Электротехнологические методы обработки

В растворы могут вводиться  добавки:

а) буферные вещества для  снижения защелачивания электролита (борная, лимонная, соляная кислоты);

б) ингибиторы (от латинского – удерживаю) коррозии (нитрит натрия); производные азотистой кислоты – HNO₂;

в) активирующие вещества, которые снижают пассивирующее  действие оксидной пленки;

г) поверхностно — активные вещества для снижения гидравлических потерь и устранения кавитации (моющая жидкость ОП — 7);

д) коагуляторы – ускорители осаждения продуктов обработки (1…5 г/л полиакриламида).

Чаще используются следующие  электролиты: 8…18% растворы хлорида  натрия (NaCl) и 15…20% растворы нитрата натрия (Na₂SO₄).

Для каждого электролита удельная проводимость может быть самой различной в зависимости от его состава, концентрации, температуры.

Для хлорида натрия наибольшая удельная проводимость при концентрации – 250 г/л, а для нитрата натрия – 210 г/л.

С увеличением концентрации электролита удельная проводимость растет, достигает максимума, а затем снижается, так как сильнее проявляется взаимное притяжение ионов, которое снижает их подвижность и возможность переноса зарядов.

 

7.3.3 Технологические показатели ЭХО

 

7.3.3.1Точность обработки

Точность размеров и  формы детали зависят от погрешности  электрода — инструмента и  от погрешности, вызванной отклонениями режима ЭХО от расчетного. Кроме  того, погрешность детали зависит  от припуска на обработку, его неравномерности, стабильности процесса анодного растворения по обрабатываемой поверхности, точности оборудования. Погрешность размеров детали зависит от начальной погрешности размеров заготовки, зазора и припуска на обработку. Кроме того, рабочей поверхности электрода-инструмента придают форму, несколько отличающуюся от той, которую требуется получить в детали. Этот процесс называют корректированием электрода-инструмента.

Различные факторы неодинаково  влияют на общую погрешность обработки:

а) наибольшее влияние  оказывает нестабильность электропроводности электролита, зазора, выхода по току – до 50%;

б) отклонения от расчетного режима течения электролита –  до 20%;

в) упругие и температурные  деформации – до 15%;

г) погрешности настройки  и установки – до 15% от общей  погрешности.

 

7.3.3.2 Пути снижения погрешности

а). Форма исходной поверхности  заготовки должна иметь минимальный  припуск с минимальной его  неравномерностью;

б). Уменьшение межэлектродного  зазора; малые зазоры (,02…0,05 мм) получают установкой на поверхности инструмента  твердых упоров из изоляционных материалов (алмазных игл, абразивных зерен). Для схемы с неподвижными электродами - с периодической перестановкой электродов.

Одним из способов уменьшения межэлектродного зазора является применение импульсного напряжения. В период пауз удается добиться полного выноса продуктов обработки из зазора, стабилизировать температуру, состав электролита. Импульсный ток используют одновременно с ускоренным сближением и отводом электродов. Напряжение на электроды подают как в момент сближения электродов, отключая его непосредственно перед их касанием, так и во время отводов электродов после касания.

Или другой способ — чередуют включение напряжения и прокачки электролита, что позволяет стабилизировать  режим ЭХО и избежать местных  дефектов от неравномерного движения потока электролита.

в). Вибрация электродов применяется совместно с импульсным напряжением или при постоянном токе. Вибрация электродов может осуществляться параллельно или перпендикулярно направлению подачи как с одинаковой, так и с разной амплитудой колебаний по обоим направлениям.

г). Локализация процесса анодного растворения позволяет  ограничить прохождение тока через  участки заготовки, прилегающие  к обрабатываемому, и за счет этого  повысить точность формообразования;

д). Для чистовой обработки турбинных лопаток применяют растворы NaCl с малой массовой концентрацией (50…60 г/л). За счет малого количества ионов резко снижается степень рассеяния;

е.) Введение в электролит воздуха и других газов под  напором;

ж). Применение локальной  обработки заготовки отдельными секциями электрода- инструмента, на которые последовательно подают напряжение. Последовательность включения секций направлена против движения электролита, поэтому все продукты отработки удаляются из зазора, минуя работающую секцию;

з). Наиболее широко применяют локализацию обрабатываемого участка путем диэлектрических покрытий детали (например, с помощью фотохимии).

Если бы удалось получить одинаковые режимы обработки по всей обрабатываемой поверхности, то погрешность  при изготовлении деталей любой сложности не превышала бы нескольких мкм. Наиболее сложно добиться постоянства проводимости электролита, которая зависит от температуры, количества газообразных продуктов обработки. Задача облегчается, если в зазоре отсутствуют газообразные продукты обработки.

Учеными предложены электролиты, в которых водород в атомарном  виде сразу вступает в реакцию  — такие электролиты называются безводородными. Это хлорид аммония, дихлорид железа, которые вызывают активную коррозию оборудования.

В настоящее время ЭХО позволяет получить:

а) при обработке неподвижными электродами со съемом по глубине до 0,2 мм-погрешность не более 0,02 мм, при большей глубине-0,03…0,050 мм;

б) при прошивании мелких отверстий (Ø до 2 мм) – точность по 9…10-му квалитету СЭВ;

в) при обработке полостей и разрезании-по12…14-му квалитету СЭВ;

г) для схем точения  точность-8…10-му квалитету;

д) при шлифовании металлическими, электроабразивными и электроалмазными кругами точность по 6…7-му квалитету СЭВ.

 

7.3.3.3 Шероховатось

Формирование микрорельефа поверхности при ЭХО зависит от:

а) структуры материала  заготовки;

б) состава материала; его температуры;

в) скорости прокачки электролита;

Если ЭХО выполняют  после механической обработки, то в  начале процесса анодного растворения микрорельеф повторяет профиль заготовки. Характер микронеровностей зависит от структуры обрабатываемого материала. Чаще наблюдается межкристаллитное растравливание, так как зерна растворяются медленнее. Оно и определяет шероховатость поверхности. Чем мельче зерно, тем меньше глубина межкристаллитного растравливания. Глубина микронеровностей зависит от плотности тока. Для большинства сплавов с увеличением плотности тока шероховатость обрабатываемой поверхности снижается. Чем ниже температура электролита (при той же плотности тока), тем меньше высота неровностей. В большинстве случаев температура электролита равна 17…37°С. Для обработки титановых сплавов-47°С; Для чистовой обработки нержавеющих сталей -4°С.

 

7.3.3.4 Физические свойства поверхности

После ЭХО в поверхностном слое не наблюдается снижение содержания углерода и изменения твердости, отсутствует наклеп. Напряжения повышаются вследствие растравливания — есть концентрация напряжений, так как межкристаллитные углубления имеют меньше радиус закруглений. Для уменьшения напряжений в поверхностном слое нужно повышать плотность тока, применять охлажденные электролиты, использовать импульсный ток, стабилизировать параметры электролита.

Влияние качества поверхности  после ЭХО на механические свойства материала:

а). При эксплуатации деталей на них могут воздействовать статические, динамические (ударные) и циклические (знакопеременные) нагрузки.

б). Низкая шероховатость  поверхности после ЭХО повышает механические свойства материалов, так  как качество поверхности одинаково во всех направлениях.

в). Отсутствие же наклепа  поверхности от воздействия инструмента  снижает механические показатели, особенно сопротивление усталости.

г). Повышение предела  прочности при статических и  ударных нагрузках образцов из конструкционных  сталей после ЭХО при растяжении, сжатии, кручении и изгибе такой же, как у механически обработанных образцов.

7.3.3.5 Сопротивление усталости

По значению предела  выносливости образцы из конструкционных  сталей и алюминиевых сплавов  после ЭХО близки к шлифованным образцам. Детали из этих материалов после ЭХО можно использовать в конструкциях, работающих в условиях вибраций, знакопеременных нагрузках.

Одним из основных методов  повышения механических свойств  материалов после ЭХО является последующее  полирование (виброполирование) для снятия растравленного слоя и выполнения наклепа. ЭХО часто используют взамен точения, фрезерования, долбления.

 

7.3.3.6 Технологичность деталей при размерной ЭХО

Для более полного  использования преимуществ ЭХО  необходимо проектировать детали с учетом особенностей процесса анодного растворения сплавов.

При любом режиме ЭХО  высота неровностей соответствует  чистовым операциям механической обработки, и с возрастанием скорости съема  металла шероховатость поверхности снижается. В отличие от механической обработки технологические показания ЭХО даже повышаются с увеличением твердости материала заготовки. Кроме того, при ЭХО инструмент либо вообще не изнашивается, либо изнашивается незначительно.

 

7.3.3.7 Требования при ЭХО

При использовании ЭХО  необходимо удовлетворить следующим требованиям, общим для всех видов заготовок и схем обработки:

а) Поверхность перед  ЭХО должна быть очищена от окалины  и других неэлектропроводных веществ.

б) В местах, где удаление металла планируют выполнить  с применением ЭХО, не допускается местная зачистка поверхности, например, для контроля твердости.

в) ЭХО необходимо проводить  после термической обработки  заготовки. Это позволяет избежать нарушения точности за счет коробления при термической обработке, предотвращает появления обезуглероженного слоя в готовой детали.

г) При проектировании заготовок припуск не должен быть меньше некоторого предельного значения, определяемого с учетом возможного растворения на обрабатываемых и соседних поверхностях, где металл может раствориться за счет токов рассеяния и ускоренного съема на кромках детали.

д) В технологическом  процессе не предусматривают операции и переходы по удалению заусенцев  и округлению кромок на поверхностях после ЭХО.

 

 

7.4 Особенности рабочих процессов физико-химических методов и процесса резания

 

Особенности рабочих  процессов физико-химических методов  и процесса резания приведены в таблице 7.1.

 

 

Способ обработки	Рабочий процесс	Используемая энергия	Мощность удельная, Nуд, Вт/см2	Рабочая среда	Род обрабатываемых материалов
1	2	3	4	5	6
Электро-эрозионный	Эрозия в импульсных разрядах	Тепловая	104... 108	Жидкость диэлектрическая	Электропроводящие
Электро-контактный	Механическое удаление нагретого металла	то же	104	Воздух, газ	то же
Электро-химический	Анодное растворение	Химическая	103... 104	Электролит	_____,,_____

 

Таблица 7.1 
8 ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА

8.1 Лазерная резка

  8.1.1 Технология лазерной резки

Основой лазерной обработки  явилось возможность современными технологическими методами концентрировать  лазерный луч на поверхности материалов в пятно диаметром в десятые доли миллиметра. Если при этом лазер обладает достаточной мощностью, то происходит расплавление, испарение, либо изменение структуры материала. Для превращения лазерного луча в инструмент на его пути на расстоянии нескольких сантиметров от поверхности обрабатываемого материала ставится фокусирующая линза. Процесс напоминает детское развлечение в солнечный день с выжигательным стеклом. Только вместо солнечного луча луч лазера. Если теперь начать двигать материал с помощью двухкоординатного привода, управляемого от компьютера, то получится простейший станок для лазерной обработки материалов. Обычно в реальных станках перемещается лазерный резак над неподвижным материалом, так называемый координатный стол с «летающей оптикой».

В основном для обработки  материалов используются два класса лазеров: твердотельные и газовые. Наиболее распространенные твердотельные  лазеры на неодимовом стекле и иттрий-алюминиевом  гранате с длиной волны около 1 микрона, что немножко длиннее видимого красного излучения, и газовые лазеры на углекислом газе с длиной волны около 10 микрон (дальняя инфракрасная область, невидимая глазом, примерно такую длину волны излучает кипящий чайник). Есть еще лазеры на парах металлов: меди (зеленый), золота (красный). Твердотельные рубиновые (красный), на органических и неорганических красителях (СС изменяемым диапазоном излучения) и т.д. Для обработки материалов в утилитарном смысле этого слова данный тип лазеров применяется редко. Резка может происходить как за счет удаления расплавленной части материала из зоны взаимодействия с излучением, так и методом создания термонапряжений с последующим раскалыванием по образующейся трещине. Первый способ используется для резки металлов и некоторых видов диэлектрических материалов, причем обычно продукты разрушения удаляются направленной струей химически активного или инертного газа. Второй способ характерен для разделения хрупких материалов, например стекла, керамики или ситалла. Схема лазерной резки материалов представлена на рисунке 22.