известного устройства является низкое качество получаемого накатного инструмента с острыми режущими кромками из-за невозможности получения высокого давления электролита в межэлектродном

зазоре, вследствие того, что щели, образуемые боковыми скосами заготовки, шунтируют поток электролита в межэлектродном зазоре.

Известно устройство подачи электролита для электрохимической размерной обработки, включающем основание, электрододержатель и накопительную камеру (Свидетельство РФ на полезную модель №27514, МКИ В23Н 3/00,2003 г.).

Недостатком известного устройства является, во-первых, невозможность его применения для серийного производства накатного инструмента вследствие сложной системы базирования катода-инструмента относительно анода-заготовки с использованием промежуточной базировочной плиты, вследствие чего увеличивается время переустановки катода-инструмента и анода-заготовки нового типоразмера в данном устройстве до 20-3О мин.

Во-вторых, сложная конструкция электрододержателя с использованием двух боковых поджимных винтов для крепления катода-инструмента не обеспечивает надежного токоподвода к катоду-инструменту при больших токовых нагрузках, присущих процессу импульсно-циклической электрохимической размерной обработки накатных плашек, в виду малой площади контакта торцев поджимных винтов с боковыми поверхностями катода-инструмента. Кроме того, данная конструкция электрододержателя с использованием массивной подэлектродной плиты, изготовленной из нержавеющей стали, оказывает дополнительную механическую нагрузку на механизм, вызывающий колебания катода-инструмента, необходимые для реализации импульсно-циклического способа электрохимической размерной обработки, что приводит к более быстрому износу этого механизма.

В-третьих, использование двух поджимных винтов для крепления анода-заготовки в основании не обеспечивает точной базировки анода-заготовки относительно катода-инструмента в пределах 0,01 мм вследствие передаваемого заготовке от винтов крутящего момента, который смещает заготовку при ее закреплении в основании, что вынуждает оператора электрохимического станка при установке каждой следующей заготовки выравнивать ее поверхность по индикатору, тратя при этом от 7 до 10 мин, что сопоставимо со временем собственно электрохимического формообразования накатной плашки.

В-четвертых, изготовление диэлектрической накопительной камеры, в частности сквозного отверстия с размерами, обеспечивающими скользящую посадку катода-инструмента по квалитету H7/h8, требует тщательной ручной доработки и подгонки для того, чтобы исключить возможные потери электролита через щели,

остающиеся после фрезерования. При серийном производстве накатных плашек неизбежен износ сквозного отверстия стальным катодом-инструментом и возникновение периодической потребности в новых камерах. Поэтому возникает необходимость в изменении конструкции для более точного механического изготовления таких камер без использования дорогостоящей ручной доработки.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать устройство подачи электролита для электрохимической размерной обработки, обеспечивающее возможность точной и быстрой базировки катода-инструмента относительно анода-заготовки в пределах полей допусков ±0,01 мм, надежный токоподвод к катоду-инструменту, простое и недорогое изготовление камер подачи электролита к межэлектродному промежутку для серийного производства накатного инструмента со временем переустановки заготовок менее 3 минут.

Поставленная задача решена в устройстве подачи электролита для электрохимической размерной обработки, включающем основание, электрододержатель с катодом-инструментом и распределительную камеру, в котором катод-инструмент крепится своей задней шлифованной плоскостью к шлифованной торцевой поверхности электрододержателя двумя болтами, что исключает перекос катода-инструмента, а также обеспечивает надежный, без потерь, токоподвод к катоду-инструменту, основание снабжено выборкой, равной по длине и глубине заготовке, прижимной пластиной, равной по длине и высоте заготовке, обеспечивающими скользящую посадку заготовки по квалитету H7/h6, а затем последующее равномерное, без перекосов, крепление заготовки, и боковыми пластинами, выравнивающими положение заготовки вдоль ее оси, а распределительная камера состоит из скрепленных между собой винтами скобы и пластины и представляет собой параллепипед, изготовленный из диэлектрического материала, равный по длине и ширине основанию, и высотой равной высоте катода-инструмента, имеющий в центре сквозное отверстие с размерами, обеспечивающими скользящую посадку катода-инструмента по квалитету H7/h8, распределительная камера имеет отверстие для подачи электролита, расположенное в торцевой стенке, и щель, обеспечивающую попадание электролита в межэлектродный зазор, причем высота щели на входе в межэлектродный зазор 3±0,1 мм, а на выходе 0,5±0,1 мм.

