ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ (Что-то вроде лекций или метод), страница 2

Локализация процесса и кратковременность действия импульсов, а также влияние охлаждающего действия электролита позволяют получить обработанную при грубых режимах поверхность с

Рис. 4.3. Условия протекания анодно-механического процесса обработки

периферией диска:

а — на грубых режимах; б — на мягких режимах; / — электролит; 2 — анод —

обрабатываемая заготовка; 3 — катод-инструмент; 4 — продукты растворения; I — зона импульсного разряда; // — зона оплавления вершины микровыступа; D_St — движение тангенциальной подачи

меньшими структурными изменениями, нежели при электроконтактной обработке, при той же шероховатости (Rz 80...40 мкм) и производительности (2000...5000 мм³/мин).

Очевидно, что съем металла будет происходить там, где толщина пленки меньше, отсюда и возникает возможность регулировать процесс обработки изменением удельного давления в зоне обработки подачей D_St инструмента на обрабатываемую заготовку.

На мягких режимах обработка происходит за счет непрерывного удаления анодной пленки рабочей поверхностью инструмента или абразивом и возникающего на очищенных от пленки местах процесса электролитического растворения металла заготовки. Поскольку (рис. 4.3, б) удаление пассивированной пленки (следовательно, и анодное растворение) осуществляется по вершинам микровыступов, постольку происходит сглаживание поверхности. Чистовая обработка происходит при низких (2...6 В) напряжениях и невысоких плотностях тока (0,01 ...0,03 МА/м²). Эрозионные процессы на мягких режимах отсутствуют и шероховатость поверхности достигает Ra 0,16...0,04 мкм при очень незначительном изменении структуры подповерхностного слоя. При этом производительность достигает всего 3...5 мм³/мин.

Методом АМО обрабатывают заготовки из всех токопроводящих материалов, высокопрочных и труднообрабатываемых металлов и сплавов, вязких материалов.

В станках для анодно-механической обработки используют системы ЧПУ. Программа управляет скоростями движений заготовки и инструмента, поддерживает постоянство зазора в рабочем пространстве между ними, задает параметры электрического режима при переходе с черновой обработки на чистовую.

Разновидности анодно-механической обработки. Электроабразивная и электроалмазная обработка — это разновидности чистовой АМО. При электроабразивной обработке инструментом-катодом является шлифовальный круг, выполненный из абразива на электропроводящей основе. Такой основой может быть бакелитовая связка с графитовым наполнителем. Применяется также и пропитывание свинцом абразивных кругов.

Типовая схема злектроабразивной обработки представлена на рис. 4.4. Торец токопроводящего круга / покрыт частицами абразива 2из А1₂0₃ (размер зерна 60...80 мкм). Как показано на схеме, частицы абразива 2 — изолирующая прокладка между анодом (обрабатываемой заготовкой 4) и катодом — инструментом /.

Условие оптимального проведения процесса — это поддержание зазора, при котором плотность тока будет наибольшая, а короткое замыкание еще не возникает. Этот зазор сохраняют выступающие из связки абразивные частицы.

Согласно схеме, представленной на рис. 4.4 (зона обработки Л), абразивные зерна 2 при перемещении токопроводящего круга / в направлении стрелки проводят съем анодной пленки и некоторого количества металла 5 заготовки 4. Электролит подводят в зону обработки через лоток 3. Интенсивность анодного растворения высока благодаря большой плотности тока, которая определяется размером межэлектродного промежутка 0,025...0,030 мм.

Производительность при предварительной обработке достигает 20...30 мм³/мин, при этом около 85...90% металла снимается за счет анодного растворения и 15...10% — за счет механического действия абразива. Удаление связки при износе круга проходит автоматически. При пробое межэлектродного промежутка в месте наименьшего зазора связка и графит в дуге разряда выгорают. Поскольку этот процесс имеет локальный характер и происходит в условиях охлаждения электролитом, существенного влияния на шероховатость и состояние поверхности искрение не оказывает.

Рис. 4.4. Схема электроабразивной обработки торцом круга:

1 — катод — токопроводящий круг; 2 — частицы абразива; 3 — лоток (или сопло); 4 — анод — обрабатываемая заготовка; 5 — снимаемый материал; 6 — электролит; А — зона обработки; остальные обозначения см. на рис. 4 1

Окружную скорость круга выбирают в пределах 8...20 м/с. Электрические режимы зависят от вида обработки. При предварительной обработке напряжение выбирают в пределах 20...25 В и силу тока 20... 30 А, при окончательной — напряжение и силу тока снижают соответственно до 10...15 В и 12...15 А. Шероховатость поверхности при электроабразивной обработке достигает Ra 0,16 мкм. Припуски на электроабразивную обработку выбирают в пределах 0,05...0,5 мм.

Электроалмазную обработку проводят по тем же схемам, но применяя электропроводные круги с тонким слоем (δ = 3 мм) алмазной крошки зернистостью А8—А10. Относительная концентрация алмазной крошки на этих кругах для предотвращения короткого замыкания достигает 100 %, что значительно выше, чем на кругах для механического алмазного шлифования.

Благодаря этому плотность тока при электроалмазной обработке может достигать 0,6... 1 МА/м², что значительно увеличивает производительность. Напряжение в зоне обработки низкое, всего 5...45 В, что исключает возникновение эрозионных процессов. Износ алмазных кругов значительно ниже, стойкость круга достигает 10 000... 12 000 ч.

Окружные скорости при обработке алмазом принимают равными 25... 80 м/с, а давление может быть повышено до 0,3...0,45 МПа.

По данной схеме до 25 % металла удаляется абразивным действием круга и 75 % — анодным растворением. Шероховатость поверхности достигает Ra 0,16...0,08 мкм при плоскостности 0,01 мм на 100 мм.

4.4. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА

В основе электрохимической размерной обработки (ЭХРО) лежит процесс анодного растворения проводящих материалов — электрополирование (рис. 4.5), заключающийся в растворении металла

анода / под действием тока в среде электролита 3 благодаря переходу в раствор образующихся на поверхности анода солей 2 (4 — катодная пластина, 5 — газы). Таким образом, этот процесс можно рассматривать как обратный гальваническому осаждению.

Рис. 4.5. Процесс анодного растворения:

1 — анод-заготовка; 2 — продукты растворения; 3 — электролит; 4 — катодная пластина; 5— газы, образующиеся поляризацией анода

Процесс анодного растворения, протекающий на поверхности анода-заготовки, в основном проходит (см. рис. 4.5) на микровыступах вследствие более высокой плотности тока на вершинах микровыступов и заполнения впадин непроводящими продуктами растворения. Образующиеся при поляризации анода газы способствуют разрушению пленки также главным образом на микровыступах. В результате избирательного растворения, т.е. большей скорости растворения выступов, нежели впадин, происходит сглаживание поверхности, снижается ее шероховатость (в полтора-два раза по сравнению с исходной, которая должна быть не ниже Rz 10... 20 мкм), появляется металлический блеск, изменяются те электрофизические характеристики заготовки, которые зависят от наличия микротрещин, удаляемых при анодном растворении.

Возможности метода заключаются в следующем. Применение метода ЭХРО, как показывает практика, приводит к улучшению физических и механических характеристик деталей, например, у ряда никелевых сплавов происходит улучшение электрических и магнитных свойств, повышается коррозионная стойкость. Появляется возможность обрабатывать тончайшие пленки (до 1,5... 2 мкм) для ленточных и конденсаторных микрофонов и пр.

Важной особенностью электрополированных поверхностей является то, что они не имеют деформированного и разрушенного слоя, наклепа и термических изменений. Однако при неудачно выбранных режимах могут растравливаться границы зерен. Вследствие этого, например, у жаропрочных материалов понижаются характеристики длительной прочности. Таким образом, электрополирование целесообразно применять, когда наряду со снижением шероховатости необходимо убрать дефекты предшествующей обработки (наклеп, прижоги, микротрещины) или довести размер заготовки до требуемого.

Статические механические характеристики (кратковременная прочность и пластичность) после электрополирования не меняются. Однако усталостная прочность повышается за счет удаления с поверхности концентраторов напряжения.

Существенно уменьшается величина коэффициента трения (в 2—2,5 раза) за счет изменения микрорельефа поверхности (даже при обработке только одной из трущихся поверхностей). Это связано с уменьшением высоты микронеровностей и соответственным увеличением контактной площади.

Сущность метода ЭХРО состоит в проведении обработки при прокачивании электролита в щель, образованную электродами, так называемый межэлектродный промежуток. Этот процесс можно осуществлять как в электролитической ванне (рис. 4.6, а), так и в закрытой камере (рис. 4.6, б). При электрохимической обработке непрерывно подводимая в межэлектродный промежуток струя 2 свежего электролита растворяет образующиеся на аноде соли и

Рис. 4.6. Схема электрохимической обработки:

а — в электролитической ванне; б — в закрытой камере; / — электрод-инструмент; 2 — электролит; 3 — анод-заготовка; 4 — межэлектродный промежуток; 5 — изоляция инструмента; 6 — отверстие для прокачивания электролита; Д — движение вертикальной подачи

удаляет их из зоны обработки. Чтобы удаление металла с анода-заготовки 3 осуществлялось ориентированно, участки заготовки, не нуждающиеся в обработке, изолируют, а электроду-инструменту 1 придают форму, зеркально отображающую получаемую поверхность. Для ЭХРО применяют нейтральные электролиты, с которыми металл детали или не реагирует, или реагирует слабо. По сравнению с растворами сильных минеральных кислот применяемые для размерной обработки нейтральные электролиты хотя и обладают меньшей электропроводимостью, но зато не оказывают разрушающего действия на оборудование и практически безвредны для рабочих.

Наиболее широко применяют электролиты, состоящие из растворов солей натрия NaCl, NaN0₃ и Na₂S0₄, нейтральность которых достигается добавлением в электролит слабого раствора соляной кислоты.

Снятие металла интенсивнее всего происходит на периферии и менее интенсивно в центре, поэтому плоская поверхность не может быть получена плоским электродом.

Точность обработки и шероховатость поверхности зависят от точности исполнения оборудования, инструмента, приспособлений, колебаний режима, неоднородности материала и т.д. В дополнение к перечисленным факторам следует отнести факторы, имеющие отношение непосредственно к данному процессу, а именно постоянство плотности тока по всей обрабатываемой поверхности в течение машинного времени обработки t_м, постоянство межэлектродного промежутка h₀, обеспечиваемого соответствующей скоростью подачи v_п, равномерность распределения и циркуляции электролита по обрабатываемой поверхности и в межэлектродном промежутке.