Similar
Text
ББК 34.55
Б 18 УДК 621.794
Рецензент — Л. Б. Вильсон, ииж. (ЭНИМС)
Байсупов И. А.
Б18 Электрохимическая обработка металлов: Учеб, для СПТУ. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш, шк., 1988. — 184 с.: ил.
Рассмотрены технология и разновидности процессов электрохимической обработки, их сущность и технологические характеристики. Приведены особенности типовых операций электрохимической обработки, применяемое оборудование, приспособления и инструменты. Кратко освещены вопросы стандартизации, механизации и научной организации труда, изложены мероприятия по технике безопасности и пожарной безопасности на производстве.
Второе издание (1-е — 1981 г.) дополнено сведениями о новом оборудовании для электрохимической обработки.
2704050000(4307000000)—113
Б ----------------------------78—88
052(01)—88
ББК 34.55 6П4.4
© Издательство «Высшая школа», 1981
© Издательство «Высшая школа», 1988, с изменениями
ПРЕДИСЛОВИЕ
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года предусматривается обеспечить широкое внедрение в народное хозяйство принципиально новых технологий — электронно-лучевых, плазменных, импульсных, биологических, радиационных, мембранных, химических и иных, позволяющих многократно повысить производительность труда, поднять эффективность использования ресурсов и снизить энерго- и материалоемкость производства.
К числу таких технологий относится электрохимическая обработка (ЭХО) металлов, широкому внедрению которой уделяется все большее внимание на производстве, как современной и прогрессивной обрабатывающей технологии. ЭХО наиболее эффективно применяют при изготовлении сложнопрофильных деталей из труднообрабатываемых конструкционных металлов и токопроводящих сплавов, для обработки рабочих элементов штампов и пресс-форм, формообразования профильной части турбинных лопаток и т. д.
В нашей стране созданы и успешно эксплуатируются электрохимические универсальные, специализированные и специальные станки для отрезки заготовок, формообразования элементов (полостей, отверстий, щелей и т. п.) деталей, заточки твердосплавных резцов, фрез и другого режущего инструмента. Это оборудование постоянно совершенствуется как в части его технологических, так и эксплуатационных данных; создаются автоматизированные станки для ЭХО.
В этих условиях большое значение приобретает подготовка квалифицированных рабочих-электрохимобработчиков. В нашей стране такие кадры готовят в учебных заведениях системы профессионально-технического образования или непосредственно на производстве. Полученные знания дают возможность рабочим в кратчайшие сроки и высококачественно осваивать новую технику по ЭХО, участвовать в освоении и улучшении конструкций машин и технологических процессов.
Настоящая книга написана в соответствии с учебной программой, утвержденной Государственным комитетом СССР по профессионально-техническому образованию, для подготовки электрохимобработчиков 2—3-го разрядов и может быть ис
3
пользована при профессиональном обучении рабочих на производстве. Она поможет обучающимся овладеть необходимыми теоретическими знаниями в области ЭХО, освоить практические приемы правильного выполнения наиболее распространенных и типовых операций этой технологии, ознакомиться с назначением, устройством и работой наиболее характерных разновидностей средств технологического оснащения ЭХО.
Книга состоит из пяти глав. В гл. 1 приведены основные сведения об ЭХО. Даны сущность и краткая классификация процессов, применяемые электролиты и основные технологические характеристики ЭХО. Гл. 2 посвящена средствам технологиче- j ского оснащения (станкам, источникам питания, вспомогатель- | ному оборудованию). В гл. 3 приводятся примеры применения | ЭХО; на типовых, наиболее распространенных на практике, one- ' рациях даны режимы и показаны особенности применения этой ; технологии. Гл. 4 посвящена механизации, автоматизации и организации труда; в ней даны также основы и примеры органи- ! зации специализированных участков электрохимической обра- I ботки. В гл. 5 рассмотрены основы безопасности труда и произ- । водственной санитарии при ЭХО. Контрольные вопросы для । самопроверки и лучшего усвоения изложенного материала при- j ведены в конце каждой главы. ;
При подготовке материалов данной книги большую помощь автору оказал В. А. Волосатое, которому автор выражает благодарность. L
d
Автор,
ВВЕДЕНИЕ
Автором идеи и технического воплощения многих разновидностей электрохимической обработки (ЭХО) является советский инженер В. Н. Гусев (1904—1956). В 1930—1931 гг. в нашей стране появились первые установки, в которых был реализован процесс ЭХО; первый промышленный станок для ЭХО был создан в 1943 г. В настоящее время в промышленности применяют более 50 разновидностей ЭХО.
По технологическому назначению все разновидности ЭХО можно условно подразделить на две группы: формообразующие и отделочные; к первой относят и заготовительные операции, выполняемые как электрохимической, так и комбинированной, например анодно-механической обработкой; вторая группа операций включает, в частности, галтование, травление, полирование и др.
Объединяет указанные процессы ЭХО явление анодного растворения при электролизе. При прохождении через электролит— в основном водный раствор солей, кислот или щелочей — постоянного электрического тока на поверхности обрабатываемого металла, являющегося анодом, протекают химические реакции. В результате этих реакций поверхностный слой металла растворяется в электролите, образуя химические соединения. Продукты растворения удаляются обновлением электролита в рабочей зоне или механически. Так, например, при формообразовании заготовок, когда снимается значительный слой металла, обновление электролита производят интенсивно, для того чтобы своевременно удалить продукты растворения, и, наоборот, при отделочных операциях, когда снимаемый слой незначителен, обновление электролита в рабочей зоне не производят или осуществляют менее интенсивно, чем в первом случае.
В настоящее время область практического применения ЭХО распространяется от простых операций по отрезке заготовок из труднообрабатываемых сталей и сплавов до операций по формообразованию элементов сложнопрофильных деталей, например турбинных лопаток.
5
। ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
*• ОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
1.1. Основы процессов ЭХО
Явление анодного растворения. Электрохимическая обработка металлов основана на способности их растворяться в результате оксидных реакций, происходящих в среде электропроводного раствора — электролита — под действием на него постоянного электрического тока. Такой химический процесс растворения металлов называют электролизом. Электролиз протекает при наличии источника питания электрическим током, электролита и двух металлических проводников, называемых электродами, каждый из которых находится в электролитической ванне с электролитом.
В электролите свободными электрическими зарядами являются ионы, образующиеся при растворении, например в воде солей, кислот или щелочей. Молекулы таких веществ, взаимодействуя с молекулами растворителя — воды, распадаются (диссоциируют) на положительно и отрицательно заряженные ионы. При этом движение ионов в электролите неупорядоченное. Под действием электрического поля, создаваемого источником -питания, между электродом, соединенным с положительным полюсом и называемым анодом, и электродом-катодом, соединенным с отрицательным полюсом, возникает направленное движение ионов — отрицательно заряженные ионы (анионы) движутся к аноду, а положительно заряженные ионы (катионы) —к катоду. В электролите, таким образом, возникает электрический ток, представляющий упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных ионов.
Схема движения ионов в наиболее часто применяемом для ЭХО электролите — водном растворе хлористого натрия NaCl — приведена на рис. 1.1. При растворении хлористого натрия в воде его молекула распадается на катион натрия Na+ и анион хлора С1~. Вода Н2О при этом также частично диссоциирует на катионы водорода Н+ и анионы гидроксила ОН~. При подаче на электроды напряжения от источника питания анионы гидроксила и катионы водорода вместе с анионами хлора и катионами натрия вынуждены под действием сил электрического поля перемещаться соответственно к катоду и аноду. Атомы поверхностного слоя электрода-анода 1, получая от движущихся к не-
6
му анионов хлора и гидроксила дополнительные отрицательные заряды, превращаются в положительные ионы железа. Последние под действием сложных катодных и анодных реакций взаимодействуют с ионами гидроксила и образуют гидрат оксида железа Fe(OH)3, который в виде нерастворимого химического соединения выпадает в осадок. Таким образом происходит электрохимическое анодное ра-
12. J
Рис. 1.1. Схема электролиза:
1 — электрод-аиод, 2 — электролит, 3 — электрод-катод, 4 — источник питания
створение железа. Одновременно с этим на катоде выделяется водород, выходящий из электролита в виде пузырьков. Реакции, протекающие на катоде, как правило, не разрушают его, т. е, катод при ЭХО не изнашивается.
Параметры анодного растворения. Из приведенной на рис. 1.1 схемы видно, что электролиз протекает в межэлектродном промежутке (МЭИ), под которым принято понимать пространство между поверхностями катода и анода. Следовательно, электрохимическое анодное растворение происходит без непосредственного механического контакта поверхностей катода и анода.
В соответствии с объединенным законом Фарадея объем V (см3) растворенного металла при электролизе прямо пропорционален объемному электрохимическому эквиваленту Kv данного металла, силе тока I и времени r:V — KvIr- Объемный электрохимический эквивалент Kv металла зависит от его валентности и атомной массы; эти величины для определенного металла (табл. 1.1) имеют постоянные значения.
На практике объем растворенного металла не всегда соответствует объему, рассчитанному по этой формуле. При опреде -ленном сочетании параметров процесса (плотности тока i на аноде, определяемой отношением силы тока 1 к площади анода S, вида обрабатываемого металла, состава и скорости обновления электролита в межэлектродном промежутке) объем растворенного металла относительно расчетного его значения может уменьшаться, а в некоторых случаях процесс анодного растворения полностью прекращается. Это объясняется образованием на поверхностях анода труднорастворимых оксидных пленок.
7
1.1. Электрохимические эквиваленты некоторых металлов
Наименование Атомная масса Валентность Объемный электрохимический эквивалент Ку, сма/(А «мин)
- Алюминий 26,98 3 0,0021
Железо 55,85 2 0,0022
3 0,0015
Медь 63,57 1 0,0044
2 0,0022
Никель 58,69 2 0,0021
3 0,0014
Титаи 47,9 4 0,0017
Хром 52,01 3 0,0015
6 0,0008
При наличии в электролите достаточного количества активирующих анионов, например анионов хлора С1~, происходит вытеснение из оксидной пленки кислорода и разрушение ее без дополнительных затрат электрической энергии. В таких процессах, называемых активными, электрическая энергия расходуется непосредственно на электрохимическое растворение металла анода. Если в электролите недостает активирующих анионов, то на электрохимическое анодное растворение этих пленок затрачивается дополнительная электрическая энергия. При этом эффективность процессов ЭХО существенно снижается. Такой процесс электрохимического анодного растворения металла называют пассивным.
Активное анодное растворение отличается от пассивного особенностями реакций, происходящих на аноде. Активное растворение характеризуется хорошей растворимостью металла анода, так как при этом побочные реакции, кроме основной — анодного растворения, не протекают. Активное растворение металла происходит, например, при электрохимическом травлении. При пассивном растворении часть электрической энергии расходуется на побочные реакции, обеспечивающие удаление с поверхностей анода труднорастворимых оксидных пленок. Пассивное растворение металла происходит, например, при электрохимическом абразивном полировании.
Повышение плотности тока i относительно оптимального ее значения может привести при определенных условиях к образованию оксидных пленок сложного состава, которые не растворяются при электролизе. При этом наступает полная пассивация, т. е. переход поверхностного слоя металла из активного состояния в пассивное, при котором процесс анодного растворения прекращается. Подобные пленки удаляют с поверхностей анода механически, например абразивной обработкой.
8
Эффективность процессов ЭХО оценивают так называемым коэффициентом выхода металла по току: т] = Уф/V, где Рф — фактический объем растворенного металла при пропускании определенного количества электричества, см3; V—расчетный объем металла, который должен раствориться при пропускании того же количества электричества, см3.
С учетом коэффициента rj уравнение, характеризующее объем (см3) растворенного металла, приобретает следующий вид: Уф = Ку1?г\- Рф, как правило, всегда меньше расчетного V, т. е.
Значение этого коэффициента т] отражает характер анодного растворения: активное или пассивное. При активном растворении коэффициент выхода металла по току составляет обычно 0,5—1,0; при пассивном растворении т]-<0,5.
1.2. Разновидности процессов ЭХО
Отделочные процессы. К этим процессам относятся электрохимическое травление, полирование, жидкостно-абразивная обработка и удаление заусенцев. Отличительная особенность отделочных электрохимических процессов (кроме удаления заусенцев) состоит в том, что обработка осуществляется при относительно больших межэлектродных промежутках, исчисляемых десятками миллиметров.
Электрохимическое травление предназначено для удаления с обрабатываемой поверхности оксидных пленок,
Рис. 1.2. Схема анодного электрохимического травления:
1 — электрод-катод, 2 — элект-ролит, 3 — оксидная пленка, 4 — заготовка-аиод
Рис. 1.3. Схема катодио-. го электрохимического травления:
1 — электрод-аиод, 2 — электролит, 3 — пузырьки водорода, 4 — оксидная пленка, 5 — заготовка-ка-
тод
9
образующихся при предварительной термической или химиче-( ской обработке заготовок или деталей. В зависимости от толщины оксидной пленки и ее химического состава применяют не-5 сколько способов электрохимического травления.
Для удаления тонких оксидных пленок (порядка нескольких микрометров) используют анодное травление (рис. 1.2). При этом заготовка подключается к положительному полюсу источника питания.
В результате электролиза оксидная пленка высшей валентности (Fe2O3) переходит в пленку низшей валентности (FeO), которая, растворяясь в электролите, удаляется с поверхности детали или заготовки.
Для отслоения относительно толстых оксидных пленок (до 0,3—0,5 мм) применяют катодное травление (рис. 1.3). В этом случае заготовку подключают к отрицательному полюсу источника питания. При электролизе в местах разрывов (трещин) оксидной пленки выделяются пузырьки водорода, которые отрывают («взрыхляют») пленку от основного металла заготовки, очищая тем самым ее поверхность.
Наибольший эффект при удалении толстых оксидных пленок достигается поочередным подключением обрабатываемой детали к положительному и отрицательному полюсам источника питания, т. е. изменением полярности детали и электрода во времени (рис. 1.4, а). График, изображенный на рис. 1.4,6, поясняет временное изменение полярности через каждые 5 мин. В течение первых 5 мин происходит катодное «взрыхление» оксидной пленки, а в течение вторых 5 мин — анодное растворение ее остатков в электролите.
В отдельных случаях, например при травлении деталей с малыми сечениями, применяют так называемое биополярное
1 — электрод, 2 — электролит, 3 — оксидная пленка, 4 — деталь
10
Рис. 1.5. Схема биполярного травления: t — электрод-анод, 2 — деталь, 3 — оксидная пленка, 4 — электрод-катод
Рис. 1.6. Схема электрохимического полирования:
1 — инструмент-катод; 2 —
электролит, 3 — пленка, 4 — деталь-анод
травление (рис. 1.5). В этом случае деталь размещают между двумя электродами, один из которых подключен к положительному, а второй — к отрицательному полюсам источника питания. При прохождении электрического тока в среде электролита от электрода-анода к электроду-катоду возникает падение напряжения на участках между электродами и деталью. В результате этого деталь заряжается отрицательно относительно электрода-анода и положительно относительно электрода-катода. При этом оксидная пленка с правой плоскости (см. рис. 1.5) детали удаляется по принципу анодного травления.
Электрохимическое полирование применяют для сглаживания микронеровиостей на поверхностях деталей, образующихся, например, при механической обработке металлов резанием.
Схема электрохимического полирования изображена на рис. 1.6. Деталь присоединяют к положительному, а инструмент— к отрицательному полюсам источника питания. При подаче напряжения на электроды начинается процесс растворения металла детали, являющейся анодом. Растворение металла протекает главным образом на выступах микронеровностей, так как толщина оксидной пленки на них меньше, чем на впадинах, кроме того, плотность тока на вершинах микронеровностей более высокая. В результате избирательного растворения, т. е. большей скорости растворения выступов, микронеровности сглаживаются и поверхность детали приобретает характерный металлический блеск.
При электрохимическом полировании существенные дефекты (забоины, царапины и т. д.) с поверхностей деталей не удаляются. В отличие от травления при электрохимическом полировании
11
Рис. 1.7. Схема электрохимического абразивного полирования с абразивоиесу-щим электролитом:
I — катод, 2 — деревянный брусок. 3 — абразивные зерна.
4 — оксидная пленка, 5 — деталь-анод
Рис. 1.8. Схема электрохимической жидкостио-абразивиой обработки:
I — барабан-катод, 2 — куски абразивного материала, 3 — металлические детали, 4 — стержень-анод
деталь подключают только к положительному полюсу источника питания, а инструмент — к отрицательному.
Разновидностью этого процесса ЭХО является электрохимическое абразивное полирование (рис. 1.7) в абразивонесущем электролите. В этом случае анодное растворение микронеровностей сочетается с механическим удалением оксидной пленки абразивными зернами, не связанными друг с другом какой-либо связкой.
При таком способе полирования (анодно-механическом) брусок из дерева, пластмассы или другого диэлектрического материала, линейно перемещаясь относительно обрабатываемой поверхности, прижимает абразивные зерна к полируемой детали и перемешивает их. В результате этого одновременно с анодным растворением микронеровностей происходит механическое истирание их абразивными зернами.
Электрохимическая жидкости о-a бразивная обработка предназначена для скругления наружных острых кромок деталей и удаления с них заусенцев. Обработку деталей выполняют в медленно обновляемом электролите с одновременным механическим воздействием на обрабатываемые поверхности твердых тел (фарфоровых шаров, кусков абразивных кругов и т. п.).
При электрохимической жидкостно-абразивной обработке (рис. 1.8) полость барабана, являющегося катодом, заполнена электролитом, абразивным материалом н обрабатываемыми деталями. В центре барабана расположен металлический стержень-анод. При относительно медленном вращении барабана на
12
перемещающиеся в нем детали одновременно воздействуют абразивный материал и электролит, через который проходит электрический ток. При этом анодное растворение металла деталей протекает по рассмотренной ранее биполярной схеме. Обрабатываемые детали при перемещении в барабане электрически контактируют через электролит то со стенками барабана-катода, то со стержнем-анодом и соответственно получают то положительную при соединении с анодом, то отрицательную при соединении с катодом полярность. Кроме того, по мере удаления деталей от анода или катода изменяется плотность тока, что обусловливает активное или пассивное растворение металла. В связи с тем, что абразивный материал более интенсивно воздействует на выступающие части (заусенцы, острые кромки) деталей, удаление оксидных пленок, а следовательно, и растворение металла на этих участках протекают быстрее, чем на других обрабатываемых поверхностях деталей. Регулируя время и параметры анодного растворения, добиваются удаления заусенцев и притупления острых кромок на деталях без изменения их формы и размеров.
Несколько по другой технологической схеме происходит электрохимическая жидкостно-абразивная обработка полостей литых крупных заготовок. В этом случае в полость заготовки, являющейся анодом, вводят один или несколько металлических катодов, а межэлектродный промежуток заполняют на 20—30% его объема абразнвонесущим электролитом. При медленном совместном вращении катода и анода происходит электрохимическая жидкостно-абразивная обработка, т. е. частичное или полное удаление литейных пороков.
Электрохимическое удаление заусенцев осуществляют в труднодоступных местах деталей, например с кромок
Рис. 1.9. Схемы электрохимического удаления заусенцев
13
перекрещивающихся отверстий, с крупномодульных шестерен и
шлицевых валов.
На рис. 1.9,а показана схема электрохимического растворения заусенцев небольшого размера. Электролит (на рисунке указан стрелками) прокачивается между электродом-анодом и. вершиной заусенца. При этой схеме обработки происходит пос-| тепенное растворение заусенца от его вершины к основанию. 1
При удалении заусенцев больших размеров электрод-инстру-] мент располагают у основания заусенца (рис. 1.9, б). При этом
весь заусенец не растворяется, а растворяется только часть его у основания. Вершина заусенца после электрохимического растворения его основания уносится из рабочей зоны прокачиваемым через межэлектродный промежуток электролитом.
Особенность процесса электрохимического удаления заусенцев заключается в том, что наряду с растворением заусенцев: происходит неизбежное скругление кромок заготовок, с которых*
-удаляются эти заусенцы.
Формообразующие процессы. Эти процессы электрохимической обработки в зависимости от физико-химических особеннос-
тей съема материала
Рис. 1.10. Схема размерной электрохимической обработки с одним перемещающимся электродом-ииструмеитом:
I — электрод-инструмент, 2 — электролит, 3 — заготовка-анод
заготовки разделяются на две группы: размерную электрохимическую обработку, охватывающую виды ЭХО, при осуществлении которых припуск с заготовки удаляется за счет электрохимического растворения, и комбинированную электрохимическую обработку, объединяющую разновидности ЭХО, при реализации которых припуск с заготовки удаляется электрохимическим растворением с одновременным механическим или электрохимическим воздействием.
Размерная электрохимическая обработка служит для придания заготовке нужной формы и размеров. В отличие от отделочных процессов ЭХО, выполняемых в необновляемом или в незначительно обновляемом электролите, размерная электрохимическая обработка происходит при непрерывном и интенсивном обновлении электролита, прокачиваемого под давлением через межэлектродный промежуток. Принудительное удаление электролита из рабочей зоны позволяет вести формообразование обрабатываемых поверхностей с меньшим, чем при электрохимическом травлении и полировании, межэлектродным
14
промежутком. При этом на участках обрабатываемой поверхности с минимальным значением amin межэлектродного промежутка (рис. 1.10,а) плотность тока выше, чем на участках с большим его значением атах, так как ПРИ “п™ электрическое сопротивление рабочей среды (электролита) меньше, чем при Птах- Соответственно этому анодное растворение металла на участках с минимальным значением межэлектродного промежутка будет протекать в начальной стадии обработки более интенсивно, чем на участках с большими значениями межэлектродного промежутка.
Таким образом, особенностью размерной электрохимической обработки является неодинаковая скорость растворения металла обрабатываемой заготовки на участках с различными значениями межэлектродного промежутка. В связи с этим на все участки обрабатываемой заготовки, включая и участки с максимальным межэлектродным промежутком, назначают в зависимости от скорости растворения определенные припуски на обработку.
Электрод-инструмент 1 (рис. 1.10), рабочий профиль которого имеет форму, соответствующую форме окончательно обработанной детали или ее части, перемещается с определенной скоростью к неподвижно установленной заготовке — аноду — в направлении, показанном на рис. 1.10 стрелками. По мере растворения металла заготовки (в основном на участках с минимальными значениями межэлектродного промежутка) и перемещения на соответствующее расстояние электрода-инструмента обрабатываемая поверхность приобретает форму поверхности электрода-инструмента (рис. 1.10, б, в). Такой вид ЭХО называется электрохимическим объемным копированием.
Существуют технологические схемы электрохимического объемного копирования не только одним, но и несколькими одновременно перемещающимися электродами-инструментами. На рис. 1.11,а представлена схема электрохимического копирования с двумя подвижными электродами-инструментами, которые располагаются по обе стороны заготовки. При этом формообразование обрабатываемой поверхности производится одновременно С двух сторон заготовки, жестко закрепленной в определенном положении.
При электрохимическом формообразовании применяют также один, реже два неподвижных электрода. В этом случае по мере растворения металла заготовки увеличивается межэлектродный промежуток и соответственно уменьшается плотность электрического тока, что снижает постепенно производительность обработки. Такой вид ЭХО называется электрохимическим калиброванием. Этот вид ЭХО, характеризующийся Удалением с обрабатываемых поверхностей заготовок незна-
15
Рис. 1.11. Типовые схемы размерной электрохимической обработки: электрод-инструмент, 2 - заготовка, 3 — электроизоляционный слой
чительных припусков (0,5—1,0 мм), применяют для исправления геометрических размеров предварительно выполненных наружных и внутренних поверхностей заготовок.
Образование канавок различной формы может выполняться по технологической схеме, изображенной на рис. 1.11,6. При этом заготовка и электрод-инструмент в процессе обработки неподвижны относительно друг друга.
Поверхности электрода-инструмента, не участвующие в формообразовании детали, защищают электроизоляционным слоем 3.
Вид ЭХО, с помощью которого выполняются отверстия и полости постоянного сечения, называется электрохимическим прошиванием. При этом виде обработки (рис. 1.11,в) электрод-инструмент, поступательно перемещаясь, внедряется в заготовку со скоростью, равной скорости электрохимического растворения металла. Формообразование цилиндрических поверхностей по этой схеме может сопровождаться вращением электрода-инструмента или заготовки: в отдельных случаях применяют одновременное встречное вращение заготовки и электрода-инструмента. При прошивании цилиндрических отверстий в твердых сплавах в качестве электрода-инструмента применяют токопроводящие алмазоносные пустотелые инструменты. Для предотвращения растравливания стенок обработанных отверстий нерабочие поверхности электродов-инструментов покрывают электроизоляционным слоем.
На рис. 1.11,г изображена схема электрохимического точения фасонных поверхностей тел вращения. В этом случае рабочая подача электрода-инструмента осуществляется за счет перемещения электрода-инструмента к оси вращения заготовки. Применяется данный способ обработки при формообразовании наружных, внутренних и торцовых поверхностей заготовок из труднообрабатываемых металлов, а также тонкостенных деталей.
Электрохимическое точение (рис. 1.11,6) с одновременным вращением заготовки и электрода-инструмента применяют, если необходимо получить обрабатываемый диаметр с погрешностью
При электрохимическом прорезании щелей (рис. 1.11,е) а также отрезке заготовок электрод-инструмент вращается, а рабочая подача осуществляется перемещением заготовки. Электролит в этом случае поступает в рабочую зону за счет захватывания его поверхностью вращающегося электрода-инструмента.
Различные цифры, буквы и другие обозначения можно наносить на металлические детали электрохимическим маркированием. Различают трафаретное и бестрафаретное электрохимическое маркирование. В первом случае на деталь
17
укладывают трафарет с нужным изображением; рабочая часть электрода-инструмента имеет плоскую (непрофилированную) форму. При бестрафаретном маркировании рабочая часть электрода-инструмента (штемпеля) повторяет в зеркальном изображении наносимую маркировку. Электрохимическое маркирование с помощью штемпелей (рис. 1.11,ж) выполняют при неподвижных относительно друг друга детали и электроде-инструменте. При неглубоком маркировании (порядка 0,005 мм) обновление электролита в рабочей зоне не производят, а только смачивают им место маркировки. Глубокое (0,1—0,2 мм) маркирование производят при непрерывной подаче электролита в рабочую зону.
Методы комбинированной электрохимической обработки, сопровождающиеся дополнительным удалением металла заготовки за счет механического или электротермического воздействия, осуществляются при быстром перемещении рабочих поверхностей электродов-инструментов относительно обрабатываемых поверхностей заготовки. Это обеспечивается или вращением электрода-инструмента (электрохимическое шлифование), или возвратно-поступательным движением брусков (суперфиниширование), или движущейся лентой (анодно-механическая обработка).
Комбинированная электрохимическая обработка, которой характерно кратковременное контактирование рабочей поверхности электрода-инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки, осуществляется при межэлектродных промежутках, исчисляемых сотыми, а иногда и тысячными долями миллиметра. При таких малых межэлектродных промежутках технически сложно осуществить обновление электролита в них прокачиванием. Поэтому при комбинированной электрохимической обработке обновление электролита в межэлектродном промежутке осуществляется главным образом за счет захватывания его быстро перемещающейся поверхностью электрода-инструмента.
Электрохимическое шлифование, входящее в группу комбинированной электрохимической обработки, выполняется абразивными (алмазными) кругами, проводящими электрический ток. На практике применяют электрохимическое плоское, профильное и круглое шлифование поверхностей заготовок, а также электрохимическую заточку резцов и других режущих инструментов.
Электрохимическое плоское шлифование периферией токопроводящего абразивного (алмазного) круга вы полняют по технологической схеме, изображенной на рис. 1.12,а. На периферию вращающегося абразивного круга-катода 1 через сопло 2 подают электролит. Часть его под действием центробежных сил отбрасывается, а часть увлекается в зону резания, т. е. в межэлектродный промежуток а, соответствующий в этом слу-18
чае «вылету» абразивных зерен 4. Анодное растворение и абразивное резание обрабатываемого металла происходят только в зоне непосредственного контакта режущей части инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки 3 (рис. 1.12,а, вид Л). Съем металла со всей обрабатываемой площади производится при перемещении заго
товки относительно инструмента, соответствующем движению заготовки при механическом шлифовании. По этой же схеме выполняют и профильное шлифование. При этом периферии абразивного круга придают профиль, соответствующий зеркальному отображению обрабатываемой поверхности заготовки.
При электрохимическом плоском шлифовании заготовок торцом чашечного круга электролит подается через центральное отверстие круга в его внутреннюю полость, откуда под действием центростремительных сил электролит попадает в рабочую зону между торцом круга и обрабатываемой поверхностью заготовки. При этом заготовка совершает возвратно-поступательное перемещение. Съем металла производится одновременно по всей ширине обрабатываемой заготовки.
Рис, 1,13. Схемы электрохимического круглого Шлифования наружных (а) и внутренних (б) по-
верхиостей:
абразивный круг-катод, 2 — заготовка, 3 — сопло
Электрохимическое круглое шлифование наружных поверхностей заготовок производят по технологической схеме, представленной на рис. 1.13, а, внутренних поверхностей по схеме, изображенной на рис. 1.13,6. На периферию вращающегося абразивного
19
круга-катода через сопло подают электролит, часть которой увлекается в межэлектродный промежуток. При этом заготов ка вращается и совершает возвратно-поступательное перемеще ние вдоль оси вращения круга.
В отличие от рассматриваемых процессов шлифования электрохимическую заточку (см. рис. 1.12,6) производят шлифованием всей поверхности затачиваемого инструмента 2 одновременно при механическом контакте ее с торцовой поверхностью круга 1. При заточке резец или другой затачивае мый инструмент перемещают в направлении, указанном на рис. 1.12,6 стрелкой.
На рис. 1.14,а представлена технологическая схема электрохимического хонингования. Электрод-инструмет (хон), состоящий из электропроводной штанги 1 и нетокопроводных абразивных брусков 2, вращается и имеет относительно заготовки 3 возвратно-поступательное перемещение, при этом бруски в процессе обработки прижимаются с определенным постоянным усилием к обрабатываемой поверхности.
Электролит прокачивается между ностью заготовки и электропроводной заготовки происходит за счет анодного ского резания абразивными зернами электрохимическое и механическое воздействие на обрабатываемую поверхность заметно сокращает время обработки.
Электрохимическое суперфиниширование выполняют по схеме, представленной на рис. 1.14,6. Нетокопроводный абразивный брусок (притир) 2 поджимается к обрабатываемой поверхности вращающейся заготовки 3 и, перемещаясь вдоль ее оси, одновременно совершает колебательные движения также вдоль оси заготовки.
обрабатываемой поверх-штангой. Съем металла растворения и механиче-брусков. Одновременное
Рис. 1.14. Схемы электрохимического хоиииговаиия (а) и суперфиниширования (б):
1 -- штанга. 2 — бруски, 3 — заготовка. 4 — сопло
20
В результате электролиза во впадинах и выступах микронеровностей обрабатываемой поверхности образуется прочная пассивная пленка, удалить которую удается лишь абразивными зернами бруска. Брусок удаляет эту пленку преимущественно на микровыступах, оголяя в этих местах металл для перевода его поверхностного слоя в прочную нерастворимую пленку, исчисляемую тысячными долями микрона. Удаление пленок с выступов и вновь их образование происходят до тех пор, пока разница между выступами и впадинами микронеровностей становится не больше требуемой чертежом.
В результате суперфиниширования одновременно с уменьшением шероховатости обрабатываемой поверхности повышается и точность формы цилиндрических поверхностей.
Анодно-механическая обработка основана на сочетании электротермических и электрохимических процессов при одновременном механическом воздействии инструмента-катода на обрабатываемую поверхность. Электротермические процессы заключаются в том, что при кратковременном электрическом контакте микровыступов обрабатываемого участка заготовки с рабочей частью инструмента-катода происходит разрушение оксидной пленки и образование так называемых каналов проводимости тока вследствие ионизации межэлектродного промежутка. По этим каналам при соответствующем напряжении на электродах (17—20 В) проходит электрическая энергия в виде импульсных и дуговых разрядов. В результате высокой концентрации энергии на относительно небольших участках обрабатываемой поверхности повышается температура поверхностного слоя заготовки; при этом металл заготовки плавится, частично испаряется и в виде расплавленных частиц переходит к электролит. Разрушение (эрозия) металла под действием электротермических процессов продолжается до тех пор, пока не будет Удален весь металл, находящийся на расстоянии, при котором возможен электрический пробой межэлектродного промежутка.
В отличие от рассмотренных технологических схем ЭХО в этом случае под действием электротермических явлений разру-' ’иается в зоне обработки не только заготовка, но и электрод-инструмент.
При анодно-механическом формообразовании в качестве электролита используют водный раствор силиката натрия Xa2SiO3, или жидкое стекло. При прохождении через этот растер электрического тока катионы натрия Na+ на катоде всту-Q с водой, образуя щелочь NaOH и водород Н2
этим диоксид кремния SiO3 распадается на ок-С|>Д кремния S1O2 и кислород, в результате чего на аноде °бРазуется силикатная пленка (оксид кремния), обладающая
—-пл в реакцию Одновременно с
21
Рис. 1.15. Схемы анодно-механической отрезки металлическим диском (а) и лентой (б):
1 — диск. 2 — сопло для подачи электроли-та, 3 — отрезаемая заготовка, 4 — ветви ленты
Рис. 1.16. График зависимости напряжения (7Э от времени т электроэро-зионно-химической обработки
высоким электрическим сопротивлением. При напряжении на электродах ниже 15 В силикатная пленка разрушается переме щающимся относительно обрабатываемой поверхности инстру ментом, что активизирует последующее анодное растворение Одновременно перемещающийся инструмент удаляет и продук ты растворения из зоны обработки. При указанном напряженш на электродах, т. е. ниже 15 В, съем металла заготовки осу ществляется в основном за счет анодного растворения. Пр1 повышении напряжения на электродах до 17—20 В происходя1 электрические пробои межэлектродного пространства и эрозион ное разрушение металла заготовки; при этом процесс анодно механической обработки ускоряется в десятки раз. На рис. 1.11 приведены технологические схемы анодно-механической отрез ки металлическим диском и лентой.
Электроэрозионн о-х имическая обработка ос нована на совмещении электрохимической обработки с электро эрозионным разрушением металла. Одна из особенностей элект роэрозионно-химического процесса заключается в том, чТ напряжение на электродах (рис. 1.16), подводимое к элект родам от источника питания, изменяется во времени т. При это! максимальное напряжение UKM электрического пробоя подбира ют равным напряжению электрического пробоя (7пр электролит! в зависимости от значения апр межэлектродного промежутка (см. рис. 1.17).
В период Т] (см. рис. 1.16), когда напряжение на электрода) возрастает от 0 до (7пр, происходит электрохимическая обработ ка. При напряжении Unp наступает электрический пробой меЖ электродного пространства, после чего некоторое время Т2 м® талл разрушается за счет эрозии, несмотря на уменьшение наП ряжения. Эрозионное разрушение металла (рис. 1.17) происхО
22
Рис. 1.17. Схема эрозионного разрушения металла
дит на участках, где выступы микронеровностей обрабатываемой поверхности максимально приближены к обрабатывающей поверхности электрода-инструмента. Для разрушения металла на следующем участке обрабатываемой поверхности необходимо не только подать на электроды очередной импульс напряжения, но и сблизить их .на расстояние п (см.
