Особливості анодно-механічної обробки

Переваги:

1. Висока продуктивність на жорстких («грубих»), режимах, що досягає 2000 – 6000 мм³/хв. при чистоті поверхні 3 – 4 класу, і висока чистота поверхні на м'яких режимах, що досягає 10 – 11 класу при невеликій продуктивності 1–2 мм³/хв.;

2. Малий відносний знос електрод - інструменту, що зазвичай не перевищує 20 – 30% на грубих і 2 – 3% на чистових режимах;

3. Можливість обробки металевих і металокерамічних матеріалів будь-якої твердості;

4. Знижена кількість відходів в порівнянні з механічним різанням і дрібнодисперсни| характер відходів (легкість їх утилізації);

5. Можливість широкого регулювання режимів від чорнового до чистового без припинення обробки, не знімаючи деталі з верстата (на одній установці (станку));

6. Низький питомий тиск інструменту на оброблювану заготівку;

Недоліки:

1. Необхідність взаємного відносного переміщення інструменту і оброблюваної деталі, що обмежує область технологічного використання методу головним чином процесами різки і шліфування;

2. Застосування в якості робочого середовища рідкого скла ускладнює єксплуатацію анодно - механічного устаткування (бризки легко засихають).

3. Складність в експлуатації і відносно висока вартість обладнання..

8.2. Закономірності процесу(електричні та механічні параметри). Основні закономірності процесу

Процес анодно-механічної обробки залежить від електричного режиму (густина струму, напруга) і механічних параметрів (тиск на оброблювану поверхню, швидкість руху інструменту).

Електричний режим визначає продуктивність процесу і якість обробленої поверхні. У загальному вигляді залежність між основним параметром електричного режиму, густиною струму і зніманням металу приведена на Рис. 3. Ділянки кривої відповідають трьом стадіям процесу обробки. При низькій щільності струму (ділянка а) оброблена поверхня виходить гладкою з висотою нерівностей менш 1мкм. При великій щільності струму (ділянка б) утворюється шорстка поверхня з висотою нерівностей 500 – 600мкм. При щільностях струму, які відповідають ділянці (в), спостерігається надмірний нагрів робочої зони, у зв'язку з чим імпульсність процесу порушується. Нагрів розповсюджується на значні ділянки о броблюваної поверхні, виникає стаціонарна електрична дуга зі всіма супроводжуючими її ускладненнями.

Рис.3. Залежність зйому металу від густини струму.

Основна частина припуска видаляється при режимах ділянки (б), які забезпечують найбільшу швидкість знімання металу. Остаточна чистова обробка проводиться при режимах ділянки (а).

П ризначення електричних режимів анодно-механічної обробки необхідно проводити з урахуванням припуска. Схема розподілу загального припуска по переходах для окремого випадку анодно-механічної обробки металевим катодом показана на Рис. 4.

Рис.4. Схема розподілу загального припуску z при роботі металевим електрод-інструментом.

z₁ – припуск на попередню обробку, z₂ – припуск на шліфування, z₃ – припуск на доведення.

Для якісної обробки припуск на доведення (на доводку) має бути рівний або навіть трохи перевищувати глибину дефектного шару, отриманого на попередньому переході.

Напруга джерела струму зазвичай складає 14 – 28В. Воно істотно впливає на швидкість утворення плівки і її міцність. Практично встановлено, що при напрузі 12 – 15В утворюється анодна плівка, яка володіє необхідною міцністю. Найбільш висока густина струму, що використовується при анодно-механічній обробці, досягається при напрузі близько 30В. Напруга вище 30 – 40в може привести до повного заповнення міжелектродного проміжку частками розплавленого металу, тобто до замикання інструменту і деталі. Крім того, при цьому збільшується небезпека ураження електричним струмом.

Величина напруги, яка підводиться до електродів, визначає силу струму, продуктивність і витрату енергії. Зв'язок цих величин для одного з видів анодно-механічної обробки – профілізації – показана на Рис. 5.

Рис. 5. Зв'язок величини робочої напруги з витратою електроенергії.

Крива на Рис. 5 може бути виражена параболічним рівнянням

, (1)

де U_p – напруга на електродах робочої зони у в; q₀ – мінімальна питома витрата електроенергії (для сталі q₀ = 1,13, для твердого сплаву q₀ = 2,83 у вт·хв/мм³).

Об'ємна продуктивність Q (мм³/хв) може бути визначена за формулою

. (2)

З формули (2) можна визначити продуктивність Q'(кг/хв)

, (3)

де ρ – густина матеріалу.

При анодно-механічній профілізації глибина дефектного шару (сітки мікротріщин)

мкм.

Вид струму, який використовується при анодно-механічній обробці, суттєво впливає на величину зйому металу. При змінному струмі знімання металу приблизно в 2 рази менше, ніж при постійному струмі тієї ж потужності. Якщо для живлення верстата застосовують випрямлений однофазний змінний струм після двонапівперіодного випрямлення (тобто пульсуючий струм), то швидкість знімання металу в порівнянні із здійснюваною на постійному струмі підвищується на 20 – 30%.

Тиск інструменту визначає величину міжелектродного зазору і пов'язаного з ним електричного опору. Залежність між тиском інструменту і міжелектродним зазором визначає величину знімання металу, силу струму і робочу напругу. Якщо тиск невеликий і недостатній для руйнування анодної плівки, сила струму дорівнює нулю, і знімання металу відсутнє. При зростанні тиску і зближенні електродів опір зазору зменшується, сила струму збільшується і знімання металу зростає. Подальше збільшення питомого тиску викликає місцевий зрив плівки, замикання між електродами на великих площах. Відповідно частина струму проходитиме безпосередньо через металевий контакт між анодом і катодом. Ця частина струму не бере участь в зніманні металу. У міру підвищення тиску вона збільшується, а знімання металу при цьому відповідно зменшується. Нарешті, при питомому тиску, який повністю звільняє поверхню анода від плівки, відбувається постійне коротке замикання між електродами по всій поверхні. Процес знімання металу припиняється, а сила струму зростає до величини, відповідної струму короткого замикання. Відповідно, по мірі збільшення тиску і зменшення опору різниця потенціалів між анодом і катодом падає і при короткому замиканні вона стає близькою до нуля.

Оптимальним тиском при густині рідкого скла 1,2 – 1,30 г/см³ є 1,8 – 2,8 кг/см², при цьому меншій густині робочої рідини і більшій швидкості електрод-інструменту відповідає менший тиск.

Практично при застосуванні електроліту на основі силікату натрію можлива зміна питомого тиску в досить широких межах без помітного порушення стабільності процесу.

Залежність електричного режиму від тиску інструменту на оброблювану поверхню може бути охарактеризована вольтамперними характеристиками процесу. Збільшення тиску визначає більшу силу струму, особливо на ділянці чистової обробки, і меншу величину напруги, при якій настає стрибок струму, відповідний переходу до електротермічного знімання металу. Зв'язок між тиском інструменту і електричним режимом використовується на практиці для контролю і регулювання процесу.

Тиск інструменту суттєво впливає на якість поверхні, особливо при операціях чистової обробки. Зі збільшенням тиску до величини, відповідної максимальному зніманню металу, підвищується чистота обробки. При грубіших режимах обробки підвищення тиску інструменту за межі оптимального значення зпричиняє збільшення глибини термічно зміненого шару поблизу обробленої поверхні.

Швидкість переміщення інструменту щодо оброблюваної поверхні також істотно впливає на процес анодно-механічної обробки. При збереженні постійними напруги і густини струму зміна швидкості переміщення інструменту в межах 5 – 25м/с не позначається на продуктивності процесу, проте впливає на швидкість і ступінь нагріву поверхневого шару металу деталі. Щоб зменшити структурні зміни поверхні металу, що виникають при даних електричних режимах, необхідно підвищувати швидкість переміщення інструменту. Збільшення швидкості різко знижує глибину зміненого шару. При цьому збільшення продуктивності можна досягти, підвищуючи інтенсивність електричного режиму.

Збільшення швидкості переміщення інструменту з 3 до 18м/с в значній мірі усуває виникнення тріщин при обробці твердих сплавів. Швидкість переміщення інструменту впливає також на чистоту поверхні.