Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

обработки заготовке сообщают рабочее дви­ жение (вращение, планетарное движение) со скоростью 15 ... 30 м/с, что приводит к значи­ тельному увеличению частоты ударов зерен (до 300 ... 400 1/(смм2) [вместо 4-5 1/(смм2) при неподвижной заготовке] и энергии соуда­ рения. В результате интенсивность съема ме­ талла увеличивается до 1,5 ... 2 мкм/мин и более, что значительно превышает показате­ ли, например, виброабразивной обработки.

Степень разреженности и текучесть "кипящего" слоя абразивных зерен весьма высоки, поэтому этим способом можно обра­ батывать заготовки сложной формы. Путем соответствующего расположения заготовки можно обеспечить либо одинаковое, либо различное по интенсивности воздействие аб­ разивных частиц на различные участки про­ фильной поверхности. Наиболее интенсивной обработке подвергаются кромки и прикро-

электрокорунд марки 38А. Для предваритель­ ных, более грубых операций следует приме­ нять зерно 50 - 80 (размер зерен основной фракции 500 ... 800 мкм); для окончательных операций зерно 12—25 (размер зерен основ­ ной фракции 120 ... 250 мкм). Высота насып­ ного слоя зерен в рабочей камере определяет­ ся следующим образом

Ян.с = (0,2 ... 0,3)А + Д),

где Д — диаметр заготовки; Щ — расстояние от нижнего края заготовки до воздухораспре­ делительной решетки, равное 40 ... 60 мм.

При образовании "кипящего" слоя его высота Яке составляет (1,4 ... 1,5)Ян.с-

Износ абразивных зерен в процессе об­ работки происходит в виде скалывания мик­ рочастиц, которые удаляются из рабочей ка­ меры потоком воздуха вместе с частицами металла. Добавление зерна в рабочую камеру

частиц составляют 0,3 ... 1 м/с, силы микро­ ударов могут изменяться в широких пределах и достигать 10 ... 20 Н, давление абразивного слоя на поверхность заготовки - 0,002 ...

0,05 МПа.

Колебания могут быть прямолинейны­ ми, плоскостными и объемными. Наиболее эффективны плоскостные (двухкомпонентные) и объемные (трехкомпонентные) коле­ бания. При плоскостных колебаниях абразив­ ные частицы и заготовки имеют три степени свободы: перемещения по двум осям коорди­ нат и вращение вокруг третьей оси; при объ­ емных колебаниях происходят перемещения по трем осям координат и вращение относи­ тельно любой оси. Установки для виброабра­ зивной обработки, в которых используются плоскостные и объемные колебания, обеспе­ чивают наиболее высокие производительность и качество.

Создан ряд конструкций виброабразив­ ных установок, у котор.ых можно вьщелить следующие основные признаки. По форме рабочей камеры-контейнера имеются уста­ новки с и—образной, V-образной, цилинд­ рической, тороидальной и спиральной каме­ рой. На рис.2.3.33 и 2.3.34 показаны наиболее часто применяемые установки с тороидальной

исо спиральной камерой (типа "спиратрон").

Вэтих камерах абразивные частицы и заго­ товки совершают сложное движение по коль­ цевым траекториям и вдоль оси камеры, в "спиратроне" — по восходящей спирали.

По типу устройства-вибратора, создаю­ щего колебания, известны установки с инер­ ционными вибраторами (с вращающейся не­ уравновешенной массой), с кривошипными или кулачковыми вибраторами, с электромаг­ нитными вибраторами.

Рис. 2.3.33. Установка с тороидальной камерой

Рис. 2.3.34. Установка типа "спиратрон**

По числу рабочих камер имеются одно-, двух- и четырехкамерные установки. Объем камеры может изменяться в пределах 10 ...

27000 дмЗ.

С целью автоматизации вспомогатель­ ных операций виброабразивные установки оснащают устройствами для загрузки и вы­ грузки заготовок, для транспортировки рабо­ чей смеси, для разделения обработанных де­ талей и рабочей смеси, для промывки и суш­ ки деталей. Такие автоматизированные уста­ новки непрерывного действия используют в крупносерийном и массовом, производстве.

Созданы установки для шпиндельной виброабразивной обработки, при которой обрабатываемая заготовка устанавливается внутри контейнера на шпинделе и вращается.

Для виброабразивной обрабопси разра­ ботан специальный инструмент — абразивные тела в форме призм, пирамид, конусов, звез­ дочек, шаров. Такие тела изготовляют из электрокорунда различных марок на керами­ ческой и полимерной связках. Кроме того, для этой технологии используют абразивные частицы произвольной формы, полученные дроблением боя и отходов шлифовальных кругов с последующим рассевом дробленых частиц на фракции. Отличительной особенно­ стью абразивных тел и частиц для виброабра­ зивной обработки является их высокая твер­ дость, соответствующая степеням твердости Т- ЧТ, что необходимо для уменьшения ин­ тенсивности их изнашивания в процессе об­ работки.

Для предварительных, более грубых опе­ раций используют абразивные наполнители зернистостью 40-25; для окончательных опе­ раций — наполнители зернистостью 8-М20. В табл. 2.3.18 приведены скорость съема металла и параметры шероховатости поверхности.

2.3.18.Скорость съема металла

ипараметры шероховатости поверхности при обработке стали СтЗ

Наполнители на полимерной связке ис­ пользуют для полировальных операций; для этой же цели используют наполнители из дерева, войлока, фетра с добавлением шлифо­ вальных порошков и полировальных паст.

Жидкости, применяемые для рабочих смесей, представляют водные растворы щело­ чей, солей и кислот с добавками поверхност­ но-активных, антикоррозионных, осветляю­ щих веществ. Наиболее широко распростра­ нены 2 ... 3%-ный раствор кальцинированной соды, слабые растворы серной, соляной, ортофосфорной кислот, раствор хромпика. В качестве добавок используют олеиновую и стеариновую кислоты, медный купорос, тиомочевину, скипидар и др.; содержание доба­ вок не превышает 1 ... 1,5%.

Вследствие малых скоростей и контакт­ ных сил производительность съема металла при виброабразивной обработке низка и на­ ходится в пределах 0,05 ... 0,2 мкм/мин. По­ этому машинное время обработки достаточно велико, от 30 мин до нескольких часов.

Виброабразивная обработка — низко­ температурный процесс, не приводящий к каким-либо фазовым изменениям в поверх­ ностном слое металла; она формирует оста­ точные напряжения сжатия 200 ... 500 МПа и упрочняет поверхностный слой; степень уп­ рочнения составляет 25 ... 30 %.

В результате виброабразивной обработки достигается значительное уменьшение шеро­ ховатости поверхности. Так, при исходном параметре шероховатости Ra = 10 ... 20 мкм за одну операцию шероховатость уменьшается до Ra = 1,25 ... 2,5 мкм, а за две-три опера­ ции - до Ra = 0,32 ... 0,63 мкм. На операциях виброполирования получена шероховатость Ra = 0,08 ... 0,16 мкм.

Виброабразивная обработка позволяет также удалять заусенцы и скруглять острые кромки после операций резания и штампов­ ки, удалять окалину после термообработки, подготавливать поверхности под покрьггия.

Область применения виброабразивной обработки - сравнительно небольшие, массой до 1-2 кг, детали сложной формы, обладаю­ щие достаточно высокой жесткостью, не имеющие баз. Это литые заготовки из цвет­

ных сплавов, стали, чугуна, а также заготовки, полученные штамповкой и методом порош­ ковой металлургии. В качестве примеров эф­ фективного применения виброабразивной обработки служат турбинные лопатки мелких и средних размеров, детали санитарнотехнической арматуры, заготовки постоянных магнитов (онистка отливок), заготовки режу­ щих инструментов (очистка от окалины), шайбы, шпонки, скобы.

сп и с о к ЛИТЕРАТУРЫ

1.Агеев Н. Д. Ламинарный двухфазный факел. Эксперимент и теория. // Автореферат диссертации на соиск. уч. ст. кандидата физ.- мат. наук. - Одесса: ОГУ, 1987. 22 с.

2.А.С. /патент/ СССР № 4905867/05, 1991. Назаров Ю. Ф., Безродных А. К., Агеев

Н.Д., Рубан В. М. Состав для полирования металлических поверхностей.

3.Доводка прецизионных деталей ма­ шин / П. Н. Орлов, А.А. Савелова, В.А. Полухин, Ю. И. Нестеров; Под ред. Г. М. Ипполитова. М.: Машиностроение. 1978. 256 с.

4.Маринин Г. В., Колокольцев Г. И., Лазарев М. Д. и др. Нанотехнология и обра­ ботка с субмикронной точностью, // Техно­ логия: Науч.-техн. сб. / ЦНТИ "Поиск". 1990.

С.9-18 (Сер. 'Технология машиностроения". Вып. 3).

5.Назаров Ю. Ф., Талдонов Г. В. Курченко В. В. Основы наноабразивной обработ­ ки деталей машин // Вестник машинострое­ ния. 1997. № 9. С. 25-28.

6.Орлов П. Н. Технологическое обеспе­ чение качества деталей методами доводки. М.: Машиностроение. 1988. 384 с.

7.Рубан В. М., Назаров Ю. Ф., Лурье

Г.Б. и др. Исследование зависимости скоро­ сти полирования от технологических факто­ ров обработки // Алмазы и сверхтвердые ма­ териалы. 1980. № 10. С. 89.

8.Рубан В.М., Назаров Ю.Ф., Лурье Г.Б. Оптимизация процесса абразивной обра­ ботки зеркальных металлических поверхно­ стей // Науч.-техн. сб. "Алмазы и сверхтвер­ дые материалы". М.: НИИМАШ, 1981. Вып.

4.С. 17-19.

9.Сагателян Г. Р. Разработка абразив­ ного инструмента для доводки основ магнит­ ных дисков памяти / "Чистовая, обработка материалов резанием" / МДНТП. 1978. С. 15-

10.Скворцов К. Ф. Полирование преци­ зионных деталей в приборостроении / / Труды МГТУ 'Технология производства электронной аппаратуры". М.: МГТУ, 1989. С. 4-41. № 538.

11.Ящернцын П. И., Зайцев А. Г., Баработько А. И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов. Минск: Наука и техника. 1976. 282 с.

Глава 2.4

ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА

2.4.1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

ИРЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) представляет собой процесс формоизменения заготовки вследствие электрических импуль­ сов. Она включает: обработку сформирован­ ными генератором короткими (до ЗЮ-"* с) импульсами (электроискровой процесс); длинными импульсами (электроимпульсная обработка); импульсами, возникающими в межэлектродном пространстве (МЭП), при работе в жидкой и газовой среде (электро­ контактный процесс, упрочнение и легирова­ ние).

Применяют несколько технологических схем электроэрозионной обработки.

1. Прошивание — удаление металла из полостей, углублений, отверстий, пазов, с наружных поверхностей. На рис. 2.4.1 показа­ ны схемы изготовления углубления и фасон-

2

Рис. 2.4.1. Схемы прошивания: а — углубления; б - отверстия

ного отверстия. Электрод-инструмент / по­ ступательно перемещается к заготовке 2 со скоростью г;и (см. рис. 2.4.1, а). Оба электрода помещены в ванну J, заполненную диэлектри­ ком 4. Продукты обработки 5 выбрасываются в межэлектродный промежуток и оседают на дно ванны. Прошиванием можно получать поверх­ ности с прямой и с криволинейной осью.

Существует два варианта прошивания:

прямое копирование, когда электрод-

инструмент находится над заготовкой (рис.2.4.1, а);

обратное копирование с расположением

заготовки 7 над электродом-инструментом 2 (рис.2.4.1, б). Движение подачи здесь может осуществлять заготовка относительно элек­ трода.

Второй вариант позволяет облегчить удаление продуктов обработки 5 и за счет сокращения числа боковых разрядов через частицы расплавленного металла в межэлек­ тродном промежутке повысить точность обра­ ботки детали.

2. Электроэрозионное шлифование, схема которого приведена на рис. 2.4.2. Металличе­ ский электрод-инструмент 1 в форме диска совершает вращательное и поступательное движение к заготовке 2 со скоростью r;„. Заго­ товка может вращаться, как показано на рис. 2.4.2. Жидкость подают поливом из на­ садки 3. При небольших габаритах заготовок процесс может протекать в ванне с рабочей жидкостью. Шлифование может быть как встречным, так и попутным.

Рис. 2.4.2. Электроэрозионное шлифование диском

3. Разрезание профильным или непро­ фильным инструментом включает разделение заготовки на части - отрезание - и получе­ ние непрямолинейного контура - вырезание, которое выполняется только непрофилированным электродом-инструментом. Профиль­ ный электрод-инструмент 1 при разрезании деталей (рис. 2.4.3, а) может бьггь выполнен в форме диска или пластины. Его перемещают к заготовке 2 со скоростью i;„ вдоль детали.

а)

V 1

«*- ч. 1 1 ^

а — пластиной; б — непрофилированным электродомпроволокой

Обработка выполняется в ванне 3 с диэлек­ трической жидкостью 4. Если разрезание вы­ полняется пластиной с одним поступатель­ ным перемещением ее к заготовке, то это будет прошивание. В случае использования непрофилированного электрода (рис. 2.4.3, б) инструмент / выполняют в форме круглой проволоки диаметром 0,002 ... 0,3 мм или стержня, которые могут перемещаться в раз­ личных направлениях со скоростью г^и в лю­ бой части заготовки 2. Для устранения влия­ ния износа электрода-инструмента на точ­ ность прорезаемых пазов проволоку или стержень перемещают (обычно перематыва­ нием) вдоль оси со скоростью V. Разрезание выполняют в ванне с диэлектрической жид­ костью.

4. Электроэрозионное упрочнение и вос­ становление деталей, включающее легирова­ ние и наращивание поверхности, обычно осуществляют на воздухе и в газах. Частицы расплавленного металла инструмента на воз­ духе не успевают остыть и оседают на по­ верхности заготовки, образуя на ней слой сплава, насыщенного легирующими элемен­ тами электрода-инструмента (либо легирую­ щим компонентом из состава рабочей среды). Кроме того, нанесенный на заготовку слой закален до высокой твердости и имеет за счет этого повыщенную износостойкость.

Производительность Q процесса оцени­ вается отношением объема или массы уда­ ленного (или нанесенного) металла ко време­ ни обработки. Исключение составляют опера­ ции разделения и вырезки деталей, где под производительностью понимают отношение площади боковой поверхности паза ко време­ ни обработки.

Этот показатель находят по зависимости

Q = ц,аА^/ ,

где У4И — энергия импульса; цг — коэффици­ ент, учитывающий количество холостых им­ пульсов: \\) =///т.и (здесь /г,и ~ частота им­ пульсов, вырабатываемых генератором; / — частота импульсов, вызывающих эрозию).

Для получения высокопроизводитель­ ного режима необходимо, чтобы \\j был ближе к единице, т.е. чтобы как можно больше им­ пульсов участвовало бы в процессе эрозии. При малой частоте импульсов v|/ « 0,85; в слу­ чае высокой частоты i|/ « 0,75. Через а обозна­ чен объем металла, снимаемого одним или несколькими импульсами с суммарной энер­ гией 1 Дж. Объем расплавленного металла можно найти из уравнения теплопроводности, если принять температуру Г на 50 ... 100 К выше температуры плавления материала элек­ трода. Введя коэффициент к = ц/а и выразив частоту через длительность импульса / = l/(^Tj^), расчет ведут по зависимости

е = ^4и/Ю

где q — скважность; к — коэффициент, кото­ рый находят экспериментально. Он зависит от вида и состояния рабочей среды, ее про­ качки, материалов и размеров электродов, характеристики импульсов.

Таким образом, повысить производи­ тельность можно, если подобрать оптималь­ ное сочетание факторов, позволяющих увели­ чить долю полезных рабочих импульсов. Для этого необходимо достичь оптимального соот­ ношения между максимальным значением силы тока Ijnax ^ импульсе и его длительностью i„.

Электроконтактное разрезание в жидко­ сти используется в качестве заготовительной операции при получении заготовок из труд­ нообрабатываемых токопроводящих материа­ лов.

Шлифование в жвдкой среде обеспечива­ ет малые параметры шероховатости поверхно­ сти и высокую точность размеров, но произ­ водительность здесь ниже, чем при абразив­ ном шлифовании. Процесс протекает при малых усилиях на заготовку, поэтому не про­ исходит ее деформации, не образуются за­ усенцы. Это позволяет успешно использовать способ для заточки инструмента, обработки нежестких конструкций, а также заготовок, где недопустимы заусенцы, например, деталей летательных аппаратов, приборов, изделий электротехнической промышленности.

Электроконтактный метод в воздушной среде имеет производительность до 900-1000

MMVC, ЧТО В несколько раз выше, чем при

других известных методах разрезания и об­ дирки специальных сплавов. Процессу свой­ ственна низкая энергоемкость, которая не превышает 1 ... 2 кВт-ч/кг (в 3-5 раз ниже, чем при обработке в жидкости). Однако пока­ затели шероховатости и точности уступают другим способам электроэрозионной обработ­ ки. Метод используют для высокопроизводи­ тельной черновой обработки заготовок боль­ ших габаритов, преимущественно в метал­ лургической промышленности.

Электроэрозионное упрочнение, легиро­ вание и восстановление уступает по произво­ дительности другим методам упрочнения, например, плазменному напылению, не вы­ зывает нагрева детали, не повреждает исход­ ный материал, дает достаточно равномерный слой удовлетворительного качества и более технологично. Находит использование в инст­ рументальном производстве, в приборострое­ нии, при ремонте машин.

Электроэрозионная обработка включает следующие этапы проектирования:

1. По форме обрабатываемой поверхно­ сти, ее размерам и требованиям шероховато­ сти намечают один или несколько способов обработки, позволяющих обеспечить соответ­ ствие детали чертежу и техническим услови­ ям; подбирают схему обработки; рассматри­ вают возможность и целесообразность ис­ пользования многоконтурной и многоэлек­ тродной обработки.

2.Намечают маршрут технологического процесса электроэрозионной обработки, для чего определяют последовательность и число операций, выполняемых на станке, и кон­ трольных операций.

3.Рассчитывают технологические пока­ затели процесса для каждой операции: произ­

водительность, точность, качество поверхно­ сти и режимы обработки. Расчет режимов

выполняют в зависимости от технологических требований к детали:

а) при необходимости исключить последующую операцию находят пара­ метры режима, обеспечивающие задан­ ную точность и качество поверхности;

б) если деталь должна работать в условиях динамических нагрузок, надо выбирать режимы, при которых отсутст­ вуют микротрещины;

в) для достижения минимальной трудоемкости за основу выбора режима принимают максимальную производи­ тельность процесса;

г) для получения минимальной трудоемкости доводки выбирают режим, при котором затраты на электроэрози­ онную обработку и последующую довод­ ку будут минимальными.

Режимы рассчитывают в такой последо­ вательности:

а) выбирают технологический крите­ рий, который должен быть достигнут в конце операции (точность, шерохова­ тость, производительность и т.д.);

б) для выбранного критерия находят энергию импульса;

в) по характеру операции (черновая, чистовая) находят напряжение холостого хода и среднее напряжение. Выбирают требуемую диэлектрическую среду (вода, нефтепродукты и др.);

г) определяют длительность импуль­

са;

д) находят средний ток и ток корот­ кого замыкания;

е) для известной энергии импульса и его длительности находят технологиче­ ские показатели процесса, не являю­ щиеся критериальными.

Рассчитанные показатели точности, ше­ роховатости и состояния поверхностного слоя сравнивают с требованиями чертежа и техни­ ческих условий. Если хотя бы один из показа­ телей оказывается ниже требований чертежа, необходимо наметить последующие операции, используя для этой цели другие методы обра­ ботки (электрохимический, механический и т.д.).

4.Из расчета производительности про­ цесса находят скорость подачи электродаинструмента.

5.Разрабатывают операционные карты технологического процесса в количестве, оп­ ределяемом маршрутной картой.

6.Намечают схему базирования, уста­ новки и закрепления заготовки, обосновыва­ ют целесообразность проектирования специ­ альных приспособлений для установки заго­ товки и инструмента.