Курсовая работа: Обработка криволинейных отверстий в труднообрабатываемом материале
Зависимость производительности от глубины внедрения электрода-инструмента. По мере углубления отверстия усложняется удаление продуктов обработки и поступление свежей жидкости в межэлектродный промежуток. Наличие большого количества электропроводных капель застывшего металла вызывает импульсы, энергия которых тратится на расплавление таких частиц. Для предотвращения таких (паразитных) импульсов используют принудительную прокачку жидкости через межэлектродный промежуток под давлением 100…200 кПа.
Прокачку можно применять и при периодическом прекращении процесса с выведением электрода-инструмента из заготовки; используют также вибрацию электродов, их вращение и др.
Влияние на производительность свойств рабочей среды. В зависимости от свойств рабочей среды изменяются доля полезного использования энергии импульса, его предельная мощность. Для каждого вида обработки применяют оптимальные диэлектрические среды. Так, при электроэрозионном процессе с малой энергией импульсов высокую производительность обеспечивает дистиллированная и техническая вода, керосин; при грубых режимах на электроимпульсном режиме применяют тяжелые фракции нефти (масла, дизельные топлива и др.) с высокой температурой вспышки (до 450 К).
В процессе обработки жидкая рабочая среда загрязняется, из-за чего снижается производительность. Загрязненность оценивают в процентном отношении массы продуктов обработки к массе жидкости. При загрязненности 4…5% для черновых и 2…3% для чистовых процессов производительность остается практически одинаковой по сравнению с чистой средой. Дальнейшее возрастание содержания продуктов обработки, особенно на чистовых режимах приводит к снижению числа рабочих импульсов и производительности.
В процессе остывания частицы металла вызывают испарение части жидкости, изменение ее вязкости и зольности. Для поддержания высокой производительности необходимо периодически заменять рабочую среду.
Для повышения производительности на обрабатываемой площади может быть параллельно размещено несколько электродов-инструментов. Если они подключены к одному генератору импульсов, то такая обработка называется многоэлектродной. При подключении каждого электрода к своему источнику энергии обработку называют многоконтурной.
1.3 Точность
Под точностью обработки деталей понимается степень соответствия ее формы и размеров чертежу. Отклонения от формы и размеров называется погрешностью.
Также как и при механической обработке, на размеры погрешности оказывают влияние состояние технологической системы, погрешности установки, базирования инструментов, внутренние напряжения в материале заготовки, ее нагрев при обработке.
В процессе обработки форма и размеры электрода-инструмента нарушаются из-за износа. Износ на различных участках инструмента различен. Так, на участках инструмента, имеющих вогнутость, число разрядов меньше, следовательно, износ на них будет выражен слабее. Если учесть условия выноса продуктов обработки из промежутка, то различия в износе различных участков еще более возрастут.
Чтобы снизить влияние износа электродов-инструментов на точность изготовления, а) изготовляют инструмент из материала, стойкого к эрозии, например из вольфрама, меднографита, коксографитовых композиций; б) используют так называемые безизносные схемы, при которых часть материала заготовки или из рабочей среды осаждают на инструменте, компенсируя тем самым его износ; в) заменяют изношенные участки инструмента путем продольного перемещения, или заменяют весь инструмент; г) производят правку и калибровку рабочей части инструмента.
1.4 Качество поверхности
В результате электроэрозионной обработки поверхность приобретает характерные неровности, а приповерхностные слои металла притерпевают физико-химические изменения. Это оказывает влияние на эксплуатационные показатели обрабатываемых деталей.
Поверхностный слой формируется за счет расплавленного металла, оставшегося на поверхности лунки, и прилегающего к ней слоя металла, подвергнутого структурным изменениям от быстрого нагрева и охлаждения металла. Поверхностный слой состоит из так называемого белого слоя, в котором наблюдаются химико-термические превращения, переходного слоя, в котором имели место только термические изменения и под которым находится неизмененный металл заготовки. Измененная зона, образуемая белым слоем, содержит продукты диэлектрической среды, в частности углерод и элементы, входящие в состав электрода-инструмента. У остальных заготовок в этой зоне образуются карбиды железа, которые способствую упрочнению поверхности.
Состояние поверхностного слоя определяет износостойкость, прочность и другие свойства детали в механизме. После электроэрозионной обработки поверхностный слой приобретает свойства, по-разному влияющие на эксплуатационные характеристики деталей. Положительными являются повышение твердости поверхности при сохранении вязкости середины, большое количество лунок на поверхности, плавное их сопряжение. К недостаткам следует отнести возможность появления трещин, растягивающих напряжений, трудность получения поверхности с малой шероховатостью.
Схема электроэрозионной обработки криволинейного отверстия: 1 – обрабатываемая заготовка; 2 – электрод-инструмент.
2. Электрохимическая обработка
2.1 Описание процесса
Электрохимический метод обработки создан советскими инженерами В. Н. Гусевым и Л. П. Рожковым в 1928 г.; особенностью его по сравнению с обычной электролитической схемой является наличие в зазоре интенсивного движения электролита при высоких плотностях тока (от десятков до сотен ампер на 1 см2 обрабатываемой поверхности). Электрохимическая обработка является перспективным методом изготовления деталей из труднообрабатываемых материалов; она обеспечивает шероховатость поверхности до 1,25 – 0,16 мкм и точность обработки до ±20 мкм, а также большую производительность (до 1500 –2000 мм3/мин). Электрохимическую обработку осуществляют следующим образом (рис. 5): заготовку 1 соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока (анод); инструмент 2 (катод) является отрицательным полюсом; при этом профиль катода соответствует профилю поверхности, которую необходимо получить в результате обработки. Заготовку и инструмент помещают в камеру, изготовленную из неэлектропроводного материала. Подача электролита в зазор между анодом и катодом приводит к замыканию электрической цепи и в результате этого к растворению поверхности анода, т. е. обрабатываемой заготовки.
Основой электрохимической обработки является процесс локального анодного растворения, происходящий при высокой плотности постоянного тока в проточном электролите. При съеме материала происходит изменение конфигурации межэлектродного зазора, что вызывает перераспределение плотности электрического тока, изменение гидродинамических условий и как следствие этого – копирование профиля катода. Интенсивное движение жидкости обеспечивает стабильный и высокопроизводительный процесс анодного растворения, вынос продуктов растворения из рабочего зазора и отвод теплоты, возникающей во время обработки.
Рис. 5. Схема (а) и установка (б) для электрохимической обработки: 1 – камера-контейнер; 2 – электродвигатель системы подачи катода-инструмента; 3 – винт, 4 – катод-инструмент для обработки впадины лопатки; 5 – заготовка; 6 – манометр; 7 – катод и инструмент для обработки спинки лопатки; 8 – распределительная камера; 9 – насос для подачи электролита; 10 – ванна с электролитом; 11 – теплообменник; 12 – центрифуга; 13 – подпорный вентиль.
Электрохимическую обработку осуществляют на специальной установке, состоящей из источника питания постоянным током, гидросистемы, подающей электролит в рабочий зазор, механизма, обеспечивающего заданную кинематику процесса и контрольных устройств. Для получения достаточно больших плотностей тока необходимы агрегаты, дающие напряжение 5–30 В; это требует защиты и изоляции токопроводящих частей и камеры от остальной части установки. Для электрохимической обработки, требующей больших величин силы тока (10 000 А и выше), при проектировании электросистемы следует уделять особое внимание разработке рациональной системы подвода тока к электродам с минимальными потерями. К системе гидрооборудования относятся системы для подачи электролита и для прокачки охлаждающей жидкости, а также очистные устройства (фильтры, отстойники, центрифуга). Электрохимический метод используют для обработки наружных и внутренних поверхностей деталей (рис. 6).
Рис. 6. Схемы электрохимической обработки: а – обработка плоской поверхности при поступательном движении инструмента и неподвижной детали; б – обработка цилиндрической фасонной поверхности при подаче инструмента и вращении детали; в – кольцевое сверление при подаче инструмента и неподвижной детали; г – сверление глухого отверстия, когда инструмент и деталь неподвижны, д – обработка кольцевого паза, когда инструмент вращается, а деталь неподвижна; е – нарезание внутренних спиральных канавок при вращательно-поступательном движении инструмента и неподвижной детали; 1 – катод; 2 – изоляционный слой; 3 – деталь; 4 – медная трубка, покрытая слоем резины (катод); 5 – патрубок отвода электрода; 6 – патрубок подвода электролита.
Во всех схемах обработки подача электрода осуществляется непрерывно по заранее заданному закону или регулируется в зависимости от интенсивности съема металла, сохраняя при этом оптимальную величину зазора между электродами. Последний метод исключает, с одной стороны, замыкание электродов и, с другой – значительно увеличивает интенсивность растворения и поэтому является наиболее производительным. Для осуществления такого рода обработки применяют автоматические следящие системы.
Контрольные устройства должны обеспечивать измерение важнейших параметров процесса в течение всего цикла обработки и прежде всего силы тока, его напряжения, температуры и скорости движения электролита, его значения рН, характеризующего щелочность или кислотность электролита.
С физической точки зрения в основе процесса электрохимической обработки лежит явление электролиза. Анодное растворение металлов происходит под действием электрического тока, проходящего через электролит, если в электролит погрузить электроды, соединенные с источником постоянного тока. При этом на аноде возможны два процесса: 1) атомы металла, отдавая электроны во внешнюю электрическую цепь, заряжаются положительно; ионы металла вследствие электрической упругости растворения непосредственно переходят в раствор; 2) анионы раствора реагируют с металлом электрода и затем, уже в виде определенных химических соединений, переходят в электролит. Для электрохимического формообразования деталей используют второй процесс; в этом случае под действием внешней э. д. с. слабосвязанные электроны из атомов поверхностного слоя уходят во внешнюю электрическую цепь, разрывая связь этих атомов с массой металла. Положительно ионизированные атомы вступают в реакцию с анионами электролита, образуя соединения, которые или растворяются в электролите, или создают на поверхности пленку. Анодное растворение металлических сплавов под действием постоянного тока в водном растворе поваренной соли NaCl приводит к тому, что в процессе обработки при участии иона хлора Сl– образуется промежуточное соединение с обрабатываемым металлом (Fe, Ni, Сr и др.). Ионы хлора образуют с железом комплекс [FeOH]+Сl–, который в дальнейшем реагируя с ионом ОН– переходит в раствор в виде гидрата закиси железа: