Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.


  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Программируемое устройство для управления электрическими параметрами комбинированной обработки высокопрочных материалов
23 июня 2021             

М.А. БОРИСОВ, канд. техн. наук, доцент Д.В. ЛОБАНОВ, доктор техн. наук, доцент (ЧГУ им. И.Н.Ульянова, г. Чебоксары) Борисов М.А. – 428015, г. Чебоксары, пр-т Московский, 15, Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, e-mail: borisovmgou@mail.ru
 

Введение

 
Повышение требований к эксплуатационным характеристикам изделий машиностроения ведет к повышению спроса на качественные изделия из высокопрочных материалов. Их размерная обработка традиционными методами не всегда позволяет получить требуемое качество поверхности при высокой производительности. Поэтому всё большее применение находят различные виды комбинированной обработки, позволяющие повысить качественные параметры изделий и эффективность технологий [1-26]. Так, к примеру, к финишным комбинированным методам размерной обработки относят электрохимическое шлифование с электрохимической правкой инструмента и последующее электрохимическое полирование. Такая технология позволяет улучшить качество поверхности изделий и снизить трудоемкость обработки высокопрочных и труднообрабатываемых материалов и сплавов. Обработка производится последовательно путем шлифования алмазным инструментом на металлической связке и полирования гладким электродом.
 
Для автоматического управления электрическими параметрами процесса комбинированной обработки зачастую используют программируемые устройства [27-31].
 
Известно программируемое устройство для электрохимической обработки металлических изделий токопроводящим кругом [6]. Оно содержит источник тока и программируемый блок управления. Блок управления регулирует длительность и частоту следования импульсов рабочего тока и тока правки инструмента. Он управляет работой четырех реле, установленных в блок коммутации токов. Блок коммутации токов предназначен для подачи в электрическую цепь «обрабатываемое изделие - электролит - токопроводящий инструмент» поочередно токов прямой и обратной полярности. Наличие только одного источника тока не позволяет устанавливать индивидуально значения электрических параметров электрохимического шлифования изделия и процесса электрохимической правки токопроводящего инструмента, которые выполняются поочередно. Поэтому невозможно установить оптимальные значения параметров рабочего тока и тока правки инструмента.
 
Известно также устройство для комбинированной обработки металлических изделий сменными токопроводящими инструментами [6]. Оно содержит два источника тока и блок автоматического переключения токов. В инструментальную оправку поочередно устанавливаются абразивный инструмент и электрод. Положительные полюса источников токов постоянно соединены с обрабатываемой деталью, а отрицательные полюса источников тока соединяются поочередно с инструментом или электродом. Очередность их соединения происходит в соответствии с управляющей программой. Абразивный инструмент используется при электрохимическом шлифовании изделий, а электрод – при их электрохимическом полировании. Режимами обработки каждого из выполняемых процессов можно управлять индивидуально за счет использования в каждом процессе источника тока с требуемыми характеристиками. Недостаток устройства состоит в том, что инструмент может соединяться только с отрицательным полюсом источника тока. Поэтому нет возможности производить электрохимическую правку инструмента. При такой правке он должен иметь возможность соединяться с положительным полюсом источника тока.
 
Целью работы является разработка и исследование работоспособности программируемого устройства для автоматического управления процессом, как электрохимической обработки изделий, так и электрохимической правки инструмента.
 

Методика экспериментального исследования

 
В качестве объекта исследований выбран процесс комбинированной финишной обработки металлических изделий, изготовленных из коррозионностойких сталей путем электрохимического шлифования алмазными головками с их электрохимической правкой и последующее электрохимическое полирование гладким электродом с применением программируемого устройства для управления электрическими параметрами указанных процессов. Методика проведения исследований предусматривает разработку конструкции экспериментального образца устройства и его тестирование. Оценкой работоспособности экспериментального образца устройства является возможность автоматического управления индивидуально электрическими параметрами процесса электрохимического шлифования и полирования изделий и электрохимической правки инструмента.
 
Схема функционирования разработанного нами программируемого устройства для автоматического управления электрическими параметрами процесса электрохимической обработки изделий и электрохимической правки инструмента представлена на рис.1.
 
 
Программируемое устройство для управления электрическими параметрами комбинированной обработки высокопрочных материалов
Рис. 1. Схема функционирования программируемого устройства: 1, 2- источники тока, 3- блок коммутации токов, 4, 5- реле, 6- инструментальная оправка, 7- инструмент, 8- обрабатываемое изделие, 9- блок управления коммутацией токова
 
 
Источник тока 1 используется при электрохимической обработке металлического изделия 8. Источник тока 2 используется при электрохимической правке абразивного токопроводящего инструмента 7. Блок коммутации токов 3 снабжен двумя реле 4 и 5. Он предназначен для периодической подачи импульсов тока в электрические цепи, образованные источниками тока 1 и 2, обрабатываемым изделием 8 и инструментом 7. В зону обработки подается электролит. Блок управления коммутацией токов 9 снабжен программируемым микроконтроллером. Вход реле 5 соединен с отрицательным полюсом источника тока 1, а вход реле 4 соединен с положительным полюсом источника тока 2.
 
Первоначально в инструментальную оправку 6 устанавливается абразивный токопроводящий инструмент 7. Блок управления коммутацией токов 9 подаёт сигнал на реле 5. Происходит электрохимическое воздействие на изделие 8, Разупрочненный слой припуска удаляется абразивным инструментом 7. Затем блок управления коммутацией токов подаёт сигналы в соответствии с программой, заложенной в микроконтроллер, на реле 4 и 5. Реле 5 размыкает контакты электрической цепи, а реле 4 замыкает контакты электрической цепи. Происходит электрохимическое воздействие на инструмент 7 и его электрохимическая правка. По окончании процесса электрохимической правки инструмента реле 4 размыкает контакты электрической цепи. Подача тока прекращается. Указанные процессы повторяются в соответствии с программой, заложенной в микроконтроллер. Алмазная головка заменяется. гладким электродом. Управляющий сигнал поступает с блока управления 9 на реле 5. В результате этого деталь 8 соединяется с положительным полюсом источника тока, а гладкий электрод соединяется с отрицательным полюсом источника тока. Происходит электрохимическое полирование изделия.
 
На рис. 2 приведена фотография изготовленного нами экспериментального образца программируемого устройства.
 
 
Программируемое устройство для управления электрическими параметрами комбинированной обработки высокопрочных материалов
Рис. 2. Экспериментальный образец программируемого устройства
 
 
В таблице приведены основные технические характеристики программируемого устройства.
Таблица
 
Основные технические характеристики программируемого устройства
Наименование Значение
Тип управления электронное
Питание 9-14 В.
Максимальная сила тока 0,5А
Количество сохраняемых программ 8
Масса устройства 0,2 кг
Габаритные размеры устройства 150*90*20 мм
Платформа программирования Arduino
Язык программирования С++
Способ изменения числовых параметров программы клавишами с лицевой панели устройства
Оборудование для программирования персональный компьютер, USB-соединение;
Диапазон температур использования устройства от +10 до +40 градусо
Степень защиты оболочки IP20 по ГОСТ 14254-96
 

Результаты и обсуждение

 
Исследования работоспособности программируемого устройства проводились путем электрохимического шлифования и электрохимического полирования изделий из стали 12Х18Н10Т диаметром 10 мм и высотой 6 мм. Режимы шлифования: скорость резания 5,5 м·сек-1, глубина резания 0,1 мм, продольная подача 50 мм/мин. Режимы полирования: скорость резания 5,5 м·сек-1, глубина резания 0,01 мм, продольная подача 50 мм/мин. В качестве инструмента применялись цилиндрическая алмазная головка на металлической связке диаметром 3 мм и гладкий медный электрод диаметром 3 мм. Размер зерна алмазной головки 90…125 мкм. Обработка осуществлялась с применением электролита на водной основе (NaNO3 – 3%, NaNO2 – 1%, Na2СО3 – 0,5%). В процессе электрохимического шлифования периодически проводилась электрохимическая правка алмазной головки. Для электрохимического шлифования и электрохимического полирования использовался источник тока напряжением 12В, а электрохимическая правка алмазной головки осуществлялась с применением источника тока напряжением 9В. Проведенные испытания подтвердили работоспособность разработанного нами программируемого устройства.
 

Выводы

 
Предлагаемая конструкция программируемого устройства позволяет производить электрохимическое шлифование и электрохимическое полирование металлических изделий и электрохимическую правку абразивного токопроводящего инструмента, что расширяет его технологические возможности.
 
Список литературы
 
1. Никифоров А.С., Рафанова О.С., Мулюхин Н.В. Проблемы трещинообразования при финишной обработке высокопрочных материалов // Современные технологии: проблемы и перспективы: сборник статей всероссийской научно-практической конференции для аспирантов, студентов и молодых учёных. – Севастополь: СевГУ, 2019. – С. 77–82.
2. Повышение эффективности обработки высокопрочных композиционных материалов / А.С. Янюшкин, В.Ю. Попов, Н.П. Петров, Д.А. Рычков // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. – 2013. – Т. 1. – С. 146–149.
3. Солер Я.И., Гайсин С.Н., Казимиров Д.Ю. Прогнозирование микрорельефа шлифованных деталей переменной жесткости из стали 13Х15Н4АМ3 при многопроходном съеме припуска // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2006. – № 1 (25). – С. 64–70.
4. Григоренко В.Б. Особенности применения коррозионностойких сталей // Сталь. – 2014. – № 1. – С. 60–65.
5. Патент на изобретение RU 2489236, C2. Способ электроабразивной обработки токопроводящим кругом / В.А. Мишин, М.А. Борисов, Д.В. Александров. – № 2011122895/02; заявл. 06.06.2011; опубл. 10.08.2013, Бюл. № 22.
6. Борисов М.А., Мишин В.А. Управление процессом электрохимического шлифования при отсутствии автономной цепи правки инструмента: монография. – Чебоксары: Политех, 2019. – 134 с. – ISBN 978-5-907132-49-8.
7. Специальный осевой режущий инструмент для обработки композиционных материалов / Е.В. Васильев, А.Ю. Попов, И.А. Бугай, П.В. Назаров // СТИН. – 2015. – № 4. – С. 9–11.
8. Плоское шлифование торцов колец крупногабаритных подшипников с требуемым качеством поверхности / В.А. Носенко, В.Н. Тышкевич, С.В. Орлов, А.В. Саразов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. –2014. – Т. 14, № 4. – С. 67–78.
9. Прогрессивные машиностроительные технологии, оборудование и инструменты: коллективная монография / А.С. Верещагин, А.П. Возняковский, Т.Ф. Григорьева, О.Н. Кирилов, А.М. Козлов и др. – М.: Спектр, 2015. – Т. V. – 464 с.
10. Иванцивский В.В., Рахимянов Х.М. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин при интеграции поверхностной термической и финишной механической обработки // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2005. – № 6. – С. 43-46.
11. Integrated processing: quality assurance procedure of the surface layer of machine parts during the manufacturing step «diamond smoothing» / V.Y. Skeeba, V.V. Ivancivsky, D.V. Lobanov, A.K. Zhigulev, P.Y. Skeeba // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 125. – Р. 012031. – DOI: 10.1088/1757-899X/125/1/012031.
12. Скиба В.Ю., Иванцивский В.В. Гибридное металлообрабатывающее оборудование: повышение эффективности технологического процесса обработки деталей при интеграции поверхностной закалки и абразивного шлифования: монография. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. – 312 с. – ISBN 978-5-7782-3690-5.
13. Deep grinding of incomplete-cycle surfaces, with periodic straightening of the wheel / V.A. Nosenko, S.V. Nosenko, V.K. Zhukov, A.A. Vasilev // Russian Engineering Research. – 2008. – Vol. 28, iss. 5. – P. 442–449. – DOI: 10.3103/S1068798X08050109.
14. Popov V.Yu., Arkhipov P.V., Rychkov D.A. Adhesive wear mechanism under combined electric diamond grinding // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01002. – DOI: 10.1051/matecconf/201712901002.
15. Bratan S., Roshchupkin S., Revenko D. Probabilistic approach for modeling electroerosion removal of grinding wheel bond // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 206. – P. 1426–1431. – DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.656.
16. Борисов М.А., Мишин В.А., Дементьев Д.А. Разработка программируемого устройства для управления параметрами тока при электрохимической обработке // Проектирование и перспективные технологии в машиностроении, металлургии и их кадровое обеспечение: материалы 3 Всероссийской научно-практической конференции. – Чебоксары: ЧГУ им. И.Н. Ульянова, 2017. – С. 188–192.
17. Nosenko V.A., Nosenko S.V. Deep grinding of titanium alloy with continuous wheel correction // Russian Engineering Research. – 2010. – Vol. 30, iss. 11. – P. 1124–1128. – DOI: 10.3103/S1068798X10110110.
18. Захаров О.В. Бесцентровое шлифование конических поверхностей на станках с продольной подачей // Автоматизация и современные технологии. – 2006. – № 7. – С. 14–16.
19. Борисов М.А., Мишин В.А. Аспекты применения электрохимического шлифования зубопротезных металлических изделий // Новые технологии науки, техники, педагогики высшей школы: материалы международной научно-практической конференции. – М.: Московский Политех, 2017. – С. 157–159.
20. Kozlov A.M., Kozlov A.A. Shaping the surface topology of cylindrical components by means of an abrasive tool // Russian Engineering Research. – 2009. – Vol. 29, iss. 7. – P. 743–746. – DOI: 10.3103/S1068798X09070223.
21. Смирнов В.М., Тимофеев Д.А., Шалунов Е.П. Дисперно-упрочненная связка на основе порошковой меди для алмазного инструмента // Современные технологии в машиностроении и литейном производстве: материалы 2 международной научно- практической конференции. – Чебоксары: ЧГУ им. И.Н. Ульянова, 2016. – С. 317–320. 22. Bratan S., Roshchupkin S., Novikov P. Modeling the grinding wheel working surface state // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 206. – P. 1419–1425. – DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.655.
23. Солер Я.И., Казимиров Д.Ю., Гайсин С.Н. САПР оптимизации чистового шлифования плоских деталей 13Х15Н4АМ3 переменной жесткости по критерию шероховатости // Новые материалы и технологии в машиностроении. – 2005. – № 4. – С. 127– 134.
24. Soler Ya.I., Kazimirov D.Yu., Prokop'eva A.V. Optimizing the grinding of high-speed steel by wheels of cubic boron nitride // Russian Engineering Research. – 2007. – Vol. 27, iss. 12. – P. 916–919. – DOI: 10.3103/S1068798X07120180.
25. Popov V., Rychkov D., Arkhipov P. Defects in diamonds as the basic adhesion grinding // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 129. – P. 01003. – DOI: 10.1051/matecconf/201712901003.
26. Numerical Simulation of Temperature Field in Steel under Action of Electron Beam Heating Source / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, N.V. Martyushev, D.V. Lobanov, N.V. Vakhrushev, A.K. Zhigulev // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 712. – P. 105–111. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.712.105.
27. Борисов М.А., Мишин С.А., Сидельников А.М. Разработка конструкции устройства для автоматического управления потоком жидкости, подаваемого к нескольким потребителям // Современные технологии в машиностроении и литейном производстве: материалы 3 международной научно-практической конференции. – Чебоксары: ЧГУ им. И.Н. Ульянова, 2017. – С. 201–206.
28. Деформации в технологической системе при шлифовании / П.М. Салов, В.Н. Цай, С.С. Сайкин, Д.А. Юрпалов, Т.Г. Виноградова и др. // Научно-технический вестник Поволжья. – 2016. – № 3. – С. 44–46.
29. Борисов М.А., Лобанов Д.В., Янюшкин А.С. Гибридная технология электрохимической обработки сложнопрофильных изделий // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 1. – С. 25–34. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.1-25-34.
30. Исследование процесса автоматического управления сменой полярности тока в условиях гибридной технологии электрохимической обработки коррозионно-стойких сталей / М.А. Борисов, Д.В. Лобанов, А.С. Янюшкин, В.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 1. – С. 6–15. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.1-6-15.
31. Борисов М.А., Мишин В.А. Влияние продолжительности импульсов тока на интенсивность электрохимического шлифования // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2019. – Т. 6, № 1-4.– С. 48–52.
 
Актуальные проблемы в машиностроении. Том 8. № 1-2. 2021 Инновационные технологии в машиностроении
 

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru