Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов

Попилов Л.Я.

Машиностроение, 1971 г.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Электрохимическая обработка металлических заготовок и деталей, имеющая целью удаление заданных количеств материала, заменяя механические методы воздействия, открывает широкие возможности технологического совершенствования производства, особенно при изготовлении изделий современной техники. Одной из наиболее перспективных среди многочисленных разновидностей электрохимической обработки является размерная электрохимическая обработка, основанная на удалении обрабатываемого металла анодным растворением в движущемся электролите. При такой обработке обеспечиваются практически весьма высокие удельные съемы металла, т. е. высокая производительность обработки.

Принципы осуществления электрохимической обработки широко освещены в литературе [8, 10, 31] и здесь не рассматриваются.

Некоторые характеристики электрохимической обработки, показывающие место этих методов в ряду других, приведены и на схеме [8, 9, 10, 29, 31, 34, 38].

Основные достоинства электрохимической размерной обработки в проточном электролите.^высокая производительность, достигающая десятков тысяч кубических миллиметров в минуту и принципиально не имеющая ограничений^ полное отсутствие износа электрода-инструмента; возможность повышения чистоты и точности обработки при одновременном повышении производительности, чего нет ни у одного из других механических или электрических методов обработки; высокая чистота обработанной поверхности; наличие некоторого саморегулирования процесса при растворении сплавов неоднородного кристаллического строения, приводящее к равномерному растворению их поверхности.

Недостатки: высокая энергоемкость процесса; необходимость принятия специальных мер для удаления или обработки отходов (шлама и газов); затруднительность управления процессом при обработке сложнопрофилированных деталей с высокой точностью; необходимость обеспечения интенсивной циркуляции электролита в процессе обработки; некоторое снижение выхода по току при возрастании плотности тока.

Основные достоинства электрохимической обработки в стационарном электролите (применительно к операциям типа электрополирования): возможность получения поверхностей с высокими классами чистоты у сложнопрофилированных изделий; отсутствие необходимости в специальном инструменте.

Недостатки: невысокая удельная производительность и затруднительность форсирования ее повышением плотности тока; чувствительность к изменениям состояния и состава электролита, проявляющаяся в нарушении стабильности процесса; существенное влияние неоднородности строения и состава обрабатываемых деталей на качество получаемой поверхности; недостаточная универсальность применяемых электролитов.

Электрохимическая размерная обработка металлов основана на явлении анодного растворения. Несмотря на относительную простоту и хорошую изученность принципов, лежащих в основе электрохимической обработки при ее практическом осуществлении, необходимо решение большого числа сложных инженерных задач,

ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ обработка

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Согласно современным представлениям к электроэрозионным относятся разнообразные методы обработки, в которых разрушение материала осуществляется под действием тепла, вызываемого электрическим импульсным разрядом. С этой точки зрения электроэрозионными являются методы черновой анодно-механической обработки, электроконтактные, электроискровой, электроимпульсный и некоторые другие. Однако с учетом практической реализации и технологической специфики принято относить к электроэрозионным методам электроискровую и электроимпульсную разновидности обработки. Так как вопросам электроэрозионной обработки посвящена весьма обширная литература [5, 9, 14—17, 19, 30, 31, 42], а сами методы имеют заметное промышленное распространение, здесь не приводятся общие сведения и положения, а также принципиальные электрические и кинематические схемы обработки.

Достоинства электроэрозионной обработки: возможность обрабатывать токо-проводящие материалы любой механической прочности, твердости, вязкости, хрупкости; широкий диапазон параметров режимов, позволяющий получать различное качество обработанной поверхности; возможность обрабатывать детали сложных форм и осуществлять операции, не выполнимые другими способами, например, прошивание отверстий с криволинейной осью; отсутствие необходимости в специальном высокопрочном и высокотвердом инструменте; относительная несложность изготовления электродов-инструментов; отсутствие механических воздействий на обрабатываемую деталь и отсутствие необходимости в приложении механических усилий к образующему инструменту; значительное снижение количества отходов по сравнению с механической обработкой; значительное снижение трудоемкости обработки сложных изделий из труднообрабатываемых металлов и сплавов; возможность механизации и автоматизации процесса обработки.

Недостатки: обратная зависимость между производительностью и чистотой и точностью обработки; необходимость производить обработку при погружении заготовки и инструмента в жидкость; зависимость точности и чистоты обработки от большого числа факторов, учет которых не всегда возможен; относительно низкая производительность при обработке материалов невысокой твердости (мягкая сталь, цветные сплавы).

Достоинства электроискровой обработки: широкий диапазон режимов, охватывающий обработку от черновой до отделочной; возможность прецизионной обработки деталей сложных форм из твердых сплавов с получением высокой чистоты поверхности .

Недостатки: высокий износ электрода-инструмента, особенно на черновых режимах; низкая производительность на чистовых режимах и при прецизионной обработке; относительно ограниченная возможность повышения мощности, вводимой в.зону обработки; повышенный удельный расход энергии; работа на повышенном (до 200—250 в) напряжении.

Достоинства электроимпульсной обработки: высокая производительность на черновых режимах; возможность введения значительных мощностей в зону обработки; работа на относительно безопасном напряжении; весьма незначительный износ обрабатывающего инструмента.

Недостатки: низкое качество поверхности и наличие измененного слоя при обработке на черновых режимах; относительно низкая производительность при обработке твердых сплавов; сравнительно небольшой удельный расход энергии.

Достоинства высокочастотной электроэрозионной обработки: возможность выполнения прецизионной обработки с получением деталей высокой чистоты и точности; возможность применения в качестве рабочей жидкости не только органических жидкостей, но и слабых растворов электролитов; низкий износ электрода-инструмента; возможность осуществления на обычных станках с помощью специальных приставок.

Недостатки: относительно низкая производительность, хотя и превышающая производительность электроискровой обработки на чистовых режимах; необходимость применения установок и станков повышенной точности; необходимость принудительной прокачки жидкости в зазоре между электродом и заготовкой.

Электроэрозионная обработка металлов иногда подразделяется на отдельные разновидности — электроискровую низкочастотную, электроискровую высокочастотную, электроимпульсную и т. д. Подобное деление, обусловленное некоторыми практическими целями, не может быть обосновано с точки зрения существа метода, так как механизм удаления металла во всех этих разновидностях одинаков — эрозия как результат теплового действия импульсов электрической энергии, схема VI.1. Диаграмма рис. VI.1 показывает отсутствие резких границ между отдельными разновидностями метода.

ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ обработка

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

К электроконтактной разновидности электроэрозионной обработки относят

размерную обработку, при которой съем металла с обрабатываемой поверхности вызывается электрическими нестационарными контактно-дуговыми процессами между электродами при питании системы инструмент—обрабатываемое изделие от источника постоянного или переменного тока.

Электроконтактная размерная обработка — термический процесс, использующий энергию дуговых разрядов и тепло Джоуля—Ленца при контактировании электродов.

К операциям, выполняемым по электроконтактному методу, относятся: круглое, торцовое и плоское шлифование точных деталей твердосплавной оснастки и различных деталей машин; обдирочное шлифование отливок для удаления заливов и остатков литников; зачистка литников прошиванием; удаление дефектного слоя у круглых и многогранных слитков; разрезание стальных труб, особо тонкостенных труб, гнутых профилей, проката компактных сечений, фасонных профилей; обработка корпусных деталей и больших лопастей; разрезание листов из алюминиевых сплавов; разрезание сложных фасонных профилей из алюминиевых сплавов; получистовая обработка тел вращения из труднообрабатываемых материалов; обработка наплавок труднообрабатываемыми сплавами на восстанавливаемых деталях (коленчатые валы); фрезерование зубьев пил и звездочек методом обкатки; разрезание закаленных рельс; вырезка отверстий в трубах; подготовка швов под сварку, разделка кромок; снятие усиления сварного шва; зачистка корня сварного шва; зачистка отливок от заусенцев; получистовая обработка деталей из тугоплавких материалов.

Электроконтактная обработка относится к числу перспективных методов электротехнологии, так как она позволяет достигать высокой производительности при использовании относительно несложного оборудования и технологии.

Достоинства электроконтактной обработки: весьма высокая производительность на грубых режимах и возможность ее повышения форсированием электрических режимов; применение дешевого и несложного обрабатывающего инструмента; возможность изменения результатов обработки в широком диапазоне изменением электрических режимов; работа при относительно невысоких напряжениях и на переменном токе; низкие удельные давления инструмента на заготовку (0,3—0,5 кГ/см2); возможность проведения обработки без применения жидких сред и с ними; экономичность для черновых, заготовительных операций.

Недостатки: низкая чистота обработанной поверхности при жестких режимах; глубокие тепловые воздействия на структуру металла при жестких режимах; повышенная шумность станков, особенно при больших мощностях; необходимость применения защитных устройств от брызг металла и светового изучения; ограниченная применимость для твердых сплавов из-за ухудшения структуры поверхности последних.

АНОДНО-МЕХАНИЧЕСКАЯ обработка

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Общим названием «анодно-механические» объединяются различные методы раз" мерной обработки, основанные на совместном использовании электрохимического и механического воздействий (либо их сочетаний с электроэрозионным воздействием) для удаления металла. В эту группу входят собственно анодно-механическая обработка металлическим электродом (чистовая анодно-механическая обработка); обработка электронейтральным абразивным инструментом при одновременном электрохимическом воздействии; обработка токопроводящими абразивными инструментами (электроабразивная и электроалмазная) и некоторые другие методы (схемы III.1— III.3, табл. III.1). Специфической особенностью большинства методов этой группы является сочетание высокой удельной производительности (съема металла) с низкой шероховатостью (высокой чистотой) обрабатываемой поверхности. Принципиальные схемы методов анодно-механической обработки подробно рассмотрены в литературе [4, 8] и здесь не освещаются.

Основные достоинства черновой анодно-механической обработки: высокая производительность обработки на жестких режимах; снижение доли отходов по сравнению с механической обработкой; небольшие механические усилия обработки; возможность обрабатывать металлы и сплавы любой твердости; возможность относительно широкого регулирования электрических режимов, соответственно изменяя качество обработанной поверхности без перестановки заготовки либо смены инструмента.

Недостатки: невысокая чистота обработанной поверхности; наличие заметной зоны термического влияния; недостаточная технологичность применяемого оборудования.