Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Направления развития электроалмазного шлифования деталей призматической формы

Направления развития электроалмазного шлифования деталей призматической формы

Повышение требований к качеству и надежности изделий современного машино- и приборостроения вызвало необходимость широкого применения материалов с особыми физико-механическими свойствами. Это высокопрочные никель-содержащие и титановые сплавы в производстве авиационной техники, сложнолегированные стали в точном машиностроении и высокоэнергоемкие магнитные сплавы различных систем электронной техники, а также инструментальная металлокерамика. Высокая трудоемкость обработки этой группы материалов диктует необходимость разработки и внедрения наукоемкой технологии, в которой звеном, определяющим ее эффективность, все еще остаются процессы финишной обработки.

В последнее десятилетие развитие финишной обработки в большей мере проявилось в комбинации алмазно-абразивного формообразования с методами электротехнологии, в частности с электрохимическими процессами. Это методы комбинированного формообразования (КФ), известные по принятой классификации как электроалмазное шлифование (ЭАШ), разрезание (ЭАР), доводка, суперфиниширование (ЭАС) и другие, отличающиеся высокими интегральными характеристиками и экономичностью при обработке деталей из материалов с экстремальными свойствами. Технология и оборудование для практической реализации методов КФ сегодня востребованы и в производстве авиационного и электронного приборостроения. Однако направление развития указанной техники в настоящее время характеризуется некоторым спадом по новым научным программам. Это обстоятельство обусловило приоритет на международном рынке разработок ряда ведущих зарубежных фирм, из которых можно выделить "Jones & Shipman" (США), "Tripet" (Швейцария), "Friz Wendt", "Elb Schliff (Германия), "Hitachi", "Japax" (Япония).

Вместе с тем, несмотря на уникальные возможности, технологические системы (ТС) КФ отечественных и зарубежных разработок, основанные на традиционных (двухэлектродных) электрохимических системах, характеризуются важным ограничением — не исключаются электроконтактные явления в межэлектродном зазоре (МЭЗ) [1], что снижает эффективность эксплуатации, повышает технологические потери и стоимость продукции. Поэтому в последнее время внимание исследователей привлекают методы КФ, основанные на многоэлектродных электрохимических системах (или системах с биполярным электродом), которые позволяют исключать указанные недостатки [2, 3]. Впервые на базе отечественного профилешлифовального электрохими-ческого станка ЗЭ70ВФ2 реализован метод КФ с биполярным электродом [4] (рис. 1, а). Реализация такой ТС, представляющей собой в комплексе станок — инструмент — технологическую оснастку — блок очистки и подачи электролита — источник питания и пульт управления, оказалось возможной благодаря разработке сборного электрода-инструмента (ЭН), показанного на рис. 1, б.

Особенность конструкции ЭН заключается в наличии на корпусе двух электроизолированных электродов, которые в ТС КФ работают по схеме, показанной на рис. 2 [5].

При этом электроконтактные явления исключены, так как электрическая цепь замыкается в катодной и анодной зонах обрабатываемой поверх-ности через проводник второго рода.

Рис. 1. Комплекс экспериментального оборудования для исследования КФ на основе многоэлектродных электрохимических систем:
а — общий вид; б — зона обработки

Несмотря на очевидное преимущество многоэлектродных электрохимических систем, исследований, связанных с расчетом параметров применительно к технологии формообразования недостаточно. В этой связи предпринята попытка показать решение задачи определения параметров электрического поля для количественной оценки электрохимической составляющей обработки. На основе аппарата теории функции комплексного переменного определен потенциал в анодной и катодной зонах обрабатываемой детали и напряженность поля в МЭЗ применительно к рассматриваемой схеме КФ.

На схеме (см. рис. 2) выделено сечение А—А и найдено распределение электрического поля в МЭЗ биполярного электрода в области 1—8 (рис. 3).

Рис. 2. Принципиальная схема КФ на основе многоэлектродной электрохимической системы:
1 — основная режущая часть — электрод-катод; 2 — доводочная часть; 3 — элементы кон-струкции, обеспечивающие движение доводочной части; 4 — электрод-анод; 5 — притир; 6 — изолятор; 7 — заготовка

Рис. 3. Конфигурация межэлектронного пространства:
- область, соответствующая изолятору; -U0 — электрон-катод: + U0 — электрод-анод; Ud — биполярный электрод (обрабатываемая деталь); h — размер МЭЗ; 2/2 — линейный параметр (толщина) изолятора (4—5); l1 — толщина изолятора (6-7)

Рассмотрим область 1—2—3 (см. рис. 3), представленную параметрами интеграла Шварца-Кристоффеля, задающего отображение верхней полуплоскости на данную область, в виде[6]:
k Ak ak αk
1,2 бесконечность 0 -0,5
3 ih -1 1,5
4,8 бесконечность бесконечность 0

После определения констант интеграл этой области примет вид

Для рассматриваемой верхней полуплоскости w комплексный потенциал определится

W(w)=-U0lnw/π

Напряженность поля в плоскости Z найдем, используя отображающую функцию

где W определяется на основании уравнения (2).

Рис. 4. Распределение напряженности электрического поля по обрабатываемой поверхности детали

Аналогично этому находим напряженность поля в области 3-4-5-6:

В части 5-6-7 исследуемой области напряженность поля определим из выражения

Полученные выражения позволяют рассчитать напряженность электрического поля в МЭЗ, в частности, распределение этого параметра по поверхности детали (рис. 4).

Торцовое шлифование ТС с биполярным электродом (БАЭШ) обеспечивает обработку деталей призматической формы по однопроходной технологической схеме шлифования - "creep feed".

При обработке магнитов из сплава SmCO5сж = 270...350 МПа, 58...65 НКСэ) в качестве основной режущей части катода использовали алмазный круг 6А2 250x76x31x20 ГОСТ 16170-91 с характеристикой АС4 125/100-МВ1-100. Доводочная часть инструмента оснащалась эльбором Л16-Б1-100; в работе проводилась параметрическая осцилляция.

Рис. 5. Зависимость продольной подачи Sn (О) и расхода алмазов q (А) от напряжения U на электродах при БЭАШ в различных средах (1, 2, 3)

При глубине врезания t=0,3...0,8 мм и напряжении на электродах U=10...15 В достигнута производительность, выраженная продольной подачей, в пределах 30...50 мм/мин и качество обработки по параметру Ra = 1,2...0,63 мкм.

При этом исключены электроконтактные явле-ния в зоне обработки и подтравливание базовых поверхностей заготовки, снижен расход алмазов в 2...3 раза по сравнению с традиционным алмазным шлифованием.

Зависимости основных характеристик процесса - продольной подачи Sn и расхода алмазов q от напряжения U на электродах при обработке в различных средах показаны на рис. 5.

При исследовании применяли водные растворы следующих составов: 10 % NaNO3 + 2 % Na2CO3 + 1 % NaNO2 (среда 1); 12 % NaNO3 + 2 % Na2 SO4 + 0,5 % NaNO2 (среда 2); 12 % NaNO3 + 2 % Na2 C03 + 0,3 % NaN02 + 2 % C3 H8 O3 (среда 3). Данные экспериментов обрабатывали по методу наименьших квадратов [7].

Наибольший эффект получен при использовании в качестве электролита водного раствора нитрата в составе карбоната и глицерина. При перио-дическом чередовании фаз нагрева и охлаждения адгезионное схватывание алмаза с кобальтовой составляющей обрабатываемого материала даже в условиях, приближенных адиабатическому сдвигу, сводится к минимуму.

На основании результатов исследований правомерно сделать следующие выводы:

  • применение многоэлектродных электрохимических систем - одно из перспективных на правлений совершенствования технологии электроалмазной обработки, обеспечивающее повы шение качества изделий;
  • использование специального инструмента с параметрической осцилляцией доводочной части делает технологическую систему на базе отечест венного оборудования ЗЭ70ВФ2 конкурентоспособной, например, с известным аналогом уста новки - GTE-120 фирмы "Japax" (Япония).

Литература

  1. Гурвич Р.А. Алмазно-электрохимическая обработка твердосплавного волочильного и холодновысадочного инструмента. Киев.: Техника. 1992. 184 с.
  2. Долгих А.М. Алмазное шлифование инструментом с дополнительной режущей поверхностью // Сверхтвердые материалы. 1986. № 6. С. 61-65.
  3. Долгих A.M. Биполярное электроалмазное шлифование при обработке магнитотвердых сплавов // Электронная обработка материалов. 1989. № 1. С. 74-77.
  4. А.М. Долгих, С.Г. Редько А.С. 1142238 СССР МКИ В23Н 5/06. Способ шлифова- ния электронейтральным абразивным инструментом / Открытия. Изобретения. 1985. № 8.
  5. A.M. Долгих А.с. 1189613 СССР МКИ В23Н 5/10. Устройство для торцового электроалмазного шлифования / Открытия. Изобретения. 1985. № 41.
  6. Миролюбов Н.Н., Костенко М.В., Левинштейн М.Л. и др. Методы расчета электростатистических полей. М.: Выс- шая школа. 1963. 416 с.
  7. Долгах A.M. Комбинированные процессы формообра зования в машино- и приборостроении. Исследования, технические решения и опыт применения. Саратов: Сарат. гостехн. ун-т, 2003. 192 с.

Справочник. Инженерный журнал. №11, 2004, с. 20-22
A.M. ДОЛГИХ, канд. техн. наук (Саратовский ГТУ)

Статьи партнеров