21.3. Электрохимическая (анодно-химическая) обработка

Анодно-химическая (электрохимическая) обработка – способ обработки заготовок в потоке электролита (растворе хлористого, азотно-кислого и серно-кислого натрия) при пропускании электрического тока от внешнего источника, когда обрабатываемый материал является анодом.

При электрохимической обработке зазор между электродами в пределах 0,02–0,5 мм регулируют автоматиче­скими следящими системами. При этом рабочее напряжение поддерживают в пределах 3–24 В. Поток электролита, дви­жущийся в межэлектродном промежутке со скоростью 5–50 м/с, обеспечивает анодное растворение обрабатываемого материала и удаление продуктов реакции из рабочей зоны.

Для изготовления электрода-инструмента используют коррозионно-стойкую сталь, ла­тунь, углеграфит.

В промышленности используются следующие технологические операции электрохимической обработки: копировально-прошивочные, обработка вращающимся дисковым ин­струментом, удаление заусенцев.

Копировально-прошивочные операции осуществляют при поступатель­ном движении одного из электродов-инструментов, форма которого копиру­ется на детали одновременно по всей поверх­ности.

Эти операции применяют при изготовлении формообразующих полостей деталей инструментальной оснастки; ковочных штампов, пресс-форм, стеклоформ, литейных форм, при прошивании отверстий и полостей различной формы в деталях основного произ­водства из труднообрабатываемых сплавов и закален­ных сталей. При этом обеспечивается шероховатость обрабо­танной поверхности от R_a = 0,25 до R_z = 20 мкм и точ­ность обработки ± 0,02 …± 0,1 мм. Скорость подачи инструмента в направлении съема металла составляет от 0,03–1,5 мм/мин при обработке штампов, пресс-форм до 5–6 мм/мин при прошивании отверстий.

Электрохимическая обработка вращающимся дисковым ин­струментом, не содержащим абразивных зерен, позволяет заменить профиль­ное, плоское и круглое наружное шлифование. Объемная скорость съема коррозионно-стойких ста­лей достигает до 3 мм³/с, а твердых спла­вов – до 1 мм³/с. При­меняется для получения профиля твердо­сплавных резьбовых плашек, фасонных рез­цов, накатных роликов, наружных шлицевых пазов, прорезания узких щелей, разрезания заготовок, а также для обработки постоянных магнитов.

Удаление заусенцев элек­трохимическим способом используют при обработке шестерен, деталей гидроаппаратуры и т.п.

21.4. Ультразвуковая размерная обработка

Ультразвуковой размерной обработкой называют направленное разрушение твердых и хрупких материалов с помощью инструмента (рис. 21.4). Ультразвуковая размерная обработка включает: размерную обработку сверхтвердых и хрупких материалов (сверление отверстий сложного профиля, шлифование, полирование, наклеп, волочение проволоки, прокатка фольги и т. д.); лужение и паяние металлов, керамики, стекла и т.п.; сварку ультразвуком металлов и полимеров. В частности, ультразвуковая обработка твердых и хрупких материалов может выполняться на ультразвуковых станках. Сущность этого способа обработки основана на долбящем действии абразивной суспензии (смеси антикоррозийной жидкости с абразивными частицами во взвешенном состоянии) и кавитационных процессах в суспензии, которые значительно ускоряют направленное разрушение обрабатываемого материала. Суспензия не только передает энергию от вибрирующего с ультразвуковой частотой (выше 18 кГц) инструмента абразивным зернам, но и со­действует удалению из рабочего зазора продук­тов разрушения обрабатываемого материала (рис. 21.4б).

Абразивная суспензия подается в зону обработки свободно, под давлением или отса­сывается из зоны обработки через отверстия в инструменте или обрабатываемой заготовке. Мас­совая концентрация абразива выбирается в пределах 30–40 % при свободной подаче аб­разивной суспензии и 20–25 % при подаче ее под давлением и отсосе. В качестве абразива применяют карбиды бора, кремния и алмазные порошки зернисто­стью 3–10 по ГОСТ 3647-80.

Механиче­ские колебания инструмента с ультразвуковой частотой получают путем преобразования электрических колебаний в специальном элек­тромеханическом преобразователе (рис. 21.4а). Преобразо­ватель состоит либо из набора пластин магнитострикционного материала (никеля, пермендюра), обладающего способностью изменять свои линейные размеры в переменном маг­нитном поле, либо из пьезокерамических пла­стин, изменяющих свои линейные размеры в переменном электрическом поле. Для питания преобразователей ультра­звуковых станков используют высокочастотные генераторы мощностью 0,05–2,5 кВт, рабо­тающие с частотой 22 или 44 кГц.

а

б

в

Рис. 21.4. Схема ультразвуковой размерной обработки прошиванием (долблением):

а – принципиальная схема ультразвуковой установки; б – схема съема материала при ультразвуковом прошивании; в – схема копирования профиля инструмента в заготовке:

1 – генератор тока повышенной частоты; 2 – корпус магнитосриктора с охлаждающей водой; 3 – магнитостриктор (пакет с обмоткой); 4 – зазор, заполненный суспензией абразива;

5 – ванна; 6 – обрабатываемая заготовка; 7 – инструмент; 8 – концентратор-волновод

(трансформатор амплитуды); 9 – частички абразивных зерен

Инструменты для ультразвуковой обработки изготавливают из углероди­стых сталей 45, 40Х, У8А, У10А, 65Г и др.

Ультразвуковая обработка применяется для формообразования деталей из твердых и хруп­ких материалов: стекла, керамики, германия, кремния, феррита, рубина, твердого сплава, алмаза и др.

При обработке твердых сплавов ультразвуковая обработка может быть совмещена с электрохимическим анодным растворением.

Ультразвуковая обработка обеспечивает объемную скорость съема при обработке стекла до 100 м³/с и твердого сплава до 10 м³/с, при этом обеспечивается шероховатость обработанной по­верхности Ra = 0,32–0,16 мкм. Относительный износ инструмента ко­леблется от 0,5–1 % (при обработке стекла, мрамора, кремния) до 40–60 % (при обработ­ке твердых сплавов).

Ультразвуковую обработку обычно применяют для изготовления высадочных и чеканочных неразъемных твердосплавных штампов, выре­зания заготовок из германия, кремния, кера­мики, кварца для полупроводниковых и дру­гих приборов, получения из оптического стек­ла заготовок сложных фасонных линз, клейме­ния, нанесения надписей и рисунков, обра­ботки алмазных и твердосплавных волокон, фильер и др.