книги из ГПНТБ / Де Барр, А. Е

проходит ток. Это означает, что теоретически невозможно удалить выступ на детали, так как материал вокруг этого выступа также будет растворяться, хотя и с меньшей скоростью. Применяя ос­ новы теории, изложенной выше, можно рассчитать продолжи­ тельность обработки и количество металла, удаляемого для умень-

Рис. 4.6. Величина минимального припуска, необходимая для уменьшения погрешности б 0 до б

к величине равновесного зазора. Таким образом, равновесное положение детали у' = 1 может рассматриваться как требуемая конечная поверхность детали, определяемая поверхностью ин­ струмента. Отклонения от этой требуемой поверхности называются погрешностями, обозначенными б, или в приведенных единицах

Положительная погрешность (впадина) и отрицательная по­ грешность (выступ) находятся между —1 и со (рис. 4.5), и урав­ нение (4.10) может быть записано как

Потребуется бесконечное время для полного устранения по­ грешностей, но на практике мы стараемся обработать деталь до известной приемлемой точности. Так как равновесный зазор обычно равен 0,25 мм, необходимая точность будет составлять часть рав­ новесного зазора. Если, например, требуемый допуск равен

мая величина удаляемого припуска зависит от конечной неров­ ности, т. е. точности обработки. При больших первоначальных погрешностях необходимо удалить припуск, равный величине погрешности, плюс дополнительную величину в зависимости от величины зазора, равного In (бо/б) — б'. Дополнительная вели­ чина припуска, которую нужно снять, показана на рис. 4.7 для больших зазоров и для припусков, показанных на рис. 4.6.

Анализ проведен для параллельных зазоров и равномерной плотности тока. Силовые линии тока будут растворять криволи­ нейные поверхности быстрее, чем прямолинейные.

2. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ

До сих пор мы предполагали, что проводимость электролита постоянна и не изменяется по мере его прохождения вдоль зазора. С повышением температуры электролита проводимость будет возрастать, что для раствора хлорида натрия происходит со ско­ ростью 2% при повышении температуры на каждый градус Цель­ сия. Однако-эффективная проводимость электролита будет умень­ шаться вследствие выделения на катоде пузырьков водорода.

Снижение эффективной проводимости будет зависеть от раз­ мера пузырьков и распределения их в зазоре и увеличиваться вдоль линии потока электролита в зависимости от интенсивности выделения водорода (рис. 4.8). На величину и распределение пузырьков влияют условия протекания электролита, а также

давление и температура в зазоре. Другие факторы, например обра­ зование осадков, обычно меньше влияют на проводимость элек­ тролита. Все это приводит к тому, что зазор будет конусным, ста­ новясь шире или уже в зависимости от того, что преобладает — влияние температуры или пузырьков. Это происходит потому, что при постоянной подаче инструмента равновесный зазор пропор­ ционален эффективной местной проводимости между электродоминструментом н деталью.

Влияние температуры. О влиянии температуры на равновес­ ный зазор можно получить приблизительное представление, если

плотой фазового превращения. Кроме этого, будет иметь место нагрев, обусловленный поляризацией А У, которым пренебрегают.

где

А = (v — Avf/v0Pecyl.

Проводимость большинства электролитов увеличивается ли­ нейно с повышением температуры:

плоскопараллельного зазора как температура, так и плотность тока увеличиваются экспоненциально с ростом длины зазора. Местная скорость растворения пропорциональна плотности тока, и она также будет возрастать экспоненциально, так что в резуль­ тате повышения температуры электролита зазор сразу же будет быстро расширяться по мере удаления от места входа электро­ лита.

Расчет равновесного зазора с переменной проводимостью. Вслед­ ствие влияния температуры на проводимость электролита равно­ весный зазор нарушается. Однако величина зазора с изменением х, т. е. dyldx, не будет, вероятно, изменяться значительно, так что можно предположить, что линии тока останутся в основном па­ раллельными. Это означает, что можно будет применить уравне­ ние (4.5) равновесного зазора, чтобы рассчитать изменение рав­ новесного зазора в зависимости от х (рис. 4.9). Для ранее выбран­

Если рассмотреть влияние только температуры на проводи­ мость и предположить, что она увеличивается линейно с темпе­ ратурой, то

k = k0 [1 + а (Т — Т0) ]

т. е. величина зазора пропорциональна равновесному зазору на входе и зависит только от повышения температуры в рассматри­

личиться в 2 раза между входными и выходными точками, на каком бы расстоянии они ни были.

Влияние пузырьков водорода на проводимость. При равновесии на плоском инструменте плотность тока и скорость выделения водорода постоянны. Так как газ уносится потоком электролита, концентрация водорода в электролите будет увеличиваться ли­ нейно с ростом х вдоль зазора.

Степень влияния водорода на проводимость электролита за­ висит от многих факторов, но особенно от размера и распределе­ ния пузырьков в зазоре. Объем выделяемого водорода и влияние температуры и давления на него можно рассчитать, но трудно рассчитать размер пузырьков водорода и распределение их в слож­ ных гидродинамических условиях, которые имеют место в зазоре.

Снижение эффективной проводимости вызывает уменьшение величины зазора по направлению к выходу, но это влияние можно уменьшить путем создания противодавления с целью уменьшения объема, занимаемого пузырьками. В зоне наименьшего равновес­ ного зазора скапливается больший объем водорода, следовательно, именно в этой зоне скорее всего может произойти ценообразо­ вание.

3. ОБЩИЙ ТОК В РАВНОВЕСНЫХ УСЛОВИЯХ

Рассмотрим площадь А поверхности детали, которая перпен­ дикулярна направлению подачи. Для плоскопараллельных электродов, перпендикулярных направлению подачи, общий ток, проходящий через площадь А, составляет

еУс

взависимости от способа приближения к равновесной величине, как дано в уравнении (4.10) и показано на рис. 4.3. Если обрабаты-

ваемая деталь имеет начальные неровности (впадины или выступы), то при приближении к конечной равновесной форме ток будет приближаться к равновесной величине.

Даже если плоскопараллельный зазор расположен под уг­ лом 6 к вектору подачи, равновесный ток на единице площади,

увеличивается и равновесный зазор, то правая часть уравнения (4.28) остается без изменения. Это положение является справед­ ливым независимо от формы инструмента и поверхности детали при условии равновесия, так как при этом фактическая форма поверхности детали остается без изменения, поскольку перемеще­ ние производится с постоянной скоростью подачи а. Таким обра­ зом, объем материала детали, удаляемого в единицу времени, постоянен и равен объему материала, удаляемого с площади Ап, перпендикулярной скорости подачи а. Ток, проходящий через площадь Ап, пропорционален скорости съема металла и должен быть постоянным независимо от формы инструмента. В то время как плотность тока на поверхности детали изменяется соответ­ ственно его (равновесной) форме, плотность тока на любой вы­ ступающей площади Ап, перпендикулярной направлению подачи, постоянна.

Это происходит, когда проводимость электролита k изменяется, так как при равновесии местный зазор подвержен саморегули­ рованию, форма обрабатываемой поверхности остается постоянной и инструмент перемещается в глубь детали со скоростью подачи а.

Вышеприведенные выводы применимы к любой площади, пер­ пендикулярной вектору подачи. Это касается также всей поверх­ ности, когда она приближается к равновесной форме, при условии обработки ее с постоянной скоростью подачи. Это означает, что любые поверхности инструмента, параллельные вектору подачи (например, боковые поверхности инструмента, используемого для прошивки отверстия), должны быть изолированы, в противном случае будут наблюдаться боковые растравливания, которые не приближают равновесное условие. Когда боковые поверхности инструмента изолированы, постоянство общего тока показы­ вает, что равновесие достигнуто.

4.КОНТРОЛЬ ЗАЗОРА

Впроцессе обработки между инструментом и деталью уста­ навливается равновесный зазор, что позволяет предсказать окон­ чательную форму детали независимо от ее первоначальной. Точ­ ность окончательной формы детали зависит таким образом от постоянства равновесного зазора, который необходимо поддержи­ вать с помощью стабилизированных условий обработки. Если зазор между инструментом и деталью слишком велик, скорость обработки будет низкой, а если зазор мал, то возникает опасность короткого замыкания между электродами.

Методы контроля зазора. Распространенным методом контроля зазора является контроль по постоянному напряжению в сочета­ нии с постоянной скоростью подачи.

Равновесный зазор

постоянными для любой данной детали, в то время как F (число Фарадея) величина постоянная. Этот метод основывается на под­ держании остальных параметров постоянными, т. е. на принципе саморегулирования.

Источник питания со стабилизированным напряжением должен поддерживать постоянное напряжение с отклонениями несколько процентов. Аналогичным образом стабилизированный привод подачи может поддерживать скорость подачи а в пределах допуска такого же порядка. Самый нестабильный параметр — проводи­ мость электролита k, которая зависит от состава электролита и от температуры. При циркуляции электролита его температура уве­ личивается в результате процесса обработки, поэтому необходима какая-то форма стабилизации температуры.

Автоматический контроль величины зазора. Самой простой си­ стемой автоматического контроля зазора будет система, которая

прилагаемого напряжения обратно пропорционально k. Это означает по существу обработку с постоянным напряжением, и эта система контроля не зависит от площади обрабатываемой поверх­ ности, т. е. от изменения тока. Она, таким образом, будет приме­ нима в операциях обработки штампов. Система предполагает, что проводимость электролита остается постоянной либо кон­ тролируется отдельно, что целесообразно применять при обра­ ботке глубоких криволинейных полостей, когда ток рассеяния со­ ставляет значительную часть общего тока. Особенностью системы является возможность изменения скорости подачи в соответствии с процессом обработки, не'нарушая заданной величины рабочего зазора.

При прохождении электролита через зазор_ проводимость его изменяется, и в связи с этим возникает необходимость измерения проводимости. Самым доступным местом измерения является вход в зону обработки, но это означает, что равновесный зазор будет контролироваться на входе и необходимы другие измерения для компенсации конуса в зазоре. Этот тип контроля проводимости электролита на входе в рабочий зазор предложен ' в патенте

№1014313.

Впатенте № 937681 описана система, которая работает на принципе" поддержания постоянной величины тока между ин-

струментом и деталью. Если проводимость электролита и площадь детали постоянны, будет поддерживаться постоянной величина зазора. Сигнал напряжения, пропорциональный рабочему току, получают от сопротивления с минусовых токопроводов. Второй сигнал напряжения, зависящий от проводимости электролита, снимается с ячейки для измерения электропроводности в системе подачи электролита. Два сигнала суммируются и подаются на привод, который отрабатывает поддержание постоянного зазора. Главным недостатком этой системы является то, что она зависит от обрабатываемой площади, не остающейся постоянной. Примене­ ние системы оправдано в процессе обработки турбинных лопаток, для которого был разработан этот метод контроля, но она непри­ годна в случае обработки штампов, где эффективная площадь электродов изменяется на протяжении процесса.

5. ПОВРЕЖДЕНИЯ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

Возникновение искры обусловлено образованием «мостика» в результате короткого замыкания между инструментом и поверх­ ностью детали. Концентрация электрического поля на выступаю­ щей частице или заусенце в непосредственной близости к поверх­ ности с противоположной полярностью может также возбуждать искру. Во время обработки «мостиком» может служить заусенец или металлическая частица в потоке электролита.

Такие преимущества электрохимической обработки, как от­ сутствие износа инструмента, высокий класс чистоты поверх­ ности и точность обработки, будут нереальными, если короткие замыкания проходят незамеченными. Сильное искрение может привести к образованию глубоких кратеров в инструменте и на поверхностях детали, а это вызывает простой, значительные за­ траты, а иногда и снижение точности из-за ремонта инструмента и частой очистки детали.

Высокая стоимость станка для электрохимической обработки оправдывается его высокой производительностью. Электрохими­ ческую обработку широко используют при изготовлении сложных деталей из вязких материалов. На восстановление поврежденных деталей может потребоваться много времени и затрат. Очистка мест повреждения дорога и может задержать выполнение произ­ водственной программы. Глубина повреждения детали больше, чем глубина кратера; могут образоваться трещины глубиной 0,03 мм. Там, где металл подвергается высоким циклическим на­ грузкам, трещины могут привести к появлению концентраторов напряжения и последующему снижению предела выносливости.

Следовательно, для непрерывного производства качественных деталей нужно использовать следящие системы.

В систему электролита металлические частицы могут попадать различными путями, поэтому в системе подачи электролита перед входом в зону обработки необходимо установить фильтр с мелкой