Փոքր անցքերի մեքենայական մշակման էլեկտրական վարդապետական մեթոդի տեխնիկական վերլուծություն. Գործողության սկզբունքներ, գործընթացների համեմատություն և սարքավորումների գնահատական

Ժամանակակից ճշգրտության բարձր պահանջներ ներկայացնող մեքենայացման և ոչ ստանդարտ մեքենայացման մեջ փոքր անցքերի մեքենայացման ԷՀՄ-ը (էլեկտրական վայրկյանային մեքենայացում, որը հայտնի է նաև որպես անցքերի բացման սարքեր կամ մանր անցքերի վայրկյանային մեքենայացման սարքեր) կատարում է կենտրոնական դեր: Այն օգտագործվում է խորը դանակներում լարի անցկացման անցքերի, ինքնաթափվող անցքերի մեքենայացման համար ինքնաթափվող ձուլարաններում, սինթետիկ մանրաթելերի արտադրության մեջ՝ սպիներետների, ավտոմեքենաների վառելիքի ներարկման սեղանների և ավիատիեզերական տուրբինների թերթային սառեցման անցքերի մեքենայացման համար: Փոքր անցքերի մեքենայացման ԷՀՄ-ը հիմնարար և անհրաժեշտ սարքավորում է բարձր կողմնային հարաբերություն ունեցող բարձր կարծրության նյութերում միկրոանցքերի մեքենայացման համար:

Վայրկյանային էրոզիայի մեխանիզմը և ֆիզիկական աշխատանքային սկզբունքները

Փոքր անցքերի մեքենայացման ԷՀՄ-ը հիմնարարորեն տարբերվում է ավանդական մեխանիկական մեքենայացումից, որը հիմնված է ֆիզիկական գործիքի կտրման վրա: Նրա հիմքը ոչ շփվող էլեկտրական վայրկյանային էրոզիան է (Էլեկտրական վայրկյանային մեքենայացում):

Իրական մեքենայացման ընթացքում սարքավորումը բարձրհաճախական իմպուլսային սնման աղբյուրի բացասական ծայրը միացնում է բարձրագործողականությամբ պտտվող խոռոչավոր խողովակաձև էլեկտրոդին (սովորաբար պատրաստված է պղնձաբրոնզից կամ պղնձից), իսկ դրական ծայրը՝ մշակվող մասին: Համակարգչային թվային կառավարման (CNC) սերվոհամակարգի ճշգրիտ շարժման տակ էլեկտրոդի ծայրի և մշակվող մասի մակերևույթի մանրադիտակային բարձր կետերի միջև անընդհատ պահպանվում է դինամիկ միկրոտարածություն (սովորաբար 0,01 մմ–ից մինչև 0,05 մմ):

Երբ իմպուլսային լարումը վերացնում է էլեկտրոդի և մշակվող մասի միջև գտնվող դիէլեկտրիկ հեղուկը, տարածության մեջ առաջանում է արտասովոր բարակ ճայթյունային այրման անցուղի: Այրման անցուղու ներսում պլազմայի ակնթարթային ջերմաստիճանը հասնում է 8000°C–ից մինչև 12000°C, իսկ նրա արտասովոր բարձր էներգիայի խտությունը միկրովայրկյանների ընթացքում առաջացնում է տեղական մետաղի ակնթարթային հալում կամ նույնիսկ գոլորշացում:

Միաժամանակ բարձր ճնշման պտտվող գլուխը, որը մountված է սեղանի վրա, 5–10 ՄՊա ճնշման տակ դուրս է մղում դեիոնացված ջուր (կամ հատուկ ջրի վրա հիմնված աշխատանքային հեղուկ) խոռոչավոր էլեկտրոդային խողովակի ներսում։ Սեղանի կողմից էլեկտրոդի հարյուրավորից մինչև հազարավոր ԴՐՄ-ով ապահովվող բարձր արագությամբ պտտման հետ միասին այս լվացման գործողությունը ոչ միայն սառեցնում է այրման գոտին, այլև՝ ավելի կարևոր է, ուժային լվացման միջոցով հեռացնում է հալված էլեկտրական այրման մնացորդները շատ նեղ միջակայքից, ինչը կանխում է երկրորդային այրումը և էլեկտրոդի կպչելը։

Քանի որ ամբողջ էրոզիայի գործընթացը ամբողջությամբ կախված է էլեկտրական էներգիայի ջերմային էներգիայի վերափոխման վրա, գործիքի էլեկտրոդի և մշակվող մասի միջև ֆիզիկական շփում չկա: Հետևաբար, մշակման գործընթացը մեխանիկական կտրման ուժ չի առաջացնում: Այս ֆիզիկական հատկանիշը թույլ է տալիս փոքր անցքերի մշակման ԷԴՄ-ին առանց մեխանիկական լարվածության դեֆորմացիայի կամ բարակ պատերով մասերի վրա կտրման բուրգերի առաջացման անցնել ցանկացած բարձր հաղորդականությամբ նյութերի միջով՝ օրինակ՝ մագնետացված պողպատ, կարբիդ, տիտանի համաձուլվածքներ և նիկելի հիմքի սուպերհամաձուլվածքներ (Inconel):

Միկրոանցքերի մշակման գործընթացների մանրամասն նկարագրական համեմատություն

Արդյունաբերական միկրոանցքերի արտադրության մեջ տարածված տեխնիկական մոտեցումներն են փոքր անցքերի մշակման ԷԴՄ-ը, ավանդական մեխանիկական կառուցվածքային կատարումը և ժամանակակից լազերային կատարումը: Այս երեք գործընթացները տարբերվում են մշակման մեխանիզմներով, կիրառման ոլորտներով և ֆիզիկական հատկանիշներով:

Համեմատած սովորական մեխանիկական պատրաստման հետ՝ մեխանիկական պատրաստումը շատ ավելի շատ կախված է կտրման գործիքի ինքն իր կարծրության և կոշտության վրա: Երբ հանդիպում է դժվար մշակելի նյութերի՝ ինչպես օրինակ կարծրացված պողպատը կամ սուպերհամաձուլվածքները, մեխանիկական պատրաստման գործիքները ենթարկվում են սուր մաշվածության կամ կոտրվում են: Իսկ անցքի խորությունը մեծանալիս մետաղափոշու հեռացումը դառնում է արտասովոր դժվար, սահմանափակելով երկարության և տրամագծի հարաբերությունը 20:1-ի սահմաններում, իսկ կտրման ուժերը հա tendency ունեն թաղանթավոր մասերը ճկելու: Ի հակադրություն՝ փոքր անցքերի պատրաստման էլեկտրաէրոզիոն մեթոդը (EDM) ամբողջովին վերացնում է նյութի կարծրության սահմանափակումները և արդյունավետորեն մշակում է ցանկացած նյութ, եթե այն էլեկտրահաղորդիչ է: Քանի որ կտրման ուժեր բացակայում են, այն մեծ առավելություն է տալիս թաղանթավոր մասերի համար, իսկ հարմարվող միջանկյալ կետային կերպով կտրման և բարձր ճնշման տակ լվացման մեխանիզմների համատեղ ազդեցությամբ այն հուսալիորեն հասնում է 20:1–100:1 երկարության և տրամագծի հարաբերության՝ ստանդարտ արդյունաբերական արտադրության մեջ, իսկ բարձր կարգի CNC սարքավորումներում՝ արտակարգ պարամետրերի դեպքում հասնում է 200:1-ի: Այնուամենայնիվ, մեխանիկական պատրաստումը մեծ մաքուր նյութի հեռացման արագություն է ցուցադրում մեղմ մետաղների վրա (օրինակ՝ ալյումինե համաձուլվածքներ կամ չկարծրացված պողպատ), իսկ անցքի պատը ամբողջովին ազատ է ջերմային ազդեցության գոտուց (HAZ):

Լազերային պատրաստման համեմատությամբ՝ լազերային պատրաստումը օգտագործում է բարձր էներգիայի խտությամբ լուսային ճառագայթներ՝ նյութը հալեցնելու կամ գոլորշացնելու համար: Դրա ամենամեծ առավելությունը կայանում է արագ մշակման արագության և հաղորդական, ինչպես նաև ոչ հաղորդական մեկուսիչ նյութերի (օրինակ՝ կերամիկա և կոմպոզիտներ) մշակման կարողության մեջ, իսկ ուլտրաարագ լազերների (պիկովայրկյան/ֆեմտովայրկյան) օգտագործման դեպքում ջերմային ազդեցությունը նվազագույն է: Սակայն հաստ սալիկներում խորը անցքեր պատրաստելիս լազերները կրում են ճառագայթի կենտրոնացման և դեկենտրոնացման խնդիրներ, ինչը հանգեցնում է նկատելի ելքային թեքման, ոչ ուղիղ անցքերի պատերի ձևավորման, ինչպես նաև բարձր սարքավորումների ներդրումների և սպասարկման ծախսերի: Համեմատությամբ՝ փոքր անցքերի էլեկտրաէրոզիոն պատրաստումը (EDM) օգտագործում է էլեկտրոդային խողովակի ուղղումը և հարմարվողական բացվածքի կառավարումը՝ հաստ սալիկների միջով անցքեր պատրաստելիս ապահովելու ավելի բարձր կայունություն և արժեքային արդյունավետություն, անցքերի ուղղաձիգությունը և տրամագծի համասեռության վերահսկումը: Այնուամենայնիվ, պետք է օբյեկտիվորեն նշել, որ EDM-ը անցքի պատերին թողնում է միկրոսկոպիկ, արտասովոր բարակ վերաձուլված շերտ և միկրոճեղքեր, իսկ գործիքային էլեկտրոդը մշակման ընթացքում մաշվում է՝ պահանջելով չափսերի ճշգրտման համար հատուկ հաշվարկման ալգորիթմներ:

Սարքավորումների գնահատում և հիմնական տեխնիկական գնման չափանիշներ

Փոքր անցքերի պատրաստման էլեկտրաէրոզիոնային մեքենայի ընդհանուր կատարողականության և մեքենայացման ճշգրտության գնահատման համար անհրաժեշտ է դուրս գալ կառուցվածքային շրջանակից և կատարել չորս հիմնական մոդուլների մասին խորացված տեխնիկական գնահատում.

Բարձրհաճախական իմպուլսային սնման աղբյուր և ինտելեկտուալ հարմարվողական վերահսկման համակարգ։ Իմպուլսային սնման աղբյուրը հանդիսանում է սարքավորման «սիրտը» և ուղղակիորեն որոշում է մեքենայացման արդյունավետությունը, մակերևույթի հարթությունը և էլեկտրոդի մաշվելու արագությունը։ Առաջադեմ իմպուլսային սնման աղբյուրները օգտագործում են թվային բարձրհաճախական այրման վերահսկում և ներառում են կարճ միացման հայտնաբերման ֆունկցիա և հարմարվողական բարձրհաճախական թափահարող լվացման ալգորիթմներ։ Երբ միջակայքում մասնիկների կուտակումը առաջացնում է անսովոր լարման անկում, վերահսկման համակարգը անմիջապես ճշգրտում է իմպուլսի տևողությունը կամ շարժում է ստատորը դեպի հետ՝ մաքրելու մասնիկները, այնուհետև վերսկսում է մեքենայացումը՝ այրման առաջացումը կանխելու համար։

Բարձր ճնշման պտտվող սեղանի գլուխ: Պտտվող սեղանի գլուխը փոքր անցքերի էլեկտրաէրոզիոնային մեքենայի ամենակրիտիկ մեխատրոնիկ բաղադրիչն է: Այն պետք է ապահովի բացարձակ կնքում՝ դիմանալով 5 ՄՊա-ից մինչև 10 ՄՊա-ից ավելի բարձր ճնշման տակ ջրի հոսանքի ազդեցությանը բարձր պտտման արագության դեպքում, միաժամանակ ապահովելով բարձր հաճախականությամբ պուլսային հոսանքի կայուն հաղորդումը պտտվող էլեկտրոդին: Կնքիչների մաշվա-resistantությունն ու ճնշման դիմացկունությունը, ինչպես նաև հաղորդիչ ածխային սառցակների կոնտակտային կայունությունը ուղղակիորեն որոշում են մեքենայի երկարատև անընդհատ շահագործման կայունությունը և խորը անցքերի մշակման հնարավորությունները:

Բարձր ճնշման տակ գտնվող դեիոնացված ջրի մայրուղի և մանր ֆիլտրացման համակարգ։ Փոքր անցքերի մեքենայական մշակման համար օգտագործվող EDM սարքավորումները հիմնականում օգտագործում են դեիոնացված ջուր որպես դիէլեկտրիկ և լվացման միջոց։ Աշխատանքային հեղուկի հաղորդականությունը կարևոր է այրման էներգիայի կենտրոնացման և միջակայքի դիէլեկտրիկ հատկության վերականգնման համար։ Ամբողջական համակարգը պետք է ներառի բարձր ճնշման տակ աշխատող ջրի պոմպեր, դեիոնացնող սյուներ՝ իոնափոխանակային սեղաններով, և մի քանի աստիճանի մանր ֆիլտրացման տարրեր՝ հեղուկի շրջանառության ընթացքում բարձր մաքրության և համապատասխան հաղորդականության ապահովման համար, ինչը կանխում է մանր մասնիկների առաջացումը, որոնք կարող են առաջացնել երկրորդային այրում կամ կուտակվել էլեկտրոդի խողովակում։

Բազմաառանցքային հսկիչ թվային մեքենաների (CNC) կապում և ավտոմատացման ինտեգրումը: Պարզ մեկ անցք կամ մետաղալարի միջով անցնող անցք մշակելու համար բավարար է մեկ առանցքային CNC կամ ձեռքով կառավարվող մեքենան: Սակայն օդային շարժիչների թիակներում բարդ ֆիլմային սառեցման անցքերի (բաղադրյալ անկյունային անցքեր և 3D տարածական զանգվածներ) կամ բազմաանցքային ձուլատակների համար անհրաժեշտ են երեք կամ հինգ առանցքային կապված (CNC) համակարգեր: Այդ համակարգերը համատեղված են ինքնաշխատ եզրագտման, ինքնաշխատ գործիքի տեղադրման, ինքնաշխատ գործիքների փոխարինման (ATC) և ճեղքի ազատման վերահսկման համակարգերի հետ, որոնք նվազեցնում են օպերատորի սխալները և հնարավորություն են տալիս անվերահսկվող, բարձր համասեռությամբ ճշգրիտ արտադրություն կազմակերպել:

Արդյունաբերության միտումներ և եզրակացություն

Երբ արտադրությունը առաջընթացի է ապրում դեպի ճշգրտություն, միկրոշատվածություն և ինտելեկտուալացում, փոքր անցքերի մշակման էլեկտրաէրոզիոն մեթոդը (EDM) շարունակում է տեխնիկական զարգացումն ապահովել: Միկրոնային մակարդակի լիցքավորման վերահսկման մեջ ձեռք բերված ձեռքբերումները թույլ են տալիս նվազեցնել անցքերի տրամագիծը (օրինակ՝ 0,1 մմ-ից փոքր), միաժամանակ արդյունավետորեն սահմանափակելով վերամշակված շերտի հաստությունը: Այդ սարքավորումների ինտեգրումը արդյունաբերական ռոբոտատեխնիկայի և ավտոմատացված բեռնման/անբեռնման համակարգերի հետ այս ավանդական ոչ ավանդական մշակման տեխնոլոգիան վերածում է ամբողջովին ավտոմատացված ճկուն արտադրական համակարգերի (FMS):

Օգտագործելով իր անշփման մշակման մեթոդը, նյութի կարծրությունից անկախությունը և բարձր հարաբերակցության հնարավորությունը, փոքր անցքերի մշակման էլեկտրաէրոզիոն մեթոդը (EDM) մնում է ժամանակակից արտադրական ճարտարագիտության մեջ անփոխարինելի «միկրոանցքերի մասնագետ»: Դրա պարպման ֆիզիկայի խորը հասկացումը, այլ մեթոդների համեմատությամբ դրա արդյունավետության նպատակային գնահատականը և համապատասխան տեխնիկական կարգավորումների ճշգրիտ ընտրությունը կազմում են ձեռնարկությունների համար բարդ մասերի որակի երաշխավորման և հիմնարար արտադրական մրցունակության բարձրացման հիմնարար հիմքը: