Технико-экономическое обоснование и создание электроэрозионного участка по обработке металлических деталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ

ОБРАБОТКИ

1.1 История возникновения электрических методов обработки

1.2 Общее описание процесса электроэрозионной обработки

1.3 Технологические показатели ЭЭО

1.4 Производительность

1.5 Точность

1.6 Качество поверхности

1.7 Механическая часть станков

1.8 Выводы

РАЗДЕЛ 2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО УЧАСТКА

2.1 Электроэрозионное оборудование на авиационном предприятии

2.2 Преимущества выполнения работ на электроэрозионном оборудовании

2.2.1 Технологические преимущества

2.2.2 Экономические преимущества

2.3 Конкурентоспособность

2.4 Структура рисков и меры по их минимизации

2.5 Выводы

РАЗДЕЛ 3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО УЧАСТКА

3.1 Производственная структура участка

3.1.1 Количество электроэрозионного оборудования

3.1.2 Дополнительное оборудование

3.1.3 Количество рабочих электроэрозионного участка

3.2 Организационная структура участка

3.3 Планировка участка в составе цеха

3.4 Расчет экономических показателей

3.5 Расчет показателей эффективности

3.5.1 Управленческий учет, как основа контроллинга

3.5.2 Управленческий учет и его отличие от финансового учета. Задачи

управленческого учета

3.5.3 Классификация методов учета затрат в контроллинге

3.6 Безопасность жизнедеятельности

3.6.1 Анализ опасных и вредных факторов на электроэрозионном

участке

3.6.2 Расчет системы вентиляции на электроэрозионном участке

3.6.3 Анализ возможных ЧС на электроэрозионном участке

3.6.4 Прогнозирование последствий возникновения пожара на электроэрозионном участке

3.6.5 Инструкция по обеспечению пожарной безопасности на электроэрозионном участке

3.7 Специальная часть. Программное обеспечение проекта

3.8 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

АННОТАЦИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных и важнейших условий технического прогресса любой из отраслей техники и промышленности является наряду с применением новых идей и новых материалов также и применение новых технологических процессов. Это положение особенно применимо к машиностроению и родственным ему областям промышленности. Где введение новых технологических процессов позволяет зачастую добиться коренных изменений в ходе и результатах производства. Резкого повышения производительности труда, снижения трудоемкости, улучшения надежности и долговечности изделий.

Развитие машиностроения связано с успешной разработкой и применением принципиально новых, более экономических, производительных и технически совершенных методов технологии. В том числе основанных на использовании электрофизических и электрохимических явлений.

Электрохимические и электрофизические методы обработки материалов за последние годы все больше применяются как наиболее эффективные и экономичные, а нередко и как единственно возможные способы изготовления заготовок и деталей. Особенно из современных высокопрочных и труднообрабатываемых металлических и неметаллических конструкционных материалов.

При обработке давлением и точном литье используют штампы, литейные формы, пресс-формы и другие подобные изделия сложной конфигурации, весьма трудоёмкие в изготовлении.

Отверстия, щели и фасонные прорези сверхмалых размеров, а также соединительные каналы, расположенные в труднодоступных местах, часто не могут быть обработаны на металлорежущих станках из-за несоответствия между малой жесткостью, и прочностью инструмента и возникающими большими силами резания, либо из-за невозможности изготовления инструмента нужных размеров и форм.

Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов, одно из крупнейших достижений отечественной техники последних десятилетий, представляет собой одно из таких новых технологических направлений, реализация которых означает революцию в промышленном производстве. Обладающие исключительной технологической гибкостью, почти не зависимые от механической прочности обрабатываемых материалов, легко поддающиеся механизации и автоматизации, экономически высокоэффективные. При рациональном использовании методы электрофизической и электрохимической обработки заняли уже заметное, хотя пока и недостаточное, место среди методов и процессов прогрессивной технологии обработки материалов. Благодаря этим методам удалось значительно уменьшить трудности, сопровождавшие внедрение твердых сплавов в промышленность. Облегчить переход к широкому использованию труднообрабатываемых материалов, в том числе неметаллических и интерметаллических, решить ряд сложных конструкторско-технологических задач, связанных с производством изделий новой техники.

Электрофизическими и электрохимическими методами обработки материалов условно называют большую группу новых методов технологии, применяемых для удаления материала с обрабатываемых поверхностей. Его переноса, формообразования деталей или структурных преобразований, осуществляемых с помощью электрической энергии, вводимой непосредственно в зону обработки, либо с предварительным специальным преобразованием вне рабочей зоны в другие виды энергии - световую, акустическую, магнитную, тепловую. Известно разделение электрофизических методов на методы импульсного ударного механического воздействия на материал (например, ультразвуковые), лучевые методы (например, светолучевая обработка), методы обработки токопроводящих материалов (например, электроэрозионные).

Приоритет использования электрической эрозии для обработки металлов, сплавов и токопроводящих материалов принадлежит советским ученым Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко. Несколько позже В. Н. Гусев изобрел анодно-механический способ обработки металлов. Эти способы обработки широко распространились, и возникла новая отрасль техники, во многих случаях конкурирующая с обработкой материалов резанием.

Электрическими способами обработки называются такие виды обработки, при осуществлении которых съем металла или изменение структуры и качества поверхностного слоя детали являются следствием термического, химического или комбинированного действия электрического тока, подводимого непосредственно (гальваническая связь) к детали и инструменту. При этом преобразование электрической энергии в другие виды энергии происходит в зоне обработки, образованной взаимодействующими поверхностями инструмента и обрабатываемой детали.

Электрическая обработка включает в себя электроэрозионные, электрохимические, комбинированные электроэрозионно-химические и электромеханические способы обработки В зависимости от того, каким способом производится обработка или упрочнение, можно говорить об электроискровой, электроимпульсной, электроконтактной или анодно-механической размерной обработке или упрочнении.

Приведенные определения и классификация позволяют рассматривать электрическую обработку металлов как самостоятельную отрасль электротехнологии.

С появлением электрических способов обработки оказалось в принципе возможным осуществление методами электротехнологии всего комплекса операций, необходимых для превращения заготовки в готовую деталь, включая, и ее термическую обработку.

Электроэрозионные способы не исключают механическую обработку, а дополняют ее, занимая свое определенное место, соответствующее их особенностям, а именно: возможности обработки токопроводящих материалов с любыми физико-механическими свойствами и отображения формы инструмента в изделии. Следовательно, использование электроэрозионных способов обработки будет развиваться с повышением твердости и вязкости обрабатываемых материалов. С усложнением формы детали и обрабатываемых поверхностей. Полости сложной конфигурации, отверстия с криволинейной осью, отверстия весьма малого диаметра, тонкие и глубокие щели простой и сложной формы и т. п., наконец, с улучшением технико-экономических показателей электроэрозионных способов обработки - повышением производительности, чистоты поверхности, точности, стойкости инструмента и снижением энергоемкости процесса.

Особо перспективным является использование электрических способов для обработки деталей из твердых сплавов, жаропрочных сталей и специальных трудно обрабатываемых сплавов, получающих все большее применение в связи с повышением давлений, температур и скоростей в машинах и аппаратах.

В электроискровом способе, основанном на применении зависимых (конденсаторных) релаксационных генераторов импульсов, практически исчерпаны возможности дальнейшего повышения производительности, снижения износа инструмента и энергоемкости. Оказались необходимыми принципиально новые технические решения и отказ от конденсаторных схем. Первые шаги в этом направлении были сделаны в 1950 г. в Конструкторском Бюро Министерства Станкостроительной и Инструментальной Промышленности (КБ МСиИП). В области создания новых источников питания импульсным током. Независимых генераторов импульсов для прошивочно-копировальных работ и Одесским политехническим институтом в области разработки источников импульсного тока для обработки вращающимся инструментом на мягких режимах (для изготовления надфилей).

Новый способ обработки, основанный на применении независимых генераторов импульсов напряжения и тока, получил название электроимпульсного.

С 1951 г. электроимпульсный способ разрабатывался в тесном содружестве тремя организациями: Конструкторским бюро МСиИП, Лабораторией электрических методов обработки Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков и кафедрой электрических машин Харьковского политехнического института имени В. И. Ленина.

Электроимпульсный способ обработки при осуществлении прошивочно-копировальных работ позволил по сравнению с электроискровым способом повысить скорость съема металла на жестких режимах в 5-10 раз при наличии возможности ее дальнейшего увеличения. Снизить износ инструмента в 5-20 раз и энергоемкость в 2-3 раза.

Электрическая обработка металлов и ее разновидность - электроэрозионная обработка - представляют самостоятельную отрасль электротехнологии, находящуюся на начальной ступени развития.

Развитие электроэрозионного метода обработки металлов происходит в условиях широкого распространения автоматизации производственных процессов, имеющей большое значение для всех областей машиностроения. Но особо актуальной она является для новой отрасли техники - электроэрозионной обработки металлов. Современные электроэрозионные станки оснащены различными устройствами автоматики: автоматическими регуляторами, устройствами автоматического управления, контроля и защиты. Автоматизация в большей степени определяет технико-экономические показатели электроэрозионной обработки.

Таким образом, электроэрозионная обработка металлов является одной из перспективной, эффективной и экономически выгодным методом в современном машиностроении и приборостроении.

Актуальность метода электроэрозионной обработки металла предопределила выбор данной темы дипломной работы.

Цель исследования: технико-экономическое обоснование и создание электроэрозионного участка по обработке металлических деталей.

Задачи исследования: обоснование целесообразности организации электроэрозионного участка, организация электроэрозионного участка.

Объектом исследования служит авиационное предприятие с рассредоточенными по различным цехам электроэрозионными станками.

Предметом исследования является технико-экономическое обоснование.

Метод исследования: использование методики бизнес-планирования и составления технико-экономического обоснования.

РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА

1.1 История возникновения электрических методов обработки

Еще в конце 18в. английским ученым Дж. Пристли было описано явление эрозии металлов под действием электрического тока. Было замечено, что при разрыве электрической цепи в месте разрыва возникает искра или более продолжительная электрическая дуга. Причем искра или дуга оказывает сильное разрушительное воздействие на контакты разрываемой цепи, называемое эрозией. Электрической эрозии подвержены контакты реле, выключателей, рубильников и других подобных устройств. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению такого разрушения контактов.

Над этой проблемой в годы Великой Отечественной Войны работали советские ученые Б.Р.Лазаренко и Н.И.Лазаренко. Поместив электроды в жидкий диэлектрик, и размыкая электрическую цепь, ученые заметили, что жидкость мутнела уже после первых разрядов между контактами. Они установили: это происходит потому, что в жидкости появляются мельчайшие металлические шарики, которые возникают вследствие электрической эрозии электродов. Ученые решили усилить эффект разрушения и попробовали применить электрические разряды для равномерного удаления металла. С этой целью они поместили электроды (инструмент и заготовку) в жидкий диэлектрик, который охлаждал расплавленные частицы металла и не позволял им оседать на противолежащий электрод. В качестве генератора импульсов использовалась батарея конденсаторов, заряжаемых от источника постоянного тока; время зарядки конденсаторов регулировали реостатом. Так появилась первая в мире электроэрозионная установка. Электрод-инструмент перемещали к заготовке. По мере их сближения возрастала напряженность поля в межэлектродном промежутке (МЭП). При достижении определенной напряженности поля, на участке с минимальным расстоянием между поверхностями электродов, измеряемым по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности и называемым минимальным межэлектродным зазором, возникал электрический разряд (протекал импульс) тока, под действием которого происходило разрушение участка заготовки. Продукты обработки попадали в диэлектрическую жидкость, где охлаждались, не достигая электрода-инструмента, и затем осаждались на дно ванны. Через некоторое время электрод-инструмент прошил пластину, Причем контур отверстия точно соответствовал профилю инструмента. Так, явление, считавшееся вредным, было применено для размерной обработки материалов. Изобретение электроэрозионной обработки (ЭЭО) имело выдающееся значение. К традиционным способам формообразования (резанию, литью, обработки давлением) прибавился совершенно новый, в котором непосредственно использовались электрические процессы. Разрушение поверхностных слоев материала под влиянием внешнего воздействия электрических разрядов назвали электроэрозионной обработкой (ЭЭО).

Первоначально для осуществления электроэрозионной обработки применялись исключительно искровые разряды, создаваемые конденсатором в так называемом RC-генераторе. Поэтому новый процесс в то время называли электроискровой обработкой.

В начале 50-х годов были разработаны специальные генераторы импульсов, благодаря которым обработку можно было проводить также на более продолжительных - искро-дуговых и дуговых разрядах. Процесс в новых условиях стали назвать электроимпульсной обработкой.

Поскольку для формообразования во всех случаях применяют одно и то же явление - электрическую эрозию, в настоящее время используют определения электроискровой режим электроэрозионной обработки (ЭЭО) и электроимпульсный режим электроэрозионной обработки (ЭЭО).

1.2 Общее описание процессов электроэрозионной обработки

Электроэрозионная обработка заключается в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием электрических разрядов в результате электрической эрозии (ГОСТ 25331-82).

Под воздействием высоких температур в зоне разряда происходят нагрев, расплавление и частичное испарение металла. Для получения высоких температур в зоне разряда необходима большая концентрация энергии. Для достижения этой цели используется генератор импульсов (ГИ). Процесс электроэрозионной обработки происходит в рабочей жидкости (РЖ), которая заполняет пространство между электродами (МЭП): при этом один из электродов - заготовка, а другой - электрод-инструмент (ЭИ).

Удаление металла с заготовки происходит в среде диэлектрика за счет микроразрядов, расплавляющих часть металла. По мере сближения электрода-инструмента с заготовкой напряженность E электрического поля возрастает обратно пропорционально расстоянию между электродами:

E=U/s, (1.1)

где U - разность потенциалов электрода-инструмента и заготовки,

s - зазор между электродами. [1]

Наибольшая напряженность возникает на участке, где зазор минимален. Расположение этого участка зависит от местных выступов, неровностей на инструменте и заготовке, от наличия и размеров электропроводных частиц, находящихся в межэлектродном промежутке. Первой стадией эрозионного процесса является межэлектродный пробой (МЭП) в результате образования зоны с высокой напряженностью поля. Под действием разряда происходит ионизация промежутка, через который между электродами 3 и 2 рис.1.1 начинает протекать электрический ток, т.е. образуется канал проводимости 6 - сравнительно узкая цилиндрическая область, заполненная нагретым веществом (плазмой), содержащим ионы и электроны. Через канал проводимости протекает ток, при этом скорость нарастания его силы может достигать сотен килоампер в секунду. На границе канала происходит плавление металла, образуются лунки 5.

Второй стадией является образование около канала проводимости газового пузыря 7 из паров жидкости и металла. Вследствие высокого давления (2*107 Па) канал проводимости стремится расшириться, сжимая окружающую его газовую фазу. Вследствие инерции сначала газовый пузырь и окружающая его жидкость неподвижны. Затем начинается их расширение. Границы канала проводимости движутся с высокой скоростью в радиальном направлении. Скорость расширения может достигать 150...200 м/с. На наружной границе образуется так называемый фронт уплотнения. В нем давление скачкообразно меняется. От исходного в жидкости до высокого на границе фронта.

Третьей стадией будет прекращение тока, отрыв ударной волны от газового пузыря и продолжение его расширения по инерции. Ударная волна гасится окружающей жидкостью 8. Вначале этой стадии в межэлектродном пробое находится жидкий металл 4 в углублениях электродов; газовый пузырь, внутри которого имеются пары металлов заготовки инструмент; жидкий диэлектрик. Когда газовый пузырь достигнет наибольшего размера, давление внутри него резко падает. Содержащийся в лунках расплавленный металл вскипает и выбрасывается в межэлектродное пространство.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1 Схема процесса электроэрозионной обработки

После прекращения действия импульсного разряда напряжение на электродах падает. Начинается процесс деионизации рабочей жидкости, т. е. нейтрализация заряженных частиц, и электрическая прочность рабочей жидкости восстанавливается. Пространство между электродами подготовляется для нового прохождения очередного разряда. Если на электроды от генератора импульсов периодически поступает импульсное электрическое напряжение, то процесс будет повторяться.

Процессы, протекающие в канале разряда, представлены на рис. 1.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.2. Взаимосвязь основных физико-химических процессов при ЭЭО

1.3 Технологические показатели процесса электроэрозионной обработки

Основные технологические показатели процесса (точность, качество поверхности, производительность) зависят от количества выплавленного за один импульс металла из лунки, определяемого энергией импульса, временем действия импульсов и частотой их следования. Энергия импульса A как работа электрического тока зависит от произведения силы тока I на напряжение U за время т протекания импульса

A = I* U* dт. (1.2)

В первом приближении энергию A можно рассчитывать по средним значениям силы тока и напряжения:

A = I* U* т . (1.3)

Среднее значение напряжения пробоя U =(0.5 .. 0.75)U , где U - напряжение холостого хода при разомкнутых электродах.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.3 Параметры разрядного импульса.

фи - длительность импульса, фп - пауза импульса, фпр - период импульсов

Напряжение U легко контролировать в процессе обработки. Среднюю силу тока определяют через ее значение I при коротком замыкании электродов:

I =(0.5 .. 0.75)I . Силу тока короткого замыкания можно устанавливать и контролировать по приборам станка. Ее выбирают в зависимости от обрабатываемого материала и требуемой шероховатости поверхности. Длительность импульсов т (рис. 3) обратно пропорциональна частоте f их следования. Поскольку между импульсами имеются паузы, то при расчете т необходимо учитывать скважность q - отношение периода т к повторению импульсов их длительности (q=т /т ): т =1/(qf). Форма импульсов подбирается такой, чтобы при определенных параметрах импульса получить наибольшее углубление в заготовке, т.е. достичь наиболее эффективного использования подводимой энергии. [1]

1.4 Производительность

Производительность Q процесса электроэрозионной обработки оценивается отношением объема или массы удаленного металла ко времени обработки. Если бы удалось вести процесс при постоянной энергии импульсов, производительность можно было бы оценить как произведение энергии импульсов на их частоту. На практике условия протекания отдельного импульса могут отличаться из-за различий в состоянии МЭП и размера зазора, несоответствие между числом импульсов, выработанных генератором и реализуемых в зазоре. При расчете

Q = ф* а *A (1.4)

где A - энергия импульса;

ф - коэффициент, учитывающий количество холостых импульсов: ф=f/f (здесь f - частота импульсов, вырабатываемых генератором; f - частота импульсов, вызывающих эрозию). Для получения высокопроизводительного режима необходимо, чтобы ф был ближе к единице, т.е. чтобы как можно больше импульсов участвовало бы в процессе эрозии. [1]

Через а обозначен объем металла, снимаемого одним или несколькими импульсами с суммарной энергией 1Дж. Введя коэффициент k=фа и выразив частоту через длительность импульса f=1/(qт). расчет ведут по зависимости

Q=kA /(qт), (1.5)

где q - скважность;

k - коэффициент, который находят экспериментально, зависит от вида и состояния среды, ее прокачки, материалов и размеров электродов, характеристики импульсов. [1]

Таким образом, повысить производительность можно, если подобрать оптимальное сочетание факторов, позволяющих увеличить долю полезной энергии импульса, его мощность и частоту следования рабочих импульсов. Для этого необходимо достичь оптимального соотношения между максимальным значением силы тока I в импульсе его длительности т. Зависимость: производительность - площадь обработки - мощность. При малой площади обработки число участков, на которых возможен разряд, значительно меньше, чем число импульсов, поступающих от генератора, так как часть площади перекрыта газовыми пузырями от предшествующих разрядов. Время существования газового пузыря в 5..10 раз больше, чем длительность импульса. Разряд через газ возможен только при более высоком напряжении, поэтому часть импульсов генератора не вызывает эрозии. Снижается коэффициент ф, а следовательно, и производительность Q. Если увеличивать площадь обрабатываемой поверхности, то скорость съема материала металла будет возрастать, но в дальнейшем произойдет ее снижение. Это объясняется тем, что с течением времени ухудшаются условия удаления продуктов обработки из межэлектродного пространства. Все большее число импульсов генератора не будет вызывать эрозии из-за накопления газов и металлических частиц в пространстве между электродами. Количество продуктов обработки зависит также от энергии импульсов, их числа и времени действия, т.е. от мощности, реализуемой в межэлектродном пробое. При малой мощности количество расплавленного металла невелико, с ростом подводимой мощности оно возрастает, но при этом увеличивается и количество продуктов обработки, которые тормозят процесс съема металла. Для получения высокой производительности необходимо правильно выбрать сочетание площади обрабатываемой поверхности и мощности. Такой выбор выполняют с помощью пространственных диаграмм в координатах силы тока - площадь обработки - производительность. По мере углубления отверстия усложняется удаление продуктов обработки и поступление свежей жидкости в межэлектродное пространство. Наличие большого количества электропроводных капель застывшего металла вызывает импульсы, энергия которых тратится на расплавление таких частиц. Для предотвращения таких (паразитных) импульсов используют принудительную прокачку жидкости через межэлектродное пространство под давлением 100..200 кПа.

Прокачку можно применять и при периодическом прекращении процесса и выведением электрода-инструмента из заготовки; используют также вибрацию электродов, их вращение и др.

Для повышения производительности, точности обработки и улучшения поверхности деталей целесообразно осуществлять прокачку рабочей жидкости через межэлектродное пространство. Для этого предназначена гидравлическая система станка .

Рабочая среда из бака подается насосом через фильтры и устройство регулирования расхода в рабочую зону. При этом возможны два варианта подачи рабочей среды: либо при открытом кране через полый электрод-инструмент в промежуток с заготовкой, либо через кран непосредственно в рабочую ванну.

В настоящее время промышленностью выпускаются агрегаты снабжения и очистки рабочей среды, скомпонованные в одном корпусе. Они могут работать в автоматическом режиме по заданной программе.

В зависимости от свойств рабочей среды изменяются доля полезного использования энергии импульса, его предельная мощность. Для каждого вида обработки применяют оптимальные диэлектрические среды. Так, при электроэрозионном процессе с малой энергией импульсов высокую производительность обеспечивает дистиллированная и техническая вода, керосин; при грубых режимах на электроимпульсном режиме применяют тяжелые фракции нефти (масла, дизельные топлива и др.) с высокой температурой вспышки (до 450 К). [3]

В процессе обработки жидкая рабочая среда загрязняется, из-за чего снижается производительность. Загрязненность оценивают в процентном отношении массы продуктов обработки к массе жидкости. При загрязненности 4..5% для черновых и 2..3% для чистовых процессов производительность остается практически одинаковой по сравнению с чистой средой. Дальнейшее возрастание содержания продуктов обработки, особенно на чистовых режимах приводит к снижению числа рабочих импульсов и производительности. В процессе остывания частицы металла вызывают испарение части жидкости, изменение ее вязкости и зольности. Для поддержания высокой производительности необходимо периодически заменять рабочую среду. [2]

Для повышения производительности на обрабатываемой площади может быть параллельно размещено несколько электродов-инструментов. Если они подключены к одному генератору импульсов, то такая обработка называется многоэлектродной. При подключении каждого электрода к своему источнику энергии обработку называют многоконтурной. Повышение производительности достигается за счет сокращения доли холостых импульсов. Для многоконтурной и многоэлектродной обработки расчет производительности следует выполнять по формуле, учитывающей число инструментов n:

Q=k* n*A* f. (1.6)

Здесь k = kk , где k - коэффициент, учитывающий взаимное влияние контуров или электродов на скорость эрозии. [3]

1.5 Точность

Под точностью обработки деталей понимается степень соответствия ее формы и размеров чертежу. Отклонения от формы и размеров называется погрешностью. Также как и при механической обработке, на размеры погрешности оказывают влияние состояние технологической системы, погрешности установки, базирования инструментов, внутренние напряжения в материале заготовки, ее нагрев при обработке.

Накопившийся за последние годы опыт позволяет установить области, где применение электроэрозионных способов оказалось рентабельным, и области, где имеются перспективы их внедрения при улучшении технико-экономических характеристик способа, усовершенствовании оборудования и разработке новых технологических приемов.

К числу операций, которые целесообразно в настоящее время выполнять на универсальных прошивочно-копировальных станках относятся: изготовление (прошивание) отверстий, выборка внутренних полостей и получение наружных поверхностей деталей. Чем сложнее конфигурация детали и чем труднее осуществляется механическая обработка, тем выгодней применение этих операций на электроэрозионных прошивочно-копировальных станках.

В процессе обработки форма и размеры электрода-инструмента нарушаются из-за износа. Износ на различных участках инструмента различен. Так, на участках инструмента, имеющих вогнутость, число разрядов меньше, следовательно, износ на них будет выражен слабее. Если учесть условия выноса продуктов обработки из промежутка, то различия в износе различных участков еще более возрастут. Чтобы снизить влияние износа электродов-инструментов на точность изготовления:

- изготовляют инструмент из материала, стойкого к эрозии. Например, из вольфрама, меднографита, коксографитовых композиций;

- используют так называемые безызносные схемы, при которых часть материала заготовки или из рабочей среды осаждают на инструменте, компенсируя тем самым его износ;

- заменяют изношенные участки инструмента путем продольного перемещения, или заменяют весь инструмент;

- производят правку и калибровку рабочей части инструмента.

1.6 Качество поверхности

В результате электроэрозионной обработки поверхность приобретает характерные неровности, а приповерхностные слои металла претерпевают физико-химические изменения. Это оказывает влияние на эксплуатационные показатели обрабатываемых деталей. Поверхностный слой формируется за счет расплавленного металла, оставшегося на поверхности лунки, и прилегающего к ней слоя металла, подвергнутого структурным изменениям от быстрого нагрева и охлаждения металла. Поверхностный слой состоит из так называемого белого слоя , в котором наблюдаются химико-термические превращения, переходного слоя, в котором имели место только термические изменения и под которым находится неизмененный металл заготовки. Измененная зона, образуемая белым слоем, содержит продукты диэлектрической среды, в частности углерод и элементы, входящие в состав электрода-инструмента. У остальных заготовок в этой зоне образуются карбиды железа, которые способствую упрочнению поверхности. Состояние поверхностного слоя определяет износостойкость, прочность и другие свойства детали в механизме. После электроэрозионной обработки поверхностный слой приобретает свойства, по-разному влияющие на эксплуатационные характеристики деталей. Положительными являются повышение твердости поверхности при сохранении вязкости середины, большое количество лунок на поверхности, плавное их сопряжение. Это способствует улучшению смазки изделия и как следствие увеличению срока службы детали. К недостаткам следует отнести возможность появления трещин, растягивающих напряжений, трудность получения поверхности с малой шероховатостью.

1.7 Механическая часть станков

Конструкция станков зависит от габаритов, массы заготовок, требования к качеству поверхности, назначения станка. Станки делят на прошивочные, шлифовальные, станки для разрезания профильным и непрофилированным инструментом. Отдельные группы представляют станки для электроконтактной обработки на воздухе и установки для упрочнения и легирования. Прошивочные станки предназначены для получения отверстий, полостей, углублений. Станки для изготовления полостей профильным электродом-инструментом называют копировально-прошивочными. На рис. 1.4 показан копировально-прошивочный электроэрозионный станок 4Д721.

Рис. 1.4 Электроэрозионный станок 4Д721

Универсальные копировально-прошивочные станки позволяют выполнять не только полости, но и отверстия любого сечения, наносить на заготовки надписи. Среди электроэрозионного оборудования такие станки встречаются чаще всего. На рис.1.4 показан копировально-прошивочной электроэрозионный станок. На станине устанавливают рабочий стол для крепления заготовки. Обработка выполняется в ванне с рабочей жидкостью. Электрод-инструмент закреплен в электродержателе и может перемещаться каретками и в двух взаимно перпендикулярных направлениях по горизонтали. Электрод-инструмент колеблется и поступательно перемещается к заготовке по сигналам регулятора, приводящего в действие двигатель и вибратор , закрепленный на площадке . Стол и электрод-инструмент изолированы от станины диэлектрическими прокладками. Электрическая часть станка включает генератор импульсов, блок управления с приборами контроля режимов обработки. Рабочая жидкость поступает в межэлектродное пространство из бака через магистраль. Насос может подавать жидкость непосредственно в ванну.

На рисунке 1.5 показана одна из последних разработок Московского станкостроительного завода - электроэрозионный электроискровой станок АРТА 320. Новый узел перемотки/натяжения проволоки (с полным контролем и цифровым управлением всеми параметрами от СЧПУ) обеспечивает регулировку скорости, силы натяжения проволоки в значительно расширенном диапазоне, установку стандартных катушек 3,5-8 кг, при этом обеспечивается повышенная стабильность тракта перемотки. Все это - необходимые условия получения высокой производительности и качества обработки (точности, шероховатости поверхности). Блок выполнен на базе двигателя постоянного тока и порошковой тормозной муфты.

Генератор тока АРТА-3М-5 (на базе мощных MOS транзисторов с микропроцессорным управлением) позволяет производить обработку в обыкновенной (водопроводной) воде с производительностью по стали до 80 кв.мм/мин. При применении в качестве диэлектрика дистиллированной воды с ее деионизацией - максимальная производительность обработки более 100 кв.мм/мин. Цифровое управление параметрами генератора осуществляется от СЧПУ. Расширенный диапазон регулировки значений характеристик технологических импульсов (частота, длительность, мощность, защита от обрыва проволоки) позволяет осуществлять выбор режимов для нестандартных материалов (графит, магнит, PCD и др.), работы с тонкими проволоками (20-50 мкм), получения максимальной чистоты поверхности Ra=0,5 мкм. Производительность указана при применении генератора в составе станков серии "АРТА" производства НПК "Дельта-Тест" (при применении в составе старых станков максимальная производительность снижается).

Рис. 1.5 Электроискровой эрозионный станок АРТА 320

Применение алмазных направляющих (взамен керамических) не только повысило точность формообразования, но и обеспечило обработку деталей с наклонными образующими до 30 и более градусов.

Применение только промышленных компьютеров в составе систем ЧПУ является гарантией надежности, длительного срока эксплуатации (не менее 10 лет), возможности непрерывной (многосменной) работы станка

Станция водоподготовки выполнена на базе насосов фирмы Grundfos, при этом в качестве чистящих элементов применяются доступные отечественные фильтры.

Точность позиционирования обеспечивается оригинальной конструкцией исполнительных механизмов (безлюфтовая пара винт-гайка, V-образные направляющие с крестовым расположением роликов).

Управление всеми функциями и параметрами станка осуществляется цифровым (программным) образом от интегрированной системы ЧПУ. Это позволяет производить длительную (многопроходную) обработку на станках в автоматическом режиме (без вмешательства оператора).

1.8 Выводы

Изобретение электроэрозионной обработки вот уже несколько десятилетий позволяет машиностроителям и приборостроителям решать сложные технологические задачи при изготовлении деталей сложной конфигурации из обрабатываемых материалов. Электроэрозионная обработка позволяет конструкторам и технологам выбрать оптимальный вариант конструкции, материала детали и технологического процесса. Электроискровые методы особенно эффективны при обработке твёрдых материалов и сложных изделий. При обработке твёрдых материалов механическими способами большое значение приобретает износ инструмента. Инструментом в электроискровой обработке является тонкая проволока, которая является более дешевой по сравнению с инструментом для механической обработки. Например, при изготовлении некоторых типов штампов механическими способами более 50% технологической стоимости обработки составляет стоимость используемого инструмента. При обработке этих же штампов электроэрозионными методами стоимость инструмента не превышает 3,5%.

Имеются отдельные операции, выполнение которых оказалось целесообразным на специализированных электроэрозионных станках. К числу таких операций, в частности, относятся:

- изготовление мелких отверстий в топливной аппаратуре (электроискровой способ);

- получение стружколомающих порожков на твердосплавных пластинах резцов (электроискровой способ);

- извлечение сломанного инструмента и крепежных деталей (электроискровой или электроимпульсный способы);

- изготовление сеток и большого количества щелей различной конфигурации в листовом материале (электроискровой или электроимпульсный способы);

- обработка шаров для шарикоподшипников, притирка валиков. Обработка сложных поверхностей, в том числе гребных винтов, обдирка чугунного литья (электроконтактной способ).

С внедрением электроимпульсного способа обработки, обладающего значительно более высокой производительностью при меньшем износе инструмента, эффективность изготовления и ремонта штампов резко повышается. Изготовление фигуры ковочного штампа электроимпульсным способом осуществляется в 1,5-3 раза скорее, чем на копировально-фрезерных станках при, примерно, одинаковой чистоте поверхности. Окончательную обработку фигуры штампа целесообразней производить слесарно-механическим способом. Для этого необходимо снять припуск 0,2-0,3 мм без существенного изменения полученной электроэрозионным способом фигуры. Опыт отечественных заводов и зарубежных фирм показывает, что до 40 % вырубных штампов, 25 - 30 % пресс-форм и 50 - 60 % ковочных штампов целесообразно изготавливать с применением электроэрозионных и электрохимических станков. [3]

РАЗДЕЛ 2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО УЧАСТКА

2.1 Электроэрозионное оборудование на авиационном предприятии

Современное машиностроительное предприятие является сложным организмом, состоящим из большого количества разнообразных по своей деятельности частей. Слаженная и эффективная работа предприятия возможна, когда его части органически связанные друг с другом работают четко и бесперебойно. В качестве объекта исследования я выбрал Харьковский авиационный завод, так как работаю на нем, проходил на нем преддипломную практику и имею представление о его организационной и производственной структуре.

На авиационном заводе существует неплохой, хотя и старый, парк электроэрозионного оборудования. Проблема в том, что создан он и распределен по цехам был еще при Советском Союзе, когда программа выпуска самолетов, номенклатура изделий и загруженность станочного парка была совершенно другой. Существование централизованного планового ведения хозяйства и наличие так называемых «товаров народного потребления», изготавливаемых из отходов основного производства сыграли свою роль в распределении данного оборудования по цехам завода.

Сегодня, когда условия рынка заставили отказаться от многих «товаров народного потребления», (в основном из-за неконкурентоспособности) а нынешнее положение в современном самолетостроении не позволяет выдерживать прежние объемы производства, эти станки недогружены и в основном простаивают. Ниже приведена таблица существующего электроэрозионного оборудования на предприятии, разбросанность его по цехам предприятия и степень его загрузки в процентном отношении до 1995 года и на сегодняшний момент времени.

Таблица 2.1

Степень загрузки электроэрозионного оборудования

Цех №	Оборудование	Электрод- инструмент	Загрузка оборудования %	Наличие участка по изготовлению электрода-инструмента
			Основное производство	Вспомогательное производство
			До1995г.	сейчас	До1995г.	сейчас
1	Прошивочный эл-эрозионный станок 4Б722	Медная трубка диаметром от 1мм до 16мм.	55	0	20	0	-
2	Вертикально-прошивочный эл-эрозионный станок 4Д721	Медь, графит.	60	10	30	0	-
4	Вырезной электро-искровой станок 4732Ф3	Латунная проволока диаметром от 0,1мм до 0,3мм.	90	30	10	0	-
6	Вырезной электро-искровой станок 4732Ф3	Латунная проволока диаметром от 0,1мм до 0,3мм.	50	0	50	0	-
26	1.Вырезной электро-искровой станок 4732Ф3м	Латунная проволока диаметром от 0,1мм до 0,3мм.	80	50	20	50	+
	2.Копировально-прошивочный эл-эрозионный станок 4К722АФ1-91	Профелирован-ные электроды изготовленные из меди, графита латуни, вольфра-ма и др. матер.	70	60	30	40
32	2.Вертикально-прошивочный эл-эрозионный станок 4Д722АФ1-77	Медные и графи-товые электроды изготовленные силами цеха.	45	12	32	0	-

Из данной таблицы видно, что на сегодняшний момент основная масса станков недозагружена, а в цехах № 1 и № 6 они полностью простаивают. Но в то же время цех № 26 загружен полностью и имеет потенциал к развитию. Это объясняется несколькими причинами:

- цех № 26 является цехом оснастки и выполняет все работы по оснащению основного производства необходимыми приспособлениями, штампами, пресс-формами и конкретными деталями, изготовление которых требует наличие конкретного специального оборудования.

- цех № 26 единственный имеет специализированный участок по изготовлению электродов-инструментов.

- цех № 26 имеет свой заготовительный участок, а это исключает дополнительные транспортные расходы.

2.2 Преимущества выполнения работ на электроэрозионном оборудовании

Накопившийся за последние годы опыт позволяет установить области, где применение электрических способов оказалось рентабельным, и области, где имеются перспективы их внедрения при улучшении технико-экономических характеристик способа, усовершенствовании оборудования и разработке новых технологических приемов.

К числу операций, которые целесообразно в настоящее время выполнять на универсальных прошивочно-копировальных электроэрозионных станках относятся: изготовление (прошивание) отверстий, выборка внутренних полостей и получение наружных поверхностей деталей. Чем сложнее конфигурация детали и чем труднее осуществляется механическая обработка, тем выгодней применение этих операций на электроэрозионных прошивочно-копировальных станках.

На универсальных отрезных, преимущественно анодно-механических станках, целесообразно выполнение отрезных работ на заготовках большого и малого сечения. Особенно из трудно обрабатываемого материала, фасонная вырезка из листового материала.

С внедрением электроимпульсного способа обработки, обладающего значительно более высокой производительностью при меньшем износе инструмента, эффективность изготовления и ремонта штампов резко повышается. Изготовление фигуры ковочного штампа электроимпульсным способом осуществляется в 1,5-3 раза скорее, чем на копировально-фрезерных станках при, примерно, одинаковой чистоте поверхности. Следует учесть, что при изготовлении штампов электроэрозионным способом большое значение имеет их серийность, так как при этих способах обработки велики первоначальные затраты на изготовление инструментов.

Изготовление стружколомающих порожков. Операция электроискрового изготовления стружколомающих порожков на резцах с твердосплавными пластинками получила широкое распространение в промышленности.

Эта операция достаточно производительна. Например, на серийно выпускаемом настольном электроискровом станке мод. 4382. В смену изготовляется от 206 до 400 порожков на резцах с твердосплавными пластинками. Размеры пластины от 30 х 40 до 10 х 10 мм.

Изготовление сеток и щелей. Эта операция является также перспективной. Имеются установки (КБ МСиИП и других организаций), на которых изготавливают тысячи мелких отверстий в час в листовой нержавеющей стали. В этом же материале изготавливаются в больших количествах щелевые прорези. Указанные операции, осуществляемые на многоконтурных, многоэлектродных электроискровых и электроимпульсных станках, в некоторых случаях вообще не могут быть заменены механической обработкой. Трудоемкость по сравнению с механическим сверлением или фрезерованием сокращается в 1,5-10 раз. [2]

Частным случаем является получившее широкое применение в промышленности изготовление мелких отверстии диаметром 0,15 мм и выше в топливной аппаратуре.

2.2.1 Технологические преимущества

В авиационном производстве, так же как и в любом другом машиностроении, часто приходится, сталкивается с изготовлением сложных штампов, литейных пресс-форм и других подобных изделий сложной конфигураций, весьма трудоёмких в изготовлении. Отверстия, щели и фасонные прорези сверхмалых размеров, а также соединительные каналы, расположенные в труднодоступных местах, часто не могут быть обработаны на металлорежущих станках из-за несоответствия между малой жесткостью, и прочностью инструмента и возникающими большими силами резания, либо из-за невозможности изготовления инструмента нужных размеров и форм. В таких случаях на помощь приходит электроэрозионная и электроискровая обработка. Например, при изготовлении некоторых типов штампов механическими способами более 50% технологической стоимости обработки составляет стоимость используемого инструмента и трудоемкость механических операций. При обработке этих же штампов электроэрозионными методами стоимость инструмента не превышает 3,5%. Опыт отечественных заводов и зарубежных фирм показывает, что до 40 % вырубных штампов, 25 - 30 % пресс-форм и 50 - 60 % ковочных штампов целесообразно изготавливать с применением электроэрозионных и электроискровых станков. Изготовление штампов требует больших затрат ручного высококвалифицированного труда - до 50% от общей трудоемкости механообработки.

Технологический процесс электроэрозионной обработки крупных штампов в несколько раз сокращает объем ручных работ при одновременном повышении стойкости формующих поверхностей.

В результате высокочастотной электроэрозионной обработки получают сложные формующие поверхности с точностью до 0,1 - 0,15 мм и шероховатостью поверхности Ў 4 - Ў 5.

Штампы с указанным качеством формующих поверхностей испытывались в производственных условиях. Для испытаний были отобраны наиболее характерные молотовые штампы, изготовляемые с точностью 0,1 - 0,15 мм. Испытания приводились на молоте М211.

Штампы изготовлялись слесарно-механическим и электроэрозионным способами из одной партии штамповой стали 5ХНМ (ГОСТ7831 - 55) .

После съема со штампа каждых 1000 поковок производились ревизия штампа и замеры его линейных размеров и радиусов.

Для штампа на вилку карданного вала, обработанного электроэрозионным способом, абсолютное изменение размеров (рис. 2.1.) после 1000 поковок составило 0,2 - 0,4 мм, причем имело место лишь увеличение размеров. В тех же условиях ковки у штампа, изготовленного слесарно-механическим способом, наблюдалось как увеличение, так и уменьшение размеров. На рис. 2.2. приведены зависимости изменения линейных размеров указанных штампов, а на рис. 2.3. показано изменение радиусов закруглений от количества отштампованных деталей. Штамп, изготовленный электроэрозионным способом, изнашивается более равномерно, чем штамп, полученный слесарно-механической обработкой. В тех же условиях ковки у штампа, изготовленного слесарно-механическим способом, появлялись «наплывы» металла. Уменьшение размеров в сечениях Ж и Е достигало 0,3 мм. Такое изменение размеров, как показали наблюдения, приводят к ухудшению условий удаления поковки из штампов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.1. Места замеров гравюры штампа и радиусов закруглений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.2. Изменение размеров гравюр штампов в процессе эксплуатации

Штампы, обработанные электроэрозионным способом, не требовали зачистки полости ручья до получения первых 1000 штамповок. Поковки достаточно легко извлекались из формующих полостей этих штампов. За этот же цикл работы штампы, изготовленные слесарно-механическим способом, дважды снимались с молота для зачистки наплывов металла, так как поковки застревали в ручье штампа.

Штампы, обработанные электроэрозионным способом, показали существенно повышенную общую стойкость по сравнению со штампами, обработанными слесарно-механическим методом. С одного штампа снимали до 10 - 11 тысяч штамповок против 5 - 6 тысяч, получаемых при использовании штампов, обработанных слесарно-механическим способом. Таким образом, полученные результаты стойкостных испытаний позволяют рекомендовать использование электроэрозионную обработку для изготовления штампов и пресс-форм. [1]

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.3. Изменение радиусов закругления гравюры штампа

Есть еще несколько неоспоримых преимуществ использования электроэрозионных станков. Универсальный копировально-прошивочный электроимпульсный станок предназначен для изготовления электроэрозионным способом сквозных и глухих отверстий произвольной формы в любых токопроводящих материалах, преимущественно трудно обрабатываемых. На станке могут изготовляться ковочные и вырубные штампы, а также пресс-формы, прошиваться отверстия в закаленных сталях и деталях из твердых сплавов. Осуществлению указанных операций должен обязательно предшествовать технико-экономический расчет, так как не во всех случаях эффективно производить указанные операции на этом станке. Эффективность увеличивается при обработке деталей из трудно обрабатываемых сплавов, при сложной конфигурации детали или выполнении операций, не поддающихся механической обработке. [1]

На электроимпульсных станках можно прошивать отверстия, начиная с диаметра 0,1 мм, что механическим сверлением осуществить трудно.

Однако наряду с электроэрозионной обработкой, мы имеем еще и электроискровую обработку, которая так же имеет ряд неоспоримых технологических преимуществ. Она очень широко применяется при изготовлении вырубных штампов со сложной конфигурацией, изготовление которых обычным инструментом резания проблематично или невозможно. Так же электроискровая обработка применяется для изготовления готовых деталей, в том случае, когда контур детали или отдельную ее позицию невозможно выполнить инструментом резания из-за несоответствия прочности режущего инструмента и детали.

При электроискровой обработке электродом-инструментом является латунная проволока диаметром от 0,1 мм до 0,3 мм. Контур детали, пуансона или матрицы штампа выполняется по заданной программе. Это позволяет выдерживать сложные сопрягаемые поверхности с точностью до 0,02 мм.

Итак, мы видим, что при изготовлении сложноконтурных деталей, литьевых пресс-форм, ковочных и вырубных штампов, обработки твердосплавных материалов технологические преимущества электроэрозионной и электроискровой обработки очевидны. Повышение эффективности производства, технологического процесса невозможно без рационального использования всех видов ресурсов предприятия и внедрения передовой технологии. Успешное решение этих задач в значительной мере обеспечивает стабильность работы предприятия и его конкурентоспособность