Литература

1. Дрозд М.С., Машлин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты упруго-пластических контактных деформаций. Машиностроение. М. 1986.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.9.029(083)

В.П. Кузовкин, В.П. Смоленцев, А.В. Кузовкин

ВЫБОР ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ, МАТЕРИАЛОВ

В статье рассмотрены принципы рационального выбора материалов и конфигурации обрабатываемых деталей, а так же рабочих сред, которые обеспечивают высокопроизводительную размерную комбинированную обработку сложно профильных деталей с использованием наполнителя

И РАБОЧИХ СРЕД

Комбинированный метод электрохимикомеханической обработки с использованием наполнителя ориентирован на обработку деталей, имеющих различные полости, каналы, финишную обработку которых произвести традиционными способами практически невозможно.

В соответствии с литературными данными к таким деталям могут быть отнесены рабочие колёса центробежных насосов и сопловых аппаратов насосных агрегатов, работающие при больших перепадах давлений, температур и нагрузок, вызванных высокими скоростями вращения. Некоторые из представителей этих деталей представлены в табл. 1.

Материалы, из которых изготовлены эти детали, могут быть выбраны с учетом того, что разрабатываемый метод ориентирован на производство деталей для авиационной и ракетной техники, нефтегазовой и медицинской аппаратуры. Часть материалов приведена в табл.1. Кроме того, в ходе выполнения исследований применялись конструкционные и легированные стали: сталь 45, 38Х2М10А, 40ХМ2МН-Ш и другие. Их основные механические и физические свойства приведены в литературе.

При проведении практических исследований в качестве образцов применялись заготовки, полученные фрезерованием, для деталей типа пальцев и шатунов, изготовленные из материалов, приведённых выше марок (рис. 1). Кроме того, в исследованиях использовались заготовки, полученные литьём и ранее обработке не подвергавшиеся (см. табл. 1).

Несмотря на то, что рабочая среда при данном методе обработки представляет собой 4-х фазную систему, активному регулированию поддаются только две составляющие – это электролит (его состав, концентрация, температура и т.д.) и твёрдый наполнитель (материал, концентрация, размер, форма и т.д.). Остальные составляющие газообразные продукты анодного растворения и шлам являются результатами электрохимических реакций и активному контролю и управлению не поддаются.

Проведённый анализ доступных литературных источников позволил выявить целый спектр доступных, простых в приготовлении и безопасных в эксплуатации электролитов для обработки материалов, приведённых в табл. 1. Основные из этих электролитов представлены в табл. 2. Выбор электролита производится для каждого конкретного случая в зависимости от пары материала гранулы наполнителя – деталь и множества других факторов. При выборе электролита необходимо стремиться к тому, чтобы в процессе работы наполнителя не происходило растравливание его гранул, либо этот процесс был минимальным.

В качестве материала гранул наполнителя можно использовать три группы материалов, различающимся по своим токопроводящим свойствам.

Р ис.1. Экспериментальные образцы

Во-первых, – это токонепроводящий материал (стекло, фарфор, различные виды пластмасс и полимеров). Применение таких гранул заключается в механической дипассивации поверхности (стекло, фарфор) или в улучшении условий массовыноса продуктов анодного растворения и очистки электролита (пластмасса, полимеры). Во-вторых, – токопроводящие материалы и сплавы, которые обеспечивают производительности процесса не только за счёт дипассивации и создании наклёпа в поверхностном слое детали, но и за счёт повышения удельной электропроводимости среды в зазоре между форсункой и деталью.

При проведении исследований были использованы гранулы, изготовленные из стали 45, латуни Л62, алюминиевого сплава АК 4 и графита. Кроме того, для обработки тонкостенных деталей и заготовок, изготовленных из хрупких материалов, применялись специальные комбинированные гранулы из нетокопроводящих материалов с покрытием из проводника /1/.

Таблица 1

Наименование	Эскиз детали	Материал детали	Основные технические требования, предъявляемые к изделию
1	2	3	4
Центробежные односторонние крыльчатки
1. Открытые		Алюминиевые и магниевые сплавы АЛ1 … АЛ9; Мл5	Высокая чистота поверхности; сбалансированность; не агрессивная рабочая среда.
2. Полузакрытые		Алюминиевые и магниевые сплавы АЛ1 … АЛ9; Мл5	Нарушение геометрии профиля в процессе гибки
3. Закрытые сборные		Алюминиевые АЛ7…АЛ9, магниевые сплавы Мл5; стали 38Х2МЮА, титановые сплавы ВТ6Л	Сложность удаления грата после сварки и пайки
4. Закрытые литые		Литейные сплав АЛ6…АЛ9	Высокая прочность при динамических нагрузках; значительный процент брака из-за дефектов каналов

Продолжение табл. 1

1	2	3	4
Центробежные двухсторонние крыльчатки
Открытые, полузакрытые и закрытые		Деформируемые и литейные алюминиевые и магниевые сплавы АД31, Д16, Мл5	Усложняется базирование деталей при обработке, высокая чистота обрабатываемых поверхностей
Осевые рабочие колеса
Активные открытые		Литейные и ковочные сплавы	Свободный доступ инструмента
Реактивные открытые		Литейные и ковочные сплавы	Обработка возможна на станках с ЧПУ и электрическими методами
Закрытые с бандажом		Литейные, ковочные сплавы, порошковая металлургия	Обработка возможна электрическими методами
Закрытые с бандажными полками		Порошковая металлургия	Опытные конструкции, возможна обработка электрическими методами
Спрямляющие аппараты, осевые сопловые		Литейные сплавы	Свободный доступ инструмента до сборки готовой детали
Полостные детали
Корпусы центробежных насосов и компрес.		Литейные, ковочные сплавы	Возможна обработка электрическими и комбинированными методами
Внутренние поверхности баллонов		Литейные, ковочные сплавы	Возможна обработка электрическими и комбинированными методами

Таблица 2

Наименование компонентов	Содержание компонентов в водном растворе, %	Материал детали, обрабатываемой в электролите
Материал наполнителя – сталь конструкционная
Хлорид натрия	6..20	Стали конструкционные, алюминий и алюминиевые сплавы, твёрдые сплавы
Нитрит натрия	15	Серый чугун, инструментальные стали
Нитрат натрия	10..15	Серый чугун, инструментальные стали
Нитрид натрия	20..25	Медь, бронза, медные сплавы.
Хлористый натрий	10..15	Алюминий и алюминиевые сплавы.
Материал наполнителя – графит, графитовые композиции.
Хлорид натрия	10..20	Стали конструкционные, коррозионно-стойкие.
Нитрид натрия	20..25	Медь, бронза, алюминий и алюминиевые сплавы.
Хлористый натрий	12..15	Алюминий и алюминиевые сплавы, титановые сплавы.
Материал наполнителя – латунь
Хлорид натрия	15..17	Стали конструкционные и инструментальные.
Бромистый калий	6	Алюминий, титан, их сплавы.
Сернокислый натрий	2..3	Медь, бронза.
Материал наполнителя – алюминий
Хлорид натрия	12..15	Стали конструкционные, твёрдые сплавы.
Хлористый натрий	13..14	Алюминий, титан, их сплавы.
Нитрид натрия	23	Медь, бронза.

К третьей группе материалов, использующихся при изготовлении наполнителя, которых зависят от пространственной ориентации гранулы в электромагнитном поле межэлектродного промежутка. К ним можно отнести минераллокерамику, в частности в исследованиях при проведении работы использовались гранулы, изготовленные из минераллокерамики марок В3 и ВОК 60. Применение наполнителя таких марок позволяет вести размерную обработку локальных участков поверхности при управлении в процессе работы пространственной ориентации гранул.

В работе применялись шаровидные гранулы (рис.2) размером от 1,5 до 26 мм (токопроводящие и комбинированные) и гранулы прямоугольной формы (минераллокерамические). Кроме того, известно применение наполнителя неправильной формы с острыми режущими кромками. Это происходит в том случае, если в процессе используется абразивное зерно, или промышленный лом (бой кругов, бракованная дробь и т.п.).

Р ис. 2. Твердый наполнитель для комбинированной обработки

Выбор материала гранул и размера обусловлен большим набором факторов: пределом прочности материала детали и наполнителя, скоростью соударения и величиной контактного давления гранулы на поверхность, размерами МЭП и детали и т.д. Материал гранул должен обеспечивать их механическую прочность при взаимодействии с поверхность детали. Величина контактного давления при этом определяется производительность гидрооборудования, применяемого при обработке. Если условие по механической прочности не выполняется, то выбирается материал с более высокими прочностными характеристиками. На размер гранул решающее влияние оказывает величина МЭП и "критический размер", имеющийся у каждого конкретного материала наполнителя. При разработке технологического процесса обработки с применением наполнителя необходимо следить за тем, чтобы диаметр гранул наполнителя был не больше одной третьей максимальной величины МЭП. Это позволит избежать его закупорки и порчи гидрооборудования и заготовок. При обработке тонкостенных деталей существует вероятность их повреждения при использовании наполнителя большой массы и обладающего значительной кинетической энергией. В этом случае рекомендуется применять гранулы, изготовленные из лёгких материалов (графит, графитовые композиции, алюминий), а обработку вести при невысоких скоростях прокачки электролита.

Литература

1. Смоленцев В.П., Болдырев А.И., Кузовкин А.В. Устройство гранул наполнителя для комбинированной обработки деталей. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 93036401.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.9.047

А. П. Сергеев, А. М. Ковалев