Электрические эрозии

Zmin — Дн

где /Св — коэффициент выравнивания; Zmin — минимальный при-1пуск (по впадине), мм; Дн — высота начальных неровностей, мм; Лк — высота конечных неровностей, мм.

При однородном составе электролита  и отсутствии концентрационных   изменений   в   межэлектродном   промежутке   процесс ^выравнивания профиля сопровождается удалением  металла, в десятки раз превосходящего реально необходимый припуск. Коэффициент выравнивания   изменяется от 0,1 до 0,9 и зависит от [состава   электролита,   материала   заготовки,   межэлектродного [зазора,   температуры  электролита  ,и других   факторов.   Состав 1 электролита и материал заготовки в большей мере, чем другие |факторы, влияют на коэффициент выравнивания Кв-

По мере усиления пассивирующих  явлений процесс выравнивания ускоряется. При применении электролитов, способных  защищать  впадины  от растворения,  коэффициент  выравнивания Повышается. Например, при обработке в растворах хлорноводокислого натрия процесс съема протекает в основном по выступам при высоком темпе выравнивания. С уменьшением межэлектродного зазора выравнивание также ускоряется. Точность обработки I достигает 0,05—0,15 мм при прошивке отверстий и 0,2—0,5 мм При обработке полостей сложной формы.

Шероховатость поверхности, обработанной анодно-гидравлическим способом, зависит  от состава электролита, плотности  тока, формы кривой тока и напряжения, скорости потока электролита и его  температуры. Состав электролита, его соответствие конкретному материалу заготовки является важнейшим фактором, влияющим на шероховатость поверхности. Наиболее распространенный электролит —раствор хлористого натрия — дает возможность (при соответствующих параметрах процесса) получить обработанную поверхность с высотой микронеровностей до Ra— = 0,32-4-0,64 мкм. С повышением температуры электролита шероховатость обработанной поверхности увеличивается. С повышением плотности тока шероховатость поверхности уменьшается. Это особенно заметно   при изменении   плотности тока от 2  до 8 А/см2.

Увеличение плотности тока св. 15 А/см2 заметного снижения' шероховатости  не дает.

Регулирование   процесса  анодно-гидравлической    обработки,.

Устойчивость электрохимического процесса при необходимых, производительности и качестве обработки обеспечивается системой регулирования.

Направленное анодное растворение  без существенного искрообразования обеспечивается при межэлектродных зазорах определенной величины, зависящих  от конкретных условий обработки. В связи с этим все существующие системы регулирования электрохимических станков построены на принципе поддержания оптимального зазора между электродами. При работе с малыми зазорами особенно важно согласовать между собой скорость Ущ> движения инструмента-катода и линейную скорость Q/ растворения: обрабатываемого металла. Это важно для обеспечения необходимой производительности процесса и исключения возможности! короткого замыкания.

В реальных условиях величина Q/ не остается постоянной,, и поэтому регулирование подачи катода должно производиться? в соответствии с ее изменением. Поэтому линейную скорость растворения можно назвать прямым параметром регулирования. Однако определить значение Qv' с точностью, достаточной для»' практического использования, не представляется возможным в силу большой -сложности процессов, протекающих при размерной электрохимической обработке. Соотношение между v^, и Q/" наиболее целесообразно было бы определять по изменению межэлектродного зазора непосредственно. Но и это невыполнимо,, j поскольку в процессе работы зазор невозможно измерить.

В этих условиях   контроль межэлектродного  зазора осуществляют при помощи так  называемых косвенных параметров регулирования, функционально зависимых от величины зазора. К числу таких параметров можно отнести напряжение на электродах, силу i и плотность тока, давление жидкости в зазоре.

При использовании плоских катодов  площадь обрабатываемой поверхности  не изменяется в течение всего  процесса. В этом слу-1 чае омическое  сопротивление столба электролита между электродами определяют по формуле

где рэ — удельное сопротивление  электролита; б— величин* зазора между  электродами (величина столба электролита); So — площадь обрабатываемой поверхности.

Если в течение процесса обработки  площадь обрабатываемо! поверхности постоянна, то в соответствии с законом Ома можно с достаточной для практического использования точностью судит! об изменении зазора б по значениям силы тока и напряжения

Однако явление поляризации  электродов (и изменение удельного  сопротивления столба электролита в межэлектродном зазоре) исключает достаточно достоверное определение зазора.

Межэлектродный зазор, через который  прокачивают электролит, можно представить  как дроссель. Расход жидкости через  дроссель

Q = САр",

где С —коэффициент, определяемый величиной открытия щели дросселя и состоянием рабочей жидкости; Ар — перепад давлений на дросселе (в данном случае — на межэлектродном зазоре); и — показатель степени, зависящий от конструктивных параметров дросселя.

Расход жидкости в процессе обработки определяется подачей насоса, которую можно считать постоянной. Величины С и а зависят только от размеров зазора. Таким образом, при установленном 1азоре фиксируется вполне определенное значение Ар, которое и ходе электрохимического процесса может служить эталоном регулирования. По мере врезания катода в обрабатываемую заготовку площадь обработки So и путь протекания электролита увеличиваются. Это приводит к изменению Ар и ухудшению процесса регулирования по перепаду давления на межэлектродном зазоре.

Наиболее универсальным можно  считать регулирование промесса по анодной плотности тока. Из формулы, определяющей омическое сопротивление  столба электролита в межэлектродном !.1зоре, следует, что с увеличением  площади обработки при сохранении параметра регулирования постоянным зазор должен уменьшаться (p8 = Rr,So). Это способствует повышению точности обработки к концу процесса. Во избежание чрезмерного уменьшения зазора в конце обработки начальный зазор должен быть определен из условия

Величину бк конечного зазора следует выбирать таким образом, чтобы исключить возможность искрообразования. Напряжение в начале процесса может быть принято равным ЭДС источника питания; напряжение в конце обработки в каждом отдельном случае определяется опытным путем. Предотвращение короткого замыкания обеспечивается снятием питающего напряжения, так как осуществить достаточно быстрое разведение электродов невозможно. Снятие напряжения осуществляется по сигналу схемы предупреждения коротких замыканий о наличии или приближении такого опасного режима (за 0,02—0,05 с до короткого замыкания, что достаточно для срабатывания автоматики защиты).

 

 

 

 

 

Рис. 73. Схема прошивания отверстия анодно-гидравлическим способом

 

 

 

 

 

 

Рис. 72. Схема анодно-гидравлической обработки турбинной лопатки

 

 

Электрохимическое формообразование. Высокая эффективность электрохимического формообразования достигается при обработки многих заготовок сложной формы. Одним из распространенных видов этой обработки является обработка рабочего профиля турбинных лопаток (рис. 72). Заготовку 2 помещают между двумя латунными копирами — электродами 1 — соответствующей формы на расстоянии 0,3—0,5 мм от них. Через образовавшийся зазор под давлением около 1 МПа прокачивают 10%-ный раствор поваренной соли, подаваемый через штуцер 3. Режим формообразования: напряжение на электродах 8—11 В, плотность ток* 15—20 А/см2, скорость подачи 0,3—0,4 мм/мин. Металл с заготовки удаляется со скоростью подачи при шероховатости обработанной поверхности a=l,25-f-2,5 мкм.

Исходя из особенностей электрохимического формообразования, полагают, что максимальный припуск, удаляемый с обрабатываемой поверхности, должен быть не более двойного минимального припуска. Так, если в среднем с любой точки снимают п| 0,8 мм, то минимальный съем в любой части заготовки должен быть не менее 0,4 мм.

В процессе электрохимического формообразования одновременно выявляются дефекты обрабатываемой поверхности, в частности, микротрещины. Таким образом, при обработке  осуществляется не только формообразование, но и контроль качества, что особенно важно для ответственных деталей, например, турбинных лопаток.

Практика показывает, что электрохимические  методы формообразования в 4—10 раз  производительнее механической обработки. Электрохимический метод обработки  особенно эффективна при обработке заготовок из труднообрабатываемых стали и сплавов.

Электрохимическое прошивание отверстий. Прошивание отверстий анодно-гидравлическим методом выполняют полым электрш  дом (рис. 73). Инструментом служит металлическая  трубка ■ покрытая снаружи тонким изоляционным слоем 3. В трубы под

давлением подают электролит. Трубка включена в электросеть и качестве катода, а обрабатываемая заготовка 1 — в качестве анода. Интенсивное  анодное растворение металла  с поверхности метали под торцом трубки приводит к образованию полости 5, |лубина которой может быть задана произвольно поступательным перемещением трубки с электролитом. Диаметр трубки 4 выбирается обычно меньше,   чем диаметр отверстия 5, примерно на 025—0,05, а иногда и на 0,1 мм на сторону. Электролит, выходящий из трубки .возвращается по зазору между стенками отверстия и трубки и через местную ванну 2 откачивается в систему циркуляции.

Электролитом служит раствор солей, в частности, хлористого натрия. Плотность  тока в зависимости от интенсивности прокачки электролита, состава обрабатываемого материала и других факторов   находится  в  пределах   100—300 А/см2  при  напряжении1-12 В. Иногда плотность тока доводят до 600 А/см2. Скорость углубления обычно находится в диапазоне 1—6 мм/мин. Отверстие может быть любой конфигурации, определяемой профилем сечения инструмента.

В потоке электролита производят операции обработки шлицев, Мальцевых каналов  и полостей в трубах, утонения сферических  поверхностей,  и т. д.

Особенности электрохимического формообразования глубоких точных отверстий. Детали с глубокими и точными отверстиями широко применяют в промышленности. Технологические приемы механической обработки таких отверстий, как правило, сложны, сопровождаются большими затратами ручного труда и часто дают низкое качество обработанных поверхностей. Здесь, особенно на отделочных операциях, электрохимический метод обработки весьма эффективен.

Размерную электрохимическую обработку  глубоких отверстий выполняют с  неподвижным или подвижным катодом. Применение неподвижных катодов без осевой подачи имеет следующие недостатки: трудность точного центрирования длинного катода; необходимость применения фасонного катода для обработки комбинированных ступенчатых отверстий; копирование дефектов поверхности катода обрабатываемой поверхностью.

Для повышения качества обработки  катоду-инструменту (или заготовке) придают вращение. При значительном различии параметров заготовки и  инструмента применяют схему с эксцентричным расположением неподвижного инструмента при вращении заготовки с частотой 5—20 об/мин. Неподвижные катоды рекомендуется применять при вращении заготовки и в случае обеспечения необходимой жесткости (1/d^lQ, где / — длина катода, d — диаметр обрабатываемого отверстия).

Применение подвижных катодов  уменьшает или исключает недостатки неподвижных катодов. К достоинствам этого вида обработки относятся:    возможность использования катодов простой формы, например, гладких или ступенчатых с цилиндрическими участками; обеспечение необходимого центрирования, что осуществляется применением изолирующих направляющих втулкой и пластин; практического исключения копирования дефектом поверхности инструмента обрабатываемой поверхностью.

Рис. 74. Схемы электрохимической  обработки отверстий подвижным  катодом

 

 Схемы электрохимической обработки отверстий подвижными катодами показаны на рис. 74. Применение подвижных катодов позволяем резко увеличить производительность процесса, так как обработка отверстия происходит по всей его длине. Обработку целесообразно производить при вертикальном расположении заготовки и катода инструмента для уменьшения его прогиба.

На рис. 74, а, б показаны схемы  обработки короткими подвижными электродами, на рис. 74, в, г — длинными. С длиной h рабочего участка, равной длине переходного конуса /к, катод, двигаясь в отверстии заготовки Do, образует фасонное отверстие, состоящее из цилиндрического   и конического   участков.   Двухступенчатый электрод (рис. 74,6, г) позволяет обработать участок /2.

Для выполнения отверстий высокой  точности применяют обработку  при малых межэлектродных зазорах (до 0,01 мм) с центральным и эксцентричным расположением инструмента. Эксцентричное расположение инструмента позволяет производить обработку заготовок   с диаметром отверстий   гораздо большим, чем диаметр применяемого    электрода. Практическое осуществлена при этом находят следующие   варианты схемы: 1) инструменту придают вращение с окружной скоростью 5—15 м/с при радиальной подаче   до 0,1 мм/мин; частота вращения   заготовки 1Ь-20 об/мин (рис. 75, а); 2) инструменту, выполненному в виде усеченного конуса    (конусность 2—3°), придают вращение со скоростью 5—15 м/с и продольную подачу до 150 мм/мин; частота вращения заготовки 5—60 об/мин (рис. 75, б); эту схему применяют при обработке отверстий диаметром 50—200 мм; 3) инструменту придают только радиальную подачу, а заготовку приводя! во вращение со скоростью 5—20 м/с (рис. 75,в).

Размерная электрохимическая    обработка по указанным вариантам  имеет следующие   достоинства: возможность получения высокой    точности и минимальной шероховатости обработанной поверхности; снижение   требований к стабилизации параметров процесса; снижение энергоемкости процесса обработки за счет уменьшения электрического сопротивления в зазоре.

 

рис. 75. Схемы электрохимической  обработки отверстий с эксцентричным расположением катода-инструмента