Предлагаемое устройство позволяет достигнуть точности базировки катода-инструмента относительно анода-заготовки 0,01 мм, времени переустановки заготовок менее 3 минут, что необходимо для серийного производства накатных плашек.

Предлагаемое устройство поясняется фигурой 1, на которой показано расположение элементов перед началом электрохимической размерной обработки заготовки. Устройство включает электрододержатель (6), служащий, с одной стороны, для крепления к суппорту электрохимического станка, с другой стороны, для крепления катода-инструмента (14), а также обеспечения надежного токоподвода. Основание (1), прижимная пластина (3) и боковые пластины (2) служат для точного позиционирования обрабатываемой заготовки (15) относительно катода-инструмента (14). Распределительная камера, состоящая из скобы (4) и пластины (5), обеспечивает интенсивное прокачивание электролита через межэлектродный промежуток. Стрелками показан путь электролита к рабочей зоне. Электрододержатель (6) выполнен из конструкционной стали марки 30×13 в виде фланца крепления к суппорту электрохимического станка, с одной стороны, и шлифованной поверхности крепления катода-инструмента, с другой стороны. Основание (1) выполнено из конструкционной стали марки 30×13 в форме параллелепипеда с параллельностью всех граней относительно друг друга в допуске 0,01 мм. Для размещения заготовки и обеспечения точной базировки в основании (1) выполнена выборка с габаритными размерами заготовки по ширине и глубине, обеспечивающая вместе с прижимной пластиной (3) скользящую посадку заготовки (15) по квалитету H7/h6. Заготовка (15) закрепляется в основании (1) боковыми пластинами (2), прижимной пластиной (3), стопорными болтами (8), изготовленными из нержавеющей стали 12×18 Н10Т. Задняя шлифованная поверхность катода-инструмента (14) прикреплена к нижней шлифованной поверхности электрододержателя (6) болтами 10 из нержавеющей стали 12×18 Н10Т. Первоначальная базировка относительно основания (1) катода-инструмента (14), прикрепленного с помощью электрододержателя (6) к суппорту электрохимического станка, осуществляется путем поднятия стола станка с расположенным на нем основании по направлению к суппорту станка таким образом, чтобы катод-инструмент по скользящей посадке по квалитету H7/h6 вошел в выборку основания, после чего боковыми пластинами (2) и прижимной пластиной (3) катод-инструмент фиксируется в основании (1), которое с помощью прижимов крепится к столу станка. Это обеспечивает при достаточно простой базировке заготовки относительно катода-инструмента совпадение оси катода-инструмента и оси заготовки до 0,01 мм при зеркальном копировании рабочей поверхности катода-инструмента на поверхность заготовки. Распределительная камера представляет собой параллелепипед, изготовленный из диэлектрического материала, обладающего механической прочностью, хорошей обрабатываемостью и

