Смоленцев В.П., А.И.Болдырев, Смоленцев Е.В. Теория электрических и физико-химических методов обработки - файл n6.doc

приобрести
Смоленцев В.П., А.И.Болдырев, Смоленцев Е.В. Теория электрических и физико-химических методов обработки
скачать (19739.8 kb.)
Доступные файлы (7):
n1.doc7166kb.24.10.2007 18:29скачать
n2.doc13444kb.23.01.2008 14:10скачать
n3.doc3313kb.24.10.2007 18:29скачать
n4.doc3436kb.24.10.2007 18:29скачать
n5.doc1172kb.24.10.2007 18:29скачать
n6.doc878kb.24.10.2007 18:29скачать
n7.doc48kb.24.10.2007 18:29скачать

n6.doc

1   2   3


- если обрабатывают вязкие материалы (медь, титан, алюминий и их сплавы, жаропрочные сплавы и др.), то необходимо снизить негативное влияние тепловых процессов (прижогов), изменения механических характеристик (перенаклепа) из-за наволакивания материала заготовки на абразивный инструмент (так называемое "засаливание"). Для устранения этого негативного явления химическое и тепловое воздействие направляют преимущественно на удаление загрязнений с инструмента, т.е. процесс выполняют при обратной полярности (анод – инструмент);

ЭАО выполняется по схемам, близким к методам механической обработки абразивным инструментом. Наиболее часто используется схема шлифования, при котором за счет вращения абразивного токопроводящего круга достигается механический съем материала заготовки, обеспечивается требуемая (до 20 м/с) скорость перемещения рабочей среды между электродами. За счет наложения электрического тока при малом межэлектродном зазоре (не более высоты выступания из круга абразивного зерна) процесс приобретает характеристики ЭКО в жидкой среде, которая способна проводить ток, что активизирует комбинированный метод путем механической депассивации (МИВ) поверхностного слоя заготовки и анодного растворения (ЭХО).

Рассматриваемый процесс при прямой полярности требует управления составляющими воздействиями в следующей последовательности:

При обратной полярности величина тока, подаваемого на инструмент, выбирается из условия очистки круга от вязких продуктов обработки и поддерживается на минимальном уровне, превышение которого увеличивает износ инструмента.

В случае переменной полярности удается достичь наиболее высоких технологических показателей, но на рассматриваемом этапе развития науки в этой отрасли не удается создать надежное и доступное управление процессом.

В работе в основном рассматривается схема ЭАО при прямой полярности.

Обоснование предельных технологических возможностей. Электроабразивное и электроалмазное шлифование повышает производительность операции по сравнению с обычной абразивной обработкой до 50 раз, сокращает расход инструмента в 1,5...2 раза. Чтобы избежать дополнительных погрешностей, на кромках заготовки, где наблюдается повышенный съем металла, такую обработку выполняют в несколько этапов, последний из которых проводится либо при очень низком напряжении (3...5 В), либо при выключенном источнике питания. Тогда удается достичь точности не ниже, чем при абразивном или алмазном шлифовании. Следует учитывать, что токопроводящие круги сложно править, придавая им требуемый профиль. Инструменты для электроалмазного шлифования в большинстве случаев вообще нецелесообразно профилировать, если глубина профиля превышает несколько миллиметров. Это объясняется малой толщиной алмазоносного слоя и значительной стоимостью удаленных при правке алмазных зерен.

Для изготовления деталей со сложным профилем целесообразнее применять схему со свободным абразивом, хотя точность формообразования здесь значительно ниже. Это объясняется тем, что пока еще нет надежных способов подачи абразива в зону обработки, чтобы количество зерен равномерно распределялось по поверхности. Такой вид обработки в основном применяют для предварительного удаления припуска или для случаев, когда допуски на размеры достаточно большие. Для плоских поверхностей или участков с плавным изгибом свободный абразив может успешно использоваться для притирочных и доводочных операций, обеспечивая при этом высокое качество поверхности и точность формы.

Обработка в электролите с неэлектропроводным наполнителем дает возможность получить шероховатость поверхности штампованных или литых деталей в пределах Rа1 мкм. При этом время процесса по сравнению с механической обработкой сокращается примерно в 20 раз.

Если наполнитель электропроводный, можно, кроме ускорения процесса удаления неровностей, обеспечить размерный съем металла, т. е. получать требуемую точность удаленных от места подвода тока поверхностей. К таким деталям относятся внутренние поверхности корпусов насосов компрессоров, закрытые центробежные колеса.

При оценке технологических показателей ЭАО следует учитывать, что она используется как на черновых, так и на чистовых операциях. При черновой обработке режимы выбирают из условия обеспечения максимальной производительности. На чистовых операциях главным является обеспечение высокой точности и хорошего качества получаемых поверхностей.

При применении абразивного инструмента точность обработки значительно повышается по сравнению с электрохимическим шлифованием, но она ниже, чем при обработке абразивным или алмазным инструментом. Погрешность после электроабразивного шлифования находится в пределах 0,02-0,05 мм, а после электроалмазного - 0,01-0,02 мм (погрешность для обычного алмазного шлифования - 0,001-0,005 мм). Снижение точности при прохождении электрического тока объясняется повышенной скоростью съема металла на кромках и его удалением с поверхности, уже обработанной начисто абразивом. Для устранения этого недостатка последние ходы инструмента осуществляют без наложения электрического тока, а производят выглаживание.

При использовании для обработки свободного абразива погрешность обработки находится в пределах 0,02-0,5 мм, что объясняется сложностью создания его постоянной концентрации в зазоре и, как следствие, – нестабильностью удаления припуска.

Качество поверхности заметно повышается при соблюдении условия обновления зерен (обратная полярность), когда силы резания в рассматриваемом способе обработки в 1,5-2 раза ниже, чем при обычном шлифовании. Это снижает наклеп поверхности детали, предотвращает образование микротрещин. Снимаемый с заготовки металл не налипает на инструмент, что исключает нагрев и возникновение прижогов. Перечисленные дефекты особенно неблагоприятны для высоконагруженных деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок (зубчатые колеса, шлицевые соединения). Их отсутствие дает возможность значительно повысить ресурс детали.

Шероховатость поверхности после ЭАО снижается из-за более интенсивного анодного растворения по пикам микронеровностей. Для аналитического определения параметра шероховатости Rа можно предложить выражение
Ra = K . R,
где Rаш - шероховатость поверхности после шлифования, мкм; К - коэффициент, учитывающий скругление выступов при наложении электрического тока, К = 0,1-0,5.

Если, с целью повышения точности, последние ходы электроабразивного шлифования выполняются без наложения тока, то окончательная шероховатость поверхности близка к шероховатости, получаемой при традиционном шлифовании, - Rа=0,63 - 0,15 мкм. При использовании электронейтрального инструмента электрический ток не выключают, что позволяет получать шероховатость поверхности Rа=0,1-0,15 мкм.

Комбинированные процессы позволяют ускорить процесс удаления припуска, поэтому производительность возрастает.

При черновых режимах удаление металла происходит преимущественно за счет электроэрозии. Процесс близок к электроэрозионному, и производительность Q оценивается по аналогичной формуле
Q=k.I, (7.13)
где I - сила тока при обработке, А; k- коэффициент, который учитывает материал электродов, режим обработки и долю съема за счет анодного растворения и абразивной обработки, г/(А.с). Он незначительно превышает аналогичный коэффициент для электроэрозионной обработки.

При обработке на чистовых режимах снижается рабочее напряжение и доля удаленного металла за счет эрозии и резания зерном. Основной вклад в производительность (Q) процесса вносит анодное растворение:
, (7.14)
где F- площадь обрабатываемой поверхности.

При использовании электронейтрального инструмента скорость удаления припуска возрастает за счет анодного растворения и интенсификации процесса резания абразивным инструментом. В этом случае определение производительности производят также, как при шлифовании, а влияние тока учитывают коэффициентом, который зависит от свойств обрабатываемого материала и изменяется в достаточно широких пределах.

При проектировании технологических процессов с использованием ЭАО следует рассчитывать и выбирать следующие режимы:

- Состав электролита. Применяют растворы, содержащие хлориды натрия и калия, нитрат и нитрит натрия. Массовая доля нитрита натрия не превышает десятых долей процента. Но этого достаточно, чтобы появилась необходимость установки защиты от коррозии деталей оборудования и заготовки. Для снижения вязкости раствора в него добавляют фторид натрия. Такая добавка способствует растворению коллоидных гидрооксидов и повышает скорость съема металла. Известны также составы, содержащие олеиновую кислоту, сульфаты, фосфаты и др. Они способствуют повышению качества поверхности, точности и производительности процесса.

При обработке жаропрочных сплавов в большинстве случаев применяют растворы хлорида и нитрата натрия, для твердых сплавов - гидроксида натрия.

Шлифование электронейтральным инструментом выполняют с применением водных растворов буры, нитратов натрия и калия. Для твердых сплавов в электролит добавляют жидкое стекло. При хонинговании чаще всего используют растворы фосфатов и нитратов. Обработку с использованием свободного абразива ведут в растворе хлорида натрия. В последние годы удалось в качестве рабочей среды использовать станочные смазывающе-охлаждающие жидкости, особенно токопроводящие. Применение даже слабого (2 ... 3 %) раствора кислоты способствует значительному повышению электропроводности рабочих сред, однако, требует дополнительных затрат по обеспечению техники безопасности.

При расчете режимов следует учитывать, что:

- температура электролита, подаваемого в зону обработки, остается такой же, как и при ЭХО (293 ... 300 К). Применение более высоких значений температур приводит к резкому снижению качества обрабатываемой поверхности;

- рабочее напряжение на электродах при ЭАО назначают на черновые и чистовые операции. Для черновых операций напряжение выбирают в диапазоне 15...32 В, для чистовых - 3...15 В. При обработке твердосплавных заготовок применяют нижнее значение напряжений указанных диапазонов. Если ведется обработка со свободным абразивом, то напряжение на электродах повышают (до 80 В);

- давление инструмента на заготовку для получения более высокой производительности и точности должно находиться в пределах 0,2...0,5 МПа. Увеличение силы прижима вызывает ускоренный износ круга и снижение технологических показателей процесса;

- увеличение скорости движения инструмента относительно обрабатываемой поверхности улучшает вынос продуктов обработки, увеличивает производительность процесса и повышает качество обработки. Для шлифования абразивным и алмазным инструментом со связанным и свободным абразивом частота вращения n круга диаметром D составляет n = V/(D), где V=18...30 м/с - скорость на периферии инструмента. При использовании электронейтрального инструмента при шлифовании скорость круга остается такой же, а при хонинговании. Она определяется числом ходов брусков в единицу времени (обычно 0,5...1,5 двойных хода в секунду) и частотой вращения заготовки.

Общую скорость Vо находят как сумму скорости V1 движения инструмента вдоль оси вращения и скорости V2 от вращения заготовки:
.
7.4.3. Химикомеханическая обработка (ХМО)

Описание способа и область его применения. Метод нашел применение в основном для обработки каналов постоянного сечения, где использован новый способ регулирования подачи комбинированного инструмента (а.с. 663518, 1085734), обеспечивающего высокую точность обработки и гарантированный наклеп поверхности, позволяющий получить наибольший предел усталостной прочности деталей.

В работе [10] показано, что усталостная прочность материалов после электрохимической размерной обработки может снижаться по сравнению с механическим формообразованием. Это объясняется уменьшением и устранением наклепа поверхности, а также микрорастравливанием сплавов. Приведенные результаты исследований показали возможность устранения или снижения негативного воздействия анодного растворения на прочность деталей за счет упрочнения. Установлено, что существует оптимальная степень наклепа, при которой усталостная прочность сплавов имеет наибольшее значение. Как правило, этот показатель занимает промежуточное значение между минимальным наклепом (после электрохимической размерной обработки) и его наибольшим значением (после дробеструйного, виброударного и другого упрочнения).

В таблице 7.2 показаны осредненные значения усталостной прочности материалов при испытании без нагрева (база испытаний 107 циклов). Анализ таблицы 7.3 показывает, что при существующих методах обработки не удается достичь наибольшей прочности материала, т.е. поднять ресурс изделий до теоретически возможного предела. Этому мешает наклеп исходной поверхности перед упрочнением, который может изменяться после точения до 2-3 раз, фрезерования – до 1.5 раз, шлифования – до 2,5…2,6 раз.

Из таблицы 7.2 видно, что изменение степени наклепа даже на 1-2% резко изменяет усталостную прочность сплава. Следовательно, перед упрочнением необходимо создать поверхность, не имеющую наклепа или с минимальной его величиной. Вторым фактором, обеспечивающим нужный наклеп, является стабильная сила давления на деформирующий инструмент. В случае обработки каналов вводится еще одно ограничение – равномерный расчетный припуск, изменение которого должно быть в пределах 8-10 мкм. Но возможности электрохимической размерной обработки не позволяют получить такую погрешность, поэтому требуется создание комбинированного метода, обеспечивающего высокую точность профиля и гарантированный наклеп поверхности. Применительно к каналам в нем использован новый принцип подачи электрода-инструмента: с постоянной продольной силой вместо стабильной скорости перемещения (рис. 7.8), где показана [8] схема, реализующая способ электрохимикомеханической
Таблица 7.2. Изменение усталостной прочности сплавов при различном наклепе поверхности

Сплав




Наибольшее увеличение показателя усталостной прочности, %

После электрохимической размерной обработки

После упрочнения

Оптимальные значения

Стали:













40ХНМА







10,2

ЭИ437Б







13,6

Сплавы:













ЖС-6К







29,4

Титановые сплавы:













ВТ3-1







32

ВТ9







80
1   2   3


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации