Технологические показатели

 

К технологическим показателям комбинированных методов обработки материалов относятся: точность обработки, качество поверхности, производительность, режим обработки, износ инструмента.

 

Точность обработки

 

Анодно-абразивный метод используется как для черновых, так и для чистовых операций. При черновой обработке режимы выбирают исходя из условия получения максимальной производительности. Для чистовых операций необходимо обеспечить высокую точность и хорошее качество обработанной поверхности.

Погрешность после электро-абразивного шлифования находится в пределах 0,02...0,05 мм, а после электро-алмазного — 0,01...0,02 мм.

Погрешность (для сравнения) алмазного шлифования составляет 1...5 мкм. Снижение точности при наложении тока объясняется повышенным съемом металла на кромках и удалением его с поверхности, которая обработана абразивом начисто.

Для повышения точности обработки перед последними ходами инструмента ток выключают и осуществляют выхаживание.

Электроэрозионно-химический метод позволяет получить такую же точность размеров, как ЭЭО и ЭХО. При небольшой глубине отверстий погрешности не превышают 0,1...0,3 мм.

При наложении УЗ колебаний погрешность размеров составляет 0,1...0,15 мм. Это значительно хуже, чем при обычной ультразвуковой обработке, где погрешности не превышают 0,05 мм.

 

Качество поверхности

 

Из-за постоянного обновления абразивных зерен усилия резания при анодно-абразивной обработке (ААО) в 1,5...2,0 раза ниже, чем при шлифовании. При этом снижается наклеп поверхности, не образуются микротрещины. Металл, снимаемый с заготовки, не налипает на инструмент – исключается сильный нагрев из-за трения контактных поверхностей и не возникают местные прижоги.

Такие дефекты особенно опасны для высоконагруженных деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок (зубчатых колес, элементов шлицевых соединений).

Отсутствие шлифовальных прижогов позволяет повысить ресурс деталей. Шероховатость поверхности после электро-алмазной и электро-абразивной обработки уменьшается из-за анодного растворения вершин микронеровностей.

Средняя высота неровностей может быть определена по зависимости:

, мкм (11.1)

где – высота неровностей после шлифования, мкм;

=0,1...0,5 – коэффициент, учитывающий скругление выступов при наложении тока.

С целью повышения точности последние ходы выполняют без тока и тогда шероховатость электро-абразивной и электро-алмазной обработки близка к получаемой после шлифования инструментом той же зернистости.

Если применяют электрически нейтральный инструмент, то обработку все время выполняют, не выключая тока. Это обеспечивает получение минимального наклепа, отсутствие прижогов поверхности, снижение высоты неровностей до =0,1...0,15 мкм.

При обработке свободным абразивом удается получить шероховатость штампованных или литых деталей не ниже =4,5 мкм.

Такие операции позволяют механизировать ручной труд при доводке труднодоступных поверхностей.

 

Электроэрозионно-химический метод дает возможность получит у стальных деталей закаленный поверхностный слой, благодаря которому повышается их износостойкость. Толщина этого слоя несколько меньше, чем после электроэрозионной обработки (ЭЭО).

Однако вследствие разрядов заметно ухудшается шероховатость поверхности по сравнению с ЭХО.

На черновых операциях средняя высота неровностей при обработке сталей =100...150 мкм, при чистовых режимах =2...2,5 мкм.

При наложении ультразвуковых колебаний на электрохимический процесс шероховатость несколько снижается по сравнению с обычной УЗО. Это объясняется скруглением вершин выступов.

Облучение зоны обработки лазером не оказывает заметного влияния на качество поверхности.

 

1.3 Производительность

 

Все комбинированные методы ускоряют процесс съема металла.

При черновых режимах ААО съем металла происходит в основном за счет эрозии. Черновая обработка выполняется при повышенных напряжениях.

При использовании электронейтрального инструмента скорость съема возрастает из-за анодного растворения и, главное, из-за интенсификации процесса резания абразивным инструментом.

Производительность процесса ААО с применением свободного абразива или наполнителя в несколько раз выше, чем при аналогичных операциях механической обработки.

Скорость съема металла при электроэрозионно-химическом методе может быть оценена зависимостью:

(11.2)

 

где – суммарная сила тока через межэлектродный промежуток, А.

– коэффициент, учитывающий материалы электродов, режим обработки и условия эвакуации продуктов обработки;

Значение зависит прежде всего от глубины получаемой полости или отверстия. Так, в начале процесса скорость подачи электрода-инструмента может достигать 1,5 мм/с ( =20...30), но уже на глубине 2...4 мм она снижается в 5...10 раз. Скорость подачи электрода-инструмента зависит от скорости прокачки электролита.

Скорость съема металла при наложении УЗ колебаний на ЭХО может быть в несколько раз выше, чем при УЗО

(11.3)

где =3...12 – коэффициент, учитывающий изменение скорости съема металла при наложении тока.

Если УЗ колебания накладывают на абразивонесущий инструмент, то скорость процесса по сравнению с обработкой без ультразвука возрастает на 20...50 %.

Скорость анодного растворения при облучении лазером может возрасти в 15...20 раз.

 

 

1.4 Режим обработки

 

При проектировании процесса обработки следует выбрать и рассчитать:

1) Состав электролита в зависимости от обрабатываемого сплава.

При электро-абразивном и электро-алмазном шлифовании применяют растворы, содержащие хлориды натрия и калия, нитрат и нитрит натрия.

Массовая доля нитрита натрия в растворе не превышает десятых долей процента (для защиты от коррозии деталей оборудования и заготовки).

Для снижения вязкости в раствор добавляют несколько процентов фторида натрия.

Для повышения качества поверхности добавляют: олеиновую кислоту, сульфаты, фосфаты.

Шлифование электронейтральным инструментом выполняют с применением водных растворов буры, нитратов натрия и калия. Для твердых сплавов в электролит добавляют жидкое стекло.

Обработку электролитом с твердым наполнителем ведут в растворе хлорида натрия. Применение даже слабого (2...3 %) раствора кислоты способствует значительному повышению электропроводности электролита.

Электроэрозионно-химическая обработка может осуществляться в 10...13 %-ных растворах хлорида или нитрата натрия (Na₂SO₄). Для снижения износа инструмента в рабочую зону подают углеродосодержащие газы, в частности бутан.

2) Температуру электролита в баке.

При всех методах комбинированной обработки она остается такой же, как и при электрохимической обработке — более 20^оС.

3) Напряжение на электродах.

При анодно-абразивной обработке для черновых операций — 15...32 В, для чистовых операций – 3...15 В. Для твердых сплавов — нижние пределы. Если используют электропроводный наполнитель, то напряжение на электродах может быть до 80 В.

При электроэрозионно-химической обработке — 12...30 В; для прошивания отверстий — 25...30 В; при разрезании вращающимся электродом-инструментом напряжение должно быть меньше 20 В.

При наложении ультразвуковых колебаний значение напряжения зависит от размеров абразивных зерен. Напряжение рассчитывается по экспериментальной зависимости:

, В (11.4)

где – размер абразивного зерна, мкм.

При облучении зоны обработки лазером напряжение можно снизить в 1,5...2 раза.

4) Давление инструмента на заготовку.

Для электро-абразивного и электро-алмазного шлифования связанным и свободным абразивом для получения наиболее высокой производительности и точности давления инструмента на обрабатываемую поверхность должно быть 0,2...0,5 МПа. При шлифовании электронейтральным инструментом электрод-инструмент не касается заготовки. При полировании и хонинговании — 0,05...0,3 МПа. Оно обеспечивает шероховатость до =0,04 мкм.

5) Выбор оборудования, электрода-инструмента, зернистости абразива и наполнителя.

Выполняется по рекомендациям.

6) Расчет скорости перемещения рабочей части инструмента относительно обрабатываемой поверхности, т.е. движения, не связанного с подачей инструмента.

Увеличение скорости движения инструмента улучшает вынос продуктов обработки и способствует ускорению процесса, повышению качества детали. Однако окружная скорость ограничена прочностью кругов, возможностями подачи электролита.

Для шлифования абразивным и алмазным инструментом со связанным и свободным зерном частота вращения п круга диаметром составит:

,

где V =18...30 м/с – скорость на периферии инструмента; .

При электронейтральном инструменте окружная скорость круга при шлифовании такая же, а при хонинговании она определяется числом ходов бруска в единицу времени (обычно 0,5...1,5 двойных хода в секунду) и частотой вращения заготовки.

Общую скорость находят путем сложения скорости движения инструмента 1 вдоль оси отверстия и скорости от вращения заготовки 2 (рисунок 11.7):

 

 

1 – инструмент; 1 – инструмент; 2 – заготока.

 

Рисунок 11.7 — Схема хонингования

1 — инструмент; 2 — заготовка.

 

(11.5)

где (11.6)

где: L – длина обрабатываемого отверстия, м;

– число двойных ходов в секунду.

 

(11.7)

где — диаметр отверстия, м;

– частота вращения заготовки, с^-1.

Общая скорость может составлять 1...10 м/с. Скорость перемещения наполнителя зависит от скорости электролита и изменяется в широких пределах (1...30 м/с).

Наложение УЗ колебаний приводит к ускорению движения абразивных частиц. Скорость здесь задают через частоту f и амплитуду колебаний инструмента, как при обычной УЗО.

 

 

1.5 Износ (и профилирование)

Круги для электроалмазной и электроабразивной обработки, полученные прессованием или литьем, имеют высокую скорость. Их износ при обработке даже фасонных поверхностей не превышает 2 % от объема снятого металла (в 80...100 раз меньше, чем при обычном шлифовании).

У кругов с графитовым наполнителем износ на порядок (в 10 раз) выше и их необходимо часто править.

Круги, изготовленные гальваническим методом и накатыванием, имеют тонкий рабочий слой; когда он изнашивается, круг становится непригодным.

При электроэрозионно-химическом методе относительный износ инструмента зависит от плотности тока на аноде и площади обрабатываемой поверхности.

Так, с увеличением плотности тока с 1 до 5 А/мм² износ возрастает в 6...8 раз и для графитовых материалов составляет 0,5...3,0 %, для чугуна — 4...8 %, для латуни и меди — до 5 % объема снятого металла.

Износ инструмента при наложении УЗ колебаний зависит от плотности тока. Плотность тока ограничивают значениями 0,15...0,2 А/мм². При этом износ инструмента в 8..10 раз ниже, чем при ультразвуковом прошивании.

 

Профилирование круга

 

При профилировании круга применяют электроэрозионную и электрохимическую обработку:

— точение твердосплавными и минералокерамическими резцами (резцы выполняют в форме роликов и набирают их на оправку);

— точение алмазными резцами и вращающимися роликами (чистовое профилирование);

— пластической деформацией (инструмент-ролик) с нагревом зоны обработки.

 

Таблица 11.1 — Характерные показатели новых методов обработки металлов

 

Обработка	мах V съема метал ла,	Пот — ребля — емая N, кВт	Ско — рость реза — ния,	Ско — рость проп — лавле — ния,	Точность, мкм	Типовой станок
дости — гаемая	при мах скоро — сти съема металла	N, кВт	Стои — мость Т, руб. *
Токарная				—	2,5			6,5
Шлифование				—	2,5
Плазменная				25,4				8,5
Эрозионная			—	12,7
Электрохимическая	16,4		—	12,7
Ультразвуковая	0,82		—	0,5				4,2
Электронным лучом	0,008	10.000
Рубиновым лазером	0,0048	60.000	—					4,2

 

* В ценах 1973 года.

 

2. Контрольные вопросы

 

1. Что такое комбинированные методы обработки?

2. Охарактеризуйте анодно — абразивную обработку.

3. Поясните способ электро — абразивного шлифования электронейтральным инструментом.

4. Какие факторы влияют на съем металла при использовании свободного абразива или наполнителя?

5. В чем сущность электроэрозионно — химической обработки?

6. Какое влияние на технологические показатели процесса УЗО оказывает анодное растворение металла?

7. Как влияет световой луч на процесс ЭХО?

8 Какие технологические показатели имеет электроэрозионно — химическая обработка по сравнению с ЭЭО и ЭХО?

 

Литература

 

1. Артамонов, Б. А., Волков, Ю. С., Дрожалова, В. И. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учебное пособие (в 2-х томах). /под ред. В. П. Смоленцева. — М.: Высшая школа, 1983.

 

2. Бирюков, Б. Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки. /Б. Н. Бирюков — М.: Машиностроение, 1981.

 

3. Фотеев, Н. К. Технология электроэрозионной обработки. / Н. К. Фотеев — М.: Машиностроение, 1980.

 

4. Мороз, И. И. Электрохимическая обработка металлов. / И. И. Мороз — М.: Машиностроение, 1969.

 

5. Подураев, В. Н., Камалов, В.С. Физико-химические методы обработки. / Подураев В. Н., Камалов В. С. — М.: Машиностроение, 1973.

 

6. Попилов, Л. Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов. / Л. Я. Попилов.Справочник. 2 - е изд. доп. и перераб. — М.: Машиностроение, 1982.

 

7. Барон, Ю. М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов. / Ю. М. Барон — Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986.

 

8. Горохов, В. А.. Технология обработки материалов. Учебное пособие. / В. А. Горохов — Мінск, Беларуская навука, 2000.

 

 

9. Дальский, А. М. Технология конструкционных материалов. / А. М. Дальский — 2-ое., доп. и перераб. — М.: Машиностроение, 1990.

10. Комарова, О.С. Технология конструкционных материалов. / Под общей ред. О.С. Комарова — Минск: Знание, 2005.

 

11. Петруха. П.Г. Технология обработки конструкционных материалов. / Под ред. П. Г. Петрухи — М: Высшая школа, 1991.

 

Содержание Стр

 

1. Введение. Историческая справка. Классификация физикохимических методов обработки металлов 3

2. Электроэрозионная обработка металлов 12

3. Размерная электрохимическая обработка 24

4. Ультразвуковая обработка материалов 55

5. Электроннолучевая обработка материалов 71

6. Светолучевая обработка материалов 83

7. Плазменная обработка 91

8. Электровзрывная обработка 106

9. Магнитоимпульсное формообразование 127

10. Магнитно-абразивная обработка 136

11. Комбинированные методы обработки материалов 150