Лекция №8 Анодно-механическая обработка
Анодно-механическая обработка основана на комбинированном механическом, электроэрозионном и электрохимическом воздействии на материал снимаемого слоя. С увеличением удельной мощности подводимой в зону обработки, этот метод по характеру электрического воздействия приближается к электроэрозионному, а при снижении удельной мощности – к электрохимическому.
При всех способах анодно-абразивной обработки рабочие зазорымежду токопроводящей связкой и деталью весьма малы (0,01…0,03 мм), что обеспечивает высокие плотности тока и интенсивное электрохимическое и электроэрозионное воздействие. В процессе обработки выгорает связка и выкрашиваются изношенные абразивные зерна; это способствует самозатачиванию кругов.
Преимущества АМО: высокая производительность на черновых режимах и высокое качество обработанной поверхности на чистовых режимах, возможность обрабатывать любые труднообрабатываемые металлы и сплавы, сравнительно легко удалять и утилизировать продукты обработки, варьировать режимы обработки в широких диапазонах.
К недостаткам метода можно отнести эксплуатационные неудобства использования жидкого стекла в качестве электролита, сравнительную сложность в эксплуатации и высокую стоимость оборудования.
Обрабатываемое изделие (анод) и электрод-инструмент (катод) включают, как правило, в цепь постоянного тока низкого напряжения (до 30 в). Электролитом служит водный раствор силиката натрия Na2SiO3 (жидкого стекла), иногда с добавлением солей других кислот. В качестве материалов для электродов-инструментовприменяют малоуглеродистые стали (08 кп, 10, 20 и др.). Под действием тока металл изделия растворяется и на его поверхности образуется пассивирующая плёнка. При увеличении давления инструмента на изделие плёнка разрывается и возникает электрический разряд. Его тепловое действие вызывает местное расплавление металла. Образующийся шлам выбрасывается движущимся инструментом. Изменяя электрический режим и давление, можно получить изделия с различной шероховатостью поверхности (до 9-го класса чистоты).
Съем металлапри анодно-абразивной обработке обусловлен возникновением в зоне обработки следующих явлений:
а) анодное растворение материала, приводящее к снятию части металла срезаемого слоя и образованию пленки;
б) нагрев материала срезаемого слоя;
в)электроэрозионное разрушение;
г) механическое срезание металла абразивом, предварительно ослабленного анодным воздействием, тепловым и электроэрозионным процессами.
Работа по съёму металла при АМО осуществляется электрическим током в межэлектродном зазоре почти без силовой нагрузки на узлы анодно-механического станка в противоположность металлорежущим станкам, в которых эти узлы сильно нагружены. Интенсивность съёма металла практически не зависит от механических свойств обрабатываемых металлов и инструмента (твёрдости, вязкости, прочности), поэтому АМО целесообразно применять для изделий из высоколегированных сталей, твёрдых сплавов и т. п.
АМО различают по виду используемого для механического воздействия инструмента:
– инструменты из стали, чугуна, меди, латуни, графита. Обработка производится при напряжении 10…12 В с использованием в качестве электролита жидкого стекла (силиката натрия).
– связанный абразив (эта разновидность АМО называется анодно-абразивной); в качестве инструментов при этом используют абразивные или алмазные токопроводящие круги (рисунок 2.21, в) и абразивные бруски (рисунок 2.21, г). Разновидностью этого процесса является схема анодно-механического шлифования неметаллической лентой (рисунок 2.21, д);
– несвязанный абразив (эта разновидность АМО называется электро-химико-механическая). При этом методе обработки анодная пленка удаляется мелкодисперсным абразивом, находящимся во взвешенном состоянии в электролите.
Технологические возможности
Наиболее распространено применение АМО для разрезания труб, заготовок, проката и слитков из труднообрабатываемых сталей и сплавов, а также для вырезания щелей в различных деталях.
Доля механического резания составляет от 2,3 до 25%
Анодно-механические станки изготовляют двух типов: дисковые и ленточные. Дисковые станки применяют для поперечной разрезки проката. Инструментом-электродом служит тонкий стальной диск.
Режущим инструментом при разрезкеслужит стальной диск толщиной 0,5…6 мм и диаметром до 1200 мм (рисунок 25, а). Дисковый электрод-инструмент (катод) вращается со скоростью 10…25 м/с и подается на заготовку. В качестве электролита используется водный раствор жидкого стекла. Съем металла с заготовки происходит за счет анодной пассивации, электротермических явлений и механического воздействия электрода-инструмента на заготовку. Дисковым электродом разрезают заготовки диаметром до 150 мм, а ленточным – до 600мм. Производительность разрезки 2000…6000 мм 2 /мин.
Рис. 25. Типовые схемы анодно-механической обработки: а) — разрезание; б) — обработка фасонной поверхности; в) — шлифование абразивным кругом; г) — хонингование; д) — шлифование лентой
При анодно-абразивном шлифовании (рисунок 25, в) абразивный круг вращается со скоростью 30…40 м/с и является катодом, а обрабатываемая деталь – анодом. При шлифовании используются алмазные круги на металлической связке, круги из электрокорунда, карбида кремния, у которых поры заполнены расплавленным металлом или графитом. В качестве электролита при шлифовании сталей используют 5…10 %-ный раствор азотнокислого натрия с добавкой ингибиторов коррозии. Производительность анодно-абразивного шлифования гораздо выше, чем обычного шлифования и составляет 2000…4000 мм 3 /мин. Достигается точность обработанной поверхности до 0,003мм, а шероховатость до Ra = 0,16 мкм; не возникает значительных структурных превращений и внутренних напряжений.
Процесс анодно-механического шлифования неметаллической лентой (рисунок 25, д) осуществляется по схеме обычного ленточного шлифования. Деталь 1 является анодом и может совершать колебательные движения. Катодом 2 является медный или твердосплавный копир, прижимающий электронейтральную ленту 3 к детали. Обработка может осуществляться с подвижным (рисунок 25, д) или неподвижным катодом — инструментом.
При электрохонинговании электронейтральные абразивные бруски размещаются на металлической оправке, являющейся катодом (рисунок 25, г).
При анодно-абразивном полированииметаллический ЭИ 1 с неэлектропроводными притирами 2 устанавливают над анодом-заготовкой (рисунок 26). Для удаления пассивирующей пленки на заготовке в раствор вводят мелкозернистый абразив 3, шаржирующий эластичные неэлектропроводные притиры из поролона, резины, дерева и других мягких материалов. Абразивом служат шлифовальные порошки из электрокорунда, а также окись хрома. Обработку производят как на постоянном, так и на переменном напряжении от 6 до 18 В в растворах азотнокислого натрия. Данный процесс применяется для полирования листов из нержавеющих сталей и других плоских поверхностей деталей. После полирования достигается шероховатость поверхности Ra = 0,08…0,04 мкм.
Рис. 26. Схема анодно-абразивного полирования
Рис. 27. Схема анодно-абразивного галтования
Удаление заусенцев и скругление острых кромок на мелких деталях производят в галтовочных анодно-абразивных барабанах, рабочая камера которых имеет форму шестигранника (рисунок 27). На перфорированных винипластовых стенках барабана 1 снаружи закреплены металлические пластины-электроды 5. Смежные пластины включают на различные фазы (А, Б, С) вторичной обмотки трехфазного понижающего трансформатора.Барабан заполняют обрабатываемыми деталями 4 и фарфоровыми шариками 3 диаметром 3…5 мм. Электролит 2 вводится в барабан насосом и сливается через открытое отверстие в бак. В процессе галтования детали, являющиеся электродами со свободным потенциалом, подвергаются анодному растворению и абразивному воздействию. Рабочее напряжение на пластинах 8…12 В, ток до 300 А. Продолжительность процесса 1…2 часа.
Анодно-абразивная обработка используется для заточки твердосплавных режущих инструментов, для изготовления точных твердосплавных деталей с шероховатостью поверхности Ra = 0,32 мкм. Увеличения стойкости инструмента до 150%.
Источник
Анодно-механическая обработка металлов
Во второй половине 20 столетия инженером Гусевым был разработан метод анодно-механической обработки металлов. Вплоть до сегодняшнего дня он применяется в металлургии для разрезания прокатных листов металла и частично на фабриках и заводах в отделочных и шлифовальных работах. Это можно увидеть на выставочных стендах и экспозициях. Основной задачей ставится разрушение структуры металлического вещества в результате экзотермического действия электрического тока и растворения анодов.
Все разновидности анодно-механической обработки металлов (АМО) можно объединить в две группы: чистовые и черновые.
Чистовая анодно-механическая обработка металлов
1. Анодно-механическое резание. Необходим отрицательно заряженный металл и, соответственно, положительно заряженный диск, который берет на себя роль катода. Их подключают к цепи постоянного тока 30 Вт, а в разрезе между ними устанавливают жидкое стекло. В качестве электродов используют малоуглеродистую сталь.
Металл растворяется под действием тока. На его поверхности образуется защитная пленка.
Механическая работа диска уничтожает пленку, чем обеспечивает непрерывность электрохимической реакции. Неровности катодного и анодного веществ приводят к возникновению электрических разрядов во время снятия пленки.
2. Анодно-абразивное шлифование. Катодный круг состоит из связки, наполнителя и абразивных зерен. Для высокой электропроводности добавляют графит.
Может использоваться как стальной, так и медный диск. В качестве электролитов – гидроксиды калиевой и натриевой селитры с добавлением ингибиторов (замедлителей реакции) коррозии.
Сравнительно теплоемкий метод. Так же как и в предыдущем случае, выступающая часть анода неровная, отчего поверхность низко шероховатая. Величина зазора и режущих зерен обусловлена силой давления круга на металл.
3. Электроалмазное шлифование. В качестве инструмента используют кольцевые сверла с алмазным слоем, который можно получить различными способами (спекание, экструзия). Для сквозных отверстий подходят тонкостенные алмазные сверла, для глухих – канальные.
4. Анодно-абразивное хонингование. Разновидность отделочной работы с применением электронейтрального инструмента. Берутся специальные хонинговальные головки, источником тока выступает низковольтный селеновый генератор. Абразив растворят оксидный слой, что предотвращает процессы пассивирования. Металлическая деталь, обработанная этим методом, не имеет внутренних напряжений.
5. Электрохонингование. Более производительный метод по сравнению с обычным хонингованием. Принцип работы такой же.
6. Анодно-механическое полирование. Осуществляется специальным прибором – золовкой, которая вращается в обе стороны. Катод и анод соединяются мелкодисперсным порошком.
Полировальники изготавливаются из дерева или пластмассы. Для электролита можно взять соляную или серную кислоту. Порошок и полировальники совместно удаляют с поверхности пленку.
7. Алмазно-катодная. Принципиальное отличие от предыдущей в изменении полярности. Круг выступает анодом, а изделие – катодом. Благодаря беспрерывному растворению анода круг не засаливается. Используется при заточке лезвий и пластин.
Черновая анодно-механическая обработка металла
Характеризуется высокой плотностью тока. Ключевым является колоссальное электроэрозионное воздействие, которое приводит к расплавлению и испарению металла из рабочей жидкости.
Анод понадобится только для создания защитной пленки, которая будет способствовать концентрации дуги на верхушках неровностей и предотвращать дуговой разряд.
Таким образом, черновые анодно-механические обработки металлов менее привлекательны в силу своей высокой энергопотребляемости.
Чистовые же рекомендовано использовать для изделий из твердых сплавов и металлов. Подробнее с данной темой можно познакомиться на тематических семинарах выставки «Металлообработка».
Источник
Анодно-механическая обработка
Опубликовано admin Июн 17, 2012 в Резка металлов
Заготовку 1 (анод) и режущий диск 2 (катод) включают в цепь постоянного тока; в зазор между ними подают электролит, обычно жидкое стекло (водный раствор силикатов натрия). Под действием постоянного тока в среде электролита происходит анодное растворение обрабатываемого материала, которое приводит к образованию на аноде защитной пленки, тормозящей дальнейшее растворение. Механическое воздействие диска снимает эту пленку, обеспечивая непрерывность электрохимического растворения и интенсифицируя его. В момент срыва пленки происходят электрические разряды между выступающими неровностями анода и катода, приводящие к электроэрозионному разрушению выступающих участков. Все три процесса — электрохимическое растворение, механическое и электроэрозионное разрушение — тесно связаны между собой, образуя единый процесс анодно-механического резания.
При черновой анодно-механической обработке, выполняемой при больших плотностях тока, основное значение играет тепловое электроэрозионное воздействие, приводящее к интенсивному снятию материала срезаемого слоя в результате плавления и взрывообразного испарения металла в среде рабочей жидкости. Процесс анодного растворения в этом случае необходим только для образования защитной пленки, которая обеспечивает концентрацию дуговых разрядов на вершинах микронеровностей и препятствует развитию дугового разряда. Механическое воздействие обеспечивает вынос продуктов разрушения из рабочей зоны.
Режимы АМО определяются электрическими параметрами — плотностью тока, напряжением и механическими параметрами — давлением инструмента на обрабатываемую поверхность, скоростью относительного движения. Кроме того, к ним относятся вид, способ подачи электролита, его расход и давление.
Анодно-абразивное шлифование (ААШ), или анодно-механическое шлифование, является чистовым и вместе с тем высокопроизводительным методом анодно-механической обработки. Круг для анодно-механического шлифования состоит из абразивных зерен, связки и электропроводного наполнителя. Обычно его изготовляют из электрокорунда и зеленого карбида кремния на бакелитовой связке; электропроводность достигается добавкой графита, пропиткой круга расплавленным свинцом или использованием специальных стальных или медных дисков. Электролиты представляют собой водные растворы калиевой или натриевой селитры с добавками нитрита натрия в качестве ингибитора коррозии. Таким электролитом является, например, водный раствор, содержащий 10% KN03 и 0,5% NaN02.
Достоинством ААШ по сравнению с обычным шлифованием является отсутствие значительного тепловыделения, поэтому в поверхностном слое не возникают значительные структурные превращения и внутренние напряжения. Работоспособность шлифовального круга поддерживается его самозатачиванием в процессе обработки, которое происходит вследствие выкрашивания выступающих или сильно изношенных абразивных зерен, а также разрушения связки наполнителя при электрических разрядах. Эти процессы обусловливают получение низкой шероховатости поверхности, чему значительно способствует анодное растворение выступающих шероховатостей поверхности.
Давление круга на обрабатываемую поверхность является одним из важнейших параметров ААШ, так как оно определяет степень внедрения режущих зерен и величину зазора.
Электроалмазное шлифование применяют для кольцевого сверления отверстий в заготовках и их дальнейшей расшлифовки. Инструментом при электроалмазном сверлении служат кольцевые сверла 2 с алмазоносным слоем, получаемым. методами спекания, экструзии гальваностегии или гальванопластики на металлокерамической, литой, высокопористой, твердосплавной или электролитической связках с алмазами зернистостью 16—40, 100—200процентной концентрации. Для получения сквозных отверстий наиболее целесообразны тонкостенные (0,30,5 мм) алмазные сверла, позволяющие получать при осевом усилии 10—20 кгс высокие давления (до 100 кгс/см2) и плотности тока (несколько сот ампер на 1 см2). При интенсивной прокачке электролита в этом случае получают высокую производительность. Для получения глухих отверстий используют кольцевые сверла с большей толщиной алмазоносного слоя или специальные сверла с каналами для подачи электролита в рабочий зазор.
Анодноабразивное хонингование (ААХ) является разновидностью отделочной анодноабразивной обработки электронейтральным инструментом. Оно осуществляется по схеме обычными хонинговальными головками с подачей электролита и электрического тока в зону обработки.
Источниками тока в этом случае служат низковольтные генераторы постоянного тока, селеновые и другие типы выпрямителей. При обработке абразив последовательно удаляет оксидный слой, образующийся при электрохимическом растворении; вследствие механического воздействия этот процесс позволяет избежать формирования пассивных слоев, играющих основную роль при обычной электрохимической обработке. По этой причине метод электрохонингования не требует использования электролитов, вызывающих сильную коррозию. Вследствие резкого снижения удельного веса механического воздействия детали, обработанные этим методом, имеют поверхностный слой, свободный от внутренних напряжений.
Электрохонингование является более производительным методом по сравнению с обычным хонингованием. Так, при обычном хонинговании скорость съема чугунных гильз цилиндров малолитражных двигателей равна 0,030,04 мм/мин по диаметру, при электрохонинговании — 0,22 мм/мин; чистота поверхности 8—10го классов.
Анодно-механическое полирование производят специальной золовкой, несущей полировальники и совершающей вращательное и возвратно-поступательное движения. Полировальники изготовляют из мягких пород дерева, пластмасс или абразивных брусков. Зазор между головкой и заготовкой заполняют электролитом с высокодисперсным абразивным порошком, находящимся во взвешенном состоянии. Электролитол являются водные растворы солей серной, азотной, соляной и других кислот, а абразивным порошком — окиси хрома или алюминия. Сглаживание шероховатостей происходит путем формирования на выступах пассивной пленки с последующим ее механическим удалением под воздействием полировальников и абразивного порошка.
Вид электрического тока при анодно-механической обработке определяет производительность обработки. При постоянном токе она возрастает по сравнению с переменным примерно в 2 раза. Применение пульсирующего тока, т. е. однофазного переменного тока после двухпериодного выпрямления, повышает, производительность по сравнению с постоянным на 20—30%. Алмазокатодная обработка выполняется алмазными кругами на металлической связке; в отличие от электроалмазной она выполняется с наложением тока обратной полярности, т. е. круг является анодом, заготовка — катодом. Высокая эффективность процесса обеспечивается непрерывным анодным растворением тонкого слоя металлической связки круга, благодаря чему обнажаются алмазные зерна. Это обеспечивает непрерывное образование зазора между связкой круга и обрабатываемой поверхностью и устраняет засаливание круга.
Алмазокатодный способ успешно используется при затачивании многолезвийных инструментов и твердосплавных пластинок площадью контакта менее 100 мм2. При электроабразивной обработке, использующей прямую полярность, происходит постепенное снижение производительности затачивания. Наоборот, при алмазокатодной обработке съем остается все время постоянным и равным 8 г/мин (141—160 мм3/мин), т. е. находится на уровне максимального съема при работе с прямой полярностью.
Источник
