Файл: Учебное пособие для студентовзаочников. Компьютерная версия. 2е изд., перер и доп. Челябинск юурГУ, 2006. 89 с. З. И. Поляков и др., 1986. Издво Челябинского политехнического инсти тута имени Ленинского комсомола.pdf

42
ботке сплавов титана в электролитах на основе NaCl шероховатость обработан- ных поверхностей снижается при увеличении температуры электролита до
35…45 о
С.
Наибольшую высоту микронеровностей иногда удается снизить в 1,5…2 раза применением импульсного тока. Объясняется это действием двух меха- низмов. Во-первых, плотность тока в импульсе выше, чем при постоянном токе, что часто приводит к повышению выравнивающей способности процесса. Во- вторых, при прохождении полуволны обратного тока на детали выделяются пу- зырьки водорода, вспарывающие пассивную пленку. Переменный ток переме- шивает электролит, ускоряет подвод активных ионов к поверхности детали. Это также увеличивает плотность прямого тока и снижает шероховатость обрабо- танной поверхности.
Опыт показывает, что подбором оптимального состава электролита и ре- жимов АГО можно достичь весьма малых величин микронеровностей
(Rz= 0,18…0,2 мкм). Качество поверхности, обработанной анодно-гидравли- ческим способом, определяется также состоянием поверхностного слоя.
Изменения в поверхностном слое определяются главным образом двумя механизмами: химическими реакциями на поверхности анода и напряжениями, оставшимися после удаления припуска.
Кроме ранее рассмотренных оксидных пленок, в результате АГО на по- верхности детали может возникнуть наводороженный слой (слой металла с внедрившимися в кристаллическую решетку атомами водорода). Так, при обра- ботке сплава ХН77ЮР в электролите на основе NaCl (5 %) глубина наводоро- женного слоя может достигать 60 мкм. Уменьшение температуры электролита с
50 до 25 0
С и повышение плотности тока до 25 А/см
2
позволяют снизить глуби- ну этого слоя до 10 мкм. Аналогичным образом повышение плотности тока и снижение температуры электролита влияет и на другой вид изменения в по- верхностном слое — на растравливание граней зерен. Наводороженный слой и зерна с расставленными гранями после АГО ответственных деталей (лопатки газотурбинных двигателей) снимают полировкой, так как эти дефекты могут понизить усталостную прочность деталей на 10% и более.
Поверхностный слой заготовок из конструкционных сталей после штам- повки и механической обработки часто имеет повышенную (по сравнению с глубинными слоями) микротвердость и микронапряжения. Свойства поверхно- стного слоя после АГО характеризуется исходными микронапряжениями и микротвердостью этого же слоя до обработки. Поэтому, если при АГО снима- ется закаленный слой с полезным наклепом, после АГО необходимо преду- смотреть соответствующие операции упрочнения.
2.3.4 Электрические режимы анодно-гидравлической обработки
Наиболее широкое распространение получила анодно-гидравлическая обработка с питанием от источников постоянного тока. Напряжение на элек- тродах U
э при этом поддерживается в пределах 6…20 В, редко поднимается до
24…30 В (в диапазоне свыше 20 В значительно возрастает вероятность искре- ния).

43
Ранее отмечалось, что производительность и качество обработки сущест- венно зависят от тока на аноде D
а
обычно применяемые плотности тока нахо- дятся в диапазоне от 5 до 100 А/см
2
. При D
а
>5 А/см
2
детали, как правило, по- крываются прочной пассивной пленкой и процесс прекращается. В области
D
а
>100…200 А/см
2
трудно стабилизировать состав и температуру электролита в зазоре (электролит быстро насыщается продуктами реакции). При
D
а
=400…600 А/см
2
наступают диффузионные ограничения: даже при наиболь- ших возможных давлении и скорости прокачки электролита ионы растворив- шегося металла и газа не успевают отводиться от электродов и ток падает.
Величина постоянного тока в зазоре при допущении о линейном характе- ре связи между током и напряжением:
δ
⋅
χ
⋅
=
р t
э
S
U
J
, (2.8) где
χ
t
— удельная теплопроводность электролита при температуре t, °С; S
р
— расчетная площадь.
Если φ
у
— падение напряжения в цепи питания (на электродах, в токо- проводах), U
п
— напряжение источника питания, φ
а
и φ
к
— падение напряже- ний на границе систем «анод–электролит» и «катод–электролит», то к
а у
п э
U
U
ϕ
−
ϕ
−
ϕ
−
=
. (2.9)
В практических расчетах потенциал стального анода можно принимать равным 1,5 В.
При обработке некоторых сталей и сплавов применение асимметричного биполярного тока позволяет на несколько десятков процентов поднять скорость анодного растворения, в 1,5…2,0 раза снизить максимальную высоту микроне- ровностей. Важнейшей характеристикой асимметричного тока является коэф- фициент асимметрии: об пр ас
J
J
К
=
, (2.10) где J
пр
— амплитуда прямого тока; J
об
— амплитуда обратного тока.
Коэффициент асимметрии имеет оптимум (например, в отношении ско- рости анодного растворения). Так, при округлении острых кромок и прошивке деталей из стали 2Х13, сплавов ЭИ–893 и ЖС–6К в различных условиях опти- мальный коэффициент асимметрии принимает значение от 15 до 37.
Ранее отмечалось, что с применением импульсного тока в ряде случаев повышается точность обработки. Установлено, что основные характеристики такого тока — длительность периода и скважность — также имеют оптимум.
Но обобщенные формулы для расчета оптимальных значений этих параметров еще не найдены.
2.3.5 Станки для электрохимической размерной обработки
Станки для ЭХО представляют собой комплекс оборудования (рис. 2.5, см. с. 44) и приборов, которые в совокупности функциональных связей позво-

44
ляют осуществлять технологический процесс получения деталей из заготовок.
В этот комплекс входят: собственно станок, на котором закрепляются инстру- мент и деталь и осуществляется их взаимное перемещение с заданными пара- метрами; источник технологического тока с регулируемым напряжением; сис- тема циркуляции электролита, позволяющая прокачивать электролит при большом давлении и в необходимом количестве через МЭП и стабилизировать температуру электролита; система управления процессом обработки, осущест- вляющая взаимосвязь работы всех систем станка и контроль за процессом об- работки; система подачи воздуха и газа в электролит; система вентиляции.
Ð
+
+
+
+
+ +
1 2
3 5
6 7
9 4
8 1
0
Рис. 2.5. Принципиальная схема станка для электрохимической обработки: 1 — генератор;
2 — пульт управления; 3 — обрабатываемая деталь; 4 — электрод-инструмент; 5 — бак для электролита; 6 — теплообменник; 7 — центрифуга и фильтр; 8 — насос высокого давления;
9 — система подачи электролита; 10 — токоподводящие шины.
В процессе АГО станок подвергается воздействию трех усилий: гидроди- намического, гидростатического и электромагнитного. Самое большое по ве- личине гидростатическое усилие создает наибольшую деформацию технологи- ческой системы. Так электрод, имеющий рабочую поверхность 400 см
2
, при обработке с противодавлением или обратном потоке электролита при давлении в 20 кг/см
2
передает усилие на инструментальную головку станка до 8
⋅
10 4
Н.
Подобные усилия не должны вызывать какие-либо значительные деформации, которые могли бы нарушить процесс обработки или сказаться на точности из- готовления деталей.
Жесткость станков зависит от конструкции станины и механизма подачи электрода-инструмента. Обычно при максимальном значении тока до 5000 А станина станка С-образная, а выше П-образная. Эти два типа станин могут иметь как горизонтальное, так и вертикальное исполнение.
Механизм подачи ЭИ включает в себя стальной шток-электродержатель, перемещающийся в направляющих качения или гидростатических направляю- щих, с жестким подпятником, выполненных на роликовых подшипниках. При- вод электрододержателя осуществляется в большинстве случаев парой винт-

45
гайка качения, имеющий предварительный натяг. Винт или гайка приводятся во вращение от электрогидравлической или электромеханической системы.
Подача инструмента обычно осуществляется со скоростью 0,5–10 мм/мин, од- нако в некоторых случаях, например при выполнении калибровочных опера- ций, она может составлять величину до 100 мм/мин, а при обработке на низких напряжениях с введением воздуха в электролит — менее 0,1 мм/мин.
На станке устанавливается ограждение рабочей зоны, которое называется рабочей камерой. Рабочая камера служит для защиты рабочего от брызг элек- тролита, для организации интенсивной вентиляции рабочей зоны и сбора элек- тролита, прошедшего через МЭП, для его возврата в систему циркуляции.
Стол станка устанавливается внутри рабочей камеры и в большинстве случаев для обеспечения наибольшей тяжести крепится неподвижно. В некото- рых случаях на станках с источником питания до 5000А может иметь наладоч- ные перемещения в продольном и поперечном направлениях.
Электролиты для ЭХО коррозионно-активные по отношению к черным металлам. Поэтому все механические части станка, соприкасающиеся с элек- тролитом, изготавливаются из коррозионностойких материалов, футеруются пластическими материалами или резиной.
Основной функцией источника технологического тока (ИТТ) является подача тока в большом диапазоне его величин (от десяти до нескольких тысяч ампер) при постоянном стабилизированном напряжении. Кроме того, ИТТ включает в себя контрольно-измерительные приборы, системы обнаружения отказов и системы блокировок, т.е. быстрого отключения тока в момент начала развития короткого замыкания.
При ЭХО используется постоянный ток низкого напряжения (6–20 В).
Промышленные генераторы вырабатывают выпрямительный, пульсирующий ток. Процент пульсации зависит от применяемой схемы выпрямления и может составлять от 5 до 30%. Эта остаточная пульсация уменьшается при помощи фильтров.
Обычный генератор состоит из понижающего трансформатора, вентиль- ного моста, фильтров и системы управления амплитудным значением напря- жения по высокой стороне трансформатора. В генераторы встроены блоки за- щиты электродов от коротких замыканий.
Генераторы для станков средних размеров вырабатывают ток силой
3000–6000 А. максимальная сила тока на серийных станках может достигать
20000 А. Ток от генератора подводится к станку посредством шинопроводов необходимого сечения из расчета ≈ 9 А/мм
2
Система циркуляции электролита включает в себя один или несколько баков для хранения электролита, объем которых определяется примерно из со- отношения 800 л электролита на 1000 А тока источника питания; основной на- порный насос для подачи электролита к электродам; теплообменник для под- держания температуры электролита; устройство для очистки электролита от шлама (центрифуга или сепаратор) и фильтр для очистки электролита, посту- пающего в МЭП, от посторонних примесей (стружки, металлических частиц, пыли и т.д.).

46
Система управления процессом обработки (СУП) обычно состоит из кон- трольных приборов: амперметра, вольтметра, указателя подачи инструмента, указателя положения инструмента от начала отчета координат. Кроме измери- тельных приборов в СУП имеется, как правило, программное устройство с ло- гическими цепочками, позволяющее в процессе обработки поддерживать по- стоянным заданный размер МЭП. Благодаря наличию программного устройст- ва можно автоматически в необходимые моменты изменять те или иные соот- ношения параметров обработки. Кроме того, СУП включает в себя еще и блок обнаружения неполадок процесса и предотвращения повреждений электродов.
Система вентиляции предназначена для удаления из рабочей камеры станка выделяющегося в процессе электролиза водорода и образующегося со- левого тумана.

47 3.
Выходные технологические показатели практически не зависят от твердости и прочности обрабатываемых материалов.
4.
В отличие от электроэрозионной обработки отсутствует термическое влияние на структуру поверхностного слоя обработанной детали.
5.
Принципиальное отсутствие механического контакта инструмента с заготовкой позволяет с высокой производительностью обрабатывать нежесткие и ажурные детали.
6.
Возможность снижения шероховатости обрабатываемой поверхности при одновременном повышении производительности. Такого преимущества нет ни у одного из известных механических и электрофизических методов обработ- ки. При финишной обработке деталей с требуемой шероховатостью поверхно- сти Ra < 0,4 мкм метод ЭХО обеспечивает в 10..100 раз большую производи- тельность, чем электроэрозионная обработка, при хороших показателях по точ- ности.
7.
В отличие от механических методов обработки (фрезерование, шли- фование) электрод-инструменты изготавливаются из легкообрабатываемых ме- таллов и могут иметь твердость и прочность значительно ниже чем у материала детали.
8.
Обработка осуществляется на низких (менее 12 В) напряжениях с ис- пользованием электролитов (водных растворов нейтральных минеральных со- лей малой концентрации), что позволяет повысить электробезопасность труда операторов и исключить возможность возникновения пожара в зоне обработки.
2.5 Особенности процесса электрохимикомеханической обработки
Общим названием «электрохимикомеханические» способы обработки то- копроводящих материалов объединяется ряд процессов размерной обработки, основанных на принципе электрохимического (анодного растворения металла) и механического воздействия (либо их сочетания с электроэрозионным воздей- ствием). От процессов анодно-гидравлической обработки эти способы отлича- ются тем, что продукты реакции удаляются с обрабатываемой поверхности ме- ханическим путем.
Такое разделение операции съема металла и удаления продуктов анодно- го растворения чисто условно, так как доля съема металла механическим спо- собом может многократно превышать съем от электромеханического растворе- ния.
К электрохимикомеханическим способам относится алмазно-абразивная электрохимическая обработка (AЭХO) электроактивными (токопроводящими) и электронейтральными инструментами.
Наиболее распространенными способами АЭХО являются электроалмаз- ное и электроабразивное шлифование. Металл анода на этих операциях снима- ется токопроводящими алмазно-абразивными кругами в результате электрохи- мического растворения и абразивного шлифования. Соединение процессов ре- зания и анодного растворения металла приводит к возникновению новых внут- ренних связей, определяющих физико-химические особенности и закономерно- сти комбинированного съема.