RU2704350C1

RU2704350C1 - Deep hole piercing method and device for its piercing

Info

Publication number: RU2704350C1
Application number: RU2018139885A
Authority: RU
Inventors: Олег Викторович Скрыгин; Владислав Павлович Смоленцев; Сергей Владимирович Сафонов; Яна Сергеевна Смоленцева
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2019-10-28

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building and can be used for electroerosion and combined erosion-chemical profiling of deep holes, mainly of small cross-section. Disclosed is a method of piercing a deep hole in a metal part, carried out by a vibrating profile electrode-tool with pressure feed through a nozzle into the interelectrode gap of a liquid working medium to accelerate mass removal of treatment products. In the place of exit from the interelectrode gap of the liquid working medium with the treatment products at the moment of maximum approach to the part of the shaped tool electrode vibrating along the longitudinal axis through the nozzle, rotating along longitudinal axis with frequency, multiple to vibration frequency of electrode-tool, pulses with pressure of liquid working medium in point of entry into part of electrode-tool, nozzle is separately fed with a jet of the same liquid working medium, after which pressure in the pulse is increased to obtain a cavitation mode of flow of the liquid working medium at the outlet point of the jet from the interelectrode gap and the moment of the liquid working medium jet pulse is matched from the nozzle with the moment of maximum approach to the part of the profile electrode vibrating along the longitudinal axis. Besides the device for the method implementation is suggested.

EFFECT: intensification of small cross-section hole piercing by shaped electrode-tool and increase of hole depth due to acceleration of mass drawing from interelectrode gap of products by disconnection of jets of liquid working medium and creation of cavitation mode of jet flow at output from interelectrode gap.

2 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Способ и устройство относятся к области машиностроения и могут быть использованы для электроэрозионной и комбинированной эрозионнохимической прошивки глубоких отверстий, преимущественно малого сечения.The method and device relate to the field of engineering and can be used for electroerosive and combined erosion-chemical flashing of deep holes, mainly of small cross-section.

Известны из книги «Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов» В 2 т. Т. 1/Под ред. В.П. Смоленцева М: Высшая школа, 1983 по страницам 34-36 способ и устройство для прошивки глубоких отверстий с прокачкой жидкой рабочей среды через канал внутри электрода-инструмента.Known from the book "Electrophysical and electrochemical methods of processing materials" In 2 vol. T. 1 / Ed. V.P. Smolentseva M: Higher School, 1983, on pages 34-36, a method and device for flashing deep holes with pumping a liquid working medium through a channel inside the electrode-tool.

Недостатком известного способа и устройства является невозможность изготовления канала внутри электрода-инструмента при прошивке отверстий малого сечения, т.к. это снижает площадь сечения электрода-инструмента, требуемого для подвода технологического тока, что ограничивает скорость прошивки и предельную глубину отверстия.The disadvantage of this method and device is the impossibility of manufacturing a channel inside the electrode-tool when flashing holes of small cross section, because this reduces the cross-sectional area of the electrode-tool required to supply the technological current, which limits the speed of the firmware and the maximum depth of the hole.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ интенсификации процесса и увеличения предельной глубины электроэрозионной прошивки отверстий малого сечения в книге А.Ф. Бойко «Эффективная технология и оборудование для электроэрозионной прошивки прецизионных микроотверстий». Белгород: Изд-во БГТУ, 2010-314 с. путем придания (с. 60) профильному электроду-инструменту вдоль его оси продольной возвратно-поступательной вибрации, обеспечивающей интенсификацию массовыноса из межэлектродного зазора жидкой рабочей среды с продуктами обработки.Closest to the proposed method is a method of intensifying the process and increasing the maximum depth of the erosion firmware of holes of small cross section in the book of A.F. Smartly “Effective technology and equipment for electroerosive firmware for precision microholes”. Belgorod: Publishing House of BSTU, 2010-314 p. by imparting (p. 60) to the profile electrode-tool along its axis a longitudinal reciprocating vibration, which intensifies the mass transfer from the interelectrode gap of the liquid working medium with the processed products.

К недостаткам способа относится ограничение глубины прошиваемого отверстия по мере удлинения пути встречного движения струй жидкой рабочей среды в межэлектродном зазоре, что замедляет процесс прошивки вплоть до его прекращения. Наиболее близкой к предлагаемому устройству является форсунка для подачи в зону обработки под давлением вдоль ее оси струи жидкой рабочей среды, приведенная на с. 579 книги « Справочник технолога-машиностроителя». В. 2 т. Т. 2/Под ред. А.С. Васильева, А.А. Кутина. М: «Инновационное машиностроение», 2018.The disadvantages of the method include limiting the depth of the stitched hole as the length of the oncoming motion of the jets of the jets of the liquid working medium in the interelectrode gap increases, which slows down the firmware process until it stops. Closest to the proposed device is the nozzle for feeding into the treatment zone under pressure along its axis of the jet of liquid working medium, shown on p. 579 books "Handbook of a technologist-mechanical engineer." V. 2 vol. T. 2 / Ed. A.S. Vasiliev, A.A. Kutina. M: Innovative Engineering, 2018.

К недостаткам устройства относится торможение в межэлектродном зазоре движения вдоль оси форсунки жидкой рабочей среды, что снижает интенсивность массовыноса продуктов обработки, замедляет прошивку и ограничивает предельную глубину получения отверстия малого сечения профильным электродом-инструментом.The disadvantages of the device include braking in the interelectrode gap of the movement along the axis of the nozzle of the liquid working medium, which reduces the intensity of the mass transfer of the processed products, slows down the firmware and limits the maximum depth of getting a small section hole with a profile electrode-tool.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является интенсификация прошивки отверстия малого сечения профильным электродом-инструментом и увеличение предельной глубины прошиваемого отверстия за счет ускорения массовыноса из межэлектродного зазора продуктов разъединением струй жидкой рабочей среды и создания кавитационного режима течения струи на выходе из межэлектродного зазора.The technical result, the invention is aimed at, is to intensify the flashing of a small cross-section hole with a profile electrode-tool and increase the maximum depth of the flashing hole by accelerating the mass removal from the interelectrode gap of the products by separating the jets of the liquid working medium and creating a cavitation regime of the jet flow at the exit from the interelectrode gap.

Данный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе в месте выхода из межэлектродного зазора жидкой рабочей среды с продуктами обработки в момент наибольшего сближения с деталью вибрирующего вдоль продольной оси профильного электрода-инструмента через форсунку, вращающуюся вдоль продольной оси с частотой, кратной частоте вибрации электрода-инструмента, импульсами с давлением жидкой рабочей среды в месте входа в деталь электрода-инструмента, из форсунки раздельно подают струю той же жидкой рабочей среды, после чего давление в импульсе повышают до получения кавитационного режима течения жидкой рабочей среды в месте выхода струи из межэлектродного зазора и совмещают момент импульса воздействия струи жидкой рабочей среды из форсунки с моментом наибольшего сближения с деталью вибрирующего вдоль продольной оси профильного электрода-инструмента.This technical result is achieved by the fact that in the proposed method, at the place of exit from the interelectrode gap of the liquid working medium with the processed products at the moment of closest approach to the part of the profile electrode-tool vibrating along the longitudinal axis through the nozzle rotating along the longitudinal axis with a frequency that is a multiple of the electrode vibration frequency tool, pulses with pressure of a liquid working medium at the place of entry into the part of the electrode-tool, from the nozzle separately serves a stream of the same liquid working medium, after four of pressure pulse is increased to obtain a cavitation flow regime of liquid working medium in place of the jet outlet from the interelectrode gap and the combined momentum of the jet impacts the liquid working fluid from the injector with the moment of closest approach to the part of the vibrating along the longitudinal axis of the profile of the electrode-tool.

В предлагаемом устройстве для прошивки форсунка установлена со стороны электрода -инструмента, противолежащей месту входа в межэлектродный зазор струи от насоса, при этом ось струи жидкой рабочей среды из форсунки совмещена с осью бокового сопла форсунки, направленной в место выхода жидкой рабочей среды из межэлектродного зазора, а со стороны входа жидкой рабочей среды в форсунку установлен регулятор давления рабочей среды, соединенный с независимыми друг от друга датчиками кавитации и положения электрода-инструмента относительно детали, при этом выходной сигнал датчика положения электрода-инструмента относительно детали совмещен с входным сигналом регулятора управлением частотой вращения привода форсунки.In the proposed device for flashing the nozzle is installed on the side of the electrode-tool, opposite the entry point into the interelectrode gap of the jet from the pump, while the axis of the jet of the liquid working medium from the nozzle is aligned with the axis of the side nozzle of the nozzle directed to the place where the liquid working medium leaves the interelectrode gap, and from the side of the inlet of the liquid working medium into the nozzle, a pressure regulator of the working medium is installed, connected to independent sensors of cavitation and the position of the electrode-tool relative to children ali, while the output signal of the position sensor of the electrode-tool relative to the part is combined with the input signal of the controller controlling the speed of the nozzle drive.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 показаны структура и взаимодействие элементов предлагаемого способа и устройства, а на фиг. 2 -положение сопла в форсунке относительно места подвода струи из форсунки к межэлектродному зазору.The invention is illustrated in FIG. 1 and 2, where in FIG. 1 shows the structure and interaction of the elements of the proposed method and device, and in FIG. 2 - the position of the nozzle in the nozzle relative to the place of supply of the jet from the nozzle to the interelectrode gap.

При прошивке (фиг. 1) в детали 1 отверстия 2 малого сечения применяют профильный электрод-инструмент 3, который в процессе прошивки подают в направлении 4 к детали 1. Электрод-инструмент 3 совершает возвратно-поступательные движения 5 вдоль оси электрода-инструмента 3 от вибратора 6. Сигналы от продольного перемещения электрода-инструмента 3 идут на датчик положения 7 электрода-инструмента 3 и далее на регулятор давления 8 рабочей среды, поступающей к регулятору давления 8 от насоса 9, подающего струю 10 жидкой рабочей среды из магистрали 11 к входу в межэлектродный зазор 12, по которому рабочая среда перемещается через торцевой зазор 13 в направлении 14 на место 15 выхода струи из межэлектродного зазора, (фиг. 2). В месте 15 размещен датчик кавитации 16, сигнал с которого поступает на регулятор давления 8, подающий давление рабочей среды на вход форсунки 17, на выходе из которой формируется струя 18 рабочей среды. Форсунка вращается приводом 19 с управлением частотой вращения регулятором 20.When flashing (Fig. 1) in the part 1 of the hole 2 of small cross section, a profile electrode-tool 3 is used, which is fed in the direction 4 to the part 1 during the flashing process. The electrode-tool 3 makes reciprocating movements 5 along the axis of the electrode-tool 3 from vibrator 6. The signals from the longitudinal movement of the electrode-tool 3 go to the position sensor 7 of the electrode-tool 3 and then to the pressure regulator 8 of the working medium supplied to the pressure regulator 8 from the pump 9, which supplies the stream 10 of the liquid working medium from the line 11 to the input interelectrode gap 12 through which the operating medium is conveyed via the end gap 13 in the direction 14 on the seat 15 of the jet exiting the interelectrode gap (FIG. 2). In place 15 there is a cavitation sensor 16, the signal from which is supplied to the pressure regulator 8, which supplies the pressure of the working medium to the inlet of the nozzle 17, at the outlet of which a working fluid stream 18 is formed. The nozzle is rotated by the drive 19 with speed control by the regulator 20.

Способ осуществляют в следующей последовательности: Деталь 1 (фиг. 1) устанавливают на стол электроэрозионного станка или станка для эрозионнохимической прошивки. В электрододержатель станка устанавливают профильный электрод-инструмент 3. Делают пробную прошивку углубления в месте отверстия 2 с подачей 4 электрода-инструмента 3. Измеряют межэлектродные зазоры 12 и 13. Регулируют амплитуду вибрации вибратора 6 в пределах перемещения профильного электрода-инструмента 3 в межэлектродном зазоре 13 без касания донной части углубления. Устанавливают рекомендуемую (См., например, с. 61 книги А.Ф. Бойко «Эффективная технология и оборудование для электроэрозионной прошивки прецизионных микроотверстий». Белгород: Изд-во БГТУ, 2010-314 с. ) частоту следования вибраций 5 от вибратора б. Устанавливают межэлектродный зазор 13 и в межэлектродный зазор 12 из магистрали 11 через насос 9 подают струю 10 жидкой рабочей среды под давлением, обеспечивающим ее перемещение 14 на место 15 (фиг. 2). Настраивают датчик положения 7 электрода-инструмента по минимальному расстоянию между электродом-инструментом 3 и деталью и в этом положении датчика настраивают форсунку 17 с регулятором 20 и приводом 19 так, чтобы струя 18 была направлена в место 15. Датчик кавитации 16 устанавливают в место 15 и соединяют его с регулятором давления 8. Включают вибрацию 5 вибратором 6, насос 9, привод 19, и по сигналам датчика кавитации настраивают регулятор давления 8 на начало кавитационного течения жидкой рабочей среды в месте 15, что можно- установить визуально по появлению в этом месте псевдокипящей жидкости. Включают технологический ток от генератора (на рис. 1 не показан) так, чтобы электрод-инструмент 3 был анодом, подачу 4 и прошивают отверстие 2.The method is carried out in the following sequence: Part 1 (Fig. 1) is installed on the table of an EDM machine or an erosion-chemical firmware machine. A profile electrode-tool 3 is installed in the machine holder of the machine 3. Make a test flashing of the recess in place of the hole 2 with the supply of 4 electrode-tools 3. Measure the interelectrode gaps 12 and 13. Adjust the vibration amplitude of the vibrator 6 within the movement of the profile electrode-tool 3 in the interelectrode gap 13 without touching the bottom of the recess. The recommended frequency (See, for example, p. 61 of the book by AF Boyko “Effective technology and equipment for electroerosive flashing of precision microholes” is established. Belgorod: Publishing House of BSTU, 2010-314 p.) Vibration frequency 5 from the vibrator b. Set the interelectrode gap 13 and the interelectrode gap 12 from the line 11 through the pump 9 serves a stream 10 of a liquid working medium under pressure, ensuring its movement 14 to place 15 (Fig. 2). The position sensor 7 of the electrode-tool is adjusted according to the minimum distance between the electrode-tool 3 and the part, and in this position of the sensor, the nozzle 17 with the regulator 20 and the actuator 19 are adjusted so that the jet 18 is directed to the place 15. The cavitation sensor 16 is installed in the place 15 and connect it to the pressure regulator 8. Turn on vibration 5 with a vibrator 6, pump 9, drive 19, and according to the signals of the cavitation sensor, adjust the pressure regulator 8 to the beginning of the cavitation flow of the liquid working medium in place 15, which can be visually determined by the appearance in this place of a pseudo-boiling liquid. The technological current from the generator is switched on (not shown in Fig. 1) so that the electrode-tool 3 is an anode, feed 4, and flash hole 2.

Пример применения способа. В форсунке из бронзы БРХ08 необходимо прошить круглое отверстие диаметром 0,40+0,005 мм глубиной 7 мм. Изготавливаем электрод-инструмент диаметром 0,30 мм и длиной 50 мм. Устанавливаем макет форсунки и электрод-инструмент на модернизированный станок СН-145. Режимы обработки выбраны по рекомендациям на стр. 78-79 книги А.Ф. Бойко «Эффективная технология и оборудование для электроэрозионной прошивки прецизионных микроотверстий». Белгород: Изд-во БГТУ, 2010-314 с: энергия импульсов разрядного тока-80 мкДж, длительность импульсов-0,3 мкс, частота импульсов-300 Гц, амплитуда импульсов тока -10 А, рабочая среда-углеводородная жидкость, давление подачи рабочей среды 12 МПа, частота вибраций электрода-инструмента-120 Гц. Выполняем на станке углубление величиной 1 мм и замеряем межэлектродный зазор - 0,005 мкм. Назначаем амплитуду колебаний при вибрации электрода-инструмента -7+2 мкм, частоту вибраций электрода-инструмента сохраняем- 120 Гц. Настраиваем частоту вращения форсунки -1,2 Гц. Устанавливаем на станок выбранные режимы и обрабатываемую форсунку. Изменение давления подачи рабочей среды +9 МПа. Прошиваем на кавитационном режиме сквозное отверстие. Средняя скорость прошивки составила 0,0872 мм/мин, соотношение глубины отверстия к диаметру -17, погрешность диаметра -0,004 мм. Без использования кавитационного режима средняя скорость прошивки не превышала 0,05 мм/мин, а предельное соотношение глубины отверстия относительно диаметра менее 12.An example of the application of the method. In the BRX08 bronze nozzle, it is necessary to stitch a round hole with a diameter of 0.40 + 0.005 mm and a depth of 7 mm. We make an electrode tool with a diameter of 0.30 mm and a length of 50 mm. We install the nozzle layout and the electrode tool on the upgraded SN-145 machine. Processing modes are selected according to the recommendations on pages 78-79 of the book A.F. Smartly “Effective technology and equipment for electroerosive firmware for precision microholes”. Belgorod: BSTU Publishing House, 2010-314 s: pulse energy of discharge current-80 μJ, pulse duration-0.3 μs, pulse frequency-300 Hz, pulse amplitude of current-10 A, working medium-hydrocarbon liquid, working supply pressure environment 12 MPa, the vibration frequency of the electrode-tool is 120 Hz. We perform a 1 mm deepening on the machine and measure the interelectrode gap of 0.005 μm. We assign the vibration amplitude for the vibration of the electrode-tool -7 + 2 μm, the vibration frequency of the electrode-tool is kept-120 Hz. Set the nozzle speed -1.2 Hz. We install the selected modes and the processed nozzle on the machine. Change in pressure of the working medium supply +9 MPa. We flash through hole on cavitation mode. The average firmware speed was 0.0872 mm / min, the ratio of hole depth to diameter was -17, and the diameter error was -0.004 mm. Without the use of cavitation mode, the average firmware speed did not exceed 0.05 mm / min, and the maximum ratio of the hole depth relative to the diameter was less than 12.

Таким образом приведенный пример подтвердил эффективность предлагаемого способа и устройства.Thus, the above example confirmed the effectiveness of the proposed method and device.

Claims

1. The method of piercing a deep hole in a metal part, carried out by a vibrating profile electrode-tool with feeding under pressure through the nozzle into the interelectrode gap of the liquid working medium to accelerate the mass transfer of the processed products, characterized in that in the place of exit from the interelectrode gap of the liquid working medium with the processed products at the moment of closest approach to the part of the profile electrode-tool vibrating along the longitudinal axis through the nozzle rotating along the longitudinal axis with a frequency of at the vibration frequency of the electrode-tool, by pulses with the pressure of the liquid working medium at the place of entry into the part of the electrode-tool, the jet of the same liquid working medium is separately supplied from the nozzle, after which the pressure in the pulse is increased until the cavitation mode of flow of the liquid working medium at the exit jets from the interelectrode gap and combine the impulse moment of the impact of the jet of the liquid working medium from the nozzle with the moment of closest approach to the part of the profile electrode-tool vibrating along the longitudinal axis .

2. A device for piercing a deep hole in a metal part, comprising a pump for pressurizing a liquid working medium into the interelectrode gap between the part and the tool electrode, a nozzle and a vibrator for longitudinal movement along its axis of the tool electrode, characterized in that the nozzle is installed with the side of the electrode-tool opposite the entry point into the electrode gap of the jet from the pump, while the axis of the jet of the liquid working medium from the nozzle is aligned with the axis of the side nozzle of the nozzle directed to the place the liquid working medium leaving the interelectrode gap, and a pressure regulator of the working medium is connected to the side of the liquid working medium entering the nozzle and connected to independent sensors of cavitation and the position of the tool electrode relative to the part, while the output signal of the position sensor of the electrode tool relative to the part combined with the input signal of the controller controlling the speed of the nozzle drive.