Электрофизические и электрохимические методы обработки поверхностей заготовок.

План.

1. Общие сведения.

2. Электроэрозионная обработка.

3. Электрохимическая обработка.

1. Электрофизические и электрохимические методы используют­ся для формообразования поверхностей заготовок из труднообра­батываемых материалов (весьма вязких, твердых и очень твердых, керамических, металлокерамических) ипозволяют обрабатывать сложные фасонные внешние и внутренние поверхности, отвер­стия малых диаметров ит. д.

При электрофизических и электромеханических методах ме­ханические нагрузки на обрабатываемую поверхность настолько малы, что практически не влияют на точность обработки. При этом образуется незначительный дефектный слой (в ряде случа­ев), не появляется наклеп обработанной поверхности, устраня­ются прижоги после шлифования, повышаются эксплуатацион­ные характеристики поверхностного слоя (износостойкость, коррозионная стойкость, прочность). Простота кинематических цепей станков для этих методов позволяет обеспечивать авто­матизацию обработки и точное регулирование процессов формо­образования.

Все электрофизические и электрохимические методы условно подразделяются на обработку:

- электроэрозионную (электроискровая, электроимпульсная, электроконтактная);

- электрохимическую (электрохимическая, анодно-механическая);

-химическую (химическая, химико-механическая);

-импульсно-механическую (ультразвуковая, электрогидравличе­ская);

-лучевую (светолучевая, электронно-лучевая);

-плазменную и взрывную.

2.Электроэрозионная обработка. Метод основан на разрушении (эрозии) поверхности заготовки, происходящем в результате теп­лового воздействия импульсов электрического разряда, которые возникают между электродами (инструментом и заготовкой). Элект­рический разряд между электродами происходит в газовой среде или при заполнении межэлектродного промежутка диэлектричес­кой жидкостью (керосин, минеральное масло). Эрозия электро­дов в жидкой среде происходит значительно интенсивнее.

К этой группе относятся станки для электро­искровой, электроимпульсной, анодно-механической и электро­контактной обработки.

Электроискровые станки (рис. 150) применяют для выполнения узких щелей, небольших отверстий и т.д. Обрабатываемая заго­товка 1 погружена в жидкую среду 2 (керосин, индустриальные масла и т. д.), не проводящую электрический ток. Инструмент 3 переме­щается возвратно-поступательно. Электрический ток от специаль­ного генератора 6 подводится к заготовке—аноду и инструменту— катоду. В электрическую цепь подключен конденсатор 5, придающий

разрядам импульсную форму, и сопротивление 7. Нужный искровой зазор между заготовкой и инструментом поддерживается автомати­ческим регулятором 4. Возникающий дуговой разряд создает темпера­туру 4000—5000 °С. При этом расплавляется металл на поверхности заготовки, который выбрасывается в межэлектродное простран­ство. Форма разрушения заготовки зависит от формы торцовой части инструмента.

Станки для электроимпульсной обработки значительно более производительны и служат для обработки крупных заготовок типа пресс-форм, штампов. Импульсные разряды создаются специальными

генераторами импульсов. Инструмент—анод, заготовка—катод. Об­работка ведется в жидкой среде. Инструмент—электрод изготовляют из меди, алюминия и его сплавов, графита.

Станки для электроимпульсной и электроискровой обработки образуют размерный ряд, в котором в качестве основного параметра выбран размер стола. К этому ряду относятся электроэрозионные копировально-прошивочные координатные станки высокой точности 4Д722АФ1, 4Е723 и др., электроимпульсный копировально-прошивочный станок 4726. Станки для анодно-механической обработки применяют для без­абразивной заточки твердосплавных инструментов, шлифования, хонингования, разрезки заготовок из труднообрабатываемых ма­териалов. В пространстве между заготовкой 1 (рис. 151) и вращаю­щимся инструментом 2 по трубке 3 подается электролит — водный раствор жидкого стекла, который под действием тока растворяет металл, образуя на его поверхности тонкую оксидную пленку. В месте, подлежащем обработке, пленка удаляется перемещающимся в сторону заготовки инструментом, но на этом участке вновь обра­зуется пленка, которая опять же снимается инструментом и т. д. В качестве инструмента применяют заточные диски, токопроводящие круги, бруски и притиры.

Станки для электроконтактной обработки служат для снятия боль­ших припусков на заготовках, для обдирки слитков и т.д. Обработка ведется вращающимся диском в воздушной среде; между ин­струментом и заготовкой возникает дуга переменного тока большой силы. Размягченный от нагрева металл удаляется инструментом. Метод дает самую высокую скорость съема металла в сравнении с рас­смотренными выше методами.

3. Электрохимическая обработка. Метод основан на анодном рас­творении выступов и впадин микронеровностей при электролизе. При прохождении постоянного электрического тока через элект­ролит 2 (рис. 8.9, а) на поверхности анода — заготовки 3 происходят химические реакции, и поверх­ностные слои металла превращают­ся в химические соединения. Про­дукты электролиза переходят в ра­створ или удаляются механическим способом.

При электрохимическом поли­ровании заготовку помещают в ван­ну с электролитом, которым в зависимости от обрабатываемого материала служат растворы кислот или щелочей. Заготовку подключа­ют к аноду. Катод 5 представляет собой пластину из свинца, меди или стали. При замыкании электрической цепи начинается растворение материала анода — выступов микронеровностей 8 (наибольшая плотность тока — на их верши­нах). Продукты растворения 7 (окислы или соли, имеющие пони­женную проводимость) заполняют впадины и препятствуют рас­творению металла. Избирательная скорость растворения по высту­пам и впадинам сглаживает микронеровности. Обработанная по­верхность получает металлический блеск.

Электрохимическое полирование уменьшает глубину микро­трещин, не деформирует заготовку, исключает термические из­менения структуры и позволяет обрабатывать нежесткие заготовки одновременно по всей поверхности. Чаще всего этот способ при­меняется для финишной обработки режущих инструментов.

Особенность электроабразивной обработки состоит в том, что катодом является абразивный инструмент 2 (рис. 8.10, а) выпол­ненный на электропроводящей связке (например, бакелитовая с графитным наполнителем).

Между анодом — заготовкой 1 и инст­рументом имеется межэлектродный зазор за счет абразивных зе­рен 3, выступающих из связки. В этот зазор подается электролит 4. До 90 % припуска 5 удаляется за счет анодного растворения, 10...20 % припуска удаляется механической обработкой. При ис­пользовании алмазного абразивного инструмента (электроалмаз­ная обработка) анодным растворением удаляется до 75 % припус­ка. Способ применяется для отделочной обработки нежестких за­готовок и заготовок из труднообрабатываемых материалов.

При электрохонинговании (рис. 8.10, б) заготовку 1, установ­ленную на токосъемное кольцо 8 и изолятор 10, помещают в ван­ну с электролитом 4. Ванну устанавливают на стол 9 хонинговального станка. Кинематика процесса аналогична кинематике обычного хонингования. Однако хонинговальная головка 6 осна­щена не абразивными брусками, а брусками из липы, ольхи или пластмассы. Предварительное хонингование ведут в растворе элек­тролита NaNO₃ (натриевая селитра) с добавлением абразивного порошка зернистостью не более М28. Окончательное хонингова­ние ведут в том же электролите, но с добавлением оксида хро­ма. Способ обеспечивает более низкую шероховатость поверхнос­ти — Ra 0,04...0,16 мкм (зеркальный блеск) и повышение производительности обработки в 4—5 раз.

Анодно-механическая обработка основана на комбинированном (механическом, электроэрозионном и электрохимическом) воз­действии на материал заготовки.

Анод — заготовку 1 (рис. 8.11, а) и катод — режущий инструмент 3 включают в общую электричес­кую цепь постоянного тока. В зазор между ними подают электро­лит 2 (обычно жидкое стекло — водный раствор силиката натрия). Вследствие анодного растворения на заготовке образуется защит­ная пленка, которая разрушается режущим инструментом. При сня­тии пленки между выступающими частями электродов происхо­дят электрические разряды, что приводит к электрической эро­зии. Применение комбинации трех процессов позволяет за счет регулирования энергии отдельных составляющих проводить обра­ботку в широких пределах. При черновой обработке операцию вы­полняют при большой плотности тока. Основное значение имеет тепловое электроэрозионное воздействие, приводящее к интен­сивному снятию материала заготовки в результате плавления и взрывообразного испарения металла в среде электролита. Анодное растворение необходимо только для образования защитной плен­ки, обеспечивающей концентрацию дуговых разрядов на вершинах микронеровностей. Механическое воздействие обеспечивает вынос продуктов разрушения из зоны обработки. Чистовую обработку осу­ществляют при малой плотности тока. Основное значение имеет механизм анодного растворения и механического разрушения плен­ки. Эти процессы происходят на вершинах микронеровностей, что позволяет существенно уменьшить шероховатость поверхности и повысить точность обработки.

Анодно-механической обработке подвергаются все токопроводящие материалы, высокопрочные и труднообрабатываемые спла­вы, твердые сплавы, вязкие материалы. Анодно-механической обработкой разрезают заготовки (см. рис. 8.11, а), прорезают пазы и щели, точат (рис. 8.11, б), обрабатывают плоские поверхности (рис. 8.11, в), полируют поверхности, затачивают режущий инст­румент.

Вопросы:

1. Для чего используют электрофизические и электрохимические методы обработки заготовок?

2. Перечислить методы электрофизической и электрохимической обработки?

3. На чём основан метод электроэрозионной обработки?

4. Описать схему электроискрового станка?

5. Описать схему станка для анодно-механической обработки?

6. На чём основана электрохимическая обработка?

7. Описать схему электроабразивной обработки?

8. На чём основана анодно-механическая обработка?

9. Описать схему ультразвуковой обработки?

Черепахин А.А. стр.248-257

Локтева С.Е. стр.234-240.