книги из ГПНТБ / Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие

Электрод-инструмент изготовляется из латуни, меди, алюми­ ния, реже из чугуна, медноили углеграфитовой массы. Форма ин­ струмента должна соответствовать форме обрабатываемой поверх­ ности.

При обработке отверстий диаметром больше 6 мм применяют пустотелые электроды. В этом случае прошивается кольцевое отвер­ стие, а центральная часть удаляется, когда отверстие прошито на­ сквозь. При этом расходуется меньше электроэнергии и процесс вы­

больше диаметра электрода-инструмента. Поэтому дааметр элект­ рода делается несколько меньше диаметра отверстия.

Износ инструмента при электроискровой обработке приводит к образованию отверстия конической формы. Поэтому длину электро­ да выбирают такой, чтобы можно было производить «калибровку» цилиндрической частью электрода.

Основным достоинством электроискровой обработки по срав­ нению с обработкой резанием является возможность образования как сквозных, так и глухих отверстий малого диаметра, в том числе отверстий очень малого диаметра (0,01 мм) в термически обрабо­ танных металлах (HRC = 64 и более), не поддающихся обработке другими методами, а также отверстий с поперечным сечением любой формы и с криволинейной осью.

Этим способом можно затачивать режущий инструмент, осна­ щенный пластинками из твердого сплава, а также изготовлять на таких резцах уступы для ломания стружки.

Из выпущенных электроискровых станков можно указать на . настольный универсальный электроискровой станок модели 4Б721, предназначенный для обработки отверстий, диаметром 0,15—5 мм и наибольшей глубиной 20 мм. Производительность его — 30 мм31мин, потребная мощность — 0,6 кет. Габаритные размеры 685Х660Х Х880 мм.

Промышленность выпускает электроискровые станки модели 18В для извлечения обломков сверл и других инструментов из глу­ боких отверстий, станки модели 37М для плоского шлифования и автоматические станки модели 62 для Обработки отверстий диамет­ ром до 0,15 мм с точностью до 0,01 мм.

§ 2. Электроимпульсная обработка

При всех своих достоинствах электроискровая обработка имеет ряд серьезных недостатков: сравнительно низкую производитель­ ность при обработке незакаленных сталей, большой износ электро­ да-инструмента, большой расход электроэнергии. Эти недостатки предопределили развитие электроимпульсного метода, в котором они сказываются в значительно меньшей мере.

440

Станок для электроимпульсной обработки (рис. 277) в отличье от электроискрового не имеет конденсатора. Импульсные разряды создаются в специальном генераторе импульсов, состоящем из пре­ образователя 1 и селенового выпрямителя 2. Преобразователь под­ ключается к заводской сети с напряжением 380 в и с частотой 50 гц и преобразует ток до напряжения 50 в и частоты 490 гц. Выпрями­ тель 2 пропускает ток только в одном направлении, что позволяет получить униполярные импульсы, т. е. импульсы одного направле­ ния. Между электродом-инструментом 4 и деталью 3 возникают электрические разряды. При этом деталь получает колебательное

Рис. 277. Станок для электроимпульсной обработки

движение в направлении подачи. Этим обеспечивается выход газов и удаление частиц металла'из межэлектродного пространства. По мере съема металла электроду-инструменту сообщается подача.

Для сохранения необходимого оптимального межэлектродного промежутка применяется регулятор в виде специального электро­ магнита. В отличие от электроискровой обработки деталь подключа­ ется к отрицательному источнику питания, а инструмент — к поло­ жительному.

Электроды-инструменты для электроимпульсной обработки из­ готавливаются из меди, алюминия и его сплавов, чугуна и др. Наи­ лучшими являются углеграфитовые электроды. Обработка ведется в трансформаторном масле, индустриальном 12, а также в воде. При электроимпульсной обработке развивается температура 4000— 5000°, т. е. ниже, чем при электроискровой, благодаря чему снижа­ ется износ инструмента.

Электроимпульсная обработка на средних и жестких режимах имеет более высокую производительность по сравнению с электро­ искровой. Максимальная скорость съема металла на жестких режи­ мах составляет 5000—6000 мм3/мин, однако увеличение съема ме­ талла снижает качество поверхности.

441

Процесс электроимпульспой обработки.производится при на­ пряжении тока 10—26 в и силе 50—200 а. Объемный износ инстру­ ментов составляет 0,2—25% от объема снятого металла. Чистота об­ работки при мягких режимах — 4—6-й классу

Обрабатываемость зависит от свойств обрабатываемых мате­ риалов, средней мощности, вводимой в зону обработки, и размеров обрабатываемой поверхности. Стали и жаропрочные сплавы имеют почти одинаковую обрабатываемость. Производительность при об­ работке алюминия и его сплавов на 30—50% выше, а твердых спла­ вов в 5—6 раз ниже, чем стали.

В нашей стране выпускаются следующие универсальные элек- тро-импульсные станки: 4А722, 4723, 473 и 4724. Станок модели 473 предназначен для обработки на глубину до 100 мм. Производитель­ ность при обработке стали (при силе тока 200 а) равна 3000 мм3/мин. Потребная мощность 20,6 кет. Габаритные размеры 1400ХІ030Х Х800 мм.

§ 3. Электроконтактная обработка

При электроконтактной обработке (рис. 278) электрод-инстру­ мент 1 получает быстрое вращательное движение. К нему подводит­ ся деталь 2. Вторичная обмотка трансформатора 3 подключается к инструменту и детали, а первичная включается в сеть. Соприкосно­ вение под давлением (0,2—6 кГ/см2) вызывает в месте контакта повышение переходного сопротивления. Через это место проходит

электрический ток. Вращающий­ ся с большой скоростью диск вы­ брасывает разогретый и размяг­ ченный металл в виде снопа искр.

При электроконтактной обра­ ботке применяется ток низкого напряжения (20—40 в). Сила

ком режиме достигает нескольких десятков тысяч кубических милли­ метров снятого металла в мину­ ту. Но в этом случае получается низкое качество поверхности. Для

достижения высокой чистоты необходимо понизить скорость пере­ мещения электродов. Электрод-инструмент может быть изготовлен из стали, меди, латуни, чугуна.

Достоинства электроконтактного метода — повышение произ­ водительности по сравнению с механическим разрезанием, абразив­ ной заточкой и доводкой; экономия абразивов; значительное повы­

442

шение производительности при обработке твердых металлов и спла­ вов. Недостатки электроконтактного метода — невысокие чистота и точность при больших съемах металла; термические изменения в зо­ не обработки; возможность появления трещин при обдирочных опе­ рациях и шлифовании.

Электроконтактный способ пригоден для черновой обработки (1—2-й классы чистоты).

§ 4. Электрохимическая обработка

Сущность электрохимической обработки металлов заключается в том, что при протекании постоянного тока между электродами, по­ груженными в раствор электролита, происходит процесс анодного растворения, т. е. переход в раствор металла с анода. Получение не­ обходимых размеров достигается локализацией электрохимического растворения на определенных поверхностях или участках обрабаты­ ваемой детали. Электрохимическая размерная обработка применя­

материалы любой твердости и вязкости, причем в этом случае от­ сутствует вредное действие тепла на инструмент и поверхность де­ тали, не образуется наклеп, достигается высокая чистота, точность и производительность.

При отсутствии локализации электрохимического процесса ме­ талл растворяется по всей поверхности детали. Такое произвольное растворение используется при безразмерной обработке, (например, удаление заусенцев, скругление кромок на деталях после механиче­ ской обработки, очистка деталей от окалины, безразмерное элект­ рополирование и др.).

Оборудование для электрохимической обработки сходно с обыч­ ным гальваническим. Основой его является ванна с электролитом. Анодные стержни, на которые подвешиваются полируемые изделия, неподвижны или получают продольные возвратно-поступательные движения с небольшой частотой. Катоды изготовляются из токопро­ водящих материалов, не разрушаемых электролитом (нержавеющая сталь, свинец, медь и др.).

Рассмотрим некоторые виды электрохимической обработки. В процессе электрохимического полирования (рис. 279, а) при анод­ ном растворении металла в электролите 1 на поверхности полируе­ мой детали 2 образуется вязкая пленка солей, защищающая мик­ ровпадины от действия тока и не препятствующая растворению вы­ ступов (гребешков). Это объясняется тем, что на выступы действует более плотный поток электронов. Форма катода 3 определяется фор­ мой обрабатываемой детали. Расстояние его от анода 20—100 мм. Напряжение постоянного тока 3—12 в. Плотность тока 2—170 ajdM2.

Состав электролита, его температура, плотность тока выбираются«в зависимости от свойств обрабатываемого материала и требо­ ваний к качеству поверхности. Для электрохимического полирова­

443

ния углеродистой и низколегированной стали применяется элект­ ролит, состоящий из 70% фосфорной кислоты, 5—12% серной кислоты, б—8% хромового ангидрида и 12—15% воды.

Чтобы интенсифицировать процесс, электролит перемешивают. Интенсивность съема металла зависит от состояния электродов, об­ рабатываемой поверхности и режима обработки. Продолжитель­ ность операции определяется' величиной съема и составляет обыч­ но 3—10 мин. Чистота обрабатываемой поверхности зависит от со­ стояния исходной. В производственных условиях можно получить

Рис. 279. Электрохимическая обработка

чистоту 8—10-го класса, а у предварительно отшлифованных дета­ лей — 12—13-го класса.

Электрохимическое полирование позволяет повысить коррози­ онную стойкость и износостойкость обрабатываемой поверхности. Это объясняется съемом ослабленного поверхностного слоя и в ча­ стности удалением поверхностных микротрещин, которые являются концентраторами напряжений.

Электрохимическое полирование применяют перед гальвани­ ческими процессами. Это обеспечивает прочность сцепления покры­ тия с основой и снижает пористость покрытий.

444

При электрохимической заточке инструмента на режущем лез­ вии создается повышенная плотность тока, что приводит к интенси­ фикации анодного растворения на этом участке. В результате полу­ чается утонение и заострение лезвия. Характер заострения зависит от предварительной заточки и расположения изделий относительно катодов. Операция длится 0,5—5 мин. Чистота поверхности — 5—9-й класс.

При электрохимическом прошивании отверстии (рис. 279, б)

через трубку 2, представляющую собой отрицательный электрод, подается электролит к детали 1. Трубка при помощи пружины 3 прижимается к месту обработки детали. Под давлением вытекаю­ щего из трубки электролита между торцевой поверхностью трубки и деталью образуется зазор, который исключает межэлектродный контакт. При протекании электрического тока через электролит ме­ талл детали растворяется. Интенсивный проток электролита обес­ печивает удаление образующихся продуктов электролиза через от­ верстие в ванночке 4. Трубка под действием пружины углубляется в деталь, поддерживая постоянство межэлектродного зазора. В этом случае отпадает надобность в механическом воздействии на обра­ батываемую деталь.

При электрохимическом профилировании (рис. 279, в) детальанод квадратного или другого профиля вращается в катоде круг­ лого или иного профиля. Анодное растворение детали происходит на участках, близких к катоду, результатом чего является получение заданной формы.

Большой интерес представляет электрохимическая размерная обработка пера лопаток турбины между двумя движущимися като­ дами-инструментами (рис. 279, г). Этот процесс позволил в 4—10 раз увеличить производительность, в 5—10 раз сократить число опе­ раций, в 2—4 раза уменьшить число производственных рабочих, в 50—100 раз сократить расходы на инструмент и в 2—4 раза умень­ шить количество оборудования по сравнению с обработкой на ме­ таллорежущих станках. Обработка пера лопаток с припуском 2— 3 мм на сторону продолжается 5—15 мин, чистота поверхности — 7—8-го класса.

§ 5. Анодно-механическая обработка

Анодно-механическая обработка была предложена в 1943 г. со­ ветским ученым В. Н. Гусевым. Сущность ее заключается в том, что жидкость-электролит, которая подается в пространство между элек­ тродом-инструментом и деталью, растворяет под действием тока металл, образуя на поверхности детали пленку толщиной от сотых долей микрона до нескольких десятых долей миллиметра. Эта плен­ ка имеет низкую прочность и легко соскабливается с микровыступов быстро вращающимся диском. На очищенных участках вновь обра­ зуется пленка, которая также счищается вращающимся диском. В результате обрабатываемая поверхность выравнивается, так как растворение металла происходит в первую очередь на выступах.

445

Одновременно с электрохимическим происходит электроэрозионный процесс.

При мягком режиме, когда плотность тока меньше 15 а/см2, об­ рабатываемая поверхность разрушается в основном за счет электро­ химического растворения и механического удаления пленки. При жестком режиме, когда плотность тока более 15 а/см2, удаление слоя металла с детали происходит в основном за счет эрозии.

При анодно-механическом разрезании металлов (рис. 280, а) тонкий металлический диск / подключается к отрицательному ис-

Рис. 280. Анодно-механическая и электроабразивная обработка

точнику постоянного тока и служит катодом, а деталь 3 — к поло­ жительному и служит анодом. Между диском и деталью через труб­ ку 2 подается электролит — водный раствор жидкого стекла. Ско­ рость вращения диска — 10—30 м/сек, а скорость его радиальной подачи — 40 мм/мин. Диск получает вращательное движение и по­ перечную подачу.

Электрод-инструмент выполняется из стали, чугуна, меди и дру­ гих материалов. Для разрезки заготовок диск изготовляется тол­ щиной 1—2 мм. При анодно-механической обработке обычно при­ меняется постоянный ток. Применение переменного тока снижает интенсивность съема металла в 1,5—2 раза.

Износ инструмента зависит от его материала и характера об­ работки. Например, при разрезании заготовок износ стального дис­ ка составляет 10—30% веса снятого металла, а при заточке — 9—25%. Ширина реза в 1,5—2 раза более толщины диска.

Точность обработки зависит от точности и жесткости инстру­ мента и станка. При чистовых операциях она может соответство­ вать 2-му классу. Чистота поверхности определяется режимом об­ работки. При жестких режимах она соответствует 2—4-му классу,

446

Последний состоит из абразивных зерен 1 и электропроводного наполнителя 2 и соединен с отрицательным полюсом. Обрабатыва­ емая деталь 3 соединена с положительным полюсом источника то­ ка. В зазор между инструментом и деталью непрерывной струей от насоса подается электролит. При пропускании тока через электро­ лит происходит растворение металла на поверхности детали с об­ разованием анодной пленки.

Электроабразивный круг получает вращательное и осциллирую­ щее движение относительно обрабатываемой поверхности, соскабли­ вая анодную пленку, благодаря чему обеспечивается непрерывный процесс анодного растворения и съема металла.

Применение электроабразивных кругов в качестве электродовинструментов позволяет значительно повысить производительность процесса чистовой анодно-механической обработки.

Втабл. 17 приведена эффективность различных способов об­ работки металлокерамических твердых сплавов.

Внашей стране разработаны следующие модели анодно-меха­ нических станков: дисковые разрезные АМОВ-3, 4820 и 4821, лен­ точные разрезные 4822 и 4823, заточные 4352, 4362, 4ФМ362 для за­ точки фрез и др.

§ 6. Химико-механическая обработка

Химико-механическим способом шлифуются пластинки твер­ дого сплава под напайку и производится затачивание твердосплав­ ного инструмента^

Сущность метода заключается в том, что при погружении ме­ таллических изделий в растворы некоторых солей возникают разно­ го рода химические и электрохимические реакции, которые приво­ дят к растворению поверхностного слоя детали. Напримёр, при по­ гружении пластинок твердого сплава в смеСь 20%-ного раствора сернокислой меди с абразивным порошком происходит обменная химическая реакция, в результате чего выделяется медь, а кобаль­ товая связка твердого сплава переходит в раствор в виде соли, осво-

447

бождая зерна карбидов. Последние вместе с медью сошлифовываются абразивным порошком путем механического воздействия на

пластинку притиром (в виде-металлического диска) или шлифо­ вальным кругом.

§7. Обработка ультразвуком

Вотличие от электрических методов, позволяющих обрабаты­ вать только токопроводящие материалы, ультразвуковая обработка применима также и к не проводящим ток хрупким и твердым мате­ риалам. На ультразвуковых станках можно обрабатывать стекло,

керамику, фарфор, кварц, германий, кремний, рубины, алмазы, твер­ дые сплавы и другие материалы.

,Сущность метода заключается в том, что вибрирующий с боль­ шой частотой (16—30 кгц) инструмент ударяет своим торцом по аб­

разивным зернам, которые поступают в виде взвешенного в воде или в масле микропорошка в зазор между торцом инструмента и деталью. Количество одновременно действующих на материал зерен дости­ гает 30 100 тыс. на 1 см2. В результате этого выбиваются малень­ кие частицы материала заготовки. Поступающая под давлением аб­ разивная масса (суспензия) обеспечивает удаление частиц мате­ риала. Несмотря на очень малые размеры выбиваемых частиц, про­ цесс j идет довольно интенсивно.

Материалом для инструмента служит конструкционная сталь марок 40 и 50. Для обеспечения контакта инструмента и заготовки производится незначительное их прижатие.

Производительность процесса, класс чистоты поверхности, точ­ ность обработки и износ инструмента в значительной степени зави­ сят от физико-механических свойств обрабатываемых материалов,

амплитуды колебаний, зернистости абразива и статической на­ грузки.

Главным движением при ультразвуковой обработке являются продольные колебания инструмента с ультразвуковой частотой.

Ультразвуковой станок модели 4770 (рис. 281) получает энер­ гию от ультразвукового генератора, который питается от сети пере­ менного тока обычной частоты и вырабатывает переменный ток ча­ стотой 16—25 кгц. Ток подается на обмотку электромеханическою преобразователя 4, изготовленного из пластин, материал которых обладает магнитострикционным эффектом, т. е. способностью изме­ нять свои размеры при изменении магнитного поля. В преобразова­ теле электромагнитные колебания превращаются в механические. Для увеличения амплитуды колебаний применяется концентратор 3. Амплитуда колебаний инструмента 2 составляет 10— 100 мк. Кон­ центратор с одной стороны связан с преобразователем, а с другой —

синструментом 2.

Взону обработки, т. е. в зазор между торцом инструмента 2 и деталью 7, с помощью насоса 7 из бака 8 подается абразивная сус­ пензия. В качестве абразива применяются порошки из карбида

кремния, окиси алюминия и карбида бора зернистостью № 90—120

448

в зависимости от требований к чистоте поверхности. Ползун 5, урав­ новешенный контргрузом, перемещается по направляющим станины 6 и прижимает инструмент к обрабатываемой детали с определен­ ной силой.

.Достоинствами этого метода являются неизменяемость струк­ туры обрабатываемого материала, так как он не подвергается силь­ ным механическим и температурным воздействиям, высокая чис­ тота поверхности (7—8-й класс) и высокая точность размеров (2—3-й класс). Скорость обработки твердых сплавов составляет

0,3—0,5 мм/мин, закаленной стали (HRC —45—5 5 )— 0,05— 0,1 мм/мин, стекла и кварца.— 2—15 мм/мин.

Износ инструмента происходит как в продольном, так и в по­ перечном направлении и зависит от обрабатываемого материала, материала инструмента и других факторов.

§ 8. Лучевая обработка металлов

Электронно-лучевая обработка. Электронно-лучевой метод об­ работки основан на способности электронного пучка с большим к. п. д. (97—99,9%) превращать свою кинетическую,энергию в теп­ ловую. Этот метод применяется в металлургии для плавки металлов, в машиностроении и приборостроении для обработки очень м'алых отверстий, сварки, напыления тонких пленок (от нескольких мик­ рон до десятых долей миллиметра), для упрочнения закаленной цоверхности после заточки и шлифования и др.