рис. 1.17).
В течение времени т3 (см. рис. 1.16) на участке, где в начальный период обработки произошло эрозионное разрушение металла, вновь наступает анодное растворение. Такое чередование стадий обработки протекает только на участках, где произошло эрозионное разрушение оксидной пленки. На участках, не подвергнутых эрозионному разрушению, металл снимается только за счет анодного растворения.
Электроэрознонно-химическую обработку называют также электрофизико-химической. Такой термин объективно отражает сущность этого процесса, так как здесь совмещены электрофизические (эрозия) и электрохимические (анодное растворение) процессы формообразования.
1.3. Электролиты
Все рассмотренные процессы ЭХО протекают при наличии электролитов — химических растворов, обладающих электролитической, или ионной, проводимостью, т. е. способностью пропускать электрический ток под действием электрического напряжения за счет движения ионов. Этим же свойством обладают вода, спирт и другие жидкости. Электропроводность электролитов значительно меньше электропроводности металлов, у которых носителями тока являются свободные электроны. С повышением температуры при нагреве электропроводность, являющаяся величиной, обратной электрическому сопротивлению, уменьшается у металлов и увеличивается у электролитов.
Различают слабые и сильные электролиты. Первые лишь частично диссоциируют на ионы, причем с ростом концентрации компонентов степень диссоциации и электропроводность их значительно уменьшаются. Сильные электролиты, наоборот, полностью распадаются на ионы, несмотря на значительные концентрации компонентов, при этом существенно повышается их электропроводность. К сильным у электролитам относят почти
23
все растворы солей и кислот, а к слабым, например,— растворы оснований.
Металлы различных марок активно растворяются только в электролитах определенного состава и заданной концентрации. Однако на технологические характеристики процессов ЭХО (производительность, точность и качество обработки) влияют не только состав электролита и концентрация входящих в него компонентов, но и его температура, водородный показатель pH, характеризующие концентрацию ионов водорода в электролите, или кислотность, а также скорость прокачки его в межэлектродном промежутке.
Концентрация, состав и свойства электролита. Концентрация компонентов в электролите является показателем их количественного содержания в растворителе — воде. Ее оценивают в процентах (относительная величина) или в г/л (весовая величина), или в мл/л (объемная величина). В технологической документации концентрацию электролитов указывают в процентах ^ля процессов ЭХО, в которых используют однокомпонентные электролиты на основе солей, поступающие на приготовление электролитов как в сухом, так и в жидком (растворенном) виде. При этом в документации для контроля концентрации электролита дополнительно указывают требуемую его плотность.
Концентрация компонентов в электролите в г/л или мл/л позволяет выполнять более точное дозирование компонентов и указывается в документации при необходимости приготовления многокомпонентных электролитов.
Состав электролита определяют исходя из необходимой производительности и назначения данного процесса ЭХО, точности и качества обработки. Так, при электрохимическом полировании деталей из СтЗ применяют водные растворы фосфорной Н3РО4 или серной H2SO4 кислот с добавлением в них хромового ангидрида СгО3, а при электрохимическом формообразовании изделий из той же стали, когда необходимо выдержать размеры и форму с заданной точностью, используют водные растворы азотнокислого натрия NaNO3. В первом случае необходимо обеспечить малую шероховатость полируемой поверхности при относительно минимальной производительности процесса, во втором случае, наоборот, требуется достичь высокой производительности при сравнительно малой шероховатости обрабатываемой поц верхности. I
При анодно-механической обработке, когда обрабатываемые участки заготовки необходимо предохранить от анодного раст-1 ворения, применяют электролиты, образующие стойкие к анод-1 ному растворению пленки. Например, при анодно-механической! отрезке в качестве электролита используют водный раствор си-1 24
ликата натрия (жидкое стекло), который образует на необрабатываемых поверхностях заготовки стойкую к анодному растворению пленку; при этом высокая производительность процесса обеспечивается эрозионным разрушением обрабатываемого металла. Для получения более малой, чем при отрезке, шероховатости и достаточной точности размеров при минимальном слое удаляемого металла используют водные растворы сернокислого натрия Na2SC>4.
При электрохимическом травлении используют электролиты на основе солей, щелочей и кислот с незначительной концентрацией их в воде. Так, при травлении углеродистых сталей применяют электролит, содержащий в 1 л воды 10 г соляной кислоты, 50 г хлористого натрия и 150 г хлористого железа. Для травления легированных сталей используют водный раствор серной кислоты (100 г/л), а для травления титановых сплавов — водный раствор серной кислоты (200 г/л) с добавкой в него фтористого натрия (50 г/л). Следует отметить, что применение электролитов с большей концентрацией может привести к образованию на поверхности детали оксидных пленок, затрудняющих проведение процесса. При указанных составах и концентрациях оптимальная рабочая температура приведенных электролитов лежит в пределах от 30 до 70°С. Под рабочей температурой принято понимать температуру электролита, поступающего в зону обработки.
В состав электролита для электрохимического полирования алюминия и его сплавов входят фосфорная и серная кислоты и хромовый ангидрид в следующем соотношении: первых двух компонентов — по 400 мл, а последнего — 60 г на 1 л воды. Рабочая температура такого электролита от 65 до 75°С.
Для полирования меди и ее сплавов в состав электролита вводят фосфорную кислоту (800 г/л) и бутиловый спирт (80 мл/л). Наибольший эффект обработки достигается при рабочей температуре электролита от 18 до 30°С. Полирование углеродистых сталей выполняют в электролите, в состав которого входят 650 мл/л фосфорной и 150 мл/л серной кислот, а также 5 г/л хромового ангидрида; рабочая температура электролита 70—80°С.
Электрохимическое абразивное полирование производят в водном растворе азотнокислого натрия. В зависимости от вида обрабатываемого материала концентрацию электролита изменяют в пределах от 10 до 20%. Для механического удаления с обрабатываемых поверхностей оксидных пленок в состав электролита дополнительно вводят абразивные порошки, например оксид хрома.
Наиболее распространен при электрохимической жидкостноабразивной обработке электролит, представляющий собой вод-
25
12. Электролиты для размерной ЭХО
Компонент Содержание компонента в воде, % Удельная электропроводность при 20 °C, См/м Область применения
Натрий азотнокислый NaNOs 30 0,1606 Обработка полостей ковочных штампов, пресс-форм и т. п
Калий хлористый КС1 Натрий хлористый NaCl 21 0,281 Формообразование отверстий
25 0,2135 Обработка профиля пера турбинных лопаток
Аммоний-азотнокис-ЛЫЙ NH4NO3 50 0,3633(15°С) Обработка полостей в деталях из перлитной стали
Соляная кислота НС1 10 0,6302 Формообразование отверстий небольшого диаметра
Азотная кислота HNO3 2 0,17 Отделочные операции заготовок из алюминиевых сплавов
ный раствор хлористого натрия. Жидкостно-абразивная обработка протекает устойчиво при 10—15%-ной концентрации его в воде. Однако применение электролита пониженной концентрации может привести к коррозии деталей из конструкционных сталей. Для предотвращения этого в электролит вводят небольшую дозу так называемого ингибитора коррозии: глицерина, нитрита натрия или кальцинированной соды. Рабочая температура такого электролита около 30°С. При электрохимической жидкостно-абразивной обработке деталей из алюминиевых и медных сплавов в качестве электролита используют 15—20%-ный раствор азотнокислого натрия, а при обработке деталей из сплавов на никелевой основе—20%-ный раствор сернокислого натрия.
Наиболее распространенные электролиты для размерного электрохимического формообразования приведены в табл. 1.2. Указанные в ней значения концентраций электролитов могут изменяться в зависимости от требований к производительности или качеству обработки, но не превышать концентрации насыщения.
Электролиты на основе солей при определенной концентрации в них компонентов становятся насыщенными, т. е. переходят в раствор, при определенной температуре которых добавление компонента не приводит к повышению его концентрации в растворе. Если добавленное в электролит количество компонента не растворяется в нем, а остается в виде кристаллов, то такой раствор является насыщенным.
В табл. 1.3 приведены значения предельной концентрации компонентов для некоторых насыщенных электролитов при 20°С. При ЭХО с использованием насыщенных электролитов из-за попадания в межэлектродный промежуток твердых частиД
26
1.3. Предельная концентрация насыщенных электролитов
Компонент Предельная концентрация
г/л %
Алюминий азотнокислый 1778 64
Калий азотнокислый 316 24
Калий хлористый 344 25
Натрий азотнокислый 876 47
Натрий сернокислый 192 16
Натрий хлористый 359 26,4
(кристаллов) часто нарушается процесс обработки и одновременно с этим ускоряется механическое изнашивание элементов оборудования, соприкасающихся с электролитом.
Анодно-механическую отрезку выполняют обычно в электролите на основе жидкого стекла Na2SiO3, содержание которого в воде обычно не превышает 30—40%, рабочая температура электролита около 30°С.
Электрохимическое шлифование производят с использованием водного раствора азотнокислого натрия 5—10%-ной концентрации, в который добавляют 1—3% азотистокислого натрия NaNO2. Такой электролит применяют для электрохонингования и суперфиниширования деталей из различных металлов. Рабочая температура электролита 25°С.
Для электроэрозионно-химической обработки применяют те же электролиты, что и для размерной ЭХО.
От состава, концентрации и рабочей температуры электролита зависит наиболее важное его свойство — удельная электропроводность, являющаяся величиной, обратно пропорциональной удельному сопротивлению р электролита (х= 1/р); выражается в сименс на метр (См/м). С увеличением концентрации электролита и его рабочей температуры удельная электропроводность также повышается. Электролиты с большей Удельной электропроводностью обеспечивают прохождение через межэлектродный промежуток большего тока, т. е. ускоряют процессы электрохимического растворения. При электрохимическом формообразовании, когда скорости анодного растворения придают первостепенное значение, стремятся использовать электролиты с большей удельной электропроводностью и, наоборот, при выполнении отделочных операций, когда необходимо повысить качество обрабатываемых поверхностей, первостепенное значение приобретает состав электролита, а удельная электропроводность имеет второстепенное значение.
Удельная электропроводность водных растворов нейтральных солей (см. табл. 1.2, кроме НС1) даже при их концентрации,
27
близкой к насыщению, значительно ниже электропроводное™ кислотных растворов, имеющих слабую концентрацию. ОднакЛ несмотря на указанное преимущество, кислотные растворы прм меняют очень редко. Это объясняется необходимостью создания коррозионно-стойкой аппаратуры и вентиляционных устройств’ что усложняет конструкцию установок. Кроме того, повышается опасность травмирования оператора.
Активность ионов водорода в растворах электролита характеризуется водородным показателем pH и оказывает в некоторых случаях существенное влияние на производительность. Так, при размерной ЭХО конструкционных сталей из-за значительного выделения водорода происходит повышение активности его ионов, в результате чего наступает замедление скорости формообразования, и, наоборот, при снижении активности ионов водорода, что наблюдается с уменьшением выделяе-, мого водорода, процесс формообразования ускоряется, но в пос леднем случае понижается, например, качество обработанног поверхности. Для предотвращения таких явлений значение рТ поддерживают в процессе обработки в заданных пределах. Кор ректировку pH производят за счет введения в электролиты не больших доз других компонентов, например азотной кислоть HNO3.
При выполнении формообразующих операций скорост! истечения электролита через межэлектродный проме жуток оказывает существенное влияние на скорость формообра зования и своевременное стабильное удаление продуктов растворения. Так, если доступ электролита на некоторые участки межэлектродного промежутка по каким-либо причинам затруднен или полностью прекращен, то нормальное течение процесса ЭХО в этом случае нарушается. Для нормализации процесса ЭХО необходимо, в частности, своевременно удалить продукты растворения (шлам) из рабочей зоны, что обеспечивается при скорости истечения электролита от 5 до 20 м/с.
С увеличением содержания шлама скорость истечения элект
ролита в межэлектродном
Рис. 1.18. Схема образования шлама при ЭХО:
/ — катод, 2 — анод, 3 — элект-
* ролит, 4 — шлам
промежутке заметно падает, а в случае превышения нормы содержания шлама в электролите процесс ЭХО полностью прекращается. Интенсивность выделения шлама при ЭХО можно характеризовать таким примером. Если катод и анод поместить в 1 л электролита (рис. 1.18), то при прохождении электрического тока в 2 А за 1 ч образуется слой шлама, занимающий более 15% объема электролита. Поэтому очень важное значение придается
28
своевременной и качественной очистке электролитов от продуктов электролиза.
Очистка электролита. На практике существует несколько способов очистки электролитов: центрифугирование, фильтрование, отстаивание и флотация.
Центрифугирование — это процесс удаления из жидкости твердых частиц, т. е. шлама, под действием центробежных сил. Протекает этот процесс в специальных агрегатах—центрифугах.
При фильтровании загрязненный шламом электролит пропускают через фильтрующую ткань с мельчайшими отверстиями. Для этого способа очистки применяют фильтры-прессы.
Отстаивание электролита производят в специальных отстойниках. Этот способ очистки имеет ограниченное применение из-за большой продолжительности (5—8 ч) отстаивания и значительных потерь электролита вместе со шламом.
Флотационный способ очистки основан на способности частиц шлама всплывать на поверхность электролита вместе с пузырьками выделяющегося при электролизе водорода. Для ускорения и улучшения очистки в очистное устройство подают воздух. Всплывающие на поверхность очищаемого электролита частицы шлама удерживаются от оседания пеной. Пенный слой создается за счет добавления в электролит пенообразующего вещества — 0,4 г натриевого мыла на 1 л. Этот способ обеспечивает качественную очистку электролита при незначительном содержании шлама (до 5%) в электролите. Недостатком флотационной очистки является, как и при отстаивании, значительный расход электролита.
Необходимость очистки электролита от шлама определяется особенностями процессов ЭХО и зависит во многом от их технологических параметров, например от межэлектродного промежутка. Для различных процессов ЭХО минимально допустимое количество шлама в электролите различно и указывается в технологической документации в граммах на литр. Качество очистки электролитов проверяют с помощью специальных приборов — мутномеров. При отсутствии таких приборов или при необходимости проверки правильной их работы качество очистки электролита оценивают по контрольной дозе, которую отстаивают в течение 1—3 ч. Качество очистки электролита определяют соотношением (рис. 1.19) высоты а осевшего шлама к высоте б контрольной дозы; чем меньше значение I, тем выше качество очистки. Зная I и имея график, представленный на рис. 1.19, можно определить содержание шлама в электролите, выраженное в граммах на литр. Очищенный электролит обогащают по Мере необходимости компонентами или разбавляют водой и вновь используют по назначению.
29
Рис. 1.19. Определение количества шлама в электролите после двухчасового отстаивания:
1 — при ЭХО жаропрочного сплава, 2 — при ЭХО титанового сплава
Приготовление электролитов. При электрохимичес-ской обработке работы, связанные с приготовлением электролитов, производят для полной или частичной их замены. Полную замену электролита выполняют при переходе на обработку других металлов или при изменении качественных показа^ телей обрабатываемых де-1 талей, например требования к шероховатости поверхно! сти. При частичной замена восполняют потери, образующиеся, в частности, при выносе электролита вместе с продуктами растворения за счет его испарения. В обоих случаях замены элек
тролита концентрацию входящих в него компонентов доводят до значений, указанных в технологической документации.
Для приготовления электролита используют компоненты как
в сухом, так и в жидком состоянии. При полной замене электро
лита приготовление его из «сухого» компонента осуществляется в такой последовательности: значение концентрации электролита, указанное в технологической документации (в г/л), умножают на количество электролита, которое необходимо приготовить, тем самым определяют массу «сухого» компонента (в г), затем эту массу засыпают в бак, наливают в него необходимое количество воды и все это тщательно перемешивают. Для приготовления многокомпонентных электролитов количество каждого компонента определяют аналогично.
Для приготовления электролита с использованием «жидкого» компонента применяют удобное и простое правило «креста» (рис. 1.20, а, б). На пересечениях диагональных (крестообразных) линий указывают число, соответствующее требуемой концентрации электролита. У верхних концов «креста» проставляют цифры, показывающие исходную концентрацию растворяемого вещества (слева на рис. 1.20, а, б) и число его массовых частей в этом электролите (спра-
для расчета состава правилу «креста»:
>да, б — растворитель электролит ’
Рис. 1.20. Схемы электролита ш а — растворитель i 10%-ны1
30
ва на рис. 1.20, а, б). В нижней части «крестам указывают в виде цифр исходную концентрацию растворителя (слева на рис. 1.20, а, б) и необходимое число его массовых частей в электролите (справа на рис. 1.20, а, б).
Примеры расчета. Требуется приготовить 12%-ный водный раствор, например, хлористого натрия при исходной 20%-ной концентрации его в воде. Исходные данные обозначены на рис. 1.20, а цифрой 12 в центре «креста» и цифрой 2d слева вверху «креста». Вычитая из значения исходной концентрации компонента (цифры 20) значение требуемой концентрации электролита (цифру 12), получают число частей растворителя — воды, что обозначено цифрой 8 справа внизу «креста».
Содержание растворяемого вещества в приготовляемом электролите определяют, вычитая из значения требуемой концентрации электролита (цифры 12 в центре диагонали «креста») значение исходной концентрации растворителя. В данном примере растворителем является чистая вода, т. е. исходная концентрация в ней компонентов равна нулю. Полученное число частей (цифру 12) указывают в верхней правой части «креста». Таким образом, для приготовления 12%-ного раствора хлористого натрия при 20%-ной исходной концентрации его в чистой воде необходимо 12 мае. ч. этого вещества растворить в 8 мае. ч. чистой воды.
Для перевода необходимого количества растворителя и растворимого из массовых в объемные единицы следует количество их в массовых единицах разделить на значения их плотности. Плотность 20%-ного раствора NaCl равна 1,148 г/см3, плотность растворителя (воды) составляет примерно 1,0 г/см3. Тогда количество объемных частей 20%-ного раствора NaCl будет составлять 12: 1,148=10,45, растворителя (воды) 8: 1=8. Суммарное количество объемных единиц 10,45+8=18,45.
Если требуется приготовить 1000 л электролита, то одна объемная единица составит 1000:18,45=54,2 л. Таким образом, для приготовления 1000 л 12%-ного электролита NaCl необходимо 54,2X10,45 = 566 л 20%-ного NaCl и 54,2X8 = 434 л воды.
В другом примере (рис. 1.20, б) расчета при прочих равных условиях в качестве растворителя взят 10%-ный водный раствор хлористого натрия (цифра 10 в левом нижнем углу «креста»). Проделав те же, что и в предыдущем примере, вычисления, получают, что для приготовления 12%-ного раствора хлористого натрия необходимо 8 мае. ч. растворителя 10%-ной концентрации и только 2 мае. ч. растворяемого вещества. Перевод массовых частей в объемные единицы осуществляется аналогично рассмотренному выше примеру.
Таким образом, с увеличением содержания в растворителе определенного компонента электролита снижается доля этого компонента как растворяемого вещества при заданной концентрации приготовляемого электролита; при этом расход растворителя увеличивается.
Первый пример расчета с использованием в качестве растворителя чистой воды, а не водных растворов, характерен для вновь приготовляемых электролитов. Второй пример расчета наиболее часто используют при восполнении потерь электролита в процессе электрохимической обработки.
Приготовление электролита для восполнения его потерь состоит из двух стадий: восстановления оставшегося электролита До требуемой концентрации и восполнения недостающего его объема электролитом требуемого состава и концентрации. На второй стадии готовят электролит согласно указаниям технологической документации или приготовление его осуществляют по пРавилу «креста» (см. рис. 1.20, б). При восстановлении остав-
31
Рис. 1.21. Схема измерения плотности электролита
шегося электролита в первую очередь необхЛ.^ычно в технологических инструкциях по приготовлению и при-димо определить его концентрацию, а затем Дсв^е11ению электролитов.
е. « р]равила хранения компонентов электролита. Растворяемые
вещества поступают на производственные участки ЭХО в твердом (порошкообразном) и жидком состояниях. В порошкообразном состоянии доставляют соли, в жидком — концентрированные или разбавленные водой кислоты. Иногда в виде растворов поступают и соли. Концентрированные кислоты доставляют на участки ЭХО в стеклянных бутылях различной емкости (10— 20 л), а растворяемые вещества в разбавленном виде — по трубопроводам из отделений централизованного их приготовления. Твердые порошкообразные вещества, например хлористый натрий, хранят в мешках и другой стандартной упаковке или россыпью в деревянных ящиках с крышками в обычных складских помещениях. Соли типа хлористого натрия в полиэтиленовой упаковке допускается хранить на открытом воздухе под навесами.
Растворяемые вещества, способные образовывать возгорающиеся с органическими продуктами смеси (нитраты и нитриты, например NaNO3, NaNO2),. необходимо хранить в специальных складских помещениях, отвечающих требованиям пожарной безопасности. Такие вещества должны быть изолированы от легковоспламеняющихся органических соединений, т. е. от бумаги, дерева, тканей и т. п. Хранить растворяемые вещества этой группы совместно с взрывоопасными веществами, сжатыми и сжиженными газами, самовозгорающимися и легковоспламе-
вести ее до требуемых значений. 1
Существует несколько способов определенщ концентрации электролитов. Для электролита содержащего в качестве растворяемого компонента или в растворителе одно какое-либо вещество, электропроводность его является величиной, достаточной для принятия решения о необходимости изменения (повышения или понижения) концентрации входящих в электролит компонентов. На практике концентрацию электролита определяют по его плотности, что позволяет быстро и с достаточной точностью установить содержание основного растворяемого компонента. Для этого в технологической документации на электрохимическую обработку приведены таблицы, указывающие концентрацию компонентов электролита при определенной его плотности.
Плотность электролита измеряют следующим образом. В стеклянный сосуд наливают дозу оставшегося электролита и помещают в него ареометр — стеклянный сосуд с запаянной верхней частью (рис. 1.21) и грузом. При погружении ареометра в электролит уровень последнего совпадает с определенной отметкой шкалы, которая и будет соответствовать плотности электролита.
которая и будет соответствовать плотности
Пример расчета. При измерении плотности оставшегося электролита уровень его в сосуде соответствует отметке 1,07 (см. 1.21) на ареометре. Руководствуясь данными таблиц, приведенных в технологической документации на ЭХО, определяют, что значение известной теперь плотности соответствует, например, плотности водного раствора хлористого натрия 10%-ной концентрации. Если такой электролит необходимо довести до требуемой, например 12%-ной, концентрации, то в первую очередь определяют соотношение объе-мов растворителя и растворяемого вещества. В данном примере растворите-лем является 10%-ный раствор хлористого натрия в воде, а растворяемым веществом — 20%-ный водный раствор его. Воспользовавшись правилом «креста» (см. рис. 1.20, б), устанавливают, что для восстановления оставшегося электролита 10%-ной концентрации до требуемой 12%-ной концентрации необходимо к 8 мае. ч. оставшегося электролита добавить 2 мае. ч. растворяемого вещества — водного раствора хлористого натрия 20%-ной концентрации.
При необходимости восполнения оставшегося электролита сложного состава, т.е. содержащего несколько компонентов, первоначально определяют, какие компоненты содержатся в нем, а затем устанавливают концентрацию каждого из них. Количественный анализ многокомпонентных электролитов выполняют обычно в лабораториях. Количество компонентов, добавляемых в оставшийся электролит такого состава, определяют пО специально разрабатываемым графикам, которые приведены 32
няющимися горючими веществами и кислотами категорически запрещается.
Особое внимание необходимо обращать на соблюдение правил транспортирования и хранения концентрированных кислот. Транспортировать бутыли с указанными веществами необходимо на специальных тележках; причем перед транспортировкой бутыли закрепляют на них специальными ремнями, а на пробки бутылей надевают и прочно закрепляют резиновые колпачки, исключающие самопроизвольное открытие бутылей, на дно и стенки тележки укладывают войлочные или резиновые прокладки, предотвращающие механический контакт бутылей с тележкой.
На производственных участках ЭХО допускается хранить концентрированные кислоты в объеме не более полуторасуточ-к°го запаса и только в специально оборудованных помещениях. Уровень расположения бутылей с кислотами на полках не Должен превышать высоты человеческого роста, с тем чтобы не нрименять для снятия бутылей с полок стремянок, стульев и Других предметов.
Правила безопасного проведения работ. Приготовление электролитов выполняют в такой последовательности: нужное 2 Зак. 476 33
количество твердых растворяемых веществ засыпают мерно| тарой в специальный'бак или резервуар, а затем в него нали вают в необходимом количестве воду. Чтобы ускорить приго товление электролита, полученную смесь перемешивают. Пр; приготовлении кислотных электролитов вначале заливают в ба; нужное количество воды, а затем вводят концентрированную кислоту. Переливать такие кислоты нужно очень осторожно и ( помощью шлангов малого сечения; подсос кислоты осуществляется при разрежении воздуха в шланге с помощью специальной устройства.
Прежде чем приступить к выполнению определенной техно логической операции, необходимо внимательно изучить правилз безопасного проведения работ с данным электролитом. Такие правила изложены в специальных разделах технологически; инструкций, которые охватывают все работы по приготовлению электролитов.
Приготовление электролитов должно производиться в помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией, и при строгом соблюдении правил личной безопасности. Рабочий, занятый приготовлением электролитов, должен использовать при этом халат, фартук из кислотостойкой ткани и резиновые перчатки. В отдельных случаях, например при приготовлении кислотных электролитов, необходимо применять защитные очки, респираторы и резиновые сапоги.
Несмотря на то что большинство электролитов нетоксичны, необходимо строго соблюдать правила личной гигиены — не принимать пищу на рабочем месте, тщательно мыть руки перед едой и т. д.
При попадании на кожу концентрированной или разбавленной кислоты ее смывают водой, а затем смазывают пораженную часть кожи 5%-ным раствором этилового спирта. При несвоевременной обработке пораженных участков кожи могут возникнуть ожоги, которые обязательно обрабатывают 3%-ным раствором питьевой соды. Для предотвращения ожогов нельзя допускать при сливе концентрированных или разбавленных кислот попадания их на пол, оборудование или инвентарь. После слива определенного количества кислоты в бак или резервуар необходимо приподнять шланг над уровнем жидкости в баке, а если в бутыли имеются остатки кислоты, то и над уровнем ее в бутыли, не дожидаться, когда остатки кислоты выльются из шланга. С этой же целью опорожненные бутыли следует переносить горловиной вверх. Запрещается сливать остатки кислотЫ в канализацию.
1.4. Технологические характеристики
Технологическими характеристиками процессов ЭХО являются производительность, точность размеров и полученной фор-34
мЫ, а также шероховатость обработанных поверхностей. К факирам, влияющим на технологические характеристики процессов ЭХО, относят объемный электрохимический эквивалент (Kv) обрабатываемого металла, состав применяемого электролита, его удельную электропроводность (х), напряжение на электродах (t/э), анодную плотность тока (i), коэффициент выхода металла по току (т]), межэлектродный промежуток (а) и технологический припуск (z).
Производительность. Производительность отделочных процессов ЭХО характеризуется скоростью обработки, выражаемой в различных единицах. Так, при электрохимическом травлении скорость обработки имеет размерность мм/мин и в зависимости от вида обрабатываемого металла, состава электролита и других факторов колеблется от 0,05 до 0,2 мм/мин. Производительность электрохимического полирования определяют по продолжительности процесса, которая составляет, например, 5—10 мин при полировании углеродистых сталей и 2—3 мин при полировании алюминия. Производительность электрохимического абразивного полирования оценивают площадью поверхности, обработанной в единицу времени. Например, электрохимическое абразивное полирование листов из нержавеющей стали Х18Н9Т с исходной шероховатостью поверхности 1,25 мкм по Ra до шероховатости 0,1 мкм Rz при оптимальных для данного материала состава электролита и плотности электрического тока выполняют с производительностью 1 м2/ч. При электрохимической жидкостно-абразивной обработке производительность в основном зависит от размеров удаляемых заусенцев, состава электролита, материала деталей и вида применяемых абразивных материалов. Например, удаление заусенцев размером 0,2— 0,3 мм на деталях из конструкционных сталей занимает в среднем 1 ч при прочих оптимальных параметрах обработки. Производительность электрохимического хонингования и суперфиниширования оценивают в мм/мин. Хонингование, например, отверстий диаметром 50 мм во втулках из конструкционных сталей при глубине отверстия 80 мм производят со скоростью 0,05— 0,07 мм/мин; производительность суперфиниширования таких втулок составляет примерно 0,01 мм/мин. Приведенные данные Для электрохимического хонингования и суперфиниширования справедливы при условии, если обработку производят одновременно по всей глубине отверстия, т. е. длина бруска-катода при этом равна или больше глубины обрабатываемого отверстия летали. При хонинговании и 'суперфинишировании очень глубоких отверстий, когда брусок-катод имеет меньшую длину, чем 1лубину отверстия, его последовательно перемещают вдоль обрабатываемой поверхности. При этом время обработки отверстии увеличивается. Суперфиниширование по сравнению с хонин-
2*
35
Рис. 1.22. Межэлектродный промежуток при ЭХО с неподвижным электродом-инструмеи-том
©
а)
© W///W 5)
Рис. 1.23. Межэлектродный промежуток при ЭХО с подвижным электродом-инструментом:
а — в начале обработки, б — в конце обработки
гованием при прочих равных условиях процесса обработки длит ся в несколько раз дольше.
Производительность размерного электрохимиче ского формообразования характеризуется скоросты анодного растворения металла, выражаемой в линейны (мм/мин) или в объемных (мм3/мин) единицах.
При ЭХО с неподвижными электродами-инструментами скс рость электрохимического растворения металла заготовки по мере съема технологического припуска z (рис. 1.22) понижается. Это происходит потому, что межэлектродный промежуток ао, установленный в начале обработки (рис. 1.22, а), по мере съема металла заготовки постепенно увеличивается к концу обработки до значения (рис. 1.22,6), а с увеличением межэлектродного промежутка скорость электрохимического растворения соответственно снижается. 1
Линейную скорость (мм/мин) электрохимического растворД ния при ЭХО с неподвижными электродами определяют по фои муле В
Оэх.р = (/Cj,Lz3xr|) / [V ао+2/<1Х7эхт]Т ).
Из уравнения видно, что с увеличением времени обработки Я т. е. с увеличением знаменателя, скорость электрохимическогИ ...растворения уменьшается.
При электрохимическом формообразовании подвижным» электродами (рис. 1.23) межэлектродный промежуток а стремятся поддерживать постоянным, что обеспечивается перемещением электрода-инструмента или заготовки относительно друг друга со скоростью рабочей подачи иэ, равной скорости иэх.р.
Линейную скорость (мм/мин) электрохимического растворения при ЭХО с подвижными электродами определяют по формуле Ugx.p= U 3V.X\Kvl(l. J
Общим для обоих случаев электрохимического формообразования с подвижными и неподвижными электродами является то, что производительность таких процессов увеличивается с повышением напряжения, подводимого к электродам, удельной электропроводности электролита и коэффициента выхода металла по току, а снижается — с увеличением межэлектродного промежутка.
Объемный электрохимический эквивалент Л’у для каждого вида металла имеет определенное значение и поэтому не влияет на производительность размерной ЭХО. Изменение же параметров иэ, к, т|> а Д° определенных предельных значений может существенно снизить или повысить производительность размерного электрохимического формообразования.
Так, напряжение, подводимое к электродам, можно повысить до значений, при которых наступает электрический пробой межэлектродного промежутка. При этом с возникновением электрического пробоя образуется электрический разряд, называемый дугой. Под действием этой дуги происходит нежелательное локальное выплавление электрода-инструмента и заготовки иногда глубиной до 10 мм. Наибольшее предельно допустимое напряжение на электродах взаимно согласуется с межэлектродным промежутком, скоростью прокачки и степенью очистки электролита. С уменьшением промежутка и скорости прокачки электролита допустимое напряжение также уменьшается. С целью исключения образования дуги электрохимическое формообразование ведут, как правило, при напряжении на электродах 5—12 В; при обработке заготовок из титановых сплавов его значение повышают до 17—20 В. В некоторых случаях напряжение на электродах повышают до 30 В, например при больших межэлектродных промежутках (2—3 мм). Чтобы снизить производительность размерной ЭХО, напряжение на электродах принимают равным 2—2,5 В; при меньших значениях напряжения анодное растворение прекращается. Это происходит потому, что часть (0,5—2 В) подводимого к электродам напряжения не участвует в анодном растворении металла, а расходуется на нейтрализацию суммарного потенциала напряжения анода и катода. Установление истинных значений потенциалов анода и катода при конкретных режимах ЭХО выполняют посредством специфичных экспериментов, осуществить которое в производственных условиях не всегда возможно. Поэтому на практике пРи определении технологических параметров ЭХО (производительности и точности) в соответствующих расчетных уравнениях Используют напряжение на электродах U:t на 1,25 В меньшее требуемого значения.
Электропроводность электролита, зависящая от его состава, концентрации и рабочей температуры, также влияет на произ-°дительность размерной электрохимической обработки — с по-
36
37
вышением удельной электропроводности увеличивается производительность. Наибольшей электропроводностью среди водных растворов солей обладает 50%-ный раствор азотнокислого аммония NH4 NO3 в воде. Его удельная электропроводность при рабочей температуре 15°С составляет 36,3 См/м. Иногда при относительно небольшой скорости обработки используют электролиты, имеющие меньшую электропроводность, например 5%-ный раствор NaCl в воде с удельной электропроводностью 4,1 См/м.
Во всех справочных таблицах, в том числе и в табл. 1.2, значения удельной электропроводности электролитов характеризуют состояние электролита перед зоной обработки. Однако при выполнении электрохимических формообразующих процессов
обработки, характеризующихся высокой анодной плотностью тока, электролит по мере протекания через межэлектродный промежуток нагревается и насыщается пузырьками водорода и кислорода. В удельная электролита, межэлектродном промежутке непосредственно влияющая технологические параметры работки, несколько отличается от удельной электропроводности перед зоной обработки. Действи-электропроводности в межэлектрод-
Рис. 1.24. График зависимости т] от i при использовании различных электролитов
результате этого электропроводность находящегося
в
об-
тельное значение удельной
ном промежутке, как правило, меньше указанных в таблицах. Поэтому при определении технологических параметров ЭХО в соответствующих расчетных уравнениях используют пониженные (на 5—20%) значения удельной электропроводности по сравнению с указанными в таблицах. При длине протекания электролита в межэлектродном промежутке, равной 5—30 мм, табличные значения удельной электропроводности, вводимые в уравнения, уменьшают на 5—10%, при длине 30—80 мм —на 10—15% и далее до 20%.
Наибольшее влияние на коэффициент выхода металла по току оказывает сочетание таких факторов, как марка обрабатываемого металла и применяемый электролит. Например, при обработке хромистых сталей 2X13, 15X11 МФ с использованием раствора хлористого натрия любой концентрации температура, значение pH и скорость прокачки электролита через межэлектродный промежуток существенно не изменяют коэффициента выхода металла по току. В этих условиях обработки влияние анодной плотности электрического тока на коэффициент выхода
38
металла по току также незначительно (рис. 1.24, кривая 1). В то же время при обработке хромистых сталей указанных марок в 30%-ном растворе азотнокислого натрия NaNCh коэффициент выхода металла по току, а следовательно, и производительность обработки существенно зависят от плотности тока на аноде (рис. 1.24, кривая 2). В этих условиях обработки повышение анодной плотности от 10 до 20 А/см2 приводит к увеличению коэффициента выхода металла по току примерно в 4 раза (с 0,05 до 0,22). При этом рабочая температура, значение pH и скорость прокачки электролита через межэлектродный промежуток оказывают более существенное влияние на коэффициент выхода металла по току не непосредственным путем, а через изменение анодной плотности электрического тока.
С увеличением рабочей температуры электропроводность
электролита повышается и соответственно увеличивается плотность тока на аноде. Повышение скорости прокачки электролита в межэлектродном промежутке способствует более интенсивному удалению из зоны обработки продуктов растворения, что также повышает электропроводность слоя электролита в межэлектродном промежутке. Обратное, т. е. снижение электропроводности, наблюдается при повышении значения pH более 8,5; при этом анодная плотность электрического тока резко снижается, а следовательно, падает и производительность обработки.
Коэффициент выхода металла по току при определенных сочетаниях таких параметров, как марка обрабатываемого металла, состав электролита, его температура, значение pH, плотность электрического тока и скорость прокачки электролита через межэлектродный промежуток, может находиться в пределах от 0,01 до 1,0.
Межэлектродный промежуток при электрохимическом формообразовании не должен быть меньше того значения, при котором обеспечивается истечение электролита с заданной скоростью и соответственно своевременное и качественное удаление продуктов растворения из рабочей зоны. Значение этого промежутка при размерной ЭХО может составлять от 0,05 мм при площади рабочей части электрода-инструмента около 5 мм2 до
—0,5 мм при площади последнего порядка 105 мм2.
Пример расчета производительности. Требуется определить производительность размерной ЭХО, выполняемой по технологической схеме с подвижными электродами, при следующих предельных значениях параметров обра-оотки; {7,= ю В, х = 36,3 См/м, ц=0,85, а=0,05 мм.
Заготовка изготовлена из жаропрочного сплава на никелевой основе ЭИ-893, объемный электрохимический эквивалент которого равен
П18 см3/(А-мин); длина протекания электролита в межэлектродном промежутке 50 мм. С учетом ранее рассмотренного вместо U3=. 10 В принимаем.
3 =10—1,25 = 8,75 В и вместо к = 36,3 См/м к = 36,3-0,9 = 32,67 См/м.
Подставив указанные значения в формулу линейной скорости (см. Р- 36) анодного растворения при ЭХО с подвижными электродами, получим “ » = (8,75 32,67 0,85 0,0018) /0,05 « 8,65 мм/мин.
39
Если решить данное выражение, использовав приведенные выше предель ные значения параметров: Уэ=3 В, х —4,1 См/м, а=0,5 мм, то можно ожи дать, что скорость анодного растворения сплава той же марки состава 0,2 мм/мин, а не 8,65 мм/мин, как в первом случае.
Сравнение этих двух вариантов расчета показывает, чтс линейные скорости формообразования при различных значениям параметров обработки могут резко отличаться (в данном случае примерно в 40 раз). С увеличением линейной скорости анодногс растворения пропорционально возрастает и объемный съем металла; однако последнее может происходить не только за’ счет увеличения линейной скорости анодного растворения, но и при одновременной обработке нескольких заготовок или одной; заготовки с большой площадью обрабатываемой поверхности.!
Производительность а и о д н о-м еханической отрезе к и выражается в мм2/мии и в зависимости от технологическом схемы отрезки может изменяться в довольно широких предеЯ лах — от 1500 до 4000 мм2/мин. В данном случае скорость отЯ резки при заданной схеме обработки и ее определенных параЯ метрах будет зависеть от толщины заготовки. Так, если произЯ водительность анодно-механической отрезки составляет 150(Я мм2/мин, то линейная скорость обработки при толщине загоЯ товки 10 мм равна 150 мм/мин, а при толщине 100 мм—Я 15 мм/мин. Я
При электрохимическом шлифовании а б р аЯ зивными кругами и электрохимической заточке! алмазными кругами производительность обработки от-1 ражает характер сочетания двух процессов: электрохимическогск! и механического, воздействующих на обрабатываемую заготовЯ ку. Так же как и при выполнении размерной ЭХО, доля металЯ ла, удаляемого за счет электрохимического растворения, возЯ растает по мере увеличения силы тока и коэффициента выходя металла по току. Повышение силы тока осуществляют за счеЯ увеличения напряжения на электродах и уменьшения межэлектродного промежутка. Последнее достигается увеличением усилия прижима электрода-инструмента к заготовке или, наоборот, заготовки к электроду-инструменту. При этом абразивные зерна, находящиеся в электролите, глубже врезаются в металл заготовки, повышая тем самым долю металла, снимаемую при механическом резании. Одновременно рабочая поверхность электрода-инструмента приближается на определенное расстояние к обрабатываемой поверхности заготовки, уменьшая прй этом значение межэлектродного промежутка. Если при увеличении усилия прижима электрод-инструмент коснется обрабатываемой поверхности заготовки, то процесс электрохимического анодного растворения на этом участке полностью прекратится. i
40 Г
Напряжение на электродах изменяют в пределах 5—10 В; при больших значениях напряжения происходит электрический пробой, что приводит к изнашиванию электрода-инструмента.
Сила тока I при электрохимическом шлифовании и заточке зависит также от площади контакта рабочей части электрода-инструмента и обрабатываемой поверхности заготовки. С увеличением площади контакта возрастает сила тока, а следовательно, и производительность, т. е. количество растворяемого металла в единицу времени. Так, при электрохимическом шлифовании больших поверхностей торцом круга чашечной формы при припуске на обработку 0,3—0,7 мм производительность равна 1500—2000 мм3/мин; в этих же условиях обработки, но при шлифовании периферией круга, т. е. при меньшей площади контакта, объемный съем металла составит 500—800 мм3/мин.
Производительность электрохимической заточки алмазными кругами на 20—30% ниже, чем производительность электрохимического шлифования, но в несколько раз выше по сравнению с производительностью алмазного шлифования, например твердых сплавов.
При э л е к т р о э р о з и о н н о-х и м и ч е с к о й обработке на ее производительность оказывают влияние те же факторы, что и на размерную ЭХО. Однако существенным фактором является то, что в этом случае изменением значения импульсного напряжения С/им увеличивают или уменьшают долю эрозионного съема металла и соответственно производительность обработки. Производительность электроэрозионно-химического формообразования отверстия с площадью обработки 100 мм2 при использовании раствора NaCl и Umi = 254-30 В составляет 35— 40 мм/мин.
Точность обработки. Под точностью обработки понимают степень приближения размеров обработанных деталей к заранее установленным чертежом или другой технической документацией номинальным значениям. Для получения детали с за-
Рис. 1.25. Схемы образования погрешностей при размерной ЭХО
41
данным номинальным размером Н (рис. 1.25, а) с заготовки снимают определенный слой металла — припуск z. При этом совершают процесс формообразования при одном и том же размере X и межэлектродном промежутке, равном заданному номинальному значению ав. Под номинальным значением ан понимают межэлектродный промежуток, который должен образоваться после определенного времени обработки при постоянных параметрах процесса (7Э, х, ц при ЭХО с неподвижными электродами-инструментами и Йэ, х, р, иэ с подвижными электродами. Однако указанные параметры ЭХО практически изменяются в процессе обработки в определенных пределах. Это приводит к тому, что фактический межэлектродный промежуток ак, образовавшийся после обработки, отличается от ан. Разницу между номинальным (ан) и фактическим (ак) значениями межэлектродного промежутка называют погрешностью Ха. При ак>ан размер И детали окажется меньше заданного номинального значения, а при ак<ан на детали остается неудаленная часть припуска, равная Да; при этом размер Н детали превысит заданное номинальное значение.
Если заготовка имеет неравномерный припуск, т. е. размер его на разных участках заготовки неодинаков, то различают максимальный и минимальный припуски (zmax и zmin). Разность между этими значениями (рис. 1.25, б) называют погрешностью припуска Лгн. Расстояние между выступающей частью поверхности заготовки и обрабатывающей поверхностью электрода-инструмента называют минимальным межэлектродным промежутком amin, а расстояние между заниженной частью той же поверхности и поверхностью электрода-инструмента— максимальным межэлектродным промежутком aniax.
Известно, что анодное растворение металла протекает более интенсивно на участках заготовки с amin, чем на участках, более удаленных от обрабатывающей поверхности электрода-инструмента. Если zm'in относительно мал, a zmax относительно велик, то после обработки на детали остается неудаленная часть максимального припуска Zmax- Эта погрешность Дгк обусловлена неравномерностью припуска по всей обрабатываемой поверхности в начале обработки. Погрешность Да влияет на точность размеров детали, а погрешность Дг одновременно с этим — и на точность геометрической формы детали. Оценивая допустимое значение каждой из указанных погрешностей, учитывают сумму всех погрешностей, возникающих в процессе обработки, которая не должна превышать установленное чертежом поле допуска на размер детали Н, т. е. ХН.
Рассмотренные погрешности Да и Xz свойственны всем процессам ЭХО, однако наибольшее влияние они оказывают на точность формообразующих процессов; при отделочных опера-42
циях влияние указанных погрешностей на точность размеров деталей практически незначительно.
При выполнении отделочных операций над обработанной деталью, а не над заготовкой, как в первом случае, требуется сохранить ее форму, а также размеры в заданном поле допуска \Н. Это требование обеспечивают за счет значительного увеличения межэлектродного промежутка. На практике межэлектродный промежуток при электрохимическом травлении и полировании доходит до. 500 мм, при электрохимической жидкостно-абразивной обработке — до 200 мм, а при электрохимическом абразивном полировании — до 50 мм. При таких значениях межэлектродного промежутка плотность тока на аноде выравнивается, что обеспечивает равномерный съем металла со всех участков детали независимо от формы обрабатываемых поверхностей. Таким образом, при выполнении отделочных операций, когда снимаемый слой металла, как правило, равен сотым долям миллиметра, возможное изменение поля допуска /\Н на размер весьма незначительно. Даже при неблагоприятных сочетаниях параметров обработки это изменение может составить не более 30% снимаемого слоя металла, т. е. тысячные доли миллиметра.
При выполнении формообразующих операций к указанным погрешностям Да и Az добавляются погрешности, вызванные упругими деформациями как самого станка, так и элементов крепления заготовки и электрода-инструмента. Эти деформации возникают под действием гидродинамических сил в результате прокачки электролита через межэлектродный промежуток и других факторов.
Влияние параметров процесса ЭХО на значение межэлектродного промежутка, а следовательно, и на Да более наглядно видно, если рассмотреть зависимость ме^кэлектродного промежутка от параметров, входящих в следующие выражения.
Межэлектродный промежуток (мм) в любой момент времени обработки при ЭХО с неподвижными электродами определяют по формуле ак=)/а0 + 2К17Пэхт1т. При ЭХО с подвижными электродами значение а находят, преобразовав выражение для линейной скорости электрохимического раствооения (см. с. 36): а~ (б'эхрДг,)/^, где пв — скорость рабочей подачи электрода-инструмента, равная или близкая значению аэх.р.
Из приведенных выражений видно, что при изменении параметров ЭХО с неподвижными электродами (U3, х, тр и параметров ЭХО с подвижными электродами (U3, х, ц, пэ) относительно Номинальных значений фактическое значение межэлектродного промежутка будет отличаться от номинального аа. Таким образом, для снижения Аа при формообразующих операциях необходимо стабилизировать параметры ЭХО, так как с повышением
43
требований к точности размеров возрастают и требования к степени стабилизации параметров электрохимического формо» образования. Например, если при размерной ЭХО с подвижны, ми электродами, выполняемой без стабилизации ее параметров, погрешность Да находится в пределах 0,2—0,5 мм, то для уменьшения погрешности Да до 0,05—0,1 мм необходимо стабилизировать параметры обработки в следующих пределах: напряжение технологического тока — до ± 1,67%, скорость рабочей подачи электрода-инструмента— 1,0%, температуру электролита— 4,5%, а его электропроводность—2%. При условии стабилизации этих параметров в пределах 3,2—3,8% экспериментально установлено, что точность исполнения размеров при прочих равных условиях может быть доведена до Да=0,02мм. Однако такой высокой стабильности параметров ЭХО достичь на практике не удается.
Современные станки для электрохимического копирования и прошивания, выполняющие непрерывную подачу электрода-инструмента, позволяют стабилизировать параметры ЭХО в пределах 5—10%, что ограничивает погрешность Да в пределах 0,05—0,3 мм. Наименьшее значение Да = 0,05 мм возникает при ЭХО с межэлектродным промежутком, равным 0,1—0,15 мм; Да —0,3 мм при а = 0,5-?0,8 мм. Таким образом, погрешность Да уменьшается не только за счет повышения степени стабилизации параметров ЭХО, но и с выполнением процесса при наименьших значениях межэлектродного промежутка.
Существует несколько режимов ЭХО, позволяющие, при выполнении копировальных операций существенно понизить значение Да. При непрерывном режиме ЭХО для понижения значения Да в межэлектродный промежуток одновременно с электролитом вводят сжатый воздух или газ. Однако наиболее часто для уменьшения Да используют циклический и импульсноциклический режимы ЭХО.
Сущность циклического режима заключается в том, что периодически через 5—30 с электрод-инструмент при выключенном напряжении технологического тока движется к заготовке до момента касания с ней, а затем отводится на расстояние, равное ан с одновременным включением напряжения технологического тока. Таким образом, периодически осуществляется коррекция а, в результате чего Да уменьшается.
Импульсно-циклический режим ЭХО дополняет циклический тем, что время подачи на электроды напряжения импульсной формы составляет сотые доли секунды. Это позволяет вести обработку при значениях межэлектродного промежутка в несколько раз меньших, чем при непрерывном или циклическом режиме. Ведение процесса ЭХО на малых значениях а существенно снижает погрешность обработки Да.
44
При обработке в циклическом и импульсно-циклическом режимах погрешность Да, возникающая из-за нестабильности параметров процесса (U3, х, т|, иэ), не накапливается, а с каждым циклом уменьшается после непосредственного контакта электрода-инструмента с поверхностью заготовки и последующего отвода его на заданный межэлектродный промежуток. Поэтому при обработке в прерывистом режиме требования к стабилизации параметров процесса размерной ЭХО несколько снижаются. Недостатком прерывистого режима по сравнению с непрерывным является несколько меньшая (в 2—5 раз) производительность обработки, что обусловлено перерывами в электрохимическом растворении металла.
При размерной электрохимической обработке, когда поступающие заготовки имеют значительно неравномерный припуск (например, штамповки), существенное значение приобретает погрешность Az. Значение погрешности Az (мм) при ЭХО с подвижными электродами зависит от соотношения \2т1п/ат-1П и определяется выражением, которое действительно при ЭХО плоских поверхностей (см. рис. 1.25, б): Az=(zmax—zmin)//Zmin/£!min» где число / = 2,71—Основание показательной функции.
Из приведенного выражения видно, что Az уменьшается при меньших значениях amin и разности zmax—zmin, а также при больших значениях zmin.
Примеры расчета Az.
1. Заготовка имеет zmin=0,5 мм, zmax=3 мм; обработку выполняют при. «min=0,5 мм. Погрешность
Az = (zmax— zmin)//2“ln7°n’i” = (3-O,5)/2,710’5/0,5 =0,92 мм.
2. Заготовка имеет zmm=l,0 мм, zmax=3 мм; обработку выполняют при «min=0,25 мм. Погрешность'
Az= (zraax-zmin)//W°n>in = (3_1)/2>711/0’25 =0,037 мм.
На примерах видно, что с уменьшением межэлектродного промежутка в 2 раза и увеличением zmin в 2 раза погрешность Аг понизилась приблизительно в 20 раз.
При электрохимической обработке заготовок с большим значением Дгп применение импульсно-циклического режима ЭХО способствует получению минимального значения Az.
В общем виде точность размерной ЭХО зависит от погрешностей, возникающих из-за нежесткости системы стенок—приспособление—инструмент—деталь, погрешностей базирования заготовки, отклонений формы и размеров электродов-инструментов от заданных документацией и погрешностями Аа и Az.
Первая причина возникновения погрешностей не зависит от оператора — она определяется конструкцией станка. Возникно-вение погрешностей из-за остальных перечисленных причин во Многом определяется квалификацией электрохимобработчика.
45
Снизить значения этих погрешностей можно тщательной под. готовкой (протиркой, удалением забоин) базовых поверхностей приспособления и заготовки перед закреплением последней, проверкой размеров электродов-инструментов перед установкой на станок, поддержанием значений U3, х, v3, т в процессе ЭХО в заданных пределах, контролем припуска поступающих на обработку заготовок.
При анодно-механической обработке, наиболее часто применяемой для отрезки заготовок, точность размеров их зависит от правильности установки заготовки на станке, ширины реза и условий работы электрода-инструмента (диска или ленты). Последнее требование сводится к ограничению биения рабочей части электрода-инструмента, особенно диска. Из-за биения дискового электрода-инструмента поверхность реза подвергается в процессе обработки повторному (многократному) анодно-механическому воздействию, в результате чего наблюдается отклонение от параллельности поверхностей реза.
Точность электрохимического шлифования, хонингования и суперфиниширования соответствует точности обработки, достижимой при традиционных механических процессах' резания, когда деталь изготовляют без применения электролиза; погрешность обработки в данном случае равна 1-4-2—50-4-80 мкм. Такая точность достигается на заключительной стадии обработки без воздействия на заготовку или деталь электрического тока, т. е. при проведении финишной обработки по традиционной технологии ЭХО. Если это условие не соблюдается, то погрешность электроабразивного шлифования заметно снижается и может составлять в некоторых случаях 0,1 мм и менее.
На точность электроэрозионно-химической обработки помимо факторов, перечисленных при рассмотрении размерной ЭХО, влияют также частота импульсов электрического напряжения и износ электрода-инструмента в результате эрозии. Эти факторы порождают дополнительные и специфические для данной технологии погрешности, из-за чего точность обработки при элек-троэрозионно-химическом процессе на 40—50% ниже точности, достигаемой при размерной ЭХО.
Шероховатость обработанных поверхностей. При ЭХО, как и при выполнении других технологических процессов, качество обработанных поверхностей определяется в основном их шероховатостью.
В отличие от традиционных процессов механической обработки резанием, когда резец, оказывая силовое воздействие на обрабатываемую поверхность, образует на ней деформированные (напряженные) слои металла, электрохимическая обработка не вызывает в поверхностных слоях обрабатываемого металла каких-либо механических напряжений, что в ряде случаев 46 1
положительно сказывается на качестве обработанных' поверхностей.
В общем виде качество обработанных поверхностей зависит от сочетания определенных значений таких параметров, как состав электролита, его температура, скорость прокачки электролита через межэлектродный промежуток и плотность электрического тока.
При электро хи мическом травлении шероховатость обрабатываемых поверхностей зависит не только от перечисленных факторов, но и от способа травления. Так, при катодном травлении заготовок, когда не происходит электрохимического растворения металла, обрабатываемые поверхности сохраняют исходную шероховатость. Однако выделяющийся на поверхности детали-катода водород проникает в обрабатываемый металл и ухудшает его прочностные свойства. При продолжительном анодном травлении несколько ухудшается исходная шероховатость поверхностей детали.
В процессе электрохимического полирования одновременно со сглаживанием выступов микронеровностей частично удаляется напряженный слой металла. Состав электролитов и режимы полирования подбирают в этом случае так, чтобы исключить растравливание металла по границам зерен.
Электрохимическое абразивное полирование является единственным процессом ЭХО, позволяющим производить обработку деталей из относительно вязких металлов, например деталей из нержавеющих сталей; при этом шероховатость обработанной поверхности равна 0,08—0,02 мкм по Ra.
При электрохимическом хонинговании качество обрабатываемой поверхности определяется в основном не электрохимическим воздействием на металл, а абразивными свойствами применяемых брусков. Шероховатость обработанных поверхностей в этом случае составляет 0,16—0,02 мкм по Ra.
Электрохимическая жидкости о-a бразивная обработка одновременно с удалением заусенцев снижает и шероховатость поверхностей деталей. Обычно после этой операции шероховатость обработанных поверхностей составляет 1,25—0,32 мкм по Rz.
Шероховатость поверхностей, полученная при размерной электрохимической обработке и соответствующем составе электролита, как правило, равна 2,5—1,25 мкм по Rz. Гакие результаты обеспечиваются, например, при обработке Углеродистых и нержавеющих сталей с использованием в Качестве электролита раствора хлористого натрия. Повышение температуры электролита, как правило, отрицательно сказывается на шероховатости поверхностей. Однако в некоторых слу-Чаях, например при размерной ЭХО титановых сплавов, с по-
47
вышеиием температуры электролита качество обработанной поверхности повышается.
Скорость истечения электролита через межэлектродный промежуток при электрохимическом формообразовании оказывает меньшее влияние иа шероховатость обрабатываемой поверхности. Однако при высоких скоростях истечения и соответствующей рабочей температуре электролита шероховатость многих металлов, обрабатываемых электрохимическими способами, 'можно значительно снизить. Это объясняется более активным растворением выступов микроиеровностей при более высоких скоростях истечения электролита. Впадины микронеровностей при этом заполняются продуктами растворения, т. е. пассивируются, что замедляет и даже предотвращает дальнейшее анодное растворение металла во впадинах. Таким образом, за счет избирательного анодного растворения происходят постепенное .сглаживание микрорельефа обрабатываемой поверхности и снижение шероховатости.
Повышение плотности электрического тока снижает шероховатость обрабатываемых поверхностей. Однако при плотности тока выше 15—20 А/см2 дальнейшее улучшение качества обрабатываемых поверхностей прекращается.
При размерной электрохимической обработке некоторых металлов происходит растравливание металла заготовки по границам зерен в условиях определенного сочетания электролита с другими параметрами процесса ЭХО. Глубина растравливания в этом случае может достигать 20—30 мкм. Так, в процессе обработки жаропрочных сплавов в растворе хлористого натрия при плотности тока 5—20 А/см2 и рабочей температуре электролита 20°С растравливание металла распространяется на глубину до 15 мкм. С повышением плотности тока до 80 А/см2 процесс растравливания практически прекращается, но при тех же условиях обработки и с повышением температуры электролита растравливание металла по границам зерен начинает протекать вновь и распространяется на глубину до 30 мкм.
Анодно-механическая отрезка, при которой происходит эрозионное разрушение металла, характеризуется наличием на поверхности реза дефектного слоя с измененной структурой. Глубина дефектного слоя зависит от параметров ЭХО и свойств обрабатываемого металла и может составлять 0,3-— 0,8 мм.
При электрохимическом шлифовании абразивными или алмазными кругами также происходит растравлива*-ние металла по границам зерен, но на относительно небольшой глубине (1—3 мкм). Однако на заключительной стадии обработки без применения электрического тока этот слой металла удаляется, при этом шероховатость обрабатываемых поверхностей будет зависеть от параметров механического шлифованиЯ-
48
Качество обрабатываемых поверхностей после электро-эрозионно-химической обработки во многом определяется эрозионным или электрохимическим разрушением металла. Если параметры обработки обеспечивают съем металла преимущественно за счет эрозионного разрушения, то при этом поверхностный слой металла будет иметь измененную структуру глубиной до 10 мкм, а шероховатость будет находиться в пределах от 20 мкм по Rz до 10 мкм по Ra. При более выраженном электрохимическом растворении металла шероховатость снижается до 2,5 мкм по Ra.
Контрольныевопросы
1. Объясните сущность электролиза и электрохимического растворения металлов.
2. Какие явления происходят на аноде и катоде прн ЭХО?
3. В чем различие отделочных и формообразующих операций?
4. Перечислите разновидности процессов ЭХО и объясните их сущность.
5. Назовите составы электролитов, применяемых при ЭХО.
6. Расскажите о порядке приготовления и очистке электролитов.
7. Как определяют концентрацию компонентов в электролите?
8. Назовите отрицательные явления при ЭХО с насыщенными электролитами.
9. Перечислите основные правила техники безопасности, регламентирующие приготовление электролитов.
10. Назовите параметры, оказывающие влияние на производительность наиболее распространенных процессов ЭХО.
11. Какие факторы влияют на точность исполнения размеров и качество поверхности при электрохимическом формообразовании?
П СРЕДСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ
2.1. Общая характеристика
К средствам технологического оснащения ЭХО относятся станок, непосредственно выполняющий технологическую операцию— обработку заготовок, источник питания (ИП) и вспомогательные устройства, предназначенные для очистки электролита от шлама, подачи его в рабочую зону станка, отсоса из рабочей зоны выделяемых при ЭХО газообразных продуктов, промывки деталей и сборочных единиц узлов станка. Источник Питания и вспомогательные устройства могут обслуживать несколько станков. Некоторые типы станков комплектуют устройствами для подачи в рабочую зону сжатого воздуха или газа Для интенсификации обработки.
Станки для ЭХО состоят из механизмов фиксации и крепления заготовок, механизма рабочей подачи электрода-инструмента на заготовку или, наоборот, последней на электрод-
49
о 2.1, Основные технические характеристики некоторых станков (универсального назначения) для ЭХО
Модель Наименование Максимальные параметры обрабатываемых заготовок Максимальная производительность Напряжение на электродах, В Сила тока, А Основное назначение
размеры, мм масса, кг я я Л S S Я я д Ъ
4А840 Ci.ihok анодно-механический ленточный отрезной 0250X1000 1000 — 3500 21—26 630 Отрезка заготовок из труднообрабатываемых сталей и сплавов
4А850 0400X6000 2500 — 600
4А860 0600X6000 5000 — 600
4870 01000X6000 50000 — 1000
4412ФЦ Станок электрохимический копировально-прошивочный с программным управлением Х4ОО(22ОХ X 280X280) ' 150 5000 — 12—24 3200 Формообразование наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения и полостей
4422 Станок электрохимический копировально-прошивочный 160Х250Х Х300 100 6500 — 12—24 3200 Формообразование полостей и отверстий различной формы (рабочие элементы ковочных штампов, пресс-форм и т. п.)
4А423ФЦ 350X400X Х480 450 6000 (12000) — 6—12 3200 (6300)
4424 450X480X 850 850 24000 (40000) __ 3- 12 12500 (25000)
ЗЭ731 Станок электрохимический плоскошлифовальный 200X320X ХбЗО 315 1500 — 2-12 3200 Шлифование плоскостей заготовок из твердых сплавов и закаленных сталей
/ III
ЗЭ110М 1 Станок электрохимический [ круглошлифовальный 0140 x 200 (отверстия 025) 9 1000 — 2—12 630 То же, наружных и внутренних поверхностей тел вращения
СШ-101 Станок электрохимический внутришлифовальный высокой точности 0250X110 10 200 — 2—12 630 То же, внутренних поверхностей
3622Э Станок электрохимический заточный Высота резцов до 32 — 400 — 6 100 Заточка резцов по задним и передним поверхностям
3672 0250 X 450 200 400 — 2—12 400 Заточка режущйх инструментов с пластинами из твердого сплава по задним и передним поверхностям
3626Э Высота резцов 50 — 500 __ 6 320 Заточка резцов по передним поверхностям в автоматическом цикле
ЗЕ624Э — 500 2-6 630 То же, по задним поверхностям
4405 Станок электрохимический для удаления заусенцев 50 — Время обработки 15—60 с До 24 500 Удаление заусенцев, притупление острых кромок, калибровка
4406 125 — 6—22 1000
4407 320 — 2000
4401 Станок электрохимический маркировочный 100Х200Х хзоо 48 Время маркирования 1-6 с Нанесение маркировок без-трафаретным способом (до 20 знаков одновременно)
инструмент, электрических систем слежения за межэлектро. ным промежутком и систем подачи электролита и подвода электродам электрического тока.
Источник питания и вспомогательные устройства чаще всег являются нормализованными узлами и могут выполняться виде самостоятельных агрегатов или встраиваться в стано Баки для электролита, теплообменник для его охлаждения ид подогрева, источники питания и элементы автоматики, как пр. вило, встраивают в станки, предназначенные для обработк мелких деталей приборостроения.
Станки для ЭХО подразделяют по назначению на универ сальные и специализированные; по компоновке различают стан ки с вертикальным перемещением рабочих узлов (как правило, станки универсального назначения) и станки с горизонтальным перемещением рабочих узлов (как правило, специализированные станки). Станки с вертикальной компоновкой выполняют консольными (станина С-образной формы) и портальными (П-( образная станина). <
Станки универсального назначения выпускаются серийно нашей промышленностью; специализированные электрохимические станки создаются зачастую на производстве из имеющихся станков различного назначения (например, металлорежущих), прошедших модернизацию. Такая модернизация позволяет в короткие сроки и с минимальными затратами создавать специализированные электрохимические станки для выполнения одной или нескольких (однотипных) операций.
Станки универсального, назначения имеют, как правило, линейное перемещение электродов в горизонтальном или вертикальном направлении; специализированные станки нередко выполняют с радиальным перемещением шарнирных электродов или электрододержателей по криволинейной траектории. Известны станки с перемещением заготовки в процессе обработки относительно неподвижных электродов-инструментов.
В табл. 2.1 приведены некоторые модели универсальных электрохимических станков, их основные характеристики и назначение. Кроме указанных в этой
- Рис. 2.1. Структурная схема средств технологического оснащения ЭХО
таблице станков универсального назначения созданы и успешно применяются в промышленности специализированные электрохимические станки для формообразования поверхностей турбинных лопаток, прошивания отверстий глубиной до 400 и диаметром до 22 мМ (модель 4427); шлифова
52
ния профильных элементов деталей периферией токопроводящего графитового, металлического или алмазного круга (модель ЗЭ70ВФ2 с ЧПУ), хонингования, суперфиниширования и доводки (модели 3820Э, 3822Э, 3871БЭ, 4462ФЗ, ЭЗ-1О1) и др.
Структурная схема типовой установки для
ЭХО зображена на рнс Схема размещения средств техноло-рис. 2.1. Станок 3 свя- _ гнческого оснащения ЭХО
зан токопроводами 2
с источником питания 1, который преобразует переменный трех-
фазный ток в постоянный.
Агрегат 5 предназначен для подачи и очистки электролита; состоит он обычно из нескольких самостоятельных агрегатов, которые наряду с указанными функциями производят удаление шлама и регулирование рабочей температуры электролита. Кроме этих обязательных элементов оборудование для ЭХО включает систему 4, которая обеспечивает контроль, управление и регулирование параметров ЭХО.
На рис. 2.2 изображена схема размещения средств технологического. оснащения для электрохимической обработки. Основную часть производственной площади занимают вспомогательные устройства, включающие бак 1 для электролита, систему 2 для контроля электропроводности, фильтр 3 очистки, насос 4 подачи электролита и блок 6' контроля его расхода и давле-
ния.
Станок 7 занимает относительно небольшую площадь и ос- . нащен пультом 5 управления, источником питания И, который соединен со- станком токоподводами 10. Для поддержания необходимой рабочей температуры электролита к баку подсоединен теплообменник 12, к которому через трубопроводы 14 подводится горячая или холодная вода; через трубопровод 15 осуществляется сброс воды в канализацию или в систему водоснабжения. Прокачка электролита через теплообменник в бак 1 производится насосом 9. Центрифуга 16, предназначенная для Очистки электролита, снабжена вспомогательным насосом 13 Для откачки отфильтрованного электролита в бак 1 и трубопроводами 17, которые подают загрязненный электролит в Центрифугу. По трубопроводу 18 производится разгрузка центрифуги от осажденного в ней шлама. Выделяющийся при ЭХО
53 /
водород отсасывается из рабочей зоны станка автономны^ вентилятором 8. ’
Большинство станков для ЭХО имеет вертикальное расположение подвижных элементов и жесткую литую или сварную станину С-образной формы. Такие станки удобны в эксплуатации и отличаются сравнительно небольшими габаритными размерами. Станки с П-образной станиной обладают большей жесткостью и обеспечивают формообразование заготовок с меньшими погрешностями. Станки ЭХО имеют, как правило, одну пиноль, предназначенную для крепления на ней электрода-инструмента, электрододержателя или подэлектродной плиты; рабочий ход пиноли осуществляется в вертикальном направлении. Станки с двумя перемещающимися электродами-инструментами или с перемещающейся в процессе обработки заготовкой имеют наиболее часто горизонтальную компоновку подвижных элементов. В отдельных случаях станки для ЭХО выполняют по комбинированному принципу, сочетая указанные выше компоновки.
Органы управления обычно расположены на встроенном в станок пульте. У станков большой длины (более 5 м) кроме стационарного пульта предусматривают для удобства эксплуатации еще и переносный пульт, на котором дублируют необходимые приборы и кнопки управления. Переносный пульт соединен со станком и остальными агрегатами металлорукавом нужной длины.
Особенностью электрохимических станков является широкое применение в их конструкции коррозионно-стойких сталей и сплавов, защитных гальванических покрытий и обмазок, а также стойких к кислотам и щелочам неметаллических материалов (пластмассы, бетона и др.). Часто для изготовления таких станков используют титановые сплавы, которые наряду с высокой механической прочностью обладают коррозионной стойкостью к растворам неорганических солей. Наиболее ответственные детали станков изготовляют из дефицитных цветных сплавов, например, токоведущие детали — из бронзы. Высокими диэлектрическими свойствами и химической стойкостью обладают пластмассы, в частности стеклопластики, капролон и др. Их используют для изготовления баков и резервуаров для электролитов, трубопроводов, стенок рабочих камер, изоляционных прокладок и вставок, крыльчаток насосов и других деталей.
Современные электрохимические станки оснащены автоматическими системами регулирования таких параметров ЭХО, как температура и водородный показатель pH электролита, скорость рабочей подачи электрода-инструмента. В настоящее время в электрохимических станках используют системы числового программного управления параметрами ЭХО. j
54 1
Приспособления для электрохимических станков обеспечивают не только правильное ориентирование заготовки относительно электрода-инструмента, но и подвод электрического тока к заготовке, а также подачу электролита в межэлектродный промежуток. Некоторые наиболее характерные конструкции таких приспособлений и электродов-инструментов рассмотрены ниже (см. гл. 3).
2.2. Станки универсального назначения
Анодно-механический ленточный отрезной станок модели 4А850 предназначен для отрезки заготовок различного профиля из труднообрабатываемых сталей и сплавов. Максимальный диаметр разрезаемых заготовок 400 мм; наибольшая длина устанавливаемой на станке заготовки 6000 мм. Станок (рис. 2.3) имеет литую станину 1, на которой расположен стол, предназначенный для размещения заготовки. Стол вместе с заготовкой может перемещаться в продольном направлении относительно ленточного электрода-инструмента 8. Такое (наладочное) перемещение осуществляют вручную вращением маховика 2. Рабочая подача ленты производится поперечным перемещением каретки, несущей верхний и нижний шкивы, на которых расположена лента. Механизм перемещения каретки расположен в колонке 5 станка.
Рис. 2.3. Анодно-механнческий ленточный отрезной станок модели 4А850
55
Движение ленты осуществляется при вращении нижнего шкива, расположенного под крышкой 3 и приводимого в действие электродвигателем. Верхний (ведомый) шкив расположен под крышкой 6. Чтобы предотвратить падение отрезаемой заготовки, станок оснащен дополнительным столом 9. Для подачи в рабочую зону электролита предназначено сопло 7. Отработанный электролит стекает в поддон станка, откуда насосом перекачивается в бак.
Система управления станка размещена в шкафу (электрошкаф на рис. 2.3 не показан); верхняя часть шкафа выполнена в виде пульта управления. Для удобства эксплуатации станок снабжен дополнительным пультом 4, на котором сдублированы все органы управления. В качестве источника питания использован выпрямительный агрегат, обеспечивающий получение импульсного напряжения. Этот агрегат, как и бак для электролита вместимостью 500 л, входит в комплект станка.
Заготовки больших размеров устанавливают на стол станка тельфером или другими подъемными средствами. Затем прочно крепят заготовку, включают подачу электролита и источник питания. Включают станок в работу и производят отрезку заготовки. В качестве инструмента применяют стальные бесконечные ленты шириной 30 мм и толщиной не менее 0,8—1 мм. Скорость перемещения ленты составляет 18 м/с. Станок обеспечивает производительность до 30 см2/мин при резке нержавеющей стали максимального, сечения. Ширина реза, как правило, не превышает 2 мм.
Анодно-механические ленточные отрезные станки оснащены механизмами, обеспечивающими натяжение ленты. Это производится вертикальным перемещением верхнего шкива вручную или механически электродвигателем. В процессе эксплуатации таких станков необходимо следить за натяжением ленты и в случае провисания ее ветвей произвести натяжение. «Сбегание» ленты со шкивов в процессе работы предотвращается наклоном верхнего шкива. Угол наклона шкива регулируется. Перед работой на ленточном отрезном станке необходимо произвести эту регулировку и убедиться в отсутствии «сбегания» ленты.
При эксплуатации ленточных отрезных станков может произойти обрыв ленты. В этом случае необходимо остановить станок и заменить вышедшую из строя ленту годной. Для этого опускают верхний шкив с таким расчетом, чтобы можно было смонтировать новую ленту, а затем производят ее натяжение. Если лента оборвалась после полной отрезки заготовки, то толщина новой ленты должна соответствовать толщине оборванной. Однако чаще всего лента обрывается при не полностью отрезанной заготовке. В этом случае толщина новой ленты должна быть меньше толщины оборванной на 0,2—0,3 мм. Это облегчает вход ленты в прорезь заготовки и обеспечивает без-
56
Рис. 2.4. Электрохимический горизонтальный станок 'с программным управлением модели 4412ФЦ:
1 — станок, 2 — источник питания, 3 — пульт управления, 4 — рабочая камера, 5 — центрифуга, 6 — -фильтр электролита
аварийную работу. Чтобы предотвратить возможные обрывы ленты при работе таких станков, необходимо в первую очередь выдерживать установленные технологией оптимальные режимы обработки (скорость рабочей подачи и напряжение на электродах) и не допускать защемления ленты в местах резки.
Станокэлектрохимический 4412ФЦ (рис. 2.4) предназначен для формообразования наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения, изготовляемых из труднообрабатываемых и термообрабатываемых металлов, а также токопроводящих сплавов. На нем можно также обрабатывать круглые и фасонные отверстия, расположенные на образующей или плоскости заготовки в кратном 30° положениях.
Круглые заготовки крепят на планшете; последняя может фиксироваться также в 12 угловых положениях или непрерывно вращаться. Заготовки прямоугольной или другой формы крепят на столе, расположенном на дне камеры. Электрод-инструмент крепят на планшайбе электрододержателя; последний может перемещаться в продольном или поперечном направлениях, осуществляя рабочую подачу, электролит подают в межэлектродный промежуток (МЭП) через пиноль и электрододержатель.
Рабочая подача электрода-инструмента регулируется системой адаптивного управления, обеспечивающей постоянство оптимального значения МЭП. Обработка производится в герметичной камере с раздвижным кожухом.
На станке освоено формообразование сквозных и глухих от-ВеРстин круглой, квадратной и другой формы с погрешностью ^0,05 мм, калибрование отверстий с погрешностью размеров и Формы 0,03 мм, формообразование элементов полости заготовки или элементов на ее периферии (канавок) с погрешностью
57
размеров 0,08 мм, обработка глухих полостей фасонной формы с погрешностью размеров 0,1 мм и прошивание отверстий на периферии или на плоскости заготовок с погрешностью размеров 0,05 мм. Во всех случаях инструменты должны иметь полость (отверстия) для подачи электролита.
Станок комплектуется ИП типа ВАКГ-3200/12 или ВАК-3200/24, устройством стабилизации температуры электролита и центрифугой ОМД-802К-4. Он имеет также приборы цифровой индексации продольного и поперечного перемещений электродо-держателя с инструментом и программирования скорости рабочей подачи, которая может составлять от 0,05 до 300 мм/мин (в обоих направлениях).
Низкая шероховатость обработанных на станке поверхностей (7?а=0,16 мкм) обеспечивается локальным анодным растворением металла заготовки при высоких плотностях тока (до 300 А/см2), достигаемых непрерывной прокачкой электролита через МЭП под давлением 1,5—2,0 МПа при значениях МЭП порядка 0,03—0,05 мм.
Высокие точностные и качественные данные станка, универсальность и надежность в работе предопределяют успешное применение его в точном машиио- и приборостроении и других отраслях промышленности (в основном в инструментальном производстве).
Современный универсальный электрохимический копировальн о-п рошивочиый станок 4А423ФЦ предназначен для формообразования элементов заготовок по
Рис. 2.5. Общий вид универсального электрохимического копировально-прошивочного станка модели 4А423ФЦ
58
наружному контуру, обработки сквозных и глухих отверстий и полостей площадью до 5000 мм2. Станок <3 (рис. 2.5) комплектуется источником питания 1 (тип ВАК-3200/ 24), шкафом адаптивно-программного управления 2, пультом управления 4, гидропультом 5 и тележкой 6 для облегчения транспортирования крупногабаритных заготовок и механизации их подачи в рабочую камеру 7 и съема после обработки. В комплект станка входят также шкаф с электрооборудованием, бак для электролита с теплообменником; фильтр для очистки электролита от случайно по
падающих в него частиц, насосный агрегат и компрессор для подачи в рабочую зону сжатого воздуха или газа.
На станине станка расположен стол, на который устанавливают обрабатываемые заготовки. В верхней части станка в опо-
рах качения размещена пиноль 1 (рис. 2.6), вертикальное перемещение ее обеспечивает привод, который закреплен на ко
лонне, смонтированной на станине. К нижнему торцу пиноли крепится подэлектродная плита 12, на которой закрепляют электрод-инструмент. Через полость пиноли и инструмента в рабочую зону подается электролит и при необходимости газ
или сжатый воздух. Пиноль с помощью гибкого токопровода соединена с источником питания. Перемещение пиноли осуществляется от электродвигателя через червяк 8 и червячное колесо 9, которое выполнено как одно целое с шариковой гайкой °- При вращении шариковой гайки происходит поступательное перемещение шарикового винта 7 и соответственно пиноли /; последняя перемещается по направляющим качения 2. Автоматический контроль и регулирование скорости перемещения пп-ноли обеспечивается сельсиновыми датчиками 6, поворотная Пасть которых приводится во вращение синхронно с шариковым
59
винтом через шестерни 4, 5. Для визуального контроля перемещения пиноли и соответственно глубины обработки имеется линейка Ю\ она связана с пинолью и перемещается вместе с ней относительно нониуса 11. Привод пиноли обеспечивает скорость ее перемещения в пределах от 0,15 до 1000 мм/мин изме-* нением скорости вращения вала электродвигателя. Д
Рабочая зона станка ограничена закрытой и вентилируемом камерой с поднимающейся дверцей 7 (см. рис. 2.5); последняя® снабжена прозрачной вставкой для визуального наблюдения за! ходом обработки. Я
Система снабжения станка электролитом, газом или сжатым! воздухом и водой имеет цепи подачи электролита и газа (воз- I духа) в рабочую зону, слива электролита в резервуар из рабо-1 чей зоны, очистки и охлаждения его, охлаждения механизмов! и промывки всех узлов станка. Эта система снабжена необхо-1 димой аппаратурой управления подачей и отводом электролита,] газа и воды, а также регулирования и контроля их параметров.] Указанная аппаратура смонтирована на соответствующих коммуникациях станка, источника питания и вспомогательных устройств. Для ускорения растворения солей или других компонентов электролита непосредственно в резервуаре станка предусмотрен подогрев теплообменниками воды, залитой в этот резервуар. Регулирование количества подаваемого в рабочую зону электролита, сжатого воздуха или газа производится вручную с помощью вентилей и контрольных приборов, расположенных на гидропульте. Маховики, вращением которых регулируется открытие или закрытие этих вентилей, расположены на кожухе гидропульта.
Электросхема станка обеспечивает работу его механизмов в наладочном и автоматическом режимах обработки. В первом случае работа осуществляется нажатием и переключением соответствующих, переключателей и кнопок согласно указаниям руководства по эксплуатации станка. Когда электросхема станка переключена на автоматический режим, работы всех механизмов производятся в заданном цикле и автоматически от нажатия одной кнопки. В обоих режимах работы предусмотрено срабатывание блока защиты электрода-инструмента от токов короткого замыкания. При срабатывании этого блока происходит отключение источника питания и остановка электрода-инструмента.
Для автоматического переключения параметров процесса и поддержания их в процессе обработки в заданных пределах, а также для осуществления вертикального (рабочего) перемещения электрода-инструмента при наладке и в процессе обработки заготовок станок оснащен системой числового программного управления (ЧПУ). Такие системы функционируют по специально рассчитанной и заданной технологическим процессом
60
числовой программе. Программа обеспечивает ЭХО заготовок в непрерывном или импульсно-циклическом режимах. В случае непроизвольного изменения заданного значения какого-либо параметра обработки в непрерывном режиме система ЧПУ автоматически изменяет значение одного из параметров обработки, с тем чтобы не нарушались установленные технологическим процессом конечные результаты (технологические характеристики) ЭХО: производительность, точность и качество обработки. Например, в случае повышения в процессе работы температуры электролита, а следовательно, и его электропроводности, что снижает точность формообразования, система ЧПУ автоматически уменьшает напряжение на электродах. Благодаря этому не изменяется межэлектродный промежуток, а соответственно не снижается точность обработки.
Примененная в станке 4А423ФЦ система управления позволяет изменять какой-либо параметр обработки пропорционально отклонениям других параметров от их номинальных значений. Такую систему управления работой электрохимического станка называют адаптивной. Блоки этой системы смонтированы в отдельном шкафу, который входит в комплект станка. Пульт управления станка выносной и смонтирован на кронштейне справа от станины.
Если на станке модели 4422 обеспечивается погрешность размеров обрабатываемых поверхностей 0,1—0,3 мм (полостей), то на станке 4А423ФЦ полости обрабатывают с погрешностью 0,1 мм, а отверстия — 0,04 мм при шероховатости их поверхностей 7?а = 0,32 мкм.
Более мощным и производительным является аналогичный по назначению электрохимический копировальнопрошивочный станок модели 4424. Этот станок комплектуется ИП типа ВАК-12500/12 или ВАК-25000/12. Он обеспечивает погрешность размеров до ±0,1—0,3 мм при достижимой шероховатости обработанных поверхностей 7?а=0,32 мкм. Максимальная площадь обработки составляет 600 см2.
Плоскошлифовальный электрохимический «танок модели ЗЭ731 (рис. 2.7) предназначен для шлифования труднообрабатываемых сталей и сплавов, например твердосплавных пластин для режущих инструментов (резцов, Фрез и т. п.). В качестве электрода-инструмента использован токопроводящий алмазный круг. Заготовку закрепляют с помощью приспособлений на столе станка. При отключении источника питания станок можно использовать для механического Шлифования.
На станке 1 расположен стол 2 с возвратно-поступательным Перемещением в продольном направлении; привод стола — гидравлический, встроенный в станину. На станине установлена Колонна 3, по направляющим которой может перемещаться
61
шлифовальная головка 4, несущая алмазный круг. Вертикаль-1 ное перемещение головки производят вручную вращением маховика или автоматически гидроприводом. Последний обеспечивает рабочую подачу круга в пределах 0,05—0,002 мм за один двойной ход стола; ручное наладочное перемещение головки — 0,02 мм за один оборот маховика.
В нишах колонны смонтировано электрооборудование. Сзади станка расположены воздухоочистительный агрегат, система подачи электролита и центрифуга; они выполнены в виде единого агрегата. Справа от станка расположен гидроагрегат 7, а за ним — источник питания 6 с системой охлаждения его элементов.
На верхней.поверхности стола выполнены три Т-образных паза для крепления обрабатываемых заготовок или приспособлений. Рабочая зона закрыта защитным кожухом. Для удобства обслуживания кожух имеет окно с раздвижными створками из оргстекла; сверху кожух закрыт прозрачными щитами. В боковые стенки кожуха встроены патрубки 5 воздухоочистительного агрегата, который обеспечивает отсос из рабочей зоны паров электролита и газа.
Механизм реверсирования продольного перемещения стола смонтирован в станине и обеспечивает автоматическое изменение направления и перемещения стола в пределах рабочего хода. Рабочий ход устанавливают в зависимости от длины
62
шлифования с учетом выхода рабочей части круга из зоны обработки перестановкой в боковом пазу стола двух упоров.
Шлифовальная головка имеет корпус, перемещающийся в вертикальном направлении. В корпусе на опорах качения смонтирован электрически изолированный от корпуса шпиндель, несущий шлифовальный круг. На верхней части шпинделя расположено токосъемное устройство, связанное токопроводом с источником питания. Шпиндель вращается электродвигателем через ременную передачу. Шлифовальную головку можно развернуть в вертикальной плоскости (вправо); угол разворота контролируют по специально установленному на корпусе индикатору. Необходимость разворота шлифовальной головки на определенный угол, как правило, оговаривается технологической документацией. Зона, где расположен шлифовальный круг, закрыта кожухом, через который подается специальным устройством электролит в рабочую зону.
Станок оснащен приспособлениями для правки шлифовального круга и его чистки, синусными тисками и приспособлениями для балансировки круга. Все эти устройства — сменные и применяются по мере необходимости. Станок укомплектован специальным агрегатом для промывки его деталей и узлов от попавших на них во время работы брызг электролита, пыли и грязи. Этот агрегат удобен в эксплуатации; его можно использовать для обслуживания нескольких станков.
Наибольший рабочий ход стола 900 мм при скоростях его перемещения от 0,1 до 6 м/мин. Наружный диаметр чашечного шлифовального круга 250 мм, высота 25 мм, а частота вращения 2300 об/мин.
Станок электрохимический круглошлифовальный ЗЭ110М предназначен для формообразования наружных и внутренних цилиндрических, конических, а также торцовых поверхностей деталей типа тел вращения, изготовляемых из труднообрабатываемых сталей и сплавов. Станок работает в полуавтоматическом режиме; на нем можно выполнять наружное или внутреннее электрохимическое шлифование. Обработка производится токопроводящими абразивными или алмазными кругами прямого профиля при креплении заготовок в центрах или патроне. При отключенном источнике питания на станке выполняют абразивное шлифование без технологического тока.
Станок снабжен источником питания (ВАКР-320-18Х14), баком с электронасосом для подачи электролита в рабочую зону и резервуаром для его очистки и вентиляционным устройством для очистки воздуха от паров электролита.
В верхней части станины 1 станка (рис. 2.8) размещены направляющие, по которым перемещается стол 3 и шлифовальная бабка 7. На лицевой части станины расположены механизмы
63
7
8 9
10
Рис.2.8. Станок электрохимический круглошлифовальиый ЗЭ110М
ручного перемещения стола 2 и рукоятка 11 отвода и подвода шлифовальной бабки, кнопка толчковой подачи, рукоятки управления скоростью продольного перемещения стола.
Бабка 4 изделия может разворачиваться с помощью поворотного стола и промежуточной плиты (в горизонтальной плоскости) на 90° в сторону шлифовальной бабки. В шпинделе этой бабки устанавливается центр или патрон для крепления заготовок. Регулировка числа оборотов шпинделя (от 100 до 800 об/ мин) осуществляется бесступенчато. Токоподвод 5 от источника питания 10 к бабке осуществлен гибким кабелем.
Шлифовальная бабка 7 также имеет возможность разворота в сторону бабки 4 изделия и задней бабки 8, Она обеспечивает установку шлифовальных кругов для обработки наружных и внутренних поверхностей. Число оборотов шпинделя для внутреннего шлифования составляет 14 000 об/мин. Головка, несущая внутришлифовальный шпиндель с кругом, — откидная, что обеспечивает быструю переналадку станка. Токоподвод к бабке осуществлен токосъемным устройством 9, С помощью механизмов и гидравлического привода осуществляются наладочные поперечные перемещения шлифовальной бабки (к заготовке и от нее).
Задняя бабка имеет выдвижную пиноль с центром и механизмом крепления корпуса бабки к столу. Отвод пиноли вправо осуществляется рукояткой, а поджим к заготовке — пружиной.
Стол имеет механизм ручного продольного (наладочного) перемещения, гидравлический привод продольной (рабочей) по-64
Рис. 2.9. Электрохимический станок модели 3672 для заточки режущих инструментов
дачи в верхнюю поворотную часть (угол поворота ±10°). Точность разворота контролируется индикатором. Продольный ход стола 300 мм.
Рабочая зона станка закрыта кожухом 6 с открывающейся Дверцей. Для предотвращения вредного воздействия электролита на детали и узлы станка он оснащен моечным устройством, установленным, как и вентиляционное устройство, сзади станка. Промывка производится теплой, а затем горячей водой. Там же расположено оборудование для очистки, хранения и подачи электролита.
Станок обеспечивает погрешность размеров и формы 0,008 мм при шероховатости обрабатываемых поверхностей/?а=0,63 мкм; Длина шлифования до 180 мм.
Из числа серийно выпускаемых электрохимических станков Для заточки режущих инструментов с пластинами из твердого сплава наиболее распространен станок модели 3672 (рис. 2-9), Этот станок обеспечивает заточку кромок инструментов по задним и передним плоским поверхностям (фрез, зенкеров, Разверток и резцов). Станок гидрофицирован и работает в по-пуавтоматическом режиме; за один рабочий ход снимается весь Припуск при непрерывной вибрации стола с заготовкой. Заточку ^Ь’полняют токопроводящим алмазным кругом 3 чашечной Формы.
3 Зак. 476 65
По направляющим станины 1 перемещается гидравлическим приводом каретка 2, несущая колонну и шлифовальную головку. На плоскости передней части станины установлено основание стола с направляющими продольного перемещения. На левой боковой стенке задней части станины выполнено окно, закрытое крышкой. Окно предназначено для обслуживания механизмов.
Верхняя часть основания стола выполнена в виде корыта для сбора отработанного электролита, который затем по трубопроводам сливается в центрифугу, а из нее в бак. В полости основания стола смонтированы механизмы перемещения рабочих органов шлифовальной головки и стола с затачиваемым инструментом. На лицевой части основания стола расположены маховики ручного перемещения рабочих органов станка.
Стол состоит из двух частей: нижней, имеющей продольное перемещение по направляющим основания стола, и верхней, соединенной с нижней осью, расположенной в центре стола. Такое соединение позволяет развернуть верхнюю часть стола в горизонтальной плоскости на угол, соответствующий углу наклона затачиваемой поверхности инструмента (до 25° в каж-ду сторону). Крепится верхняя часть стола в нужном положении винтом-эксцентриком и двумя боковыми винтами. Угол поворота верхней части стола отмечают по двум шкалам грубого и точного отсчета, расположенным соответственно в центре и в левой части стола. Предварительный поворот верхней части стола производят вручную; при этом ее несколько приподнимают эксцентриком, а затем опускают. Точную наладку верхней части стола на заданный угол поворота производят специальной резьбовой парой, головка винта которой выведена на лицевую (левую) часть стола. Установку верхней части стола в исходное (нулевое) положение, когда базовая плоскость Т-образ-ного паза будет строго параллельна продольному ходу, производят этой же резьбовой парой и контрольным приспособлением с индикатором, которое входит в комплект станка.
Механизм подачи шлифовальной головки предназначен для поперечного перемещения ее вручную при наладке и автоматически в процессе заточки. Смонтирован механизм на основании стола. Перемещение головки на глубину врезания при наладке производят вращением маховика, расположенного на лицевой стороне станка. Автоматическое поперечное перемещение в процессе обработки осуществляется электродвигателем. Колонна со шлифованной головкой может перемещаться также вертикально при наладке станка. Для этого в основании стола смонтирован механизм, а на лицевой стороне станка имеется соответствующий маховик.
Шлифовальная головка имеет встроенный электродвигатель, вращение от которого передается полому шпинделю с закреН'
66
денным на нем шлифовальным кругом. Шпиндель выполнен из токопроводящего материала; он электрически изолирован от остальных деталей головки. Ток подводится к шпинделю гибким кабелем и токосъемником.
Электролит в рабочую зону от бака и электронасоса подводится через сопло; оно укреплено на кожухе шлифовального круга и может устанавливаться в различных положениях. Напор электролита регулируют поворотом крана.
Станок оснащен воздухоочистительным агрегатом, центрифугой, гидростанцией с необходимыми коммуникациями, плунжерным насосом и в отдельных случаях имеет моечный агрегат. Кроме того, в комплект станка входят необходимые приспособления и принадлежности, облегчающие наладку и эксплуатацию станка.
При диаметре шлифовального круга 150 мм и частоте его вращения 2850 об/мин достижимая шероховатость обработанных поверхностей составляет /?а=0,16 мкм.
Применяют на производстве и электрохимический заточный станок модели 3626Э. Он предназначен для заточки токарных, расточных и строгальных резцов с напаянными твердосплавными пластинами по передним поверхностям и формообразования стружколомающих канавок. Работа осуществляется в автоматическом цикле торцом алмазного токопроводящего круга чашечного профиля диаметром 150 мм. Частота вращения круга 2540 об/мин. Максимальный припуск, снимае-
Рис. 2.10. Станок для электрохимического удаления заусенцев н притупления острых кромок модели 4405
3*
67
мый за один цикл, 1,5 мм. Шероховатость обработанных пове^ ностей Ra=0,16-4-0,32 мкм.
Для заточки задних поверхностей указанных резцов предназначен станок модели ЗЕ624Э. Он также работает в полу-автоматическом режиме. Здесь применяют алмазный чашечный круг диаметром 200 мм; частота вращения круга 1950 об/мин. Остальные данные обработки аналогичны предыдущим.
Для удаления заусенцев, притупления острых кромок и калибрования отверстий неподвижным электродом-инструментом и снятия припуском до 1 мм предназначен электрохимический станок модели 4405 (рис. 2.10). Он представляет собой двухпинольный полуавтомат со станиной С-образной формы. Каждая пиноль 3, несущая электрод-инструмент, работает автономно и снабжена собственным источником питания. На станке можно обрабатывать заготовки в одном или одновременно в двух приспособлениях (по нескольку штук в каждом). В тумбе 1 размещены бак для электролита, ванны для промывки и пассивации деталей после обработки на станке и гидростанция. Бак станка выдвижной, что облегчает его заполнение и очистку.
На тумбе смонтирован неподвижный горизонтально расположенный стол, на котором закрепляют обрабатываемые заготовки, а в случае необходимости — электроды-инструментьц Если электроды-инструменты закреплены на пинолях станка, то их соединяют с отрицательным полюсом источника питания, а обрабатываемые заготовки — с положительным. Если электроды-инструменты расположены на столе станка, то их также соединяют с отрицательным полюсом источника питания; токо-подвод в этом случае осуществляется через стол станка. Таким образом, конструкция станка позволяет изменять расположение обрабатываемых заготовок и электродов-инструментов, т. е, закреплять заготовки и электроды-инструменты на столе или в пинолях.
Рабочая зона станка ограничена ванной; спереди ванна закрыта поднимающимся экраном 2 с прозрачными вставками для визуального наблюдения за обработкой. Для отсоса паров и газов из рабочей зоны станок с помощью патрубка 4 присоединяют к вентиляционной установке.
В корпусе головки 5 расположены два гидравлических цилиндра, осуществляющие наладочное и рабочее вертикальное перемещения пииоле?! и закрепляемых в них электродов-инструментов. В верхней части головки имеется пульт 6 управления с пусковой и сигнальной аппаратурой. На левой и правой боковых сторонах головки имеются рукоятки 7 ручного перемещения и устройства фиксации обеих пинолей.
Система подачи электролита предусматривает фильтраций его от остатков шлама с помощью фильтров грубой и тонкой 68
очистки. Этй фильтры смонтированы в столе станка. Дополнительная очистка электролита от продуктов анодного растворения про- -изводится при отстое его в баке в течение 0,5—1 ч. Для подогрева электролита применены теплообменники.
Аналогичны по назначению станки 4406 и 4407. Они имеют по одной пиноли с электрододержателями, но рассчитаны на применение многоместных приспособлений для базирования заготовок; приспособления имеют токоподводящие элементы, а также систему каналов для подвода в рабочую зону электролита.
Станки 4406 и 4407 однотипны по конструкции. Они
Рис. 2.11. Станок для электрохимического маркирования модели 4401 имеют траверсы, которые пере-
мещаются в вертикальном направлении с помощью двух пневмоцилиндров. Бак для электролита встроен в станину каждого станка. Имеются системы стабилизации температуры электролита и его очистки, а также предупреждения коротких замыканий. Станки комплектуются центрифугами ОМД-802К-4 и автоматическими моечными машинами АММ-2 и АММ-1 соответственно. Эти машины обеспечивают мойку обработанных деталей, обработку их в ортофосфорной кислоте, пассивацию и суш- * ку. Последнее производится обдувом теплым воздухом.
- Станки успешно применяют на машиностроительных заводах в условиях массового производства.
Универсальный электрохимический маркировочный станок модели 4401 (рис. 2.11) предназначен для нанесения различных обозначений на плоские поверхности деталей бестрафаретным способом. На каркасе 1 сварной конструкции жестко закреплен стол с пультом управления 2. В столе смонтирован источник питания, а на нем — подставка 3 с Т-образным пазом для размещения и при необходимости крепления маркируемой детали. В столе размещена также выдвижная ванночка 10 для электролита, а на столе закреплена головка 6. В ней на опорах скольжения перемещается в вертикальном направлении пиноль 5. В пиноли размещен электродо-Держатель 4 с закрепленным в ней электродом-инструментом 9. вертикальное (рабочее) перемещение электрододержателя
69
производится ручкой 8, крепление пиноли в нужном положении — рукояткой 7. На правой боковой стенке стола смонтирован разъем для подключения выносного (ручного) приспособления, которым производят маркирование, например, крупногабаритных деталей, не умещающихся на столе станка. В каркасе имеется ниша с полками для хранения приспосрблений и инструментов.
На пульте управления размещены две сигнальные лампочки подключения станка к сети и включения питания, тумблер включения питания от сети, тумблер для ступенчатого изменения напряжения, переключатель выдержки времени маркирования на 10 положений (от 1 до' 10 с) и кнопка включения цикла. Выключение питания производится автоматически по истечении .заданного положением переключателя времени маркирования. Станок питается от сети переменного тока напряжением 220 В.
Для правильного расположения маркируемых обозначений на детали на стол станка устанавливают приспособление; после «ориентации детали относительно зажатого в электрододержате-ле инструмента приспособление крепят двумя болтами к столу. В зависимости от площади маркирования устанавливают время выполнения операции.
Дозу заранее приготовленного и профильтрованного электролита нужного состава заливают в ванночку станка. Закрепляют в электрододержателе инструмент и регулируют положение пиноли так, чтобы рабочий торец электрода-инструмента был выше плоскости детали, на которую наносят маркировку, на 5—6 мм. Проверяют перемещение электрододержателя и крепят пиноль. После проверки правильности и надежности заземления станка необходимо установить тумблер «Сеть» в положение «Включено»; при этом должна загореться сигнальная лампочка с колпачком зеленого цвета. Тумблер изменения напряжения на электродах устанавливают в нужное положение. Размещают в приспособлении маркируемую деталь и при необходимости крепят ее.
Электролит наносят кисточкой на плоскость детали, где должна быть сделана маркировка. Ручкой электрододержателя опускают электрод-инструмент до соприкосновения его рабочего торца с плоскостью детали и, удерживая его в таком положении, нажимают на кнопку включения цикла. При этом загорается лампочка с колпачком красного цвета и в течение заданного времени наносится маркировка. После этого процесс автоматически прекращается, о чем сигнализирует погасшая сигнальная лампочка с колпачком красного цвета. Затем отпускают ручку электрододержателя и он под действием пружины возвращается в исходное (верхнее) положение.
Качество маркировки проверяют визуально. При этом необходимо следить, чтобы все ее элементы имели четкие очертания
70
и нужную (по чертежу) глубину. После маркирования деталь промывают теплой проточной водой и пассивируют.
На станке можно одновременно наносить однозначное или многозначные обозначения.
2.3. Специализированные станки
Электрохимические станки этого типа предназначены для обработки деталей определенной формы и размеров, как правило, в условиях серийного и массового производства. Наиболее распространены специализированные станки для электрохимического формообразования профильной (рабочей) и хвостовой частей турбинных лопаток глубоких прямолинейных и криволинейных отверстий небольшого диаметра, электрохимического шлифования, снятия заусенцев и притупления острых кромок.
Специализированный станок модели МЭ-77 (рис. 2.12) предназначен для электрохимического формообразования рабочей части турбинных лопаток и других аналогичных профильных элементов деталей длиной до 250 мм, изготовляемых из труднообрабатываемых металлов. Станок выполнен по схеме с двумя горизонтально перемещающимися электродами-инструментами, т. е. обеспёчивает обработку одновременно двух противоположных поверхностей' заготовки. Перемещения электродов-инструментов независимые и осуществляются гидравлической системой. Последняя обеспечивает также закрепление в приспособлении обрабатываемой заготовки и одновременное крепление токопроводов.
В средней части станины 5 расположена рабочая камера 4 с открывающейся крышкой <?. Для предупреждения разбрызги-
Рис. 2.12. Специализированный стаиок МЭ-77 для электрохимического формообразования заготовок турбинных лопаток
71
вания электролита крышка камеры закрывается клиновыми зажимами, которые приводятся в действие также от гидравлической системы станка.
Часть гидравлической аппаратуры смонтирована в станине, а часть— на верхней ее плите, т. е. справа и слева от рабочей камеры. Нижняя часть станины является резервуаром для масла, обеспечивающего работу гидросистем. Для доступа к механизмам станка при необходимости их ремонта или наладки имеются справа и слева от рабочей камеры откидывающиеся дверцы; верхние крышки также откидные.
На дне рабочей камеры имеются базовые опоры, на которых расположены два цилиндрических фиксатора. На эти опоры и фиксаторы установлено приспособление для крепления обрабатываемых заготовок. Само приспособление закреплено на опорах винтами. Через дно камеры осуществляется подвод масла к гидроцилиндрам приспособления и подача электролита в зону обработки. Электролит сливается через отверстия в верхней плите станины. Токоподвод к заготовке выполнен в виде двух гибких шин; токоподвод к электродам-инструментам аналогичный. Все шины выведены к задней стенке камеры и через отверстия в ней подсоединены к источнику питания. Шины к электродам-инструментам прикреплены стационарно. К заготовке токоподводы крепятся с помощью гидравлики. Токоподводы заготовки охлаждаются водой, циркулирующей в их полостях.
Крышка камеры открывается и закрывается вручную ручкой 2. В станке предусмотрена блокировка, предотвращающая включение станка при открытой крышке камеры. На лицевой части рабочей камеры расположен пульт 1 управления механизмами станка.
К одной из базовых опор приспособления, на которые устанавливают заготовку, подводится провод для съема электрического сигнала, свидетельствующего о касании электродов-инструментов обрабатываемых поверхностей! заготовки в любой точке. При установке заготовки в приспособление необходимо следить за исправностью этого провода и обеспечить его контакт с заготовкой.
Для настройки исходного положения электродов-инструментов на гидроцилиндрах, осуществляющих их перемещение, смонтированы специальные механизмы с индикаторами; по их пока-. заниям следят также за перемещением электродов-инструментов. Система автоматики станка позволяет управлять рабочей подачей электродов инструментов посредством датчиков и следящей системы. Датчики автоматически корректируют меж-электродный промежуток.
На станке обрабатывают турбинные лопатки с погрешностью размеров 0,15 мм и производительностью 4—10 лопаток в час в зависимости от припуска на обрабатываемые поверхности^ 72
Рис. 2.13. Специализированный станок ЛШ-138 для электрохимического шлифования профиля хвостовой части заготовок турбинных лопаток
Специализированный полуавтомат модели. ЛШ-138 (рис. 2.13) предназначен для электрохимического шлифования профиля замка и плоскостей хвостовой части заготовок турбинных лопаток, изготовляемых из жаропрочных сплавов. Операцию выполняют токопроводящими абразивными кругами на металлической связке, рабочая часть (периферия) которых копирует профиль обрабатываемых поверхностей заготовки. На панели 2 станины 1 станка расположены органы управления вертикальной автоматической подачей шлифовального круга 3 при правке и установкой жесткого упора, лимб вертикальной подачи круга, рукоятка ручного перемещения и рукоятка толчковой вертикальной подачи круга. В верхней части станины находится наладочный пульт 4 с кнопками управления работой соответствующих механизмов и рабочий пульт 6. На последнем имеются кнопки управления работой всех механизмов станка в автоматическом цикле, а также приборы контроля установленных режимов обработки. На панели 5 размещены маховик Ручной поперечной подачи шлифовальной бабки, лимб этой по-Дачи, рукоятка реверса этого движения и соответствующие Упоры.
Компоновка станка аналогична компоновке серийных плос-кощлифовальных станков. Особенностью его является наличие т°коподводов к шпинделю шлифовальной бабки и приспособлениям для крепления обрабатываемых заготовок, которые уста
73
новлены на столе, имеющем продольное возвратно-поступатель-, ное перемещение. Стол имеет кожух, предотвращающий разбрызгивание охлаждающей жидкости — электролита. За станиной станка расположены два электрошкафа управления работой электрооборудования, источник питания (тип ВАКГ-1600-12У4), оборудование для сбора, очистки и подачи электролита и другое вспомогательное оборудование.
На станине станка расположен стол, который перемещается по направляющим качения. Сзади на тумбе станины укреплена колонна с вертикально расположенными направляющими, в которых перемещается каретка, несущая шлифовальную бабку. Каретка имеет вертикальное и горизонтальное перемещение.
На столе станка кроме приспособлений для крепления заготовок устанавливается механизм для правки шлифовального круга. Вращение правящего алмазного ролика осуществляется от самостоятельного электродвигателя, смонтированного в этом механизме. Здесь же расположено приспособление для очистки режущей поверхности шлифовального круга от засаливания, что производят после правки его алмазным роликом с помощью специальной пластины. Последняя крепится в самостоятельном приспособлении, расположенном на столе станка. При очистке от засаливания шлифовального круга производят шлифование этой пластины в режиме обратной полярности, когда положи-.тельный полюс источника питания подключают к шлифовальному кругу, а отрицательный — к шлифуемой пластине. Под воздействием технологического тока и электролита при шлифовании пластины происходит размягчение и растворение связки шлифовального круга на его рабочей поверхности; зерна на последней оголяются и он приобретает присущую ему режущую способность.
Шлифовальная бабка имеет поперечное перемещение по направляющим каретки. Она снабжена автономным электродвигателем и токоподводом от источника питания.
Станок обеспечивает производительность до 1500 мм3/мин при наибольшей длине обрабатываемых заготовок 630 мм и окружной скорости врашения шлифовального круга 34 м/с (диаметр круга 450 мм).
Специализированный станок модели ЛЭ-228 создан на базе серийного круглошлифовального станка и предназначен для электрохимического шлифования наружных цилиндрических и конических поверхностей деталей типа тел вращения. Конструкция модернизированного электрохимического станка (рис. 2.14) отличается от базового дополнительными деталями и узлами, осуществляющими подвод к токопроводящему шлифовальному кругу и шлифуемо?! заготовке электрического тока. Станок укомплектован источником питания, специальными насосно-фильтрующей и вентиляционной установками.
74 J
° о % О °
Рис. 2.14. Станок для электрохимического круглого шлифования ЛЭ-228
На станине 1 расположены нижний 2 и верхний 3 столы. Первый перемещается при работе в продольном направлении по направляющим станины, а второй может устанавливаться под нужным углом в плане посредством резьбовой пары, что необходимо при обработке конических поверхностей. Верхний стол к нижнему после такой настройки крепится прижимами. Один из прижимов имеет шкалу и индикаторное устройство для контроля угла поворота верхнего стола. Кроме гидравлического механизма продольной (рабочей) подачи нижний стол снабжен механизмом ручного наладочного перемещения. На этом столе расположены упоры для установки его рабочего хода. Столы соединены деталями из диэлектрических материалов.
В средней части станины расположена шлифовальная бабка 5, несущая шлифовальный круг 6. Последний вращается от самостоятельного электродвигателя, смонтированного в корпусе бабки 5, посредством ременной передачи. Выступающая из Корпуса бабки 5 часть шпинделя имеет конус с резьбовым окончанием и шпонкой для установки и крепления оправки с заранее смонтированным и выверенным на ней шлифовальным кругом; шпонка передает крутящий момент кругу. Для подвода Электрического тока к шлифовальному кругу на нем имеется токосъемное устройство, закрытое кожухом. Шпиндель электрически изолирован от остальных деталей шлифовальной бабки. К кожуху шлифовального круга, смонтированному на этой бабке, крепят при необходимости державку дополнительного като-Да, который подводят к шлифуемой поверхности заготовки. Бабка 5 вместе со шлифовальным кругом может перемещаться
75
специальным механизмом перпендикулярно оси шлифуемой I заготовки на глубину врезания. ' 1
Передняя бабка 4 служит для закрепления и вращения за- | готовки с одновременной подачей на нее электрического тока 1 от источника питания. В корпусе передней бабки жестко укреплен шпиндель с центром для установки заготовки; на левом торце шпинделя смонтирован токоподвод. Вращается заготовка поводком, соединенным с вращающимся от самостоятельного электродвигателя фланцем. В этом устройстве применен электродвигатель с бесступенчатым регулированием частоты вращения. Аппаратура регулирования расположена на лицевой сто-~роне корпуса бабки 4. Частота вращения заготовки может изменяться от 63 до 400 об/мин.
Задняя бабка 7 также смонтирована на верхнем столе и предназначена для закрепления заготовки в заднем центре. Она имеет механизм отвода пиноли (вручную или с помощью гидравлики) и может перемещаться в продольном направлении на нужное расстояние к передней бабке. Поджимается задний центр к заготовке пружиной.
Все большее распространение получают электрохимические станки для отделочных операций, в том числе электрохимического суперфиниширования и хонингования.
Станок модели 3871БЭ предназначен для обработки -наружных цилиндрических поверхностей. Электрохимическое суперфиниширование производится абразивными брусками на металлической связке в полуавтоматическом или наладочном режимах:
Наибольший диаметр обрабатываемых на этом станке заготовок 280 мм, а длина — 710 мм. Частота вращения шпинделя передней бабки 30—960 об/мин. Усилие прижима бруска к обрабатываемой поверхности до 87 Н. Рабочее напряжение составляет 2—24 В, а сила тока — 630 А. Достижимая шероховатость обрабатываемых поверхностей /?а=0,04 мкм при исходной их шероховатости /?а = 2,5 мкм. Отклонение от круглости этих поверхностей не превышает 1,6 мкм.
Современным для электрохимического хонингования является станок модели 3822Э. На нем обрабатываются отверстия круглой формы диаметром от 20 до 80 мм и длиной до 130 мм в полуавтоматическом режиме. Достижимая шероховатость и ко-йусность до 0,01 мм. Напряжение технологического тока источника питания этого станка 24 В; сила тока— 1500 А.
Специализированный станок модели ЛЭ-142 (рис. 2.15) предназначен для электрохимического удаления заусенцев с мелких токопроводящих, как правило, штампованных деталей типа пластин, лепестков, шайб, колпачков и т. п. В станине 9 смонтирован источник питания; на ней расположен корпус 8. В переднем отсеке корпуса находится рабочая зона.
76
Рис. 2.15. Специализированный станок модели ЛЭ-142 для электрохимического удаления заусенцев с мелких деталей
Низ этого отсека имеет сетку, через которую отработанный электролит сливается в бак. При работе станка рабочая зона закрыта щитком. Через донную часть рабочей зоны проходит наклонный лоток 5, по которому обработанные детали из барабана-катода 6 поступают в разделительное устройство 1. Над рабочей зоной имеется фланец для подключения станка к вентиляционной системе.
- Справа от рабочей зоны корпуса расположен отсек для электрооборудования с пультом 7 управления. На последнем смонтирована пусковая и сигнальная аппаратура, а также контрольный амперметр. В заднем отсеке корпуса размещены привод вращения барабана-катода, электронасос для подачи электролита и выпрямитель. Шпиндель привода, вращающийся в опорах скольжения, несет на себе барабан-катод, в котором обрабатываются детали. Через шпиндель с помощью щеточного устройства электролитический ток подается на корпус барабана-катода. В центре последнего размещен стальной стержень, подключенный к положительному полюсу источника питания.
Станок комплектуют барабанами нескольких типов; применение каждого из них обусловлено конструкцией обрабатываемых деталей и спецификой выполняемых операций. Так, для скругления острых кромок используют барабан-катод шестигранной Формы, а для удаления заусенцев — Цилиндрический. Для односменной обработки деталей различной формы и размеров
77
г
применяют специальный барабан-катод с кассетами из листового винипласта.
В качестве абразивного материала используют фарфоровые шары, которые вместе с обрабатываемыми деталями загружают в барабан-катод станка. Закрывают щиток рабочей зоны, включают привод вращения барабана-катода, насос и источник питания и обрабатывают детали в течение заданного времени. Затем выключают источник питания станка, подачу электролита и привод барабана-катода, открывают крышку последнего и, вращая его, ссыпают детали и шары на наклонный лоток. Стальные детали отделяют от шаров приспособлением с магнитными кольцами. Детали из немагнитных материалов и шары пропускают через разделительное устройство. Оно имеет электродвигатель, вращающий два валика. Между валиками установлен барабан 2 с отверстиями, в который по наклонному лотку попадают обработанные детали и шары. При вращении этого барабана шары через отверстия в его стенках высыпаются в поддон 10 устройства, а детали остаются в барабане. Для промывки деталей в барабан подают воду через специальное устройство 3 с краном. Вращение и остановку валиков и барабана производят кнопкой, расположенной на пульте управления 4. При необходимости детали после промывки пассив!ируют, для чего в разделительном устройстве имеется ванна с соответствующим раствором.
Система подачи в барабан-катод электролита включает кроме бака электронасос и теплообменник для охлаждения. При необходимости приготовления электролита компоненты его растворяют в специально установленном над баком сите, через которое прокачивают воду. При этом происходит растворение химикатов и заполнение бака до указанного на нем уровня.
При замене барабана-катода необходимо следить за тем, чтобы корпус его с вращающимися при работе деталями привода был соединен надежно.
Специализированный электрохимический а в-томат модели ЭЗ-93 предназначен для удаления заусенцев и притупления острых кромок деталей (на шлицевых и шпоночных пазах, радиальных и осевых отверстиях, зубчатых колес, дисков и т. п.). Автомат может встраиваться в автоматические линии и работать с загрузкой заготовок от манипулятора или с ручной загрузкой. Станок комплектуется источником питания (ВАКГ-3200-6/12), электрошкафом, центрифугой, баком для электролита, баком для гидропривода и моечной машиной. Последняя обеспечивает промывку, пассивацию и сушку обработанных деталей.
Диаметры обрабатываемых деталей от 50 до 200 мм; высота—от 10 до 100 мм. Время обработки — от 15 до 60 с.
' 78
2.4. Источники питания
Общая характеристика. В качестве источников питания (ИП) электрохимических станков используют преобразователи переменного электрического тока в постоянный, необходимый для осуществления процесса ЭХО. Несмотря на низкое применяемое при ЭХО напряжение (как правило, до 25 В), источники питания работают при значительных токовых нагрузках.
В зависимости от особенностей процессов ЭХО применяют ИП, вырабатывающие электрическое напряжение однополярное постоянное, постоянное с изменяющейся полярностью и постоянное одцополярное импульсное. Первую форму напряжения (рис. 2.16, а) применяют для выполнения большинства процессов ЭХО, так как она обеспечивает наибольшую производительность. В этом случае постоянное напряжение, вырабатываемое ИП в течение времени т, несколько колеблется от Ui до U2, т. е. пульсирует в небольших пределах.
Вторая форма напряжения (рис. 2.16,6) отличается от предыдущей тем, что через-определенный промежуток времени изменяется полярность с положительной на отрицательную. В этом случае образуется небольшая пульсация постоянного напряжения при каждой полярности. ИП с такой формой электрического напряжения используют, например, при электрохимическом травлении и электрохимическом шлифовании.
На рис. 2.16,в изображена графическая характеристика напряжения, отличающаяся от первых двух форм тем, что в течение определенного времени подача напряжения на электроды прерывается, т. е. форма напряжения импульсная. Такие ИП применяют наиболее часто при электрохим1ическом формообразовании.
Уменьшение пульсации положительно сказывается на производительности ЭХО. Поэтому для большинства процессов ЭХО используют ИП, вырабатывающие электрическое напряжение с наименьшей пульсацией. Этому требованию в большей мере отвечают электромеханические (маининные) ИП. Их выполняют по схеме двигатель — генератор, т. е. такие ИП выраба-
Рис. 2.16. Формы напряжений, вырабатываемые источниками питания электрохимических станков
79
Рис. 2.17. Блок-схемы статических преобразователей
тывают постоянное напряжение с помощью генератора, который работает от электродвигателя переменного тока. Наряду с указанным достоинством — наименьшей пульсацией — электромеханические ИП имеют недостатки: шум, вибрации, низкий КПД. Указанных недостатков нет у так называемых ст а т и ч е-ских преобразователей переменного напряжения от электрической сети в постоянное. Статическими называют -преобразователи,
выпрямляющие переменное напряжение с помощью полупроводниковых приборов, а не с помощью генератора.
Технологические характеристики ЭХО .(точность, производительность и качество обработанной поверхности) во многом определяются такими показателями ИП, как плавное регулирование тока и напряжения, поддержание этих параметров в процессе обработки неизменными, возможность быстрого отключения ИП от электрической сети в аварийных случаях, например при коротком замыкании. Эти показатели обеспечиваются в ИП, собранных по двум принципиально отличающимся блок-схемам. При первой блок-схеме напряжение электрической сети вначале понижается трансформатором, азатем выпрямляется и регулируется, а во второй блок-схеме напряжение электрической сети вначале стабилизируется и регулируется, а затем понижается и преобразуется (рис. 2.17).
Подводимое напряжение электрической сети 380 В (рис. 2.17,а) вначале понижается трансформатором 1 до 24 В, а затем блоком 2 одновременно с выпрямлением регулируется в пределах 24—3 В. Выпрямленное напряжение подводится к электроду-инструменту 3 и обрабатываемой заготовке 4.
В современных статических преобразователях главными элементами блока 2 являются полупроводниковые приборы — тиристоры. Особенностью этих приборов является их способность пропускать электрический ток лишь при одной полярности. При этом электрический ток можно регулировать, подавая на специальный вывод тиристора управляющее напряжение от другого маломощного источника. По этой схеме выполнены источники типа ВАК — выпрямительный агрегат кремниевый. В зависимости от схемы соединения тиристоры источников этого типа могут вырабатывать любую форму электрического направо
жения (см, рис. 2,16). ИП, позволяющие получать постоянное напряжение с изменяющейся полярностью (см. рис. 2.16,6), называют реверсивными. Их обозначают ВАКР — выпрямительный агрегат кремниевый реверсивный.
По этой же схеме выполнены современные тиристорные однополярные выпрямительные агрегаты типов: ТЕ —с естественным охлаждением тиристоров, ТВ — с водяным охлаждением тиристоров. ТЕР — тиристорные реверсивные с естественным охлаждением, ТВР — то же, с водяным охлаждением и ТВИ — тиристорные импульсные. Они снабжают электрохимическое оборудование током выпрямленного напряжения 12—115 В при силе тока от ЮО до 3150 А. Агрегаты имеют три вида автоматической стабилизации: выпрямленного тока, выпрямленного напряжения и плотности тока. Они выполняются с необходимыми блокировками и световой сигнализацией; имеют возможность ручного регулирования тока и напряжения.
ИП типов ВАК и ВАКР (табл. 2.2) могут работать на двух режимах в зависимости от схемы соединения обмоток трансформатора 1 (см. рис. 2.17,а). При работе в первом режиме такие ИП обеспечивают стабилизацию электрического тока; при работе во втором режиме — стабилизацию его напряжения. Первый режим работы ИП характерен для процессов ЭХО с неподвижными электродами-инструментами, когда стабилиза
ция электрического тока с увеличением межэлектродного про межутка не уменьшает про- -- ?
изводительность. Для процессов ЭХО с подвижными электродами - инструментами источник питания работает по второму режиму. В этом случае стабилизация электрического напряжения обеспечивает более высокую точность обработки.
Источники питания типа ИПТУ, т. е. источники питания тиристорного управления, выполняют по блок-схеме, приведенной на рйе. 2.17, б. Отличие данной блок-схемы от предыдущей заключается в том, что управление ИП, т. е. стабилизация и регулирование электрического тока и напряже-Нйя, а также аварийное отключение, осуществляется
Рис. 2.18. Источник питания типа ВАК-630-24У4
81
2.2. Основные технические характеристики источников питания станков для ЭХО
82
специальным блоком 5, включенным в электрическую цепь перед понижающим трансформатором 1, а преобразование пониженного переменного напряжения в постоянное производится блоком 2. Последний состоит нз полупроводниковых приборов — вентилей. Эти приборы, так же как и тиристоры, пропускают ток одной полярности, но в отлнчне от тиристоров не обладают способностью регулировать электрическое напряжение. Такне ИП имеют специальный блок — короткозамыкатель 6, служащий для защиты электродов-инструментов от оплавления, что может произойти при контакте их с поверхностью заготовки в процессе обработки.
Конструктивные особенности. Конструктивно источники питания просты. Они выполнены в виде одного или нескольких шкафов с одной или несколькими открывающимися дверцами или со съемными щитами. ИП типа ВАК, вырабатывающий электрический ток до 1600 А, смонтирован в одном шкафу; более мощные источники питания этого типа состоят из двух шкафов и более.
Источник питания ВАК-630-24У4 состоит нз одного шкафа-корпуса с открывающейся дверцей 5 (рис. 2.18). В корпусе размещены понижающий трансформатор, блок выпрямления тока и блок управления работой ИП. В верхней части корпуса расположен пульт, на котором находятся вольтметр 1 и ампера метр 3, а также кнопки включения и выключения ИП. На пульте имеются сигнальные лампочки, информирующие о включении и аварийном выключении ИП, потенциометры, посредством которых регулируют напряжение и силу тока. Переключением тумблера устанавливают способ (ручной или автоматический) стабилизации напряжения и силы тока.
В верхней части корпуса имеется отверстие 2, обеспечивающее доступ воздуха для охлаждения трансформатора и выпрямительных элементов ИП. Циркулируется воздух в шкафу вентилятором, расположенным внутри корпуса. На боковой стороне корпуса имеются две клеммы 4 положительного и отрицательного полюсов. К этим клеммам присоединяют шины-токоподводы, соединяющие источник питания с токопроводами станков.
Электроснабжение многих ИП осуществляют через отверстия 8 дне корпуса. Здесь же расположен крепежный болт для присоединения ИП к цеховому контуру заземления.
ИП типа ВАК предназначены для питания электромеханических станков током более 1600 А и. как правило, имеют многокорпусную конструкцию. В отдельных шкафах размещены Трансформатор, выпрямители и системы управления.
ИП типа ИПТУ независимо от их мощности имеют шкаф, 8 котором расположены трансформатор, выпрямитель, тиристор-регулятор напряжения, короткозамыкатель и блоки управ-
83
Рис. 2.19. Конструкция гибкого токоподводас охлаждением проточной водой:
1 — наконечник, 2 — штуцер подвода или отвода воды, 3 — хомутик крепления шланга, 4 — кабель, 5 — резиновый шланг
ления. Контрольная, измерительная и сигнальная аппаратура, а также элементы уп-равления размещены на пульте.
Охлаждение трансформаторов и полупроводниковых приборов (вентилей и тиристоров) может быть естественное или принудительное воздухом, водой или маслом, а также комбинирован
ное. Для подвода и отвода воды в нижней части корпуса ИП
имеются штуцера.
Токоподводы. Для подвода электрического тока от ИП к элементам станка и заготовкам применяют токоподводы, которые должны обеспечивать минимальные потери электроэнергии, быть стойкими к воздействию паров электролитов и обеспечивать безопасность эксплуатации. Особое внимание при обеспечении этих требований придается выбору конструкции и материала токоподводов, а также надежности их соединения с ИП и станком. При этом учитывают, что токоподводы в процессе эксплуатации нагреваются; превышение температуры их нагрева (свыше 40—50°С) вызывает дополнительный нагрев электролита и элементов станка.
В качестве материалов для токоподводов наиболее часто применяют медь, латунь и алюминий. Токоподводы выполняют в виде проводов, кабелей и шин прямоугольного сечения, расположенных на высоте, превышающей 2 м. Для передачи токов свыше 5000 А используют водоохлаждаемые токоподводы (рис. 2.19), выполненные из проводов марки МГГ, смонтированных в резиновых шлангах; в полости шлангов циркулирует охлаждающая вода. Чаще такие токоподводы используют для подачи электрического тока в пределах станка. При значительной длине таких токоподводов резко возрастают электрические потери.
На рис. 2.20 приведены конструкции некоторых соединений неразъемных и разъемных токоподводов. Неразъемные соедине-ния токоподводов более надежны; их выполняют сваркой (рис. 2.20,а) или пайкой (рис. 2.20,6). Однако такие соединения нельзя быстро заменить, смонтировать и демонтировать. В этом отношении более удобны разъемные соединения (рис. 2.20,в, ?)
Особенности, эксплуатации. От правильной эксплуатации ИП во многом зависят производительность, качество и точность ЭХО-Правила и порядок эксплуатации ИП подробно излагак>тсй
84
Рис. 2.20. Неразъемные (а, б) и разъемные (в, г) соединения «жестких» токоподводов:
/ — шина прямоугольного сечения. 2 — пластина, 3 — кабель, 4 — оплетка кабеля, 5 — заливка из смолы, 6 — токоподвод круглого сечения
в технических описаниях и инструкциях по их эксплуатации. Прежде чем приступить к эксплуатации станка для ЭХО, необходимо тщательно изучить эти документы и работать с ИП в стро-
гом соответствии с их указаниями.
Для предотвращения поражения электрическим током необходимо выполнять измерение электрической изоляции токоведу-Щих частей относительно корпуса и устранять замеченные неисправности. Перед началом работы с ИП необходимо проверить исправность его заземления и в случае обнаружения-п°иреждений сообщить об этом мастеру или бригадиру.
При подготовке ИП к работе необходимо проверить исправность и надежность крепления токоподводяших проводов, кабе-вей и шин; подтянуть при необходимости болты и гайки крепле-Н11я- Проверить у ИП с водяным охлаждением надежность кРепления на штуцерах водопроводящих шлангов и при необходимости устранить обнаруженные недостатки. Отрегулировать кРаном напор воды в соответствии с указаниями руководства эксплуатации. При недостаточном напоре воды не срабаты-ает соответствующая блокировка. Заключительным этапом подковки ИП к работе является его включение в электрическую еть и установка нужного напряжения на электродах.
85
При нарушении установленных технологических режимов обработки ИП отключается. В этих случаях нельзя самостоятельно ремонтировать или устранять неисправности; необходимо отключить ИП от электрической сети и сообщить о слу. чившемся мастеру, бригадиру или дежурному электрику.
2.5. Вспомогательное оборудование
Вспомогательное оборудование обеспечивает сбор, хранение и очистку электролита, подачу его в рабочую зону станка и выполнение ряда других функций.
Баки. Баки для хранения и приготовления электролита изготовляют различной вместимости в зависимости от числа обслуживаемых станков и других производственных условий из нержавеющей стали или диэлектрических материалов, стойких К кислотам и солям. Баки вместимостью до 1000 л обычно односекционные, а большей вместимости — двухсекционные. Часто такие баки обслуживают несколько электрохимических станков.
В баках вместимостью до 1000 л рабочая температура электролита стабилизируется за счет естественного теплообмена через их стенки или змеевики, через которые циркулирует холодная или горячая вода. Охлаждение хранящегося в баке электролита необходимо в случае перегрева его выше допустимой рабочей температуры, а подогрев электролита, например в начале смены, необходим из-за охлаждения его при длительных перерывах в работе. Баки большой вместимости оснащают теплообменниками, расположенными снаружи их корпусов.
На рис. 2.21 изображена конструкция бака для хранения электролита. В баке предусмотрен змеевик 3, охлаждающий или подогревающий электролит. В нижней части корпуса /, закрепленного на подставке 2, имеется воронка для сбора шлама.. Штуцера для подачи и слива воды расположены в верхней части корпуса, а штуцер 4 для слива электролита в другу10 тару — внизу. Вместимость такого бака 6 м3.
Устройство бака для приготовления электролита изображено на рис. 2.22. Бак имеет наружный 2 и внутренний корпуса, между которыми засыпают нужное количество растворяемого вещества. По штуцеру 7 в эту полость через фильтр ' подается вода, растворяющая соль. По штуцеру 1 в полость, где производится растворение, поступает под небольшим давле' ' кием сжатый воздух, способствующий перемешиванию растворяемого вещества. Патрубок-воздухоподвод 4 проходит по всем) периметру внутреннего корпуса. Когда уровень раствора достиг' нет торца внутреннего корпуса, он сливается в его полость чер^ фильтр; по штуцеру 8 электролит подается в тару. Наружно' корпус установлен на подставке 6.
Баки для хранения и приготовления электролитов необхоД
86
Рис. 2.21. Бак для хранения электролита
Рис. 2.22. Бак для приготовления электролита
мо периодически, не реже одного раза в месяц при односменной работе, чистить, промывать горячей водой и сушить теплым паром. При чистке баков необходимо проверять надежность 11 исправность соединений штуцеров со шлангами и трубопроводами, по которым к баку подводится вода или воздух и сли-
вается электролит.
Ванны. Станки для ЭХО комплектуют также ваннами для промывки обработанных деталей холодной или горячей водой, Для пассивации, а также консервации их маслом или другими составами. Нередко ванны для промывки деталей оснащают душевыми устройствами и механическими приспособлениями, ко-торые ускоряют или улучшают очистку деталей, особенно ® труднодоступных местах, например во внутренних полостях. °анны такого назначения имеют встроенные теплообменники.
Насосы. Их применяют для подачи электролита в рабочую 3°ну. В большинстве случаев используют центробежные насосы, к°торые надежны в работе и производительны (табл. 2.3).
Насосы для подачи электролита состоят из электродвигателя 4 соосно скрепленного с ним заборного устройства, содержащего крыльчатку или лопасти. Устройство имеет заборный и выходной атРубки, через которые электролит соответственно засасывает-
87
2.3. Технические характеристики насосов для подачи электролита при ЭХО
Тип насоса —Производительность, м3/ч Напор полный, кПа Потребляемая мощность, кВт Габаритные размеры, мм
ХБ-45'165 45 1650 55 650X680X10000
ХБ-20'190 • 20 1900 40 655X700X1820
НЦВ-40'80 40 800 19 560x770X950
НЦВ-40'20. 40 200 . 4,5 450X455X620
2Х-9Е-1 12—29 200-140 5,5 405X490X1830
ЗХ-9Е-1 29—60 350—260 10 425X540X1250
ся и подается по трубопроводам в станок с требуемым напором. Для контроля давления электролита на обеих ветвях (заборной и выходной) установлены манометры. Монтируют насосы обычно на баках; реже их встраивают в трассу трубопроводов, соединяющих устройство для хранения электролита или его очистки со станком.
Заборное устройство и трубопроводы насосав выполнены из нержавеющих сталей. Однако применяют и насосы, у которых детали, контактирующие в процессе работы с электролитами, выполнены из чугуна. Срок эксплуатации таких насосов меньше, чем насосов из нержавеющих сталей; для увеличения его необходимо, чтобы заборное устройство насосов постоянно было заполнено электролитом.
В процессе эксплуатации необходимо следить за исправностью уплотнительных сальников и соединений патрубков с трубопроводами. Для улучшения герметичности соединений в местах уплотнения практикуется делать дополнительную набивку из уплотняющих материалов.
Оборудование для очистки электролита. Для очистки электролитов в различных производственных условиях используют центрифуги, фильтрующие и флотационные устройства, а также отстойники.
Центрифуга (рис. 2,231 имеет цилиндрический корпус 2, установленный на шаровых опорах 6. В корпусе расположен барабан с ротором, вращающийся от электродвигателя 1; ротор барабана при этом неподвижен. Отработанный электролит поступает через патрубок 4 на крышке В полость барабана, где иоД действием центробежных сил
4
Рис. 2.23. Центрифуга для очистки • электролита от шлама
88
2.4. Технические характеристики современных центрифуг
Характеристика , Тип центрифуги
ОМД-8 02Н-1 ОГШ-352К-1 ОГШ-202К-2
Производительность, л/ч Эффективность очистки, % Мощность привода, кВт Габаритные размеры, мм 80—1000 80—90 4,4 1630X1240X Х1080 1800—2000 80—90 7,5 1550x1095 x 715 800 — 1000 70—80 5,5 1700X1085 X 730
наиболее тяжелые частицы электролита (шлам) отбрасываются на стенки барабана, а затем оседают. Ближе к центру ротора центрифуги располагается очищенный электролит, откуда он отсасывается и возвращается в бак или в станок через патрубок 5.
По способу удаления шлама различают центрифуги с верхней и нижней выгрузкой. Центрифуги типа ОТВ и ОТН имеют ручную выгрузку, а типа ОГШ — автоматическую. Наиболее распространенная на практике центрифуга ОТН-800 имеет вместимость 90 л и позволяет удалять до 45 кг/ч пастообразного и до 9 кг/ч сухого шлама. Время очистки электролита около 30 мин. Модернизированная модель (ОТН-800Н) этой центрщ. фуги обеспечивает автоматическую выгрузку шлама без ее остановки; такая центрифуга может обслуживать одновременно несколько станков.
Современные центрифуги типа ОМД и ОГШ выполняют в антикоррозионном исполнении. Их технические характеристики приведены в табл. 2.4.
Фильтрующие устройства содержат несколько слоев фильтрующей ткани, через которые пропускают под давлением загрязненный электролит. Эти устройства просты по конструкции, но требуют относительно частой замены фильтров. Высокой производительностью обладают пресс-фильтры, которые состоят из целой системы фильтров.
Схема вакуумного фильтрующего устройства барабанного типа изображена на рис. 2.24. Она имеет барабан 4, периферия которого обтянута фильтрующей тканью. На последнюю перед очисткой электролита наносят фильтрующий диатомитный слой 5 толщиной 20—30 мм. Для наращивания фильтрующего слоя 8 ванну 6 с электролитом засыпают диатомитную муку. При отсосе через полость 3 воздуха с электролитом она оседает На фильтрующей ткани барабана. Во время очистки барабан МеДленно вращается (по стрелке) и электролит, просачиваясь ЧеРез фильтрующий слой, попадает в полость 3 за счет созда-ваемого в этой полости вакуума. Происходит очистка электролита от шлама, который оседает на поверхности фильтрующего
89
Рис. 2.24. Схема вакуумного фильтрующего устройства
Рнс. 2.25. Схема отстойника для очистки электролита
Рис. 2.26. Схема флотационного устройства
/
слоя, а затем срезается ножом 2 вместе с тонким слоем диатомита. Далее шлам по лотку 1 удаляется в тару. Очищенный электролит через полость 3 попадает в резервуар или непосредственно в бак станка. Указанной толщины диатомитного слоя хватает для непрерывной работы устройства в течение 30—35 ч, после чего снова производят его наращивание. Установки такого' типа надежны в работе, высокопроизводительны и обеспечивают качественную очистку электролитов.
Устройство для очистки электролита способом отстаивания (рис. 2.25) представляет собой бак 1 с нижней | частью конусообразной формы. В ней отстаивается шлам 2, который через кран 3 удаляется в тару 4. Из-за большой продолжительности очистки и других недостатков эти устройства редко применяют. Однако они просты и надежны в эксплуатации.
Флотационные установки для очистки электролитов от шлама (рис. 2.26) состоят из бака и сопла 2. Благ0' даря наличию в отработанном электролите 1 пузырьков 3 водо-рода и добавлению в бак пенообразователя (мыла) частик61 шлама всплывают на поверхность, откуда удаляются совками с. мелкосетчатым дном.
2.6. Системы управления работой оборудования
Назначение и схемы. Управление процессами ЭХО осу®6 ствляется специальными автоматическими системами, котор^ могут выполнять следующие задачи: управлять работой УзЛ и механизмов станка, регулировать параметры электролита, Р 90
[•улировать межэлектродный промежуток, предотвращать возникновение коротких замыканий.
Такие системы управления процессами ЭХО в большинстве случаев являются неотъемлемой частью электрохимических станков и органически связаны с ними.
Система управления механизмами станка обеспечивает включение и выключение в определенной последовательности насоса подачи электролита, ИП, привода подачи электрода-инструмента, вентиляционного устройства и других механизмов, которыми оснащен данный станок.
Система регулирования параметров электролита служит для поддержания их в заданных по технологии пределах, а также управляет процессом очистки электролита от шлама и других включений.
Система регулирования межэлектродного промежутка служит для поддержания постоянного его значения при изменении других параметров ЭХО. Это обеспечивает минимальную погрешность Ха обработки.
Существующие системы регулирования межэлектродного промежутка в зависимости от назначения станка, в котором их используют, подразделяют на системы непрерывного и прерывистого регулирования.
Системы непрерывного регулирования межэлектродного промежутка, как правило, обеспечивают постоянную в процессе обработки скорость подачи электрода-инструмента с одновременной стабилизацией параметров ЭХО (Ua, х, v3, pH). Такие системы применяются в электрохимических станках Для обработки отверстий, щелей, полостей и в станках для электрохимического шлифования. Системы непрерывного регулирования с изменением скорости подачи электрода-инструмента н зависимости от изменений других параметров, например электропроводности электролита, применяют реже.
Указанная система непрерывного регулирования межэлект-Родного промежутка не всегда обеспечивает требуемые его значения, а следовательно, и нужную точность обработки. Это объясняется отклонениями указанных параметров процесса, вклюЧая и водородный показатель pH, от номинальных значе-нии. Стабилизировать значения этих параметров даже современными средствами и системами управления, как правило, !!е Удается.
Чтобы уменьшить влияние изменяющихся при ЭХО пара-Четров х, va, pH) на межэлектродный промежуток, в современных электрохимических станках применяют системы регулй-гОвания, в которых отклонения одних параметров компенси-ЭУг?Ся принудительным изменением других параметров 0 В результате такой компенсации удается поддерживать ^оянное значение межэлектродного промежутка, близкое
91
к значению ан, обеспечивая тем самым относительно высокую точность формообразования. Такие системы регулйрования меж-электродного промежутка являются самонастраивающимися (адаптивными). К адаптивной системе регулирования меж-электродного промежутка относится система, в которой изменения электропроводности электролита и электрического напряжения компенсируются изменением скорости перемещения электрода-инструмента. При непрерывном регулировании невозможно измерить действительное значение межэлектродного промежутка, чтобы скорректировать его для требуемых условий обработки.
Системы прерывистого регулирования меж-электродного промежутка такого недостатка не имеют, так как обеспечивают обработку с чередованием съем — пауза. При съеме металла заготовки изменяется заданное значение межэлектродного промежутка по различным причинам, что отрицательно влияет на параметры обработки. При изменении межэлектродного промежутка прерывистая система регулирования срабатывает и обработка прекращается. В этот момент источник питания выключается и происходит автоматическое сближение электрода-инструмента и обрабатываемой заготовки до соприкосновения их. Электрод-инструмент касается обрабатываемой поверхности только в одной какой-либо точке; в других же местах электрод-инструмент не касается, т. е. между ними сохраняется определенный зазор, меньший, чем заданный межэлектродный промежуток. Таким образом, происходит так называемое «ощупывание» обрабатываемой поверхности. После этого система регулирования автоматически отводит электрод-инструмент на заданный межэлектродный промежуток. На этом период паузы заканчивается и вновь включается источник питания — происходит съем металла заготовки. Через установленный интервал времени цикл
92
Известно несколько систем прерывистого регулирования, отличных по циклам срабатывания. На рис. 2.27,а показана циклограмма движения электрода-инструмента и подачи напряжения на оба электрода. Эта циклограмма поясняет последовательность работы системы прерывистого регулирования при ЭХО в циклическом режиме. Здесь при выключенном источнике питания в течение времени xi электрод-инструмент сближается с обрабатываемой поверхностью до соприкосновения. Затем за время та он отводится на заданное значение межэлектродного промежутка ан. В период тз (5—30 с) на электрод-инструмент и заготовку подается электрическое напряжение U3 и происходит анодное растворение припуска; при этом электрод-инструмент движется к заготовке со скоростью, примерно соответствующей скорости электрохимического растворения металла. Продолжительность одного цикла тц равна сумме Тц т2 и т3. После окончания времени тз цикл срабатывания системы повторяется. Системы регулирования, работающие по этой циклограмме, используют, в частности, в станках для ЭХО при относительно больших значениях межэлектродного промежутка (0,2—0,5 мм).
На рис. 2.27,6 дана циклограмма, поясняющая работу системы прерывистого регулирования межэлектродного промежутка при ЭХО в импульсно-циклическом режиме. Здесь также происходит касание электрода-инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки за время п и отвод его за время т2 на заданный межэлектродный промежуток. При неподвижном электродеинструменте в период тз (0,01—0,1 с) кратковременно подается напряжение U3 импульсной формы и происходит анодное растворение припуска z, а затем при выключенном напряжении за время Т4 электрод-инструмент отводится на расстояние, большее заданного межэлектродного промежутка, что обеспечивает надежную промывку его от продуктов растворения (шлама). Продолжительность одного цикла тц обработки равна сумме тц тг, тз, т4. Системы регулирования межэлектродного промежутка, работающие по этой циклограмме, применяют в станках для ЭХО с малыми значениями межэлектродного промежутка (0,05—0,1 мм).
Системы защиты электрохимических станков от токов короткого замыкания выполняют две задачи. Первая — это защита станков от токов, превышающих максимально Допустимые для данного ИП значения. Такие токи могут возникать в результате коротких замыканий во внутренней цепи ИП Из-за снижения электрического сопротивления межэлектродного 1!Ромежутка при повышении температуры электролита или пре-®ьццении площади обработки, допустимой для данного станка. “Дорая задача — это защита заготовки и электрода-инструмента От теплового воздействия (оплавления), возникающего в результате пробоя межэлектродного промежутка или непосред-
93
6}
Рис. 2.28. Принципиальная электрическая схема управления работы электрохимического станка
ственного контакта обрабатывающих и обрабатываемых по-верхностей элект-дов. Наиболее часто такой пробой возникает из-за некачественной очистки электролита или в результате наличия в межэлектродном промежутке так называемых «сухих» зон, т. е. участков, где из-за низкой скорости прокачки электролита межэлектродный промежуток заполняется
шламом. Непосредственный контакт рабочих поверхностей электрода-инструмента с обрабатываемыми поверхностями заготовки может произойти по разным причинам, но в основном из-за превышения скорости рабочей подачи электрода-инструмента, уменьшения скорости электрохимического растворения металла или нарушения сплошности потока электролита.
Устройство и работа систем управления. На рис. 2.28 изображена одна из схем управления станком для ЭХО. Такая схема обеспечивает управление двумя электродвигателями и ИП. При включении тумблера В] электрической цепи К—в нижнее (рис. 2.28,а) положение срабатывает реле Pi, которое замыкает контакты (рис. 2.28,6) включения электродвигателя насоса подачи электролита.
Реле Р? и Р3 предназначены для включения, например, привода подачи электрода-инструмента. При замыкании тумблером В2 цепи Л—Л< срабатывает реле Р2 и включается электродвигатель привода подачи электрода-инструмента. При этом вал электродвигателя имеет правое вращение. Левое вращение вала обеспечивается переключением тумблера В2 в нижнее положение. При этом замыкается цепь Л—Л2 и соответственно срабатывает реле Р3. Такое изменение направления вращения вала электродвигателя позволяет изменять направление перемещения электрода-инструмента (например, вверх или вниз, вправо или влево).
Эта же электрическая схема обеспечивает включение источника питания тумблером В3; при этом замыкается цепь Я"”1 и срабатывает реле Р^. При автоматическом управлении обра' боткой в станок вводят дополнительный блок. В этом случае 94
для замыкания цепей (К—Ль Л—Л|? Л—Л2, Н—Hi) вместо тумблеров 'используют реле, срабатывающее при подаче напряжения питания от дополнительного блока управления. При работе на станках, имеющих такие блоки, с помощью соответствующих переключателей задают блоку управления определенную последовательность включения и отключения элементов станка, ИП и других агрегатов, а затем нажатием одной кнопки включают их. После этого работа станка, ИП и других агрегатов производится автоматически, без вмешательства оператора.
В системах регулирования параметров электролита изменения его давления и расхода взаимосвязаны. Например, расход электролита регулируют, как правило, изменением его давления в межэлектродном промежутке и, наоборот, давление регулируют количеством электролита, подаваемого насосом в рабочую зону. Давление и расход электролита увеличивают или уменьшают с помощью вентилей — кранов.
В процессе обработки, как правило, нет необходимости часто регулировать эти параметры. Поэтому даже современные станки для ЭХО не имеют автоматических устройств для их изменения. Регулируют эти параметры вращением ручки вентиля; при этом контроль изменяемого параметра ведут по соответствующему прибору. Состав электролита корректируют открытием соответствующих вентилей для добавления в бак станка воды или электролита более высокой концентрации.
В современных станках для электрохимической обработки регулирование рабочей температуры и pH электролита автоматизировано. На рис. 2.29 изображена схема устройства для автоматического поддержания требуемой рабочей температуры электролита. Основным элементом этого устройства является электроконтактный термометр Д стрелка которого периодически замыкает и размыкает электрическую цепь питания реле 4 и 5. Эти реле предназначены для открытия и закрытия напорных вентилей трубопроводов, по которым к теплообменнику бака с электролитом подводится холодная или горячая вода.
Настройка и работа этого устройства сводятся к следующему. Посредством регулировочных винтов термометра устанавливают контакт 3 таким образом, чтобы касание его со стрелкой термометра происходило при максимально допустимой рабочей температуре, в данном примере 30°С. Соответственно контакт 2 устанавливают в положение, при котором касание его со стрелкой произойдет при минимально допустимой рабочей температуре ™С. Понижение температуры электролита ниже установленной по технологии может произойти в результате длительных перерывов в работе, а также из-за понижения температуры окружающей среды; при этом стрелка термометра отойдет соответственно в крайнее левое положение. При включении станка соответствующий контакт замкнет цепь питания реле 5, которое
95
Рис. 2.29. Схема системы автоматического регулирования рабочей температуры электролита
Рис. 2.30. Схема устройства для поддержания постоянного значения межэлектродиого промежутка
подаст импульс тока на электромагнит запорного вентиля. Вентиль откроется, и горячая вода начнет поступать в теплообменник бака для нагрева электролита. При рабочей температуре 20°С стрелка термометра отойдет от контакта и цепь питания реле 5 разомкнется. При этом запорный вентиль возвратится в исходное положение и перекроет доступ горячей воды в теплообменник.
В случае нагрева электролита до максимально допустимой температуры 30°С стрелка термометра коснется контакта 3; при этом замкнется цепь питания реле 4 и сработает электромагнит вентиля для подачи в теплообменник холодной воды.
При снижении рабочей температуры электролита (ниже 30°С) цепь питания реле разорвется и вентиль трубопровода перекроет доступ холодной воды в теплообменник бака.
Система автоматического поддержания заданного значения pH по устройству и принципу действия сходна с рассмотренной системой стабилизации температуры электролита. Устройство для автоматического регулирования pH состоит из стандартного электроконтактного датчика, показывающего значение водороД-него показателя. Этот датчик при критических значениях р“ замыкает или размыкает цепь питания реле, которое управляет работой запорного вентиля. Последний открывает или закрывает трубопровод, по которому из самостоятельного бака вместимостью 5—10 л поступает кислота в электролит, находящийся в баке станка. Таким образом восстанавливается оптимально® значение pH.
Система регулирования межэлектродного п Р °, межутка за счет поддержания постоянного значения рабо4
подачи электрода-инструмента изображена на рис. 2.30. Система состоит из привода 2, включающего и выключающего электродвигатель и редуктор, блока 3 управления приводом и генератора 4. Вал электродвигателя вращает винт 1, который через резьбовую гайку, связанную с пинолью 5 станка, перемещает ее и соответственно скрепленный с ней электрод-инструмент 6 относительно заготовки 7. Синхронно с валом электродвигателя вращается и ротор генератора 4, который вырабатывает электрическую энергию для регулирования напряжения, поступающего от блока управления на обмотки электродвигателя привода подачи.
При увеличении частоты вращения вала электродвигателя, что может быть обусловлено уменьшением давления электролита, увеличивается частота вращения ротора генератора. Соответственно этому повышается вырабатываемое генератором напряжение, что снижает напряжение питания, поступающее от блока управления работой привода. При этом автоматически снижается до оптимального значения частота вращения вала электродвигателя и устанавливается нужная скорость перемещения электрода-инструмента. Соответственно этому восстанавливается и значение межэлектродного промежутка.
При снижении частоты вращения вала электродвигателя снижается частота вращения ротора генератора, а следовательно, уменьшается напряжение, поступающее от него в блок управления. Это повышает напряжение питания привода, что соответственно увеличивает частоту вращения вала электродвигателя, предназначенного для подачи электрода-инструмента. При этом скорость подачи электрода-инструмента возрастает до значения, необходимого для восстановления оптимального межэлектродного промежутка.
В адаптивных системах непрерывного регулирования межэлектродного промежутка для поддержания его в заданных пределах частота вращения вала электродвигателя, предназначенного для перемещения электрода-инструмента, не поддерживается постоянной, а изменяется в зависимости от изменений напряжения на электродах и электропроводности электролита. ° таких системах напряжение питания к блоку управления работой привода подводится не от генератора, а от датчика измерения значения электропроводности электролита и от прибора, показывающего напряжение на электродах. В блоке управления Работой привода эти показания суммируются, в результате чего Эт°т блок вырабатывает оптимальное для данного процесса Напряжение, при котором автоматически устанавливается нужная Рабочая подача электрода-инструмента.
На рис. 2.31 изображена принципиальная схема циклической истемы регулирования межэлектродного промежутка. При вклю-ehI,n станка блок управления вырабатывает электрический 4 3*к. 476 97
г
Рис. 2.32. Схема системы, предотвращающей короткие замыкания при ЭХО
Рис. 2.31. Схема устройства для циклического регулирования межэлектродного промежутка:
1 — источник питания, 2 — гидравлический цилиндр. 3, 5 — упоры, 4 — гайка-шестерня. 6 — шестерня. 7 — электродвигатель, 8 — винт, 9 — гидростанция, 10 — блок управления, 11 — электрод-инструмент, 12 — заготовка
сигнал и подает его на гидропривод. Поток масла направляется в верхнюю полость гидравлического цилиндра 2, поршень которого вместе с пинолью станка и закрепленным на ней электродом-инструментом 11 перемещаются к обрабатываемой заготовке 12. Одновременно с ними перемещается и винт 8, скрепленный с поршнем гидроцилиндра, а вместе с ними и гайка-шестерня 4\ последняя одновременно вращается от шестерни 6 и электродвигателя 7. После касания гайки-шестерни 4 упора 3 ее перемещение к заготовке прекращается, а вращение от шестерни 6 и электродвигателя 7 продолжается. Это позволяет осуществлять дальнейшее наладочное перемещение винта и электрода-инструмента гидроцилиндром. В то же время за счет гайки без ее вертикального перемещения к заготовке производится небольшое торможение движения электрода-инструмента, что предотвращает его поломку при соприкосновении с заготовкой.
В момент касания электрода-инструмента обрабатываемой поверхности слабый электрический сигнал (около 0,05 В) поступает на блок управления, который подает новую команду на гидропривод. Поток масла направляется в нижнюю полость гидроцилиндра, который отводит электрод-инструмент от заготовки. Одновременно отключается питание электродвигатеДЯ1 вращающего гайку-шестерню. При этом она перемещается только вверх вместе с винтом и поршнем гидроцилиндра до упор3 98
верхнего ограничителя хода. После этого гайка-шестерня, винт, поршень и соответственно электрод-инструмент не перемещаются. Так как расстояние между упорами соответствует заданному
значению межэлектродного промежутка, то перечисленные эле-
менты переместятся от поверхности заготовки на расстояние, соответствующее значению межэлектродного промежутка.
Таким образом, станок подготовлен к работе. От блока управления подаются одновременно команды на включение ИП и привода рабочей подачи электрода-инструмента с установленной скоростью.
Установленная рабочая подача при ЭХО почти всегда не соответствует фактической скорости анодного растворения. Поэтому в процессе обработки межэлектродный промежуток изменяется пропорционально продолжительности включения ИП и в соответствии с этим возрастает погрешность Да. Поэтому на
станках, имеющих системы автоматического регулирования межэлектродного промежутка, через каждые 5 с работы выключают ИП и корректируют этот параметр ЭХО.
Импульсно-циклические системы регулирования межэлектродного промежутка несколько сложнее рассмотренных. В них дополнительно вводят блок для выработки источником питания импульсного напряжения и устройства, обеспечивающие более точное согласование положения электрода-инструмента с моментом включения ИП.
Системы, предотвращающие короткие замыкания между электродом-инструментом и заготовкой, конструктивно представляют собой отдельный блок, встраиваемый в ИП или шкаф управления станком. Такой блок 2 (рис. 2.32) включают параллельно с источником питания 1. Функционирование этих систем основывается на получении из межэлектродного промежутка сигналов, информирующих о начальной стадии короткого замыкания электродов с последующей моментальной подачей команды на отключение ИП. В качестве таких сигна
лов используют превышение силы тока по сравнению с установленной при ЭХО поверхностей, площади которых в течение все-г° рабочего цикла постоянны; ускоренное возрастание силы то-Ка при ЭХО поверхностей, площади которых в процессе обработки увеличиваются; появление шумов с частотой радиопомех, Являющихся высокочастотными составляющими напряжения на Электродах. Появление таких составляющих объясняется тем, Что в момент, предшествующий короткому замыканию, плот-н°сть электрического тока резко возрастает в результате уменьшения межэлектродного промежутка в зоне, где значение последнего минимально. Это приводит к интенсивному газовыде-”ению и появлению искрения. Газовыделение искажает форму лектрического тока и его напряжения. Эти искажения прини-а,°тся блоком 3 и усиливаются в нем. Блок подает сигналы на
4*
99
выключение ИП и привода рабочей подачи. При этом электрод-инструмент не перемещается, что предотвращает короткое замыкание. Затем межэлектродный промежуток корректируют системой регулирования.
В случае частого срабатывания системы предотвращения короткого замыкания электрохимобработчик должен тщательно проверить соответствие параметров ЭХО (U3, х, pH, иэ), а также давления электролита и содержания шлама значениям, указанным в технологической документации и при необходимости устранить имеющиеся отклонения. Последнее необходимо выполнять под руководством мастера или технолога.
Контрольные вопросы
1. Назовите наиболее распространенные модели универсальных и специализированных станков для ЭХО.
*. 2. Перечислите основные сборочные единицы (узлы) и механизмы станка модели 4А423ФЦ.
3. Объясните устройство станка для электрохимической заточки режущих ииструмеитов.
4. Какими приспособлениями и инструментами комплектуются станки для ЭХО общего иазиачеиия?
5. Расскажите об источнике питания типа ВАК-
6. Назовите особенности эксплуатации источников питания.
7. Перечислите вспомогательные устройства станков для ЭХО.
8. Объясните устройство центрифуги и флотационной установки.
9. Каковы основные функции систем управления станками для ЭХО?
10. Расскажите об устройстве для поддержания постоянного значения межэлектродиого промежутка.
ТИПОВЫЕ ОПЕРАЦИИ • ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
3.1. Заготовительные операции
Заготовки для изготовления различных деталей наиболее часто получают резкой пруткового и листового проката. Наибольшую сложность представляет резка нержавеющих, жаропрочных и других труднообрабатываемых механическими способами металлов. В этих случаях выгодно применять анодномеханическую и электрохимическую алмазными кругами отрезку.
Анодно-механическая отрезка. Эта операция выполняется токопроводящими металлическими дисками или лентами. В отличие от резки дисками, когда длина отрезаемой заготовки практически ие ограничена, при отрезке лентами этот размер не может быть больше расстояния между ветвями ленты, что ограничивает область применения ленточной отрезки. В то Же время на ленточных отрезных станках можно отрезать заготов
100
ки большей толщины или диаметра; обычно дисками режут заготовки толщиной или диаметром до 150—200 мм, а лентами — до 700 мм. Ограничение размеров разрезаемых заготовок является следствием невозможности использования дисков большого диаметра ввиду их малой жесткости.
Диски изготовляют из конструкционных сталей, например СтЗ, а ленты — из стали 65Г. Наружный диаметр дисков в зависимости от размеров нарезаемых заготовок может составлять 300—700 мм; толщина дисков равна 1—2 мм. Толщина лент не превышает 0,8—1,0 мм; ширина их обычно равна 30—40 мм. В некоторых случаях, например при вырезке фасонных заготовок из листового металла, ширина леит составляет 15—20 мм.
Характерной особенностью анодно-механической отрезки дисками и лентами является затрудненный доступ электролита в зону обработки, что замедляет, а в некоторых случаях приостанавливает процесс отрезания. Для обеспечения надежного доступа электролита в межэлектродный промежуток дискам и лентам сообщают принудительные боковые колебания (биение) с небольшой амплитудой (0,5—1,5 мм). За счет такого биения дисков и лент увеличивается ширина реза, что обеспечивает свободный доступ электролита в рабочую зону.
Принудительное биение дисков создается применением специальных оправок (рис. 3.1,а). Фланец оправки 1, к которому гайкой 3 прижат диск 2, выполняют с небольшим скосом; этим создается своеобразный перекос диска и, как следствие, его биение. Сильное биение дисков недопустимо, так как это приводит к значительному увеличению ширины реза (более двух толщин
Рис. 3.1. Устройства для создания принудительного биения у диска (а) и ленты (б)
Рис. 3.2. Соединения концов леит для анодно-механической отрезки
101
диска). При этом эффективность процесса ЭХО резко падает из-за дополнительного расхода электрической энергии на съем с боковых поверхностей разрезаемой заготовки большего, чем при незначительном биении диска, слоя металла. Рабочая подача диска при повышенном биении значительно падает, так как анодное растворение металла происходит в основном на боковых поверхностях заготовки, а не в направлении рабочей подачи.
Для создания принудительного биения у лент на ленточноотрезных станках имеются специальные направляющие устройства 5 (рис. 3.1,6), ограничивающие амплитуду колебаний ленты 4 за счет регулирования устройств в осевом направлении.
Электротермические явления анодно-механической отрезки обусловливают значительный износ дисков и лент. При правильно выбранных режимах отрезки износ этих инструментов может составлять 15—30 % от слоя удаленного металла. Например, при разрезке бруска из стали Х18Н9Т сечением 100X100 мм диск диаметром 300 мм уменьшается в диаметре после каждого реза на 5 мм. Из-за значительного износа дисков и лент на рабочем месте оператора анодно-механических отрезных станков должен быть определенный запас таких инструментов (10—150 дисков нли лент).
Диски изготовляют обычно механическим способом. Сначала на ножницах нарезают квадратные заготовки, склепывают их в пакеты по 15—20 шт., а затем на токарных станках растачивают центральное посадочное отверстие. Наружный диаметр дисков обрабатывают также на токарных станках; при этом пакет заготовок закреплен в оправке.
Для ленточных электродов-инструментов применяют мерный по толщине и ширине прокат. Ленту отрезают на ножницах, а затем концы ее сваривают внахлестку (рис. 3.2,а) или встык (рис. 3.2,6). Наиболее долговечны ленты, сваренные встык мед-но-цинковыми припоями. Ленты, сваренные внахлестку, разрушаются быстрее из-за частых ударов соединенных концов ленты о кромки разрезаемой заготовки. Поэтому сварку лент внахлестку применяют редко.
Правильный выбор режимов анодно-механической отрезки во многом предопределяет производительность процесса. Машинное время отрезки определяется напряжением на электродах, скоростью вращения диска или перемещения ленты, усилием касания рабочей части электрода-инструмента с поверхностью заготовки и расположением заготовки относительно инструмента.
Напряжение при анодно-механической отрезке находится в пределах 17—20 В. С уменьшением напряжения (ниже 17 В) резко понижается скорость резания, а с увеличением его (более 20 В) образуется устойчивая электрическая дуга, которая при-102
Рис. 3.3. Расположение заготовок при аиодио-механической отрезке
водит к повышенному износу электрода-инструмента и к снижению качества поверхности реза Следует отметить, что существует общая закономерность анодно-механической отрезки, заключающаяся в том, что для получения оптимальной производительности при увеличении размеров разрезаемой заготовки от 100 до 600 мм напряжение повышают от 17 до 20 В. С этой же целью повышают усилие касания электрода-инструмента поверхности заготовки от 49 до 196 кПа. При этом скорость вращения диска или перемещения ленты составляет 16—20 м/с. При анодно-механической отрезке дисковыми электродами-инструментами направление их вращения и подачи заготояжи совпадают, т. е. отрезка производится при попутной подаче.
При анодно-механической отрезке с увеличением высоты от резаемой заготовки, т. е. с увеличением длины реза, скорость подачи электрода-инструмента снижается незначительно. Поэтому для сохранения времени отрезки заготовку следует ориентировать относительно электрода-инструмента таким образом, чтобы линия реза была бы наибольшей. При этом перемещение электрода-инструмента в направлении отрезки становится наименьшим, а следовательно, время отрезки сокращается. На рис. 3.3,а показано правильное расположение заготовки круглого сечения при отрезке дисковым электродом-инструментом. За-тотовка круглого сечения располагается по оси дискового электрода-инструмента. При отрезке заготовок прямоугольного сечения (рис. 3.3,6) их устанавливают по оси дискового электрода-инструмента меньшей стороной в направлении рабочей подачи. При анодно-механической отрезке заготовок ленточными электродами-инструментами (рис. 3.2,в) их устанавливают меньшей стороной в направлении рабочей подачи.
Анодно-механическую отрезку заготовок производят в водном растворе жидкого стекла с концентрацией 1,27—1,3 г/см3, ^казанные значения параметров: напряжение, усилие касания электрода-инструмента, рабочая подача, а также концентрация электролита при анодно-механической отрезке могут несколько
103
Рис. 3.4. Установка круглой заготовки иа анодио-механическом отрезном станке:
1 — тиски. 2 — заготовка. 3 — дисковый электрод-инструмент, 4 — масштабная линейка. 5 — упор. 6 — стол станка. 7 — болт присоединения токоподвода
Рис. 3.5. Алмазный отрез-ион круг:
1 — металлическая основа, 2 — металлоалмазный токопроводящий слой
изменяться. Поэтому перед началом работы, а также при резании необходимо периодически проверять соответствие параметров установленным значениям и при необходимости корректировать их.
Как правило, на станках для анодно-механической отрезки производят отрезку заготовок больших размеров, что связано с применением для установки их на станок подъемно-транспортных средств (тельферов, кранов, тележек и т. д.). При перемещении таких заготовок массой более 15—20 кг необходимо соблюдать правила безопасного ведения работ. Перемещение и установку на станок заготовок массой более 40 кг должен выполнять специально подготовленный^рабочий-такелажник. При этом особое внимание следует уделять правильной строповке заготовок.
На анодно-механических отрезных станках заготовки круглого сечения крепят в тисках с призматическими губками (рис. 3.4). После предварительного крепления заготовки в тисках упор 5 закрепляют на столе станка на расстоянии от плоскости диска, равном длине отрезаемой заготовки К- При этом используют масштабную линейку 4. Чтобы предотвратить падение на стол отрезанной части заготовки, перед началом резания под нее рекомендуется подложить подкладку из любого материала. Затем легким постукиванием по противоположному не-отрезанному торцу заготовки подводят ее к плоскости упора и окончательно крепят заготовку в тисках. После этого наладочным перемещением стола подводят заготовку к диску на расстояние 3—5 мм от его образующей. Закрывают рабочую камеру станка и режут заготовку.
Прямоугольные, квадратные и фасонные заготовки также крепят в тисках или прихватами, болтами и гайками. ВыверкУ положения заготовок по отношению к режущей части диска илй ленты производят угольником и масштабными линейками.
104
При анодно-механической отрезке могут возникать определенные неполадки, связанные с отклонениями параметров отрезки от заданных значений. В случае, если диск прекращает вращаться, а лента не перемещается, а также если нет следов оплавления на рабочей поверхности диска или ленты, причиной неполадки является пониженное значение напряжения на электродах. При наличии следов оплавления на рабочих поверхностях диска или ленты неполадки обусловливаются недостаточным биением боковой поверхности диска (ленты) или низкой плотностью электролита. При появлении неполадок оператору следует соответствующим образом устранить причины их возникновения.
Электрохимическая отрезка алмазными кругами. В отличие от анодно-механической отрезки этот процесс ЭХО характеризуется отсутствием дефектного слоя на поверхности реза, что обеспечивает меньший расход металла заготовок. Наиболее эффективная область применения электрохимической отрезки — получения заготовок из таких труднообрабатываемых металлов, как вольфрам, титановые и твердые сплавы. Заготовки из таких металлов отличаются небольшими размерами сечений.
В качестве электродов-инструментов при электрохимической отрезке используют алмазные отрезные круги (рис. 3.5) Они состоят из металлической основы — конструкционных сталей и металлоалмазного токопроводящего слоя. Последний содержит алмазные зерна зернистостью 315—80 мкм, связанные между собой сплавом на медной основе. Алмазные зерна смешивают с опилками медной связки и методом прессования наносят на металлическую основу. Такие круги могут иметь наружный диаметр от 50 до 400 мм. Для электроалмазной отрезки наиболее часто применяют серийно выпускаемые круги с размерами (рис. 3.5), мм; £- = 904-160; d = 254-32; S = 2,5-4-5 и Я = 0,45н-4-0,7. Диаметр отверстия таких кругов, как и металлических Дисков для анодно-механической отрезки, выполняют по 7-му квалитету.
Электрохимическую отрезку алмазными кругами выполняют по двум технологическим схемам: с рабочей подачей заготовок навстречу направлению вращения круга (рис. 3.6,а) и с рабочей подачей, совпадающей с направлением вращения круга (рис. 3.6,6). При отрезке по любой из этих схем заготовку ориентируют относительно круга таким образом, чтобы отрезка выполнялась при наименьшей длине реза. Это обусловливается тем, что при электрохимической отрезке в отличие от анодно-механической с увеличением длины реза из-за ухудшения усло-Пнй обновления электролита в межэлектродном промежутке заметно понижается скорость съема металла. Схему со встречной подачей применяют, в частности, при отрезке заготовок небольшой толщины, когда при прочих равных условиях обработки
105
106
длина реза относительно невелика, что обеспечивает сохранение свойств электролита на всей длине межэлектродиого промежутка. При отрезке заготовок толщиной более 5 мм по этой схеме длина межэлектродного промежутка возрастает, что приводит к изменению свойств электролита на отдельных участках реза и соответственно к уменьшению производительности. Схема с попутной подачей позволяет разрезать заготовки большей толщины (диаметра). В этом случае создаются более благоприятные условия для поступления в зону резания электролита, причем изменение его свойств происходит на выходе круга из заготовки, что практически не оказывает отрицательного влияния на производительность резания.
Электроалмазная отрезка заготовок наиболее распространена в серийном и массовом производстве, где за счет применения этого процесса удается получить значительную экономию времени.
В этих условиях наиболее целесообразно разрезать заготовки набором отрезных кругов, т. е. многоместными электродами-инструментами (рис. 3.7).
На одной оправке закрепляют несколько отрезных кругов; расстояния между ними ограничены прокладками, которые оп- ределяют толщину отрезаемых заготовок. Разрезаемый пруток 6 закрепляется в приспособлении 4, которое крепится к столу 5 станка, затем вертикальной подачей стола осуществляется отрезка заготовок.
Характерно, что при резании заготовок многоместными электродами-инструментами наружный диаметр каждого следующего круга, считая их от отрезаемого торца заготовки, должен быть ' меньше предыдущего. Этим обеспечивается последовательное - отделение от заготовки очередной отрезаемой части; при этом связь остальных отрезаемых частей не нарушается. Разница в диаметрах каждого очередного круга составляет обычно 0,1— 0,2 мм. Набор комплектуют кругами одного наружного диаметра, а затем, установив его на станок, занижают наружный диаметр каждого последующего круга на указанный размер. Занижение диаметров кругов производят при одновременном электрохимическом растворении связки круга и механическом удалении алмазных зерен с помощью алмазного карандаша (рис. 3.8). К алмазному кругу 1 подводят положительный полюс источника питания током, к дополнительному катоду 3, выполненному из графита, подключают отрицательный полюс. Алмазный карандаш 4 закрепляют в стойке 5, которую крепят болтами к столу 6 станка. Во время правки в зазор (0,5 мм) между рабочей поверхностью вращающегося круга и дополнительным катодом через сопло 2 подается электролит, находящийся в баке станка. Напряжение, подводимое к кругу и катоду, составляет 8 В. Одновременно с растворением связки круга, применяя продольную
107
и поперечную подачу стола, производят правку круга наконечником алмазного карандаша.
Важным условием для обеспечения высокопроизводительной и качественной электрохимической отрезки является отсутствие торцового и осевого биения кругов. Биение их после сборки на оправке устраняют также электрохимическим растворением связки круга и правкой алмазными карандашами.
Состав электролита и режим электрохимической отрезки зависят от свойств разрезаемого металла и устанавливаются требованиями технологического процесса. Для отрезки сплавов на никелевой основе в качестве электролита применяют, например, раствор азотнокислого натрия в воде 10—20 %-ной концентрации с добавлением 0,5 % глицерина. При этом напряжение на электродах 8—9 В; окружная скорость вращения круга 30—36 м/с. Давление круга в зоне касания на заготовку обычно 780—980 кПа. Указанные режимы позволяют разрезать заготовки из твердых сплавов с производительностью 6—15 мм/мин из углеродистых, нержавеющих и титановых сплавов и сталей с производительностью 20—60 мм/мин.
При выдержке заданного напряжения на электродах и требуемой рабочей подачи износ алмазных кругов обычно составляет 1—2 % от объема удаленного метала. При электрохимической отрезке необходимо следить за износом кругов и в случае превышения указанного значения снизить напряжение на электродах и уменьшить рабочую подачу до минимально допустимых значений. К увеличению износа кругов может приводить и недостаточное поступление электролита в межэлектродный промежуток. Признаком, характеризующим нехватку электролита, является интенсивное искрение в рабочей зоне. В этом случае оператор должен прекратить обработку и увеличить подачу электролита в межэлектродный промежуток. Повышение износа кругов определяется не только отклонением параметров обработки от значений, указанных в технологической документации, но и в результате увеличения электрического сопротивления цепи протекания технологического тока. Последнее может возникать в результате окисления мест присоединения токоподводов, загрязнения щеток коллектора или при наличии окалины на токопроводящих поверхностях заготовок. Признаком, характеризующим увеличение сопротивления цепи, является пониженное значение технологического тока, которое указывается стрелкой амперметра, расположенного на пульте управления станком. При соответствии напряжения на электродах и концентрации электролита значениям, указанным в технологической документации, и в то же время меньшем технологическом токе все места присоединения токоподводов следует отсоединить, зачистить, смазать техническим вазелином и снова смонтировать; щетки и коллектор промыть бензином.
108
3.2. Обработка наружных поверхностей
Наиболее распространены такие операции электрохимического формообразования наружных поверхностей, как обработка рабочих поверхностей ковочных штампов, профиля пера и хвостовой части турбинных лопаток, электрохимическое шлифование постоянных магнитов и др. Эти процессы ЭХО применяют в основном для обработки сложных по форме поверхностей; другие способы формообразования в этих случаях или более трудоемки, или не применимы вообще.
Особое значение при обработке наружных поверхностей сложной формы приобретает межэлектродный промежуток. Поэтому ниже более подробно, нежели в гл. 1, рассмотрен этот параметр ЭХО.
На рис. 1.23 была рассмотрена технологическая схема ЭХО с подвижным электродом-инструментом, активной частью которого является плоскость, расположенная перпендикулярно направлению его рабочего движения. В этом наиболее простом случае после удаления неравномерного припуска на обработку поверхность заготовки приобретает форму рабочей поверхности электрода-инструмента, т. е. так же, как и рабочая поверхность электрода-инструмента, имеет плоскую форму. Таким образом, форма межэлектродного промежутка образовывается двумя параллельно расположенными плоскостями, т. е. обрабатывающей поверхностью электрода-инструмента и обрабатываемой поверхностью заготовки. Такой межэлектродный промежуток, у которого размеры и форма на всех участках обрабатываемой поверхности по мере обработки остаются неизменными, называют установившимся.
а}
Рис. 3.9. Схемы образования межэлектродиого промежутка при электрохимической обработке профильных наружных поверхностей (а, б)’
109
Если же размерная ЭХО осуществляется электродом-инструментом, у которого обрабатывающая (рабочая) поверхность непрямолинейной формы (рис. 3.9), то межэлектродный промежуток в этом случае на различных участках обрабатываемой поверхности имеет неодинаковый размер. Так, иа участке В—с (рис. 3.9,а) значение межэлектродного промежутка ау2 больше, чем ау1 на участке А—В. Однако в пределах протяженности каждого участка обрабатываемой поверхности межэлектродный промежуток одинаков.
В этом случае обрабатывающие поверхности электрода-инструмента расположены под различными углами к направлению рабочей подачи электрода-инструмента иэ, а следовательно, сближаются с обрабатываемой поверхностью заготовки с различными скоростями (см. рис. 3.9,а). Участок электрода-инструмента А—В расположен перпендикулярно направлению рабочей подачи электрода-инструмента и поэтому по мере съема припуска на обработку приближается к обрабатываемому участку заготовки Ai—Bi с заданной скоростью v3. В то же время участок рабочей поверхности электрода-инструмента В—С, расположенный относительно направления рабочей подачи под углом а, приближается к обрабатываемой поверхности заготовки Вх—Ct со скоростью ан, определяемой по формуле u^tbsinai.
Если рабочая подача электрода-инструмента в этом случае равна 1 мм/мин, а наклонный участок его активной (обрабатывающей) части В—С расположен к направлению рабочей подачи v3 под углом a = 30°, то участок А—В будет сближаться с обрабатываемой поверхностью с заданной скоростью иэ=1 мм/мин. В то же время наклонный участок В—С рабочей поверхности электрода-инструмента будет приближаться к заготовке со скоростью, равной uH = u3sin30° = 0,5 мм/мин.
Если принять во внимание, что в начальный период размерной ЭХО таких заготовок межэлектродный промежуток на всех участках одинаков, то из-за меньшей скорости сближения участка В—С электрода-инструмента с поверхностью Bi—Ci заготовки межэлектродный промежуток ау2 на этом участке будет постепенно увеличиваться. При этом межэлектродный промежуток ау1 остается постоянным, т. е. установившимся.
Вследствие роста электрического сопротивления электролита на наклонных участках обработки понижается плотность электрического тока и, соответственно, уменьшается скорость электрохимического анодного растворения металла на этих участках. Поэтому в определенный момент обработки устанавливается равенство скоростей анодного растворения металла и приближения электрода-инструмента к заготовке на наклонном участке (В—С—В,—CJ. При этом межэлектродный промежуток приобретает установившееся значение, т. е. ay2 = ayi/sina»
ПО
Таким образом, при ayi = l мм (см. рис. 3.9,а) ау2 = l/sin30°= = 2 мм.
Следовательно, там, где скорость сближения участка электрода-инструмента с заготовкой в два раза меньше, межэлектродный промежуток в два раза больше.
Если обрабатываемая поверхность заготовки имеет криволинейную форму, а не образована отдельными прямолинейными участками, то межэлектродный промежуток имеет, например, форму, изображенную на рис. 3.9,6. В данном случае межэлектродный промежуток на участке А—В не одинаков, а возрастает по определенной зависимости. Форму и размеры рабочей части электродов-инструментов для обработки таких поверхностей рассчитывают, а затем уточняют по результатам пробной обработки. При необходимости форму и размеры таких электродов корректируют.
Обработка рабочих поверхностей ковочных штампов. Электрохимическое объемное копирование (ЭХОК) рабочих поверхностей заготовок широко применяют в промышленности. В частности, этот вид ЭХО используют при формообразовании рабочих поверхностей ковочных штампов для изготовления шатунов, распределительных валов, стамесок и других изделий различного назначения. Электрохимическое объемное копирование рабочих поверхностей ковочных штампов позволяет значительно сократить трудоемкость их изготовления за счет уменьшения машинного времени, затрачиваемого на формообразование рабочих поверхностей и ручные доводочные работы. ЭХО ковочных штампов применяют, как правило, в серийном и массовом производстве.
Ковочный штамп для получения заготовки шатуна (рис. 3.10,а) дизеля изображен на рис. 3.10,6. Поверхности а, б, в заготовки, определяющие форму и размеры ее, выполнены верхней и нижней половинами штампа. Их контур ограничивает канавка 1 для облоя. Характерной особенностью таких ковочных штампов является симметричность формы их рабочей полости, что позволяет обрабатывать верхнюю и нижнюю половины Штампов одним электродом-инструментом. При несимметричной форме рабочей полости штампов электрохимическую обработку рабочих поверхностей обеих их половин выполняют различными по форме и размерам электродами-инструментами.
Для ЭХОК рабочих поверхностей ковочных штампов применяют электроды-инструменты, изготовленные из металлических материалов, стойких к химической коррозии: нержавеющих сталей, латуней, бронз. Электроды-инструменты из нержавеющей стали более стойки в эксплуатации, но изготовление их более трудоемко, чем электродов-инструментов из латуни или бронзы. Поэтому электроды-инструменты сложной фор-изготовляют в основном из латуни и бронзы.
111
Рис. 3.11. Конструкция электрода-инструмента для обработки рабочих поверхностей штампа: 1 — фиксатор. 2 -• подэлектродная плита, 3 — электрод-инструмент
112
Электрод-инструмент для формообразования рабочих поверхностей обеих половин ковочного штампа представляет собой полую конструкцию (рис. 3.11), рабочая часть которой является зеркальным изображением рабочих поверхностей обеих половин штампа. Электролит в межэлектродный промежуток подводится через накопительную полость а, щель б и два отверстия в. Верхней плоскостью электрод-инструмент закреплен с подэлектродной плитой; последняя цилиндрическим хвостовиком зафиксирована в пиноли или в плите-пиноли станка. При этом фиксатор 1 расположен в контрольном отверстии пиноли или в пазу плиты, предотвращая разворот подэлектронной плиты, а следовательно, и электрода-инструмента. Через отверстия г конструкция крепится к пиноли или к ее плите.
Контур активной части электрода-инструмента для ЭХОК рабочих поверхностей ковочного штампа этого назначения выполняют с радиусами на переходах около 2 мм. Соответственно такой электрод-инструмент можно отнести к группе сложных. Изготовляют такие электроды-инструменты на металлообрабатывающих станках повышенной точности с последующей доводкой их рабочих поверхностей слесарной обработкой.
Приспособление для базирования и крепления заготовок 1 (половин) ковочных штампов имеет основание 2 (рис. 3.12), которое ориентируют на столе 5 станка посредством центрального посадочного отверстия стола, соосного с посадочным отверстием пиноли. Для предотвращения перекоса основание приспособления имеет установочную шпонку или штифт; последние входят в один из пазов стола. Правильную установку заготовки штампа обеспечивают три упора 4, запрессованные в основание, которое крепят к столу станка болтами и гайками. Заготовку штампа закрепляют на основании приспособления прижимными планками.
Применяют и другую технологию выверки прямоугольной заготовки штампа на столе станка относительно закрепленного на его пиноли электрода-инструмента (рис. 3.13). Заготовку 3 ковочного штампа устанавливают на одну или две мерные по толщине подкладки 2, выполненные из токопроводящих материалов. Затем опускают электрод-инструмент 5 так, чтобы измерительный стержень индикатора 7, закрепленного магнитной стойкой 6 на одной из базовых боковых поверхностей электрода-ин-СтРумента, касался соответствующей поверхности заготовки у °ДНого из ее торцов. При этом, зная показания индикатора в Этом положении, переставляют магнитную стойку к противоположному торцу заготовки и легким постукиванием по ней дюра-левым молотком добиваются, чтобы показания индикатора были ?Айозначны в любом положении, т. е. у обоих торцов заготовки. Для этого нередко приходится по нескольку раз переставлять Стойку с индикатором от одного торца заготовки к другому. По-
113
еле этого предварительно крепят заготовку прижимными плац, ками 4. Затем вновь проверяют положение заготовки относительно электрода-инструмента по рассмотренной технологии и в случае необходимости дополнительно выверяют заготовку.
Повторная проверка правильности положения заготовки относительно электрода-инструмента необходима в случае изменения ее положения после первой выверки при креплении. Для предотвращения этого заготовку штампа к столу 1 станка крепят, равномерно подвертывая гайки на обоих торцах заготовки. При этом нельзя допускать разворота прижимных планок, а следовательно, и изменения положения заготовки относительно электрода-инструмента. Выверку заготовок производят по одной из базовых ее поверхностей, как правило, имеющей большую длину. Вторая базовая плоскость заготовки при этом займет нужное положение относительно электрода-инструмента без дополнительной выверки, так как она перпендикулярна первой поверхности.
Для правильной ориентации заготовок относительно электродов-инструментов необходимо знать расстояние К, т. е. одностороннюю номинальную разницу габаритных размеров электрода-инструмента и заготовки в ее обеих плоскостях. Это расстояние может иметь два значения, т. е. габаритные размеры электрода-инструмента могут быть меньше или больше габаритных размеров наружного контура заготовки штампа.
Если при ориентации заготовок по первому способу (см. рис. 3.12) необходимо точно, т. е. перпендикулярно друг другу, обработать только базовые поверхности заготовки штампа, то в приведенном на рис. 3.13 случае выдерживают перпендикулярность базовых поверхностей и заготовки, и электрода-инструмента. Кроме того, у электрода-инструмента необходимо выдержать размеры, определяющие положение обрабатывающих поверхностей активной части относительно его базовых. Это предопределяет положение обрабатываемых элементов штампа или другой аналогичной детали. Следовательно, выверять положение заготовок штампа относительно электродов-инструментов по второму способу сложнее, чем по первому. Поэтому для этой цели стремятся использовать установочные приспособления по типу приведенного на рис. 3.12.
Производительность ЭХОК рабочих поверхностей ковочных штампов существенно зависит от сложности формы обрабатываемой поверхности и заданной точности обработки (табл. 3.1). Из приведенных в табл. 3.1 данных видно, что с усложнением формы обрабатываемых поверхностей и с повышением точности обработки значительно падает их относительная обрабатываемость, т. е. производительность процесса ЭХОК-Максимальная производительность ЭХОК, принятая условно за единицу (см. табл. 3.1), достигается при обработке простых по
114
3.1. Некоторые режимы ЭХОК рабочих поверхностей ковочных штампов
форма обрабатываемой поверхности Погрешность обработки, мм Состав электролита Режим ЭХО Относительная обрабатываемость
Простая 0,5-0,7 NaCl Непрерывный 1,0
0,3—0,5 NaNO;j 0,55—0,65
Средней сложности 0,15—0,25 NaNO.3 с воздухом 0,35—0,4
Сложная 0.2—0,3 0,2—0,25
0,08—0,15 NaCl с воздухом Непрерывный с переходом в импульсно-циклический 0,2—0,25
форме поверхностей с погрешностью 0,5—0,7 мм с использованием водного раствора хлористого натрия в непрерывном режиме. При этом скорость подачи электрода-инструмента составляет 0,8—1,0 мм/мин.
Электрохимобработчик осуществляет наладку станка для выполнения операции ЭХОК ковочного штампа, обеспечивая при этом требуемый технологической документацией состав и концентрацию электролита, его pH, скорость подачи электрода-инструмента, напряжение на электродах. В процессе выполнения операции эти параметры контролируются автоматическими системами станка или оператором по соответствующим приборам. Однако по причине некачественной подготовки станка к работе или в результате неправильного показания того или иного прибора отдельные параметры обработки могут отклоняться от требуемых значений. В результате этого точность обработки понижается, а в некоторых случаях ковочные штампы бракуются. Для своевременного выявления возможных отклонений фактических параметров обработки от заданных используют в качестве предупреждающего сигнала отклонение технологического тока от значений, указанных в документации. Однако одно-временно с этим по мере углубления электрода-инструмента в заготовку, т. е. с увеличением площади обработки, также происходит увеличение (изменение) технологического тока, что не позволяет однозначно связывать его изменение с отклонения-Ми параметров обработки. Чтобы исключить влияние площади обработки на технологический ток, в документацию на операции ковочных штампов вводят карту-таблицу, в которой указывается значение технологического тока через каждый милли-
115
3.2. Характерные неполадки при ЭХОК штамповЬчиых ручьев штамп^г
Неполадки Возможная причина Способ устранения
При определенной глубине обработки ток больше указанного в доку-ментацнн Высокая температура электролита Увеличить количество воды, проходящей через систему охлаждения электролита
Концентрация компонента в электролите выше предусмотренной документацией Добавить воду для понижения концентрации электролита
Межэлектродиый промежуток меньше указанного в документации Отрегулировать отвод, электрода-инструмента до заданного значения
При включении ИП ток отсутствует- Нарушен контакт между токоподводом и заготовкой Снять токоподвод; удалить забоины и оксидные пленки с поверхностей прилегания токо-подводов и заготовки; закрепить токоподвод
Ток резко возрастает (короткое замыкание электрода-инструмента с заготовкой) Засорилась сетка фильтра системы очистки электролита, снизилось количество прокачиваемого через межэлектродный промежуток электролита Разобрать фильтр, промыть сетку
Повторные возрастания тока Содержание шлама в электролите выше допустимого документацией Прекратить обработку и произвести очистку электролита от шлама
Значение pH электролита выше 7,3—7,8 Добавить кислоту в электролит
После подвода электрода-инструмента к заготовке для касания с пей электрод - инструмент не отводится на заданный межэлектродный промежуток На обрабатываемой поверхности заготовки имеются неэлектропро-водныс включения — сигнал касания электрода-инструмента с заготовкой отсутствует Отвести электрод-инструмент от поверхности заготовки 11 удалить с поверхности заготовки включения (шлак, окалину н т. д.) . —
В межэлектродный промежуток попал не-электропроводный элемент (резина, слюда и т. д.). Отвести электрод-ннструмеИ* и удалить неэлектропроводн**’ элемент с поверхности ,ле трода-ииструмента или заг товкн
116
Рис. 3.14. Элементы конструкции турбинной лопатки:
1 — хвостовая часть. 2 — профильная часть. 3 — технологическая бобышка’
^етр углубления электрода-инструмента. Например, при исходном положении инструмента 7 = 700 А, после углубления его в заготовку на 1 мм 7 = 750 А, на 2 мм 7 = 1000 А и т. д.; в конце обработки при глубине обработки 30 мм 7 = 2800 А. В случае отклонения значения 7 более чем на ±5% от указанных в этой карте обработку ковочного штампа прекращают и устраняют причину, вызвавшую изменение технологического тока выше допустимого значения. Характерные неполадки, возникающие при ЭХОК, и способы их устранения приведены в табл. 3.2.
Обработка профильной части турбинных лопаток. Турбинная лопатка (рис. 3.14), являющаяся одной из основных деталей современных энергетических машин, имеет сложную по форме профильную 2 и хвостовую 1 части. Технологическая бобышка 3 турбинной лопатки предназначена для правильной установки и крепления ее в приспособлении. После электрохимической обработки турбинной лопатки бобышку отрезают
Точность обработки профильной части турбинных лопаток ЭХОК составляет обычно 0,05—0,3 мм. Заготовки лопаток получают горячей штамповкой или литьем. Характерно, что изготовленные такими методами заготовки имеют значительные колебания технологических припусков по профильной части. Причем с увеличением длины профильной части лопаток значение и неравномерность этих припусков существенно возрастают. Так, если лопатки длиной 150—200 мм из никелевых сплавов имеют минимальный припуск 1 м, а максимальный — 2,5, то при длине 500 мм припуски соответственно составляют от 1,5—2 до 7—8 мм. При таких колебаниях припусков существенное значение приобретает выбор оптимальных режимов ^ХОК, обеспечивающих минимальную погрешность Дгк (см. Рис. 1.25,6). Для уменьшения погрешности Дгк процесс ЭХОК проводят при малых значениях межэлектродного промежутка.
Другая погрешность Да, возникающая в результате неста-и-пьности параметров обработки, значительно снижается за счет прерывистого режима ЭХО при минимально возможном ^электродном промежутке. Указанные параметры обработки Рофильной части турбинных лопаток реализуются в специали-Рованных станках, работающих в циклическом или импульс-°'Ииклическом режиме.
Станки для ЭХОК профильной части турбинных лопаток аботают по приведенной на рис. 3.15 технологической схеме
117
Рис. 3.16. График измерения электрического то-_ ка при обработке электродов-инструментов ме-, тодом «обратной полярности»
Рис. 3.15. Схема обработки профильной части турбинной лопатки одновремеиио двумя электродами-инструмеитамн
и обеспечивают одновременно формообразование полного профиля. Электроды-инструменты 1 и 3 перемещаются навстречу друг другу с одинаковой скоростью; окончание их рабочей подачи происходит одновременно и при определенном положении электродов-инструментов относительно базовых поверхностей технологической бобышки и хвостовой части лопаток 4. Исходное положение электродов-инструментов определяется максимальным припуском по обрабатываемым поверхностям. Электроды-инструменты перемещаются в полости, образованной диэлектрическими плитами 2 и 5; через соответствующие щели в плитах подается и отводится электролит.
Наиболее часто электроды-инструменты для ЭХОК профильной части турбинных лопаток выполняют из нержавеющей стали 2X13 или латуни Л62. Активную часть таких электродов-инструментов обрабатывают на металлорежущих станках или получают так называемым методом «обратной полярности» на станках для электрохимической обработки лопаток. При формообразовании профиля активной части электродов-инструментов методом «обратной полярности» их заготовки подключают к положительному полюсу ИП, а эталон — к отрицательному. В качестве эталона используют обработанную по черте#) лопатку, закрепленную в установочном приспособлении станка-При этом состав электролита и режимы обработки не отличаются от принятых параметров электрохимической обработки турбинных лопаток.
Продолжительность формирования электродов-инструментов методом «обратной полярности» определяют по значению элект рического тока. В начальный период процесса ЭХОК вается неравномерность припуска заготовок; при этом 11«
вырао-; электр’*'
5' б 7 8
Рис. 3.17. Приспособление для ЭХО турбинной лопатки
ческий ток (рис. 3.16) имеет минимальное значение, возрастаю* щее по мере обработки. При дальнейшем электрохимическом растворении металла заготовок наступает момент, при котором межэлектродный промежуток приобретает установившиеся, а электрического тока — постоянные значения. Это свидетельствует, что активная часть изготовляемого электрода-инструмента получила требуемые форму и размеры.
После завершения обработки электродов-инструментов методом «обратной полярности» отводят их в исходное положение, -нимают эталон с приспособления и переключают полярность ИП. Затем в приспособлении (рис. 3.17) устанавливают заголовку лопатки. Заготовку 6 устанавливают на основание 2 приспособления. При этом базовые поверхности хвостовой части и бобышки заготовки гидроцилиндрами 1 и 10 поджимают к опорам 5 и 9. Затем включением гидроцилиндра 4 прижимают токо-Дроводы 3 к соответствующим плоскостям заготовки. Электро-ДЫ-инструменты 7 и 11 закреплены винтами на фланцах плунжеров 8 и }2; перемещением последних осуществляют их рабочую Додачу. Однотипными по конструкции приспособлениями оснащено большинство станков для ЭХОК лопаток. Приспособления Сличаются габаритными размерами основных элементов, которые определяются размерами обрабатываемых лопаток.
При ЭХОК профильной части турбинных лопаток в качестве Эдектролита применяют водный раствор хлористого натрия.
119
Процентное содержание его в воде изменяется в зависимости от марки металла обрабатываемой заготовки лопатки и площади ее профильной части. При обработке лопаток с размерами близкими к максимально допустимым по паспорту данного станка, применяют электролит с меньшим содержанием хлористого натрия в воде, т. е. с более низкой электропроводностью. Это позволяет при ЭХОК лопаток больших размеров предотвратить перегрузку ИП по допустимому значению электрического тока.
При ЭХОК лопаток меж электродный промежуток продолжительность времени формообразования и температура электролита устанавливаются технологическим процессом и зависят от неравномерности припуска заготовок и требуемой точности обработки профильной части лопаток.
Заготовка турбинной лопатки с длиной профильной части 200 мм из сплава ЭИ-726 имеет номинальный припуск 3 мм и неравномерность припуска 2 мм. Точность размеров после обработки 0,15 мм. Для реализации указанного требования по точности обработки и с учетом особенностей заготовки межэлектродный промежуток должен составлять в данном случае 0,2 мм, время между паузами при циклическом режиме обработки— 30 с, оптимальная температура электролита (2О°/о-ный раствор хлористого натрия) 25°С. При увеличении этой температуры более чем на 3—5°С шероховатость обрабатываемой поверхности резко повышается. При этих режимах ЭХОК лопаток продолжительность формообразования их практически составляет 10—12 мин.
При ЭХОК заготовок лопаток, имеющих начальную неравномерность припуска более 2 мм, используют импульсно-циклический режим обработки, обеспечивая тем самым ведение процесса ЭХОК с межэлектродным промежутком 0,1— 0,15 мм. Этим самым при обработке худшей заготовки достигается та же точность обработки (0,15 мм). Однако продолжительность формообразования при этом уменьшается на 30—40%.
Контроль формы и размеров профильной части лопаток после ЭХОК осуществляют с помощью оптических прй' боров, шаблонов и щупов. Для этого применяют пря' способ лени я, одна 1,3 схем которых приведена ва
Рис. 3.18. Схема приспособления для контроля точности формы профильной части заготовки лопатки: 61 — зазор между профилем лопатки и шаблоном, о2 — зазор между базовой плоскостью опоры и базовым выступом шаб-а
120
3.3. Погрешности при ЭХОК профильной части лопаток
Погрешности Причины возникновения Методы предупреждения
~~ —
При контро- Размер сечення про- Отрегулировать датчик окон-
1е обработанного фнльиой части выше чания рабочего хода электро-
профиля значение g, меньше значения (с обеих требуемого да-ннструмента; сместить к оси лопатки положение конечного выключателя стайка на
сторон) разницу б2—6, Отрегулировать датчик окон-
При контро- Размер сечення про-
1е обработанного фнльнон части меньше чания рабочего хода электро-
профиля значение ft, больше значе- требуемого да-инструмента; сместить от оси лопатки положение конеч-
ния б2 (с обеих сторон) Нет согласования по- иого выключателя станка на разницу 61—б2 Переместить к осн лопатки
При контро-
ле обработанного ложения электродов-ин- соответствующий датчик стан-
профиля (61=0) струментов ка на зазор 62; отвести элек-
имеется зазор 62 с одной стороны трод-инструмент в исходное положение и заново проверить их согласование
При контро- Не откорректирован Снять электрод-инструмент
ле обработанного профиль и размеры элек- со станка; отметить мелом
профиля 6|=д2 = трода-ннструмента участки, где зазоры превыша-
=0, но в отдельных местах профильной части имеются зазоры, превышающие значения (проверяются щупом) ют допустимые значения. Отдать электрод-инструмент на доработку, после чего установить его на станок и обработать контрольную заготовку
Прн коитро- Базовые плоскости за- На базовых плоскостях за-
ле обработанного готовки ненадежно при- готовки и приспособления нме-
профиля он сме- жаты к базам приспо- ются дефекты; устранить их и
Щен относительно шаблонов — имеются зазоры б| и собления проконтролировать тшателЬ’ иость прилегания базовых плоскостей
®2, превышающие Базовые опоры при- Обработать контрольную ло-
Допустимые способлеиия сместились в процессе работы станка патку. Если дефекты повторяются, снять крепежное приспособление со станка и отправить его в ОТК для контроля
рис. 3.18. Заготовку базовыми плоскостями устанавливают °пору 3 и проверяют с помощью шаблонов 1 н 2. Точность полненного профиля лопатки характеризуется значениями и ”2- Эти погрешности (табл. 3.3) измеряют щупами. Для исключения других случайных погрешностей необходимо при установке заготовок в приспособление обращать внимание на отсутст-Вие на базовых и контактирующих с токоподводами поверхиос-Тях забоин, иадиров, заусенцев и других дефектов.
иа вы-
121
al
Рис. 3.19. Алмазные круги для электрохимического шлифования:
а — чашечный, б — плоский с выточкой
Место, где имеются эти дефекты, необходимо тщательно зачистить надфилем или наждачной бумагой мелкой зернистости; при значительных дефектах заготовку возвращают на доработку.
Электрохимическое шлифование алмазными кругами. Эффективность электрохимического шлифования (ЭХШ) во многом зависит от площади контакта активной части электрода-инструмента (алмазного круга) с поверхностью обрабатываемой заготовки. С увеличением этой площади объем электрохимического растворения меч алл а заготовки возрастает, а соответственно растет и эффективность электрохимического шлифования.
Максимальную площадь контакта активной части алмазного круга с обрабатываемой поверхностью заготовки обеспечивает шлифование торцом кругов чашечной (рис. 3.19, а) или плоской (рис. 3.19,6) формы. При электрохимическом шлифовании наиболее часто применяют круги алмазный чашечный или алмазный плоский с выточкой. Эти круги имеют металлический корпус— основу I и металлоалмазный токопроводящий слой 2.
Как и алмазные отрезные круги, так и алмазные круги чашечной и плоской формы изготовляют методом горячего прессования в специальных пресс-формах. В последнюю устанавливают корпус круга, а затем засыпают порцию перемещенных между собой алмазных зерен и металлической связки (медные опилки). Затем пресс-форму устанавливают на гидравлический пресс и производят горячее прессование. После выдержки в течение заданного времени пресс-форму снимают с пресса, охлаждают н вынимают круг.
Металлическая связка из медной или алюминиевой стружки или опилок обусловливает высокую ее электропроводность-В противном случае из-за наличия нетокопроводящих алмазны* зерен на активной части электрода-инструмента при ЭХШ резк° повышается электрическое сопротивление, что, в свою очередь, снижает значение электрического тока, а следовательно, и пр0'
122
Зводительность электрохимического шлифования. Зернистость лмазных кругов на их активной части существенно влияет на роизводительность процесса ЭХШ и качество обработанной Поверхности. Оптимальную производительность и качество лектрохимического шлифования обеспечивают круги с зернистостью 200—50 мкм при 50 - 100%-ной концентрации алмазных ерен. Под 50%-ной концентрацией принято понимать содержание в 1 см3 алмазного слоя 0,44 г алмазных зерен, соответственно при 100%-ной концентрации содержится 0,88 г алмазных зерен.
Круги на связках М5 и МВ1 (медно-алюминиевые сплавы) с зернистостью АС14/10 (алмаз синтетический с размером зерен 40—100 мкм) при 100%-ной концентрации обеспечивают максимальную производительность электрохимического шлифования.
Размеры приведенных алмазных кругов для электроалмаз-ного шлифования колеблются согласно стандартам в следующих пределах: Z) = 250; d = 75 и Н = 25 мм (см. рис. 3.19). Ширина алмазного слоя h обычно 3—8 мм.
Указанные параметры кругов для электрохимического шлифования выбирают в зависимости от размеров обрабатываемых поверхностей и требуемого качества их обработки. Так, для снижения шероховатости обрабатываемой поверхности, например, твердых сплавов на основе карбида вольфрама (марка сплава ВК) применяют алмазные чашечные круги с размером зерен 50—100 мкм при 100%-ной их концентрации. В то же время с увеличением площади обработки более 1000 мм2 выгоднее применять круги большего диаметра (до 300 мм) и с большей зернистостью (до 200 мкм).
При небольших площадях контакта (порядка 10 мм2) активной поверхности алмазного круга с заготовкой производительность механического алмазного и электрохимического шлифования примерно равны. В то же время при повышении площади контакта до 100 мм2 производительность электрохимического Шлифования примерно в два раза выше, чем механического алмазного, а при площади контакта 1000 мм2 производительность возрастает в шесть раз. Соответственно при меньших площадях контакта активной части электрода-инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки, что имеет место, например, при Шлифовании деталей типа тел вращения, производительности ’’Панического алмазного и электрохимического шлифования Практически равны. В этом случае эффективность электрохимического шлифования может быть оценена в основном снижением взноса кругов. Последнее характеризуется периодичностью правки кругов в случае неравномерности их износа.
Устройства для крепления алмазных чашечных и ^ских с выточкой кругов в принципе однотипны. На рис. 3.20
123
Рис. 3.20. Устройства для крепления алмазных кругов
изображена конструкция устройства для крепления алмазного плоского с выточкой круга, которое смонтировано на шпинделе станка модели ЗЭ371.
Оправка 3 посредством шайбы 12 и болта 11 закреплена на корпусе 7 шпинделя плоскошлифовального станка. Алмазный круг 1 через диэлектрическую прокладку 14 со скосом скреплен с оправкой. Вторая прокладка 13 из диэлектрического материала закреплена на шайбе и имеет аналогичный скос. Эти скосы образуют кольцевую щель, по которой электролит под действием центробежных сил отбрасывается к выточке алмазного круга, а затем поступает в межэлектродный промежуток, после чего удаляется из зоны обработки. Коническим кольцом 4 поток электролита направляется (на рисунке изображено стрелками) в наклонные отверстия в оправке, по которым он попадает в кольцевую канавку на нижнем торце.
Каркас 5 скреплен с плитой 6; с помощью плиты невращаю-щиеся детали устройства монтируются на корпусе бабки или на кожухах. В каркасе расположена обойма 2, несущая расположенные по кругу волосяные щетки 10. Вылет щеток регулируется вертикальным перемещением обоймы в каркасе. Волосяные щетки предотвращают разбрызгивание электролита и одновременно удаляют с обрабатываемой поверхности заготовки про* дукты растворения.
На наружной образующей оправки выполнена конусная канавка, в которой расположены сухарики 8, закрепляемые при необходимости винтами 9. Перемещая эти сухарики в канавке, статически балансируют алмазный круг, добиваясь при этом устойчивой его работы.
124
Особенно важно при электрохимическом шлифовании предотвратить торцовое биение алмазного круга, так как даже при относительно небольшом торцовом биении с амплитудой свыше 0,02 м!и заметно ухудшается сплошность потока электролита в межэлектродном промежутке, что снижает производительность ЭХШ и увеличивает износ алмазного круга.
Для предотвращения торцового биения алмазного круга посадочные места шпинделя станка и оправки с кругом при установке ее на станок тщательно очищают от пыли и грязи. Однако практически алмазный круг почти всегда имеет торцовое биение после установки на станок. Поэтому перед шлифованием производят правку алмазного круга методом «обратной полярности» (см. с. 118). На столе станка устанавливают тиски, а в них закрепляют плоскопараллельный чугунный брусок с размерами 20X20x200 мм. Верхнюю плоскость бруска выверяют на параллельность плоскости стола с помощью стойки с индикатором, а затем крепят брусок в тисках. Правку выполняют с применением электролита, предназначенного для шлифования, при следующих режимах:
Окружная скорость вращения алмазного' круга, м/с . • . . 20—25
Напряжение на электродах. В ................. 10
Продольная подача стола, м/мин.........................1—1,5
Вертикальная подача круга, мм (на один ход. стола) .... 0,005
Продолжительность правки этим методом торца алмазного круга диаметром 300 мм при допуске на его биении 0,02 мм составляет около 3 мин.
При правке алмазных кругов методом «обратной полярности» происходит эрозионное и электрохимическое разрушение связки на тех участках активной торцовой поверхности круга, на которых имелось биение. Правку алмазного круга на токопроводящей связке производят до начала обработки деталей, т. е. непосредственно после установки его на шпиндель станка. В процессе обработки алмазный круг не правят.
Статическую балансировку шлифовальных кругов выполняет на специальных приспособлениях, закрепляя вращающиеся при работе детали узла крепления круга на специальных оправках. Балансировку шлифовальных кругов производят в инструментальных цехах. На участки ЭХО поступают собранные йот-, балансированные круги с оправками.
При электрохимическом шлифовании относительно больших по площади обработки поверхностей (более 30X30 мм) затрудняется истечение электролита через межэлектродный промежу-т°к к периферии круга. Это сокращает объем растворенного ^еталла и, следовательно, снижает производительность процес-
ЭХШ. Для облегчения доступа электролита в межэлектрод-ый промежуток на рабочей (активной) поверхности алмазного кРУга выполняют канавки (рис. 3.21). С допустимым увеличе-
125
Рис. 3.21. Алмазный чашечный круг канавками
нием числа таких канавок плотность тока при шлифовании повышается и соответственно возрастает объем растворенного металла. Однако при чрезмерном увеличении числа канавок сокращается площадь активной части алмазного круга, в результате чего уменьшается плотность тока на аноде, а вместе с ней — производительность процесса ЭХШ. Оптимальное-число канавок для алмазных кругов диаметром 300 мм — 40— 45 шт. Канавки (рис. 3.21) выполняют несквозными, с наклоном относительно радиального направления на 20—-30°; глубина канавок обычно 0,5—0,8 мм.
В зависимости от ширины обрабатываемой поверхности выбирают диаметр алмазного круга. При этом внутренний диаметр рабочей части алмазного чашечного круга должен быть в два раза больше ширины обрабатываемой заготовки. В противном случае образуется отклонение от плоскости, равное 0,03— 0,05 мм.
На рис. 3.22 изображены детали из твердых сплавов, поверхности которых обработаны электрическим шлифованием с производительностью, в 2—3 раза превышающей производительность алмазного механического шлифования. При этом шероховатость обработанных поверхностей не превышает 0,63 мкм по Ra.
При электрохимическом шлифовании алмазными кругами вязких металлических материалов, например магнитных сплавов, на-
блюдается налипание на активную часть алмазного круга частиц обрабатываемого металла, т. е. происходит так называемое «засаливание» алмазного круга, в результате которого резко снижается его режущая способность. По мере «засаливания» алмазного круга производят периодическую очистку его режущей части абразивными брусками из карбида
' S)
Рис. 3.22. Детали из твердых сплавов, плоскости которых обработаны электрохимическим шлифованием:
а — матрица вырубного штампа, б, в пластины для резцов
126
Рис. 3.23. Схема установки н крепления резцовых пластин квадратной (а) и треугольной (6) форм
кремния зеленого (КЗ). Брусок закрепляют на столе станка в тисках или в специальных оправках и подводят вращающийся алмазный круг к бруску. Брусок, многократно воздействуя на активную поверхность алмазного круга при периодической вертикальной подаче его на брусок и при соответственном перемещении бруска за счет подачи стола, очищает алмазный круг от «засаливания». При этом абразивный брусок изнашивается. Очистку выполняют без применения электрического тока и электролита. Таким образом алмазный круг диаметром до 300 мм очищают за 1—2 мин.
Заготовки из твердых сплавов при электрохимическом шлифовании закрепить на станке труднее, чем стальные. Последние, как правило, крепят на магнитных плитах электрохимических плоскошлифовальных станков. Заготовки из твердых сплавов зажимают в тисках с механическими зажимами и в специальных приспособлениях, которые крепят на столе шлифовального станка с помощью магнитных плит.
При электрохимическом шлифовании, например, боковых граней квадратных твердосплавных пластин 3 (рис. 3.23) их набирают по 10—15 шт. на оправку-стержень 2 (рис. 3.23,а) и,
Рис. 3.24. Кассета для электрохимического шлифования резцовых пластин
Рис. 3.25. Форма рабочей части абразивных кругов для электрохимического шлифования
127
положив такой пакет одной гранью на плоскопараллельную подкладку 1, кренят его в тисках 4. Пластины треугольной формы 5 также набирают в пакет и базируют его в тисках с помощью призматической подкладки 6, установленной между губками тисков (рис. 3.23,6).
Электрохимическое шлифование алмазными кругами плоскости основания резцовых пластин производят обычно после обработки их гранен. При этом крепление пластин 2 на столе станка производят в кассетах, имеющих окна 1, по форме и размерам соответствующие контуру обрабатываемой пластины (рис. 3.24). Кассету выполняют из стали и крепят на магнитной плите станка. Высота кассеты меньше толщины окончательно отшлифованных пластин.
При электрохимическом шлифовании алмазными кругами большинства металлов, в частности твердых сплавов, в качестве электролита применяют 8%-ный водный раствор азотнокислого натрия NaNO3 с добавкой в него 1—3% азотистокислого натрия NaNO2 и 1% фосфорнокислого натрия Na2HPO4.
Электрохимическое шлифование большинства обрабатываемых этим способом металлических материалов выполняют при напряжении 6—8 В. При этом расход подаваемого в рабочую зону электролита составляет 5—10 л/мин, а плотность электрического тока—-70 —100 А/см2. Сила тока в зависимости от площади контакта алмазного круга с обрабатываемой поверхностью заготовки обычно колеблется от нескольких до 2—3 тыс. ампер.
Окружную скорость вращения алмазного круга устанавливают в пределах от 23 до 28 м/с. Снижение скорости вращения, например в случае применения алмазных кругов небольшого наружного диаметра (150—200 мм), приводит к уменьшению производительности электрохимического шлифования; повышение окружной скорости вращения существенно не влияет на производительность процесса ЭХШ.
Рабочая подача стола при электрохимическом шлифовании плоскостей заготовок торцом чашечного круга устанавливается в зависимости от снимаемого припуска. Так, при припуске на шлифование порядка 0,3—0,5 мм рабочая подача стола обычно равна 70 мм/мин для обработки сплавов типа ВК, а при припуске на шлифование менее 0,2 мм эту скорость увеличивают до 120 мм/мин. При электрохимическом шлифовании плоскостей заготовок, имеющих отверстия, пазы и другие элементы, облегчающие вынос продуктов растворения из межэлектродного промежутка, рабочую подачу стола станка увеличивают в 2— 3 раза.
Электрохимическое шлифование абразивными кругами. В отличие от электрохимического шлифования алмазными кругами, при котором обработку обычно производят торцом круга, при 128
электрохимическом шлифовании токопроводящими абразивными кругами обработку выполняют, как правило, периферией круга.
Эффективность электрохимического шлифования абразивными кругами, как и алмазными, зависит от площади контакта активной части круга с поверхностью обрабатываемой заготовки. Увеличение этой площади при электрохимическом шлифовании абразивными кругами достигается за счет, например, повышения глубины врезания круга в заготовку.
Абразивные круги для электрохимического шлифования, являющиеся электродами-инструментами, состоят из зерен абразивного материала и токопроводящей связки. Связка соединяет в единое целое абразивные зерна. В качестве абразивного материала для такого круга применяют электрокорунды различных видов. Наиболее часто используют так называемый белый электрокорунд марки 24А, выплавляемый из бокситов. Электрокорунды состоят из оксида алюминия и примесей. В электрокорунде марки 24А содержится до 96% оксида алюминия. Размер абразивных зерен для шлифовального круга колеблется в зависимости от предъявляемых требований к качеству обрабатываемой поверхности в пределах от 125 до 315 мкм. Концентрация абразивных зерен у такого круга обычно 200%. Токопроводящей связкой являются сплавы на основе алюминия, меди и цинка. Абразивный круг для электрохимического шлифования получают, как и алмазный круг, горячим прессованием или литьем в специальных центрифугах.
Наиболее распространенные формы активной части абразивных кругов для электрохимического шлифования изображены на рис. 3.25. Круг типа ПП (рис. 3.25, а) имеет непрофилиро-ванную активную часть, его применяют для шлифования фасонных поверхностей при относительном перемещении заготовки и круга с помощью копиров и других приспособлений. Кругом такого типа можно эффективно производить формообразование, например, канавок и прорезей без применения копиров. Таким кругом можно обрабатывать и конусные поверхности на электрохимических круглошлифовальных станках. Чаще электрохимическое шлифование фасонных поверхностей выполняют профилированным токопроводящим абразивным кругом (рис. 3.25, б, в, г). В отличие от обработки фасонных поверхностей кругом типа ПП формообразование профилированным кругом осуществляется только за счет врезания его в заготовку, т. е. без перемещения круга по копирам. Для электрохимического шлифования применяют также абразивный круг с более сложной формой активной части, например при формообразовании хвостовиков турбинных лопаток. На рис. 3.26 изображена типовая конструкция устройства для крепления профилированного крута. Круг / посажен на оправку 2 и скреплен с ней бол-5 Зак. 476 129
1
Рис. 3.26. Устройство для крепления профилированного круга
Рис. 3.27. Алмазный ролик для профилирования и правки токопроводящих абразивных кругов:
1 — оправка, 2 — корпус, 3 — алмазоносный слой. 4 — гайка
Рис. 3.28. Электрохимическое шлифование профильной части хвостовика турбинной лопатки из жаропрочного сплава
тами через токосъемное кольцо 4; последнее связано со втулкой 6 посредством электроизоляционного слоя 5. Указанный комплект, собранный и статически отбалансированный вне станка с помощью сухариков 3, устанавливается конусным отверстием втулки на шпиндель 7 станка и крепится гайкой 8. Токоподвод от ИП к кругу осуществляется коллектором 12; щетки последнего контактируют с плоскостью токосъемного кольца. Коллектор смонтирован на кольце 13, которое неподвижно закреплено на корпусе 14 шлифовальной бабки станка. Предотвращает попадание электролита в зону токоподвода шайба 10 и лабиринтовая часть 11. Шайба посредством буртика на токосъемном кольце прижимается к плоскости круга. Кожух с открывающейся передней частью 9 защищает от разбрызгивания электролита. Устройством такой конструкции оснащен, в частности, станок модели ЛЭ-226.
Наружный диаметр абразивного круга типа ПП для электрохимического шлифования принимают обычно равным 150— 300 мм; высота круга (ширина активной части) соответствует 130
установленным стандартным размерам. Такие круги серийно выпускаются промышленностью, они служат для получения кругов с профилированной активной частью.
Профилирование активной части круга для электрохимического шлифования отличается от правки круга тем, что в последнем случае восстанавливают геометрию профиля активной части. Правка характеризуется незначительным съемом материала круга (от сотых до десятых долей мм), а профилирование — гораздо большим, доходящим нередко до 15—20 мм. Правку электроабразивиых кругов относительно простых форм (см. рис. 2.25, б, в, г), состоящих из прямых линий и дуг окружностей, производят алмазным карандашом, который устанавливают в специальные приспособления. Приспособления крепят на столе станка и с помощью его механизмов перемещают карандаш по требуемому профилю, т. е. правят круг. Аналогично выполняют и профилирование токопроводящих абразивных кругов несложной формы.
Профилирование кругов с более сложной формой активной части, состоящей из значительного числа дуг, чаще выполняют алмазными роликами, типовая конструкция которых изображена на рис. 3.27. Корпус ролика с алмазоносным слоем укреплен на оправке гайкой. Оправку устанавливают в приспособление, обеспечивающее вращение ролика при профилировании или правке. Такие приспособления обычно стационарно крепят на столе электрохимического шлифовального станка вне зоны обработки; при необходимости профилирования или правки приспособление с правящим роликом подводят к активной части круга посредством продольного перемещения стола станка. Профилирование и правку круга алмазными роликами производят за счет врезания их в круг при встречном вращении и непрерывной подаче в зону контакта круга и ролика охлаждающей жидкости. При этом окружная скорость вращения абразивного круга составляет 25—30 м/с, частота вращения алмазного ролика — 2800 об/мин, продольная подача стола станка—1,5—2 м/мин при подаче круга на ролик 0,03—0,04 мм на двойной ход стола. В качестве жидкости чаще всего применяют электролит, используемый при электрохимическом шлифовании. Расход его при этом составляет 3—5 л/мин. Профильные алмазные ролики изготовляют в специальных пресс-формах. Преимуществом профилирования или правки такими роликами является их долговечность. Применение таких роликов оправдано при серийном и массовом производстве сложнопрофильных деталей или их элементов, когда окупаются затраты на изготовление пресс-форм.
Типовым примером электрохимического шлифования абразивными кругами является формообразование профильной части хвостовика турбинной лопатки. Обработка производится за две операции (рис. 3.28). Заготовку ус
танавливают и закрепляют в приспособлении, которое смонтировано на столе станка и сориентировано относительно абразивного круга и правящего алмазного ролика или карандаша. За первую операцию (рис. 3.28, а) кругом, имеющим скос активной части, снимается основной объем металла заготовки за два перехода, т. е. с перестановкой заготовки. При этом весь припуск г, максимальное значение которого составляет 7 мм, уда. ляется за один рабочий ход со скоростью продольного перемещения стола станка 6—8 мм/мин. Необходимость удаления относительно большого припуска обусловливает применение абразивных кругов с размером зерна 200—160 мкм. Время обработки одной стороны хвостовой части длиной 70 мм составляет 10—12 мин. После обработки одной стороны заготовку переставляют и выполняют формообразование второй стороны. Правку активной части абразивного круга в этом случае выполняют алмазным карандашом после обработки 5—7 заготовок. При этом с активной части круга удаляют слой 0,2—0,3 мм.
За вторую операцию (рис. 3.28, б) производят окончательное формообразование профильной части хвостовика лопатки. Обработку выполняют в приспособлении, которое правильно ориентирует заготовку относительно абразивного круга и правящего алмазного ролика. Обработку также выполняют за два перехода, т. е. с перестановкой заготовки. Максимальный припуск составляет 3 мм. Скорость продольного перемещения стола с заготовкой относительно вращающегося круга равна 15— 20 мм/мин. На этой операции применены круги с размером абразивных зерен 160—125 мкм. На обеих операциях используют электролит — 5—6%-ный водный раствор NaNO3 с добавкой в него 0,5% NaNO2, 0,5% Na2CO3 и 0,5% глицерина; рабочая температура электролита 20—30°С. Напряжение на электродах 9В. При этих параметрах ЭХШ время выполнения операции составляет 12—15 мин. Правку профильной части абразивного круга для второй операции выполняют после каждого рабочего хода; при этом алмазным роликом удаляют слой порядка 0,05 мм.
В процессе выполнения электрохимического шлифования абразивными кругами могут появляться различные неполадки (табл. 3.4), которые должны устраняться оператором, выполняющим эту операцию. В табл. 3.4 не указаны неполадки, свойственные не только электрохимическому, но и механическому шлифованию, например при появлении волнистости на обрабатываемой поверхности заготовки необходимо устранить дисбаланс круга и т. д. Поэтому для качественного выполнения операции электрохимического шлифования абразивными кругами оператор должен обладать знаниями и навыками рабочего-шлифовщика.
Электрохимическое суперфиниширование. Наибольшая эффективность от применения электрохимического суперфинишИ-132
3.4. Неполадки при электрохимическом шлифовании абразивными кругами
Неполадки Причина возникновении Способ устранения
Круг не вращается; участки активной поверхности круга оплавились Полный износ абразивного слоя круга Заменить изношенный круг новым
Появление искрения Недостаточное количество электролита подается в зону обработки Открытием регулировочного крана увеличить расход электролита
Отсутствует ток при наличии напряжения на электродах Отсутствует электр н-ческий контакт в местах соединения токоподводов с кругом или заготовкой Проверить места соединения электрических контактов между заготовкой, кругом н ИП
Концентрация электролита ниже указанной в технологической документации Повысить концентрацию добавлением необходимого компонента
Отклонение от плоскостности обработанной поверхности заготовки Интенсивный износ активной части электрода-инструмента Проверить pH электролита; довести pH до заданной технологической документации
рования достигается при обработке поверхностей деталей, выполненных из вязких материалов. Для выполнения этой операции (см. рис. 1.14) в качестве притиров используют абразивные и алмазные бруски, а также специальные бруски, выполненные на основе эпоксидных смол с добавлением полировальных паст. При суперфинишировании поверхностей деталей, выполненных из особо вязких материалов, применяют притиры, изготовленные из дерева.
В процессе суперфиниширования поверхностей цилиндрических деталей притирам вместе с катодом сообщается возвратно-поступательное движение вдоль оси детали со скоростью 6— 8 м/мин. При этом притиры совершают возвратно-поступатель-1,ые колебания вдоль оси детали с частотой 200—600 двойных х°дов в минуту. Электролит в процессе выполнения операции поступает в межэлектродный промежуток, равный 0,5—1 мм через Щель или отверстия в катоде в количестве 15—20 л/мин. Состав и концентрация применяемых электролитов зависит от ма-
133
териала обрабатываемой детали и требований, предъявляемых к качеству поверхностей обработанных деталей. Например, для электрохимического суперфиниширования алюминиевых сплавов применяют 15%-ный A1(NO3)3, для обработки деталей из стали ШХ15 используют электролит марки ЭНИМС-1 (50—60 г/л NaNO3; 4—5 г/л NaNCh; 4—5 г/л Na2CO3; 10—20 г/л глицерина).
Электрохимическое суперфиниширование цилиндрической детали диаметром 60 мм и длиной 100 мм из алюминиевого сплава Д16Т с исходной шероховатостью /?а = 0,63 мкм до требуемой 0,08 мкм по Ra выполняют при напряжении нт электродах, равном 10 В, давлении прижима брусков на обрабатываемую поверхность детали—1,6 МПа окружной скорости вращения детали— 15 м/мин. При этом продолжительность обработки составляет 2 мин.
Для выполнения этой операции в качестве притиров используются бруски на основе полировальной пасты белой по ТУ 2-036-248—74 (70%), 27% эпоксидной смолы по ГОСТ 10587— 76 с добавлением 3% отвердителя — полиэтиленполиамина,
В конце электрохимического суперфиниширования поверхностей деталей, выполненных из любых материалов, несколько последних рабочих ходов выполняют при отключенном ИП, в результате этого обрабатываемая поверхность приобретает характерный металлический блеск.
Электрохимическое маркирование. Электрохимическое маркирование выполняют с обменом и без обмена электролита в межэлектродном промежутке. В первом случае глубина маркирования может составлять 0,2—0,3 мм, а во втором — не более 5—8 мкм. Второй способ маркирования получил более широкое
распространение на практике.
Оба способа основаны на использовании электродов-инструментов двух разновидностей: трафаретов, имеющих активную
часть в виде окна, и штемпелей с В обоих случаях форма и размер
Рис. 3.29. Электрохимическое марки-рованне трафаретом:
/ — маркируемая деталь, 2 — основание трафарета, 3 — гибкий токоподвод, 4 — диэлектрическая подкладка
профильной активной частью. I активной части соответствуют форме и размерам маркируемых элементов, выполненных в отображенном (зеркальном) виде.
Схема маркирования заводского знака трафаретом изображена на риС. 3.29. Основание трафарета выполнено из токопроводящего материала и гибким тО-коподводом соединено с отрицательным полюсом
134
ЦП- К нижней плоскости основания прикреплена прокладка, выполненная из диэлектрического материала (например, текстолита). Толщина этой прокладки определяет межэлектродный промежуток при маркировании; обычно он составляет 0,2-— 0,5 мм. В прокладке имеется окно, соответствующее форме и размерам маркируемого элемента и определяющее форму и размеры активной части основания трафарета, т. е. его нижней плоскости.
Маркируемую деталь укладывают на металлическую подкладку, соединенную с положительным полюсом ИП, а затем на деталь укладывают трафарет прокладкой к плоскости маркирования (см. рис. 3.29). В межэлектродный промежуток подается электролит со скоростью 1—2 м/с и одновременно включается источник питания. Напряжение на электродах при маркировании зависит от материала маркируемой детали, например при маркировании деталей из титановых сплавов [7Э= 104-14 В, из медных сплавов [7э = 8ч-10 В. Продолжительность включения источника питания при трафаретном маркировании зависит также от материала маркируемой детали и составляет 0,8—2,5 с. При электрохимическом маркировании трафаретом электрохимическое растворение металла происходит в зоне окна прокладки, так как в этом случае активная часть основания трафарета, ограниченная окном прокладки, воздействует через электролит на поверхность детали. В то же время на площади детали, закрытой прокладкой (т. е. вне зоны окна), растворение не происходит из-за того, что прокладка выполнена из диэлектрического материала. По истечении времени маркирования, которое устанавливается технологией, выключают ИП, снимают трафарет и деталь, а затем промывкой очищают их от остатков электролита и продуктов растворения. Такой способ маркирования в основном применяют в серийном и массовом производстве при частой повторяемости маркируемых элементов; при этом нет необходимости изготовлять большое число трафаретов-различных по форме и размерам окна.
Окна в прокладках таких трафаретов обрабатывают на металлорежущих станках с последующей слесарной доводкой. При наличии узких прорезей, когда нельзя обработать их механически, прокладки выполняют составными из нескольких элементов.
При ручном маркировании трафаретами их ориентируют по ^ношению к базовым плоскостям детали шаблонами или установочными приспособлениями с упорами. При наличии станка Аля электрохимического маркирования трафареты крепят хвостовиком, резьбовым отверстием или иным способом на пиноли 'ЭЛектрододержателе), которая, вертикально перемещаясь, Роизводит маркирование.
135
Рис. 3.30. Электроды-инструменты для маркирования
Рис. 3.31. Набор единичных штемпелей в электрододержателе
Электроды-инструменты типа штемпелей с профильной активной частью изображены на рис. 3.30. В мелкосерийном производстве, где потребность в таких инструментах невелика, профильную часть 2 (рис. 3.30, а) изготовляют гибкой на оправках по шаблонам. Материал — латунная1 лента нужной толщины. Затем эту часть припаивают к латунной оправке /. С помощью оправки инструмент закрепляют в электрододержателе станка. После пайки активной части к оправке ее заливают быстротвердеющей пластмассой 3. Эту операцию выполняют с помощью металлических обойм; обойму фиксируют по оправке инструмента, а в полость ее заливают расплавленную пластмассу.
В качестве электродов-инструментов для маркирования используют также единичные (рис. 3.30,6) или многозначные (рис. 3.30, в) типографские шрифты, которые отливают на наборных машинах. Активную часть таких инструментов также заливают пластмассой. Для нанесения многозначных маркировок единичные штемпели набирают в мерные пазы электрододер-жателя (рис. 3.31) и крепят их планкой. Посадочные места оправок комплекта штемпелей выполняют точно по пазам элек-трододержателя, с тем чтобы обеспечить правильное расположение штемпелей в наборе.
Заданный межэлектродный промежуток при использовании штемпелей обеспечивается занижением торца их активной части относительно пластмассовой заливки. Это производят травлением указанного торца по методу «обратной полярности». ИН' струмент крепят в электрододержателе станка и присоединяют его к положительному полюсу ИП. На столе станка устанавливают ванночку с электролитом и соединяют ее с отрицательным полюсом ИП. При включении источника питания и кратк»' 136
временном погружении рабочего торца инструмента в ванночку происходит анодное растворение металла на торце активной части инструмента. В зависимости от времени погружения инструмента и других параметров ЭХО изменяется глубина указанного занижения; обычно эта глубина составляет не более 0,1 мм, при этом время погружения не превышает 15—30 с.
Аналогично производят занижение комплекта штучных инструментов, набранных в электрододержателе. Однако в этом случае перед выполнением занижения необходимо проверить, чтобы торцы рабочей части всего комплекта штемпелей находились в. одной плоскости. В случае обнаружения отклонения от плоскости производят шлифование торцов, а затем занижение активной части.
При занижении по рассмотренной технологии важно не допустить касания торца активной части штемпелей (до занижения) дна металлической ванны; при касании может произойти оплавление электрода-инструмента.
Для электрохимического маркирования штемпелем деталей из инструментальных сталей в качестве электролита применяют 10—20%-ный раствор азотнокислого натрия в воде; для маркирования нержавеющих сталей— 10%-ный раствор азотнокислого калия, а для твердых сплавов используют 5—10%-ный раствор кальцинированной соды. Количество приготовляемого электролита принимают из расчета, что 1 л его обеспечивает нанесение около 20 тыс. знаков. Электрохимическое маркирование штемпелем, как правило, осуществляется без прокачивания электролита через электродный промежуток. Электролит кисточкой или тампоном наносят на поверхность, где должна быть маркировка, а затем на смоченную электролитом поверхность укладывают штемпель.
Напряжение на электродах в зависимости от материала маркируемой детали назначают в пределах 6—8 В. Продолжительность включения ИП, т. е. процесса маркирования, корректируют в зависимости от четкости маркировки; последнее оценивают визуально. Обычно время маркирования составляет 0,3—
Необходимо учитывать, что качество электрохимического маркирования зависит не только от точности соблюдения установленных режимов обработки, но и от состояния поверхности, на которую наносят маркировку. Для получения четкого изображения отклонение от плоскости этой поверхности не должно превышать 10—20 мкм (на участке маркирования), а шероховатость— 2,5 мкм по Ra. Перед электрохимическим маркированием ЭТу поверхность детали необходимо тщательно обезжирить тампоном, смоченным в бензине.
В процессе эксплуатации штемпелей происходит некоторое Ухудшение качества маркировки. Это характеризуется нечет-6 Зак. 476 137
костью изображения (расплывчатостью) и наиболее часто наблюдается после 3—4 смен непрерывной работы. Такое явление— результат постепенного увеличения толщины оксидной пленки, образующейся на активной поверхности электрода-инструмента. Для качественного маркирования производят периодическую (через 2—3 смены) чистку активной поверхности электрода-инструмента от оксидной пленки. Это выполняют надфилем с мелкой насечкой, не снимая электрод-инструмент со станка. При этом достаточно удалить с его активной поверхности слой толщиной 5—10 мкм.
Срок эксплуатации маркировочных шрифтов, изготовленных типографским методом, составляет обычно 2—3 месяца. Стойкость шрифтов, специально изготовленных профильной гибкой, а также трафаретов практически не ограничена.
3.3. Формообразование внутренних поверхностей
При электрохимическом формообразовании внутренних поверхностей различают операции, в результате которых отверстия или полости окончательно формируются без их предварительной обработки, и операции, позволяющие доработать, т. е. изменить, форму, размеры или качество обработки отверстия или полости, предварительно полученных другими методами. В обоих случаях используют размерную ЭХО; иногда, например, при формообразовании отверстий цилиндрической формы в деталях из твердых сплавов применяют электрохимическое сверление алмазными инструментами. При этом электрод-инструмент, реже заготовка, при линейном перемещении в направлении рабочей подачи одновременно вращается.
Размерную ЭХО внутренних поверхностей можно выполнять неподвижным относительно заготовки электродом-инструментом при удалении небольших припусков и подвижным относительно ааготовки электродом-инструментом при снятии больших припусков. В первом случае наиболее часто производят доработку отверстий и полостей, предварительно обработанных другими методами, во втором—выполняют как доработку отверстий или полостей, так и формообразование их без предварительной обработки. При работе с подвижным относительно заготовки электродом-инструментом рабочая подача может осуществляться также и за счет перемещения и вращения заготовки.
В обоих случаях обработки подачу электролита в межэлектродный промежуток осуществляют через полость (отверстие) в электроде-инструменте или по наружной его образующей.
Особенности конструкции электродов-инструментов. На практике применяют три вида электродов-инструментов для размер' ной ЭХО внутренних поверхностей (рис. 3.32). Наиболее npoj стыми являются электроды-инструменты, активной
138
Рнс. 3.32. Разновидности электродов-инструментов для размерной ЭХО, внутренних поверхностей:
1 — электрод-ииструмеит, 2 — заготовка, 3 — электроизоляционный слой
частью которых служат торец и наружная образующая (рис. 3.32, а). При обработке отверстий или полостей таким электродом-инструментом по мере углубления его в металл заготовки происходит дальнейшее анодное растворение стенок отверстий или полостей со стороны входа инструмента. В результате этого образуется конусность обработанных (боковых) поверхностей, так как стенки отверстия или полости находятся под электрохимическим воздействием более продолжительное время, чем участки у торцовой активной поверхности электрода-инструмента. В отдельных случаях конусность боковых поверхностей может достигать 7—8°. Для снижения конусности боковых стенок отверстий или полостей применяют электролиты, обладающие пассивирующей способностью, например NaNOs,
или вводят в электролит под определенным давлением воздух. Воздух, перемешиваясь с электролитом, попадает в межэлек-тродный промежуток в виде смеси его пузырьков с электролитом. В местах увеличенного межэлектродного промежутка, т. е. на участках отверстия с появившейся конусностью, давление смеси электролита с воздухом снижается, в результате чего пузырьки воздуха расширяются, занимая относительно несжимаемого электролита больший объем. С увеличением объема, занимаемого пузырьками воздуха, резко возрастает электрическое сопротивление току на указанных участках, при этом процесс Дальнейшего растворения металла заготовки на этих участках Резко снижается или полностью прекращается. Соответственно этому увеличение межэлектродного промежутка на этих участках не происходит, что снижает конусность отверстий до 0,5— * • Однако полностью предотвратить образование конусности °тверстий нли полостей при электрохимическом формообразовании такими электродами-инструментами практически не удает-Ся- Поэтому ЭХО такими электродами-инструментами выполня
6*
139
ют в тех случаях, когда требования к точности отверстий >или полостей относительно невысокие.
Исключить образование конусности отверстий и полостей при размерной ЭХО можно применением электродов-инструментов со сплошным электроизоляционным слоем (рис. 3.32, б) на наружной образующей. Такой слой наносят на электрод-инструмент обмазкой его материалами на основе эпоксидных смол. Затем этот слой обрабатывают термически, т. е. сушат в термостатах при 180—220°С. Обмазку производят окунанием электрода-инструмента в раствор электроизоляционного материала. Таким методом обычно получают равномерный слой толщиной порядка 0,15—0,20 м без последующей его обработки.
При размерной ЭХО внутренних поверхностей с большими межэлектродными промежутками (1—1,5 мм), что характерно, например, для формообразования неточных отверстий или полостей, толщина электроизоляционного слоя может составлять 0,3—0,5 мм. На электроды-инструменты такого типа напрессовывают втулки из фторопласта, стеклотекстолита или других диэлектрических материалов. Тонкостенные втулки обычно закрепляют на электродах-инструментах такого типа не прессованием, а клеем.
Электроды-инструменты с электроизоляционным слоем обеспечивают постоянство бокового межэлектродного промежутка йб (см. рис. 3.32, б), а следовательно, уменьшают конусность отверстий или полостей.
На практике электроды-инструменты, наружные образующие которых полностью покрыты электроизоляционным слоем (см. рис. 3.32, б), применяют редко. Это объясняется недолговечностью электроизоляционного слоя и сложностью обеспечения заданной скорости прокачки электролита через межэлектродный промежуток. Разрушение электроизоляционного слоя происходит в процессе ЭХО под действием пузырьков водорода, выделяющегося на активной (торцовой) части электрода-инструмента, гидравлических явлений (ударов), образующихся при изменении направления потока электролита. Последнее происходит, например, при выходе электролита из торцового межэлектроД-ного промежутка ат. Разрушение электроизоляционного слоя У торца электрода-инструмента такого типа (см. рис. 3.32, б) происходит на кромках его торцовой части, т. е. в местах, где изменяется направление потока электролита. Появление на наружной образующей электрода-инструмента мест с разрушенным электроизоляционным слоем, т. е. дополнительных активных участков, вызывает повторное электрохимическое растворение ранее обработанных стенок отверстия или полости. Это приводит к увеличению размера Do относительно заданного чертежом.
140
Обеспечить заданную скорость прокачки электролита через межэлектродный промежуток при размерной ЭХО такими электродами-инструментами (см. рис. 3.32, б) очень сложно из-за бокового межэлектродного промежутка. Межэлектродный промежуток йб в этом случае уменьшается на толщину электроизоляционного слоя. Вследствие этого в местах уменьшенного а6 промежутка значительно возрастает сопротивление движению электролита. Скорость истечения его через межэлектродный промежуток при этом существенно снижается и соответственно нарушается нормальное течение процесса ЭХО. Для нормализации размерной электрохимической обработки внутренних поверхностей такими электродами-инструментами производят прокачку электролита под большим давлением. Увеличение давления электролита в межэлектродном промежутке способствует надежному удалению продуктов растворения. Однако в то же время увеличить давление электролита при уменьшенном значении йб во многих случаях не удается из-за ряда технических причин, обусловленных особенностями оборудования.
Из-за указанных недостатков электроды-инструменты со сплошным электроизоляционным слоем на наружных образующих применяют, как правило, при формообразовании отверстий и полостей небольшого сечения (10—20 мм2). При таких размерах через межэлектродный промежуток прокачивают сравнительно небольшое количество электролита (3—5 л/мин), что обеспечивается, даже при уменьшенном значении ав, повышением давления до 3000—4000 кПа.
Электроды-инструменты со сплошным электроизоляционным слоем на наружных образующих применяют и при больших размерах обрабатываемых отверстий или полостей, так как их проще изготовить, чем электроды-инструменты с электроизоляционным слоем и оголенным пояском высотой h. Поясок, как и торцовая поверхность электрода-инструмента, является активной его частью. Однако такие электроды-инструменты (рис. 3.32, б, в) сложнее изготовить, чем электроды-инструменты без электроизоляционного слоя (рис. 3.32, а), поэтому нх применяют только при формообразовании отверстий и полостей с параллельными стенками, т. е. при обработке с более высокими требованиями к точности размеров и геометрической формы деталей.
На рис. 3.32, в изображен электрод-инструмент, имеющий на Наружных образующих оголенный поясок высотой h. Электрод-Инструмент такой конструкции обеспечивает по сравнению с электродом-инструментом со сплошным электроизоляционным слоем лучшую прокачку электролита через межэлектродный промежуток при размерной ЭХО вследствие увеличения бокового межэлектродного промежутка а*.
141
Боковой межэлектродный промежуток ав при обработкеэлек-тродами-инструментами, имеющими активный поясок высотой h определяют ид выражения: a6 = y'2aTh + a2T.
Из данной формулы видно, что с увеличением высоты активного пояска h боковой межэлектродный промеч<уток возрастает. Следовательно, сопротивление потоку электролита в боковом
межэлектродном промежутке при этих условиях снижается и
соответственно улучшаются условия удаления продуктов растворения из зоны обработки.
В процессе размерной ЭХО внутренних поверхностей при относительно низких давлениях электролита до 588—604 кПа можно обеспечить за счет увеличения пояска h на электродеинструменте прокачку большего, чем в предыдущем случае (см. рис. 3.32, б), количества электролита (более 5 л/мин) через межэлектродный промежуток, что положительно сказывается на протекании процесса ЭХО.
Необходимо отметить, что при наличии у электрода-инструмента активного пояска отверстие (или полость) одного и того же сечения может быть обработано при меньшем, чем у электрода-инструмента со сплошным электроизоляционным слоем, диаметре Dn. Это обусловлено наличием на электроде-инструменте пояска h, увеличивающего значение а^.
Конструкция электрода-инструмента с активным пояском
кроме указанных преимуществ предотвращает разрушение электроизоляционного слоя под действием гидравлических явлений, происходящих при прокачке электролита через межэлектродный
промежуток.
В процессе размерной ЭХО полостей и глухих отверстий на дне, против отверстия в электроде-инструменте, образуется выступ, который нарушает плоскостность дна полости или глухого отверстия. Этот выступ образуется в результате замедления на
этом участке растворения металла по отношению к растворению его на участках дна, расположенных против активных торцовых поверхностей полого электрода-инструмента.
Размеры выступа на дне глухого отверстия или полости за-
Рис. 3.33. Схемы, характеризующие образование выступов при ЭХО глухих отверстий
висят от диаметра отверстия в электродеинструменте, через которое подается электролит в рабочую зону. Так, при размерной ЭХО глухого отверстия в нержавеющей стали марки 2X13 с применением электролита NaCl полым электродом-ин
142
струментом, имеющим отверстие (рис. 3.33) диаметром d = = 3 мм, высота выступа с на дне полости или отверстия может составлять 0,1—0,2 мм (рис. 3.33, а). При увеличении диаметра отверстия в электроде-инструменте до.с?=30 мм (рис. 3.33, б) высота выступа с на дне при тех же режимах ЭХО может составить 6—7 мм.
Для снижения трудоемкости удаления выступа механической обработкой размерную ЭХО глухих отверстий или полостей стремятся проводить электродом-инструментом с минимально возможным диаметром отверстия для подачи электролита (1— 3 мм) и, наоборот, при размерной ЭХО сквозных отверстий, когда указанный технологический выступ отделяется от заготовки, формообразование стремятся проводить электродом-инструментом с максимально возможным диаметром отверстия для подачи электролита, но с учетом обеспечения жесткости полого электрода-инструмента (рис. 3.33, б).
При размерной ЭХО внутренних поверхностей электродом-инструментом полого типа с относительно малым сечением отверстия по сравнению с площадью торцовой активной части электрода-инструмента (см. рис. 3.33, а) заметно сокращается количество электролита, прокачиваемого через межэлектродный промежуток. В результате этого на некоторых участках межэлектродного промежутка образуются своеобразные разрывы потока электролита, так называемые «сухие зоны». В них съем металла существенно замедляется или полностью прекращается, т. е. нарушается нормальное течение процесса ЭХО.
Из-за образования «сухих зон» на дне обрабатываемого отверстия или полости появляются характерные технологические выступы, не превышающие высотой межэлектродного промежутка. При соприкосновении торцовой активной части электрода-инструмента с этими выступами возникают токи короткого замыкания, которые оплавляют активную часть электрода-инструмента и соответствующий участок обрабатываемой поверхности заготовки.
Для предотвращения этих явлений применяют различные способы прокачки электролита через межэлектродный промежуток. Если электроды-инструменты имеют размеры наружного контура не более чем в 2—3 раза превышающие размеры отверстия для подвода электролита, то последний подают в межэлек-тродный промежуток через указанное отверстие (рис. 3.34, а). Такой способ подачи электролита успешно применяют при обработке отверстий электродами-инструментами, имеющими = 6 мм при d = 2 мм и 7)в = 75 мм при d = 25 мм.
С увеличением соотношения этих диаметров возрастает опас-н°сть возникновения «сухих зон». В таких случаях для нормализации процесса ЭХО искусственно создают определенное сопротивление потоку электролита, т. е. так называемое протнво-
143
Рис. 3.34. Способы подачи электролита в межэлектродный промежуток при обработке отверстий и полостей
давление на выходе его из межэлектродного промежутка (4?ис. 3.34, б). В этом случае электролит после прохождения межэлектродного промежутка попадает в накопительную камеру 1, у которой имеется ряд отверстий или щелей для его слива. Суммарный размер этих отверстий или щелей на 10—15% меньше межэлектродного промежутка. Это позволяет создавать на выходе электролита из межэлектродного промежутка противодавление, которое обычно составляет 20—30% от рабочего давления электролита на входе его в межэлектродный промежуток. Например, при рабочем давлении электролита на входе в межэлектродный промежуток 600 кПа противодавление должно составлять приблизительно 190 кПа. Такие условия способствуют надежному заполнению электролитом всего межэлектродного промежутка, т. е. препятствуют возникновению «сухих зон».
При использовании полых электродов-инструментов с соотношением размеров D»ld, превышающим 6—8, применяют другой способ прокачки электролита через межэлектродный промежуток (рис. 3.34, в). В этом случае поток электролита через отверстия или щели в камере поступает в ее полость, а затем, проходя через межэлектродный промежуток, отводится по отверстию электрода-инструмента. Размер отверстия в электродеинструменте меньше суммарного размера отверстий камеры, » результате чего создается противодавление и обеспечивается нормальное течение процесса. Этот способ успешно применяю'1', в частности, при размерной ЭХО полостей прямоугольного сечения; при этом значение указанного соотношения размеров не учитывают, так как на угловых участках инструмента прямоугольного сечения часто образуются «сухие зоны».
144
Предотвратить образование «сухих зон» в этих случаях другими способами прокачки электролита, как правило, не удается. Следовательно, чтобы предотвратить возникновение «сухих зон», необходимо применять накопительные камеры, которые создают в рабочей зоне противодавление потоку электролита. Однако такие камеры применяют только в необходимых случаях из-за повышенных затрат на их изготовление. Более простым способом предотвращения является введение в электролит сжатого воздуха через полость
Рис. 3.35. Турбиииая лопатка с обработанной полостью
электрода-инструмента.
Типовые операции. Электрохимическое формообразование внутренних поверхностей наиболее широко применяют при обработке фасонных полостей, глубоких отверстий и узких щелей, а также при необходимости одновременной обработки нескольких отверстий в одной детали.
Для формообразования глухой полости в турбинных лопатках из жаропрочного сплава марки ЭИ-607 (рис. 3.35) в серийном производстве используют операцию электрохимическое прошивание (ЭХПр). При этом для обеспечения радиусного сопряжения стенок полости с плоскостью дна применяют электрод-инструмент с оголенным пояском высотой 4,7 мм, что в сумме с принятым межэлектродным промежутком (0,3 мм) составляет указанный радиус сопряжения (5 мм).
На торце активной части электрода-инструмента выполнены перекрещивающиеся между собой щели (см. рис. 3.36, б), предназначенные для подачи в рабочую зону электролита. Чтобы снизить высоту технологического выступа на дне полости лопатки, ширину этих щелей принимают равной 1,5 -мм, что обеспечивает нормальное течение процесса. В то же время из-за небольшой ширины щелей по отношению к площади торцовой активной части электрода-инструмента производят подачу электролита через накопительную камеру по наружным поверхностям ЗДектрода-инструмента; при этом в рабочей зоне создается необходимое противодавление, что также способствует нормальному течению процесса. Для предотвращения конусности стенок обрабатываемой полости наружные образующие электрода-ин-СтРумента покрыты электроизоляционным слоем.
Заготