4.7. Комбинированные методы обработки
В принципе комбинированные методы обработки изделий из различных материалов сочетают в себе преимущества электрофизических и электрохимических методов. Вместе с тем, выделить эту группу методов как самостоятельную практически невозможно. Например, рассмотренные выше анодно-механические и анодно-гидравлические методы можно также отнести к комбинированным методам обработки. Видимо, в этой группе методов обработки материалов следует ориентироваться в большей степени с позиции решения конкретных технологических задач. Именно с этой позиции ЭНИМСом была предложена классификация комбинированных методов обработки материалов. К комбинированным методам обработки отнесены: абразивно-электрохимическая, абразивно-электроэрозионная, ультразвуковая-электрохимическая, электроэрозионно-химическая, анодно-механическая и плазмо-механическая обработка. Этот класс процессов непрерывно расширяется. Некоторые из них рассмотрены ниже.
Абразивно-электрохимическая обработка по принципу обработки близка к анодно-механическому способу обработки металлов, который состоит из совмещения процессов микрорезания и анодного растворения.
Анодное растворение металла уменьшает толщину срезаемых микростружек и сокращает зону механического контакта круга-инструмента и заготовки. Электрохимические процессы, кроме того, снижают сопротивление металла резанию за счет адсорбированного уменьшения прочности поверхностных микрослоев.
В процессе происходят и электроэрозионные явления. При вращении круга-инструмента вследствие образования и разрыва контактов в рабочей зоне возникают электрические разряды между его металлической связкой и обрабатываемой заготовкой. Образованию таких разрядов способствует стружка, получаемая при резании.
Электроэрозионные процессы в сочетании с абразивно-электрохимической обработкой способствуют разрушению наиболее выступающих элементов микрорельефа связки круга. При этом происходят вскрытие новых рабочих зерен (происходит самозатачивание шлифовального круга), сжигание стружки, снижается трение, удаляются пассивирующие пленки с поверхности заготовки и инструмента. Происходит снижение сил резания и температуры в рабочей зоне в два-четыре раза.
По сравнению с традиционными методами шлифования абразивно-электрохимическая обработка более производительна. В среднем повышение производительности при шлифовании твердых сплавов, жаропрочных и коррозийно-стойких сталей повышается в два-три раза.
Высота микронеровностей обработанной поверхности после абразивно-электрохимической обработки составляет Ra = = 0,32…0,63 мкм, а при использовании мелкозернистых кругов – Ra = 0,16 мкм.
Процесс осуществляют при напряжении Up = 5…10 В (при обработке с автономным электродом Up = 24 В) и плотности тока 15…150 А/см2.
В качестве рабочей среды используют нитрат-нитритные растворы, содержащие для уменьшения коррозийной активности различные пассивирующие добавки (соду, глицерин, триэтаноламин и т.п.).
Абразивно-электрохимическая обработка применяется при плоском торцовом шлифовании деталей из твердых, магнитных, жаропрочных сталей и сплавов; плоском и круглом шлифовании тонкостенных, нежестких деталей; профильном шлифовании; шлифовании вязких материалов без образования заусенцев и т.п.
Абразивно-электроэрозионная обработка осуществляет микрорезание в условиях непрерывного ЭЭ воздействия на рабочую поверхность круга-инструмента. Электрические разряды, генерируемые либо непосредственно между заготовкой и инструментом, либо между инструментом и специальным дополнительным электродом, обеспечивают вскрытие новых рабочих абразивных зерен, удаление стружки с поверхности инструмента и разрушение ее в объеме рабочей жидкости.
Отличие этого вида обработки от абразивно-электрохимического состоит в упорядоченном характере процесса. Процесс можно регулировать в достаточно широких пределах, что обеспечивает значительное повышение и стабильность во времени режущей способности инструмента, повышение в десятки раз периода его стойкости, снижение затрат мощности на трение.
В качестве рабочей жидкости применяется обычная смазочно-охлаждающая техническая среда (СОТС) или 3%-ный раствор соды. Абразивный токопроводящий круг подключается к положительному, а деталь – к отрицательному полюсу источника импульсного напряжения.
Основным преимуществом этого вида обработки от абразивно-электрохимического является отсутствие коррозии оборудования и газовыделение в рабочей зоне; весь металл снимается в виде стружки, что существенно упрощает его утилизацию и очистку рабочей жидкости. По производительности оба процесса практически не отличаются, однако износ алмазов в случае использования абразивно-электроэрозионной обработки на 20…30% выше.
Наиболее целесообразно абразивно-электроэрозионную обработку применять при заточке режущего инструмента (особенно твердосплавного, совместно со стальной державкой), плоском шлифовании периферией круга (твердосплавных штампов совместно со стальной оправкой и постоянных магнитов), наружном и внутреннем шлифовании изделий из твердых сплавов.
Ультразвуковая электрохимическая обработка. При этом процессе вместо взвеси абразива в воде в зону обработки, выполняемой по схеме, представленной на рис. 2.6, подается под избыточным давлением 0,2…0,5 МПа абразивонесущий электролит, содержащий обычно 65% воды, 15% азотнокислотного натрия NaNO3 и 1% азотистокислого натрия NaNO2. Через промежуток между инструментом и обрабатываемой деталью пропускается ток плотностью до 25 А/см2, напряжением 4…15 В, причем плюс источника питания присоединяется к обрабатываемой детали, а минус – к инструменту.
Погрешность обработки зависит от плотности тока и составляет от ± 0,06 до ± 0,1 мм. Производительность обработки твердых сплавов – до 350…400 м3/мин, при этом износ инструмента равен 5,5…6%.
Плазменно-механическая обработка – обработка резанием с плазменным прогревом срезаемого слоя с целью его разупрочнения. Применяется при черновой обработке труднообрабатываемых материалов на токарных, токарно-карусельных, строгальных станках. Позволяет повысить производительность обработки в 1,5…10 раз (в зависимости от материала), а стойкость режущего инструмента в два-пять раз. В качестве плазмообразующего газа используются воздух, аргон, азот, смесь аргона с азотом. Мощность используемых установок для плазменной резки до 100…120 кВт.
Рис. 9.10. Схема процесса обработки алмазным проволочным инструментом: 1 – скоба; 2 – пневмошпиндель; 3 – сопло для подачи СОЖ; 4 – обрабатываемая заготовка; 5 – алмазный проволочный инструмент; X, Y – координаты
Обработка алмазным проволочным инструментом используется для изготовления сложно контурных деталей с цилиндрической образующей из хрупких материалов (рис. 9.10). Натянутый алмазный проволочный инструмент 5 на скобе 1 приводится во вращение от пневматического шпинделя 2 вокруг вертикальной и осциллирует вдоль оси. Управление перемещениями инструмента по координатам X и Y относительно заготовки 4 осуществляется либо от системы ЧПУ, либо по копиру. Через сопло 3 подается СОТС в рабочую зону.
Рассматриваемая схема обработки характеризуется малыми (десятками грамм) силовыми воздействиями, что позволяет получать очень тонкие элементы контура.
Способ применяется: при вырезки деталей из поликора, кварцевого стекла, феррита, а такжн мозаичных изделий из ювелирных камней; при вырезке графитовых электродов-инструментов для копировально-прошивочных ЭЭ станков.
Величина микронеровностей обработанной поверхности Ra = 1,25 мкм. Погрешность обработки 0,01…0,03 мм (в зависимости от размеров обрабатываемого контура). Диаметр алмазного проволочного инструмента 0,3…0,8 мм.
Электрогидравлическая обработка (штамповка), схема которой показана на рис. 9.11, основана на использовании энергии гидравлического удара при мощном электрическом (искровом) разряде 1 в жидком диэлектрике 5. При этом необходимо вакуумирование полости 3 между заготовкой 2 и матрицей 4, поскольку из-за огромных скоростей движения заготовки 2 к матрице 4 воздух не успевает уйти из полости и препятствует плотному прилеганию заготовки к матрице.
Рис. 9.11. Схема установки для электрогидравлической штамповки: 1 – электроды; 2 – заготовка; 3 – вакуумная полость матрицы; 4 – матрица; 5 – рабочая жидкость
Метод прост, надежен, но обладает небольшим КПД, требует высоких электрических напряжений и не всегда дает воспроизводимые результаты.