Реферат: Электрохимическое шлифование
Уменьшение зернистости приводит к заметному увеличению удельного расхода. Очевидно, в этом случае затрудняется доступ электролита в зону резания и возрастает число зерен, приходящихся на единицу поверхности круга. Одновременно с этим увеличивается непосредственный контакт связки с деталью, на круге образуются кратеры, ослабляющие связку; связи удерживающие алмазные зерна в матрице, нарушаются, в результате чего интенсифицируется износ круга. Кроме того, уменьшение активной площади круга, повышая нагрузку на зерно, в свою очередь, способствует увеличению износа. Минимальный износ алмазов отмечен при концентрации 100%- На качество обработанной поверхности связка практически не влияет.
Шероховатость обработанной поверхности для кругов на исследованных связках находится в пределах /?а= 1,25-^-0,16 мкм (7—9-й класс)и в основном зависитот режимов шлифования. Эффективная мощность и сила резания при электрохимическом шлифовании относительно невелики и минимальны при использовании связки М5-5.
Результаты экспериментов показали, что наибольшее влияние на выходные показатели процесса оказывают (при условии правильного выбора характеристики инструмента) режимы шлифования. Во всех случаях интенсификация режимов обработки вызывает увеличение удельного расхода, составляющих силы резания и шероховатости обработанной поверхности. При этом наибольшее влияние на показатели работоспособности инструмента оказывает скорость продольной подачи. Это объясняется тем, что именно скорость продольной подачи, определяя время контакта круга с элементарной поверхностью детали, во многом определяет полноту протекания анодного растворения. Ее увеличение приводит к уменьшению доли электрохимического съема, что, естественно, ухудшает работоспособность инструмента и качество обработанной поверхности. Минимальные значения удельного расхода алмазов и высоты микронеровностей при интенсивности съема 1,5—1,8 г/мин, обеспечивающей приемлемую экономическую эффективность обработки, достигаются при скорости круга 30—35 м/с, скорости продольной подачи не свыше 0,6 м/мин, глубине шлифования 0,04—0,06 мм/ход и напряжении 10 — 12 В.
В Институте сверхтвердых материалов АН УССР изучали влияние характеристик алмазных кругов на показатели электрохимического шлифования твердого сплава со сталью при упругой схеме шлифования [4]. Обрабатывали образцы из твердого сплава ВК8 со сталью 45 при соотношении 1:1. Площадь обработки составила 210 мм2. Обработку производили при скорости 25 м/с кругами на связках М013Э, МС2, М04, МВ1 и М5-5. В качестве электролита использовали водный раствор солей азотнокислого калия, азотистокислого натрия, фосфорнокислого натрия, трехзамещенного и углекислого натрия. В результате этой работы, на основании иследований влияния связки круга, прочности алмазов, ширины алмазоносного слоя, зернистости и концентрации алмазов на удельный износ алмазов, производительность обработки, стоимость съема 1 см3 обрабатываемого материала, плотность тока и эффективную мощность, авторами делается вывод о целесообразности применения при этой схеме шлифования кругов на связках М013Э, М04, МВ1 и М5-5 с шириной рабочего слоя 20 мм и с алмазами марок АСВ или АСК.
Исследования при точении деталей из жаропрочных сплавов показали, что стойкость резцов из твердого сплава, заточенных способом электрохимического шлифования, несколько ниже, чем заточенных кругами из карбида кремния и доведенных карбидом бора. Это связано с возникновением слоя пониженной твердости, для снятия которого рекомендуется 2—3 прохода производить с выключением электрического тока.
Отсутствие прижогов и микротрещин, низкая шероховатость и минимальные радиусы скругления режущей кромки обусловливают высокие эксплуатационные свойства твердосплавного инструмента, заточенного электрохимическим шлифованием.
Обработка деталей из магнитотвердых материалов
Электрохимическое шлифование является весьма эффективным методом обработки деталей из магнитотвердых материалов. Зерна алмазов или абразивов, врезаясь в поверхность со сниженными в результате электрохимического растворения физико-механическими свойствами, в основном выполняют не деформирующую функцию, а механически удаляют продукты электрохимической реакции. Естественно, что и стойкость инструмента в этом случае существенно выше и качество обработки лучше.
Исследование режущих свойств кругов из различных абразивных материалов показало, что при электрохимическом шлифовании круги из карбида кремния зеленого обладают большей работоспособностью, чем круги из электрокорунда белого и обеспечивают шероховатость Ra = 0,164-0,08 мкм.
Электрохимическое шлифование деталей из магнитотвердых материалов характеризуется весьма малыми значениями скорости продольной подачи — не выше 0,5 м/мин — и значительными — до 2 мм — глубинами шлифования. В этих условиях на показатели процесса существенное влияние оказывает напряжение источника тока. Так, повышение напряжения с 5 до 30 В приводит к существенному снижению силовых показателей процес са вследствие увеличения электрохимической составляющей съема. Оптимальным рабочим напряжением источника тока при шлифовании абразивными кругами на металлических связках СЭШ-2 и М5-5 следует считать 10— 16 В. Повышение напряжения сверх оптимального приводит к возникновению в зоне обработки электроконтактного и электроэрозионного процессов и вследствие этого повышению шероховатости обработанной поверхности. При пониженном напряжении электрохимическое шлифование становится процессом абразивного шлифования кругами, обладающими низкими режущими свойствами.
Недостаточная производительность процесса, быстрая потеря режущих свойств, приводящая к частым правкам высокопрочных абразивных кругов на металлических связках, большой брак, вызванный работой существенно притуплённых зерен карбида кремния зеленого и т. п., обусловили попытки отечественных и зарубежных исследователей применить для электрохимического шлифования круги из синтетических сверхтвердых материалов, в частности, из синтетических алмазов. Электрохимическое шлифование алмазными кругами обеспечивает в 1,5—2 раза большую производительность по сравнению с абразивными кругами. При этом, в отличие от шлифования абразивными кругами на металлической связке, установлено несущественное влияние свойств обрабатываемого, материала и термической обработки на показатели процесса и на производительность.
Алмазные круги отличаются большей стойкостью, значительно дольше сохраняют высокие режущие свойства и обеспечивают более высокое, по сравнению с кругами из карбида кремния, качество обработки. Наилучшие результаты обеспечивают круги зернистостью 100/80—125/100 с алмазами марки АСВ.
Интенсификация производительности шлифования достигается путем увеличения скорости продольной подачи. Напряжение источника тОка, определяющее в этих условиях роль электрохимического растворения, существенно влияет на показатели шлифования. Однако область оптимальных значений рабочих напряжений при шлифовании алмазными кругами по сравнению с абразивными на металлической связке значительно ниже и составляет всего 6—12 В.
Исследование качества поверхностного слоя после электрохимического шлифования алмазными кругами показало, что поверхностный слой характеризуется пониженной микротвердостью и отсутствием макронапряжений. Электронно-микроскопические исследования показали отсутствие структурных изменений. Установлено также, что электрохимическое шлифование практически не влияет на магнитные свойства деталей (остаточную индукцию и коэрцитивную силу).
Определенный интерес представляют попытки интенсифицировать процесс электрохимического шлифования деталей из труднообрабатываемых материалов, в том числе и магнитотвердых сплавов, методом наложения на шлифовальный круг осциллирующих движений, вибраций, ультразвуковых колебаний и т. п. Необходимо отметить, что на эти вопросы в настоящее время не существует единства взглядов. В некоторых работах влияние перечисленных процессов на показатели процесса не установлено. В других же, наоборот, установлено, что, например, ультразвуковые колебания с амплитудой 15— 25 мкм интенсифицируют как анодный процесс, так и процесс резания, в результате чего существенно повышается производительность. Очевидно, проведение научно- исследовательских работ в единых методических условиях позволит однозначно разрешить некоторые спорные вопросы.
Результаты научно-исследовательских работ дают основание считать, что электрохимическое шлифование магнитотвердых сплавов, особенно, алмазными кругами является высокоэффективным технологическим процессом, обеспечивающим существенное повышение производительности, причем, качество поверхностного слоя и эксплуатационные характеристики деталей позволяют использовать электрохимическое шлифование как черновой, так и как окончательный метод обработки.
Обработка деталей из жаропрочных сплавов
Одним из перспективных технологических методов обработки деталей из труднообрабатываемых материалов, в частности, жаропрочных литейных и деформируемых сплавов является алмазное электрохимическое шлифование. Однако недостаточная изученность электрохимического шлифования алмазными кругами вообще, литейных жаропрочных сплавов типа ВЖЛ и деформируемых сплавов типа ЭИ826, в частности, потребовала постановки специального исследования, в процессе которого определяли влияние связки, как одного из основных факторов, на производительность процесса, удельный расход алмазов, шероховатость обработанной поверхности, составляющие силы резания и эффективную мощность. Кроме того, определяли изменение режущих свойств кругов на различных связках во времени. Исследования проводили при обработке кругами формы АЧК. Методика и условия проведения экспериментов приведены в работах [1, 2].
Как показывает анализ экспериментальных данных, фактическая производительность электрохимического алмазного шлифования деталей из сплава ВЖЛ достаточно высока, колеблется в очень широком диапазоне (400—740 мм3/мин) и существенно зависит от связки круга. Так, применение кругов на связке МВ-1 обеспечивает минимальную производительность, круги на связках М5-4 М5-6 и М5-8 позволяют производить обработку при интенсивности съема 600—640 мм3/мин, а использование кругов на связках М5-2 и М5-9 приводит к повышению производительности процесса до 740 мм3/мин.
На производительность процесса существенное влияние оказывает напряжение источника тока, характеризующее электрические режимы обработки. Так, если при напряжении 18 В использование круга на связке МВ-1 обеспечивает съем 400 мм3/мин, то при напряжении 8 В производительность достигает только 240 мм3/мин. Шлифование кругами других исследованных связок при меньшем напряжении также вызывает уменьшение производительности обработки, хотя и менее интенсивное.
Преимущества связки М5-2 по фактической производительности отмечены при обработке и других сплавов. Хотя, сопоставление по производительности и показало некоторые преимущества кругов на связке М5-2, осуществить выбор связки круга только по этому критерию без учета стойкости инструмента, шероховатости поверхности и других данных не представилось возможным. Так, установлено, что связка круга оказывает существенное влияние на величину микронеровностей при электрохимическом шлифовании алмазными кругами как литейных, так й деформируемых жаропрочных сПлавбВ. При обработке кругами на связке М5-6 величина Ra =\,5- Jr 2 мкм. Применение кругов на связках М5-2, М5-4 и М5-9 не показывает существенного различия и обеспечивает Ra = 0,63-ь0,32 мкм.
Связка круга оказывает существенное влияние на удельный расход алмазов. В принятых условиях обработки сплава ВЖЛ минимальные значения удельного расхода показали круги на связке М5-2—4,4 мг/г, максимальные— круги на связке М5-4 — 27,4 мг/г. Круги на связках М5-6, М5-8 и М5-9 характеризуются повышенными значениями расхода алмазов (10—16 мг/г).
При изменении условий обработки меняются и абсолютные значения удельного износа, однако качественно картина остается прежней. Изменение удельного расхода, вызванного изменением скорости круга и напряжения источника тока, свидетельствует о существенном влиянии этих составляющих режимов обработки на износостойкость инструмента.
При шлифовании деталей из сплава ЭИ826 удельный расход существенно ниже, чем при шлифовании этими же кругами деталей из сплава ВЖЛ. И в этом случае наименьший удельный расход алмазов был у кругов на связке М5-2. Так, если у кругов на связке М5-2 удельный расход составил 3 мг/г, то у кругов на связке М5-6— 8 мг/г, у кругов на связке М5-8— 10 мг/г, у кругов на связке М5-9 — 15 мг/г. Аналогичная и при обработке деталей из деформируемого сплава картина отмечена, независимо от режимов шлифования, ЭП220, хотя абсолютный удельный расход значительно выше и достигает значений, отмеченных при обработке деталей из сплава ВЖЛ.
Составляющие силы резания и эффективная мощность шлифования дают важную информацию о качественной стороне процесса, позволяют оценить соответствующие характеристики инструмента, а динамика их изменения во времени позволяет достаточно уверенно определять его режущие свойства. Анализ зависимости, представленной на рис. 1, показывает, что при электрохимическом шлифовании алмазными кругами деталей из сплава ВЖЛ составляющие силы резания незначительны— нормальная составляющая не превышает 6,5 кгс. Тогда как по данным В. А. Шальнова при обычном шлифовании деталей из сплава ЖС6, обрабатываемость которого значительно лучше обрабатываемости сплава ВЖЛ, в случае применения довольно мягких (твердостью С1-МЗ) кругов из электрокорунда белого зернистостью 40 при глубине шлифования 0,02- мм/ход нормальная составляющая достигла 32 кгс.
Начальный период шлифования кругами на связке М5-2 (сплошные линии на рис. 1 ,а) характеризуется максимальными значениями составляющих силы резания и эффективной мощностью. Однако по мере увеличения продолжительности обработки интенсивность возрастания составляющих силы резания и эффективной мощности для кругов на связке М5-2 существенно ниже, чем для кругов на других исследованных связках (М5-4 — штриховые линии на рис. 1 ,а; М5-6 — штрихпунктирные линии на рис. 1, а\ М5-5 — сплошные линии на рис. 1,6; ТМ2-5 — штриховые линии на рис. 1,6). Результаты исследований показали, что в условиях незначительного анодного растворения составляющая силы Рх стабилизируется к 150—300 ходу в зависимости от вида связки (рис. \,в). Это имеет место и при шлифовании сплавов ЭИ 826 (штриховые линии) и ЭП 220 (сплошные линии).
В зависимости от длительности шлифования составляющие силы резания возрастают в широком диапазоне значений при более интенсивном увеличении составляющей Ру, что свидетельствует об интенсивном затуплении алмазных зерен. Это не соответствует довольно распространенному мнению о превалирующей роли электрохимического процесса в общем съеме металла. Существенное изменение обеих составляющих силы резания свидетельствует о нестабильности процесса во времени. При электрохимическом шлифовании деталей из жаропрочных сплавов различных марок по мере увеличения продолжительности шлифования режущие свойства алмазных кругов падают и круг затупляется.
При увеличении напряжения до 18 В интенсивность роста составляющих несколько меньше. Это явление можно объяснить увеличением роли электрических процессов в общем процессе съема припуска. Однако с увеличением напряжения интенсифицируются электроэрозионные процессы в зоне контакта, увеличивается удельный износ алмазов и возрастает шероховатость обработанной поверхности.
Необходимо отметить, что изменение эффективной мощности адекватно изменению нормальной составляющей, а не тангенциальной. Из этого следует, что имеющий достаточно широкое распространение способ расчета мощности процесса по тангенциальной составляющей неправомерен.