Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

Особые требования предъявляются к ра­ бочим средам для нанесения информации на сплавы: обеспечение контрастности штрихов, четких границ, формирование устойчивого

цветного изображения. В табл. 2.5.3 приведе­ ны составы рабочих сред, применяемые для нанесения информации.

Скорость движения электролита в межэ­ лектродном пространстве должна обеспечить вынос всех продуктов обработки, что позво­ ляет стабилизировать условия протекания процесса. Однако повышение скорости сверх расчетной или рекомендуемой величины не­ желательно, так как возрастают мощности на прокачку жидкости, начинаются кавитацион-

ные явления, нарушающие качество обрабо­ танной поверхности. Приближенные величи­ ны скорости прокачки электролита и требуе­ мые напоры приведены в табл. 2.5.4. Для ста­ билизации потока на выходе из зоны обра­ ботки в ряде технологических схем применя­ ют дросселирование потока, создающее про­ тиводавление.

Межэлектродный зазор является опреде­ ляющим параметром процесса: чем меньше его величина, тем выше скорость съема ме­ талла, меньше погрешности копирования, лучше показатели качества поверхности. Од­ нако с уменьшением зазора усложняется про­ цесс его регулирования, возрастают энергоза­ траты на прокачку электролита, усложняется проектирование инструментов.

при полировании - 0,05 ... 0,3 мм; при удалении заусенцев - не менее вы­

соты заусенца; при округлении кромок - 0,1 ... 0,3 мм.

Проектирование технологических процес­ сов. Технико-экономический анааиз применения электрохимической обработки взамен сущест­ вующего метода. Алгоритм укрупненной

оценки области эффективного использования электрохимического метода можно сформули­ ровать на основании анализа чертежа детали. П о с л е д о в а т е л ь н о с т ь а н а л и з а

на, если обеспечивается полная зафузка хотя бы одного станка в течение смены без пере­ настройки, которая значительно сложнее, чем для металлорежущего оборудования.

План проектирования технологического процесса. После изучения чертежей заготовки, детали, технологических возможностей ЭХО проектируют технологический процесс:

1. Выбирают схему ЭХО, учитывая фор­ му обрабатываемой поверхности, исходя из наличия оборудования и инструмента.

2.Оценивают технологичность детали и вносят необходимые изменения в чертежи с учетом применения ЭХО.

3.Разрабатывают маршрутный процесс ЭХО и уточняют его место в общем техноло­ гическом процессе изготовления детали.

4.Намечают способы защиты необраба­ тываемых поверхностей от анодного раство­ рения: создание повышенных межэлектрод­ ных зазоров, использование диэлектрических покрытий.

5.Разрабатывают операционные карты с указанием режимов обработки.

6.Разрабатывают контрольные карты и инструкции контроля с учетом специфики ЭХО. Вьщают технические задания на проек­ тирование электродов-инструментов и при­ способлений.

ЭХО обычно включается как составная часть в процесс механической обработки или сборки деталей. При выполнении операций ЭХО следует предусматривать этапы, которые могут быть самостоятельными операциями или переходами: подготовительный, обработ­ ки на станке, промывки и консервации дета­ ли, ее контроля.

Подготовительный этап включает очист­ ку заготовок от консервирующих смазок, соз­ дание базовых поверхностей для установки заготовки и подвода тока, удаление неэлек­ тропроводных участков и покрытий, проверку размеров.

Расконсервацию заготовок, например после транспортировки, хранения на складе,

Если на детали не предусмотрены базо­ вые поверхности, то их изготовляют на опе­ рациях, предшествующих ЭХО. Параметры шероховатости таких поверхностей не ниже Ra = 5 мкм, точность 8-10 квалитет. Размеры

участков для подвода напряжения рассчиты­ вают в зависимости от силы тока, применяе­ мого при обработке. Для этого вычисляют площадь участка как отношение силы требуе­ мого для протекания процесса тока к его плотности в местах контакта деталей.

Плотность тока (А/мм^) выбирают в за­ висимости от материала токопроводящего элемента станка:

Заготовки очищают от загрязнений и окалины пескоструйной обработкой, химиче­ ским травлением в ваннах, зачисткой метал­ лическими щетками, абразивным инструмен­ том. Затем заготовку подвергают химическому обезжириванию в течение 15 ... 20 мин в ван­ нах с раствором каустической соды концен­ трацией 100 ... 150 кг/м^, нагретым до темпе­ ратуры 350 ... 370 К. После обезжиривания заготовку промывают водой с температурой 350 ... 370 К в течение 1 ... 2 мин и сушат на воздухе. Места подвода тока протирают вето­ шью, смоченной бензином или другим орга­ ническим растворителем.

В процессе подготовительного этапа не­ обходимо предусмотреть входной контроль заготовки. Выборочно на одном-двух экземп­ лярах из партии контролер обязан проверить соответствие марки материала, указанной в чертеже. На нескольких заготовках из партии в начале изготовления деталей и периодиче­ ски в дальнейшем следует измерять размеры припусков по сечениям и наименьшее значе­ ние припуска.

Перед обработкой партии заготовок сле­ дует проверить состояние электрода-инст­ румента, соответствие его цехового номера и размеров чертежу, отсутствие коротких замы­ каний, состояние диэлектрического покры­ тия.

Если используется специальное приспо­ собление, то следует проверить соответствие цехового номера оснастки чертежу, правиль­ ность закрепления приспособления на станке,

Физические свойства поверхности. Отсут-

ствие высоких температур в зоне обработки и контакта инструмента с деталью обеспечивают стабильность химического состава, микро­ твердости поверхностного слоя и сохранение их свойств относительно сердцевины. В отли­

чие от механической обработки в рассматри-

ваемом случае не имеется наклепа поверхно­

сти.

Форма микроуглублений вызывает появ­ ление остаточных напряжений в поверхност­ ном слое (табл. 2.5.8). Максимальная глубина

Изменение содержания водорода относительно базового варианта, % ("+" — возрастание, "-" — снижение)

0 -15 -20

-9

Имеются стандарты на предельное со­ держание водорода в поверхностном слое. После электрохимической обработки превы­ шение содержания водорода наблюдается для титановых сплавов, причем этот показатель изменяется в широких пределах не только с помощью режимов обработки, но и в течение времени после окончания процесса анодного

растворения. Так, содержание водорода в материале ВТЗ-1 через 50-60 дней снижается до предела, допустимого стандартом. Анало­ гичный эффект дает вакуумный отжиг.

Имеются способы (табл. 2.5.10) сниже­ ния содержания водорода в поверхностном слое путем последующей обработки.

2.5.3. ЭЛЕКТРОД-ИНСТРУМЕНТ

Электрод-инструмент проектируют и изготовляют, как правило, для каждого типо­ размера детали. Точность формы и размеров его рабочего профиля должна быть на один квалитет выше, чем обрабатываемой детали (6-8-й квалитет точности). Шероховатость поверхности рабочей части не влияет на каче­ ство обрабатываемой поверхности, но опреде­ ляет характер течения электролита, интенсив­ ность загрязнения зазора продуктами обра­ ботки. Параметр шероховатости рабочей по­ верхности Ra < 2,5 мкм. Для снижения износа диэлектрических направляющих электродовинструментов, например, при протягивании, параметр шероховатости их поверхности Ra < 1,25 мкм. При проектировании электро­ дов-инструментов необходимо предусмотреть, чтобы электролит протекал плавно, без резких поворотов, поскольку это приводит к срывам потока и проявлению местных необработан­ ных участков. При разработке рабочей части следует учитывать возможность многократной ее корректировки по результатам эксперимен­ тов и оставлять припуск для ремонта после коротких замыканий.

Электроды-инструменты проектируют по результатам расчета профиля рабочей час­ ти. Заготовками для них могут служить: стан­ дартный прокат, отливки, штампованные

изделия, поковки, формы, полученные галь­ ванопластикой и напылением.

Для электродов-инструментов необхо­ димо выбирать сплавы, обладающие корро­ зийной стойкостью, высокой электропровод­ ностью, хорошей сопротивляемостью местно­ му разрушению при коротких замыканиях, высокой адгезией к диэлектрическим покры­ тиям, достаточной механической прочностью и обрабатываемостью, низкой стоимостью (табл. 2.5.11).

Наиболее полно этим требованиям удов­ летворяют медь, медные сплавы, коррозион­ но-стойкие стали; в меньшей степени — тита­ новые сплавы. Медь и ее сплавы имеют высо­ кую электропроводность, свариваемость, удовлетворительную адгезию к покрытиям, достаточную механическую прочность. Глав­ ным их недостатком является высокая чувст­ вительность к коротким замыканиям, при которых выплавляются большие участки ра­ бочей поверхности, что затрудняет их восста­ новление. Если заготовку электродаинструмента получают литьем, то в качестве материала используют латунь или бронзу.

Электроды-инструменты повышенной прочности изготовляют из коррозионностойкой стали, например, 12Х18Н9Т, которая не разрушается при коротких замыканиях, имеет предел прочности в 2-3 раза выше, чем медь, обладает высокой адгезией с покрытия­ ми. При этом следует учитывать низкую

удельную электрическую проводимость (в 3050 раз меньше, чем у меди). Поэтому кон­ тактные участки для подвода напряжения у таких инструментов должны быть большими.

На часть электрода наносят диэлектри­ ческие материалы. Они используются:

1)в виде покрытий толщиной 0,05 ...

0,5 мм;

2)в виде механически обработанных конструктивных элементов (стержней, бру­ сков, листов, плит), которые либо закрепля­ ются на обрабатываемой поверхности, либо составляют часть электрода-инструмента.

Покрытия должны обладать высокой адгезией к металлам, механической прочно­ стью, хорошей износостойкостью в условиях трения, стабильными диэлектрическими свойствами. Технология нанесения их на по­ верхность металла должна быть простой. По­ крытия должны создавать плотную беспорис­ тую пленку, исключающую проникновение электролита к металлу, не разбухать под дей­ ствием жидкости. В качестве покрытий ис­ пользуют эпоксидные смолы, лаки, керамиче­ ские эмали, капрон в порошке, полиэтилен. Поверхность детали предварительно обраба­ тывают для повышения шероховатости: цара­ пают металлическими щетками, обдувают дробью, обкатывают канавки.

Смолы, лаки и эмали наносят кистями, распылителями или окунанием. Капрон, по­ лиэтилен, другие пластмассы наносят в псевдокипящем слое. Эффективно использование в качестве изоляционного покрытия оксидной пленки металла электрода-инструмента, полу­ ченной непосредственно на электроде путем его специальной термообработки.

Если покрьггия наносят на нерабочие поверхности электрода-инструмента, то обычно используют специальную резину с повышенной адгезией к металлам, пластмассу типа АСТ-Т, стиракрил. Для улучшения адге­ зии перед нанесением покрытий в детали предварительно сверлят отверстия под раз­ личными углами к поверхности. Покрытие заполняет отверстия и прочно удерживается на детали. Иногда в отверстия запрессовыва­ ют короткие штифты, которые также служат для закрепления покрытия.

Резину и герметики на ее основе ис­ пользуют для нанесения покрытий на участки деталей, имеющих замкнутый контур. Вслед­ ствие упругих свойств такое покрытие проч­ но удерживается на поверхности даже при больших скоростях течения электролита.

Конструкционные элементы из диэлек­ триков применяют для переходников, кре­ пежных частей, направляющих для электро­ дов-инструментов, работающих по схеме про­ тягивания, упоров и других деталей. Они

должны быть прочны, способны работать при высоких температурах (свыше 320 К), обла­ дать слабой водопоглощаемостью. Чаще всего применяют резину, стеклотекстолит, фторо­ пласт, капролон. Стеклотекстолит и тексто­ лит, несмотря на хорошие характеристики, набухают в электролите. Для ликвидации не­ достатка изготовленные из них детали до сборки проваривают в масле в течение 3 ...

5 ч. Резина может работать при температуре не выше 325 ... 330 К. При коротких замыка­ ниях температура превышает 15000 К и рези­ на разрушается. Кроме того, резиновые дета­ ли не позволяют точно базировать заготовку, поскольку материал упругий и изменяет фор­ му при усилиях закрепления.

Фторопласт обладает удовлетворитель­ ной прочностью, хорошо работает при темпе­ ратурах до 530 К, но из-за большой массы конструкции из него тяжелы, и это может влиять на точность обработки.

Форма обработанной поверхности неэк­ видистантна форме электрода-инструмента. Это объясняется, во-первых, непостоянством режима обработки из-за колебания темпера­ туры, защелоченности электролита, напряже­ ния и др. Во-вторых, даже при плоских па­ раллельных поверхностях заготовки и инст­ румента электрическое поле в межэлектрод­ ном зазоре неоднородно вблизи краев. Здесь плотность тока и съем металла будут другими, чем на основной детали. Такое отличие будет тем заметнее, чем дальше отстоят друг от друга заготовка и электрод-инструмент.

Приблизить форму детали к требуемой чертежом можно либо нанесением слоя изо­ ляции на электрод-инструмент или заготовку, либо коррекцией формы рабочей поверхности инструмента по результатам расчетов и экспе­ риментов. При расчете формы электродаинструмента в общем случае принимают ре­ жим обработки стабильным, а начальный (до корректировки) профиль инструмента экви­ дистантным профилю детали. Методика рас­ чета выбирается в зависимости от схемы ЭХО.

При схеме с неподвижными электродами

корректировка формы рабочей поверхности инструмента не дает положительных результа­ тов, так как из-за постоянного возрастания межэлектродного зазора условия обработки по времени меняются. В этом случае используют диэлектрические покрытия. На рис. 2.5.5. приведены примеры нанесения покрытий 2 на поверхность электрода-инструмента 7. Ес­ ли размеры электропроводной части электро­ да-инструмента совпадают с размерами заго­ товки 3 (рис. 2.5.5, а), то искажение поля будет лишь в непосредственной близости от кромок и профиль детали будет близок к форме рабочей поверхности инструмента