водостойкостью. Отвечает всем этим требованиям, например, капролон. Для удобства и точности изготовления распределительная камера состоит из скобы (4) и пластины (5), которые соединены между собой винтами из нержавеющей стали (13). Длина и ширина камеры равны длине и ширине основания, а высота равна высоте катода-инструмента. Распределительная камера имеет в центре сквозное отверстие с размерами, обеспечивающими скользящую посадку катода-инструмента по квалитету H7/h8. Кроме того, камера имеет отверстие для подачи электролита, расположенное в торцевой стенке, и щель, обеспечивающую попадание электролита в межэлектродный зазор, причем высота щели на входе в межэлектродный зазор 3±0,1 мм, а на выходе 0,5±0,1 мм. Для удобства крепления и быстроты смены заготовок в распределительной камере предусмотрены крепежные отверстия (11), через которые болтами (12) камера присоединяется к основанию.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. На фиг.1 показано взаимное расположение электрододержателя (6), основания (1), катода-инструмента (14), заготовки (15) и распределительной камеры (4-5) при изготовлении накатной плашки импульсно-циклическим методом электрохимической размерной обработки. При подведении к суппорту, с закрепленном на нем при помощи электрододержателя катодом-инструментом, стола станка с основанием катод-инструмент фиксируют в основании при помощи боковых (2) и прижимной (3) пластин. После этого основание крепят к столу станка прижимами, фиксаторы ослабляют и стол отводят. В основание (1) устанавливают заготовку (15), которую фиксируют в основании при помощи боковых (2) и прижимной (3) пластин. Такая базировка позволяет обеспечить соосность катода-инструмента и заготовки в допуске ±0,01 мм. После этого на основание устанавливают распределительную камеру (4-5) для подвода электролита к межэлектродному промежутку и закрепляют ее болтами (12). Через отверстие в торцевой стенке распределительной камеры (4-5), к которому крепят штуцер шланга подачи электролита, электролит попадает в камеру, а затем через входную щель, образованную между основанием и внутренней стенкой распределительной камеры, поступает в рабочую зону электрохимической размерной обработки (ЭХРО), в частности в межэлектродный промежуток между электродом-инструментом и заготовкой, отработанный электролит удаляется через выходную щель, образованную между основанием и внутренней стенкой распределительной камеры. При этом для создания противодавления, обеспечивающего наилучшие гидродинамические характеристики прохождения электролита через межэлектродный зазор, высота щели на

входе в рабочую зону ЭХРО не менее 3±0.1 мм, а высота щели на выходе из рабочей зоны ЭХРО - не более 0,5±0.1 мм. К аноду-заготовке (15) через сквозное отверстие в камере приближается катод-инструмент (14) и начинается процесс электрохимического формообразования. Использование предлагаемых элементов для базировки и подачи электролита в предлагаемом устройстве позволяют изготавливать серийные партии инструмента, определенного (по длине и ширине) типоразмера.

Пример 1. Импульсно-циклическим способом электрохимической размерной обработки изготовлены 10 комплектов накатных плашек из заготовок, имеющих форму параллепипеда, длиной 85 мм и 95 мм, материал заготовок - сталь Х12МФ. В качестве электролита использован 10%-ый водный раствор NaNO₃ с р=1,067 г/см³. Основные технологические параметры: глубина - 3,0 мм; длительность импульса - 2,6 мс (для длины заготовки 85 мм) и 2,7 мс (для длины заготовки 95 мм); скорость подачи - 0,2 мм/мин; ток обработки - 220 А (для длины заготовки 85 мм), - 260 А (для длины заготовки 95 мм); давление электролита на входе в межэлектродный зазор - 6 атм. Время электрохимического формообразования одной плашки - 15 мин. Время переустановки заготовки - 3 мин. Время переустановки и базировки катода-инструмента - 5 мин. Общее время, затраченное на изготовление 10 комплектов плашек - 365 мин.

Таким образом, предлагаемое устройство подачи электролита для электрохимической размерной обработки за счет точной и быстрой базировки катода-инструмента относительно анода-заготовки в пределах полей допусков ±0,01 мм, обеспечения надежного токоподвода к катоду - инструменту, точной и быстрой смены анода-заготовки позволяет серийно изготавливать металлорежущий инструмент со сложной формой поверхности с острыми режущими гранями по всей поверхности обработки со временем переустановки заготовок менее 3 минут.

Устройство подачи электролита для электрохимической размерной обработки, включающее основание, электрододержатель с катодом-инструментом и распределительную камеру, отличающееся тем, что катод-инструмент присоединен своей задней шлифованной плоскостью к шлифованной торцевой поверхности электрододержателя двумя болтами, основание снабжено выборкой, равной по длине и глубине заготовке, прижимной пластиной, равной по длине и высоте заготовке, и боковыми пластинами, распределительная камера состоит из скрепленных между собой винтами скобы и пластины и представляет собой параллепипед, изготовленный из диэлектрического материала, равный по длине и ширине основанию, и высотой, равной высоте катода-инструмента, имеющий в центре сквозное отверстие с размерами, обеспечивающими скользящую посадку катода-инструмента по квалитету H7/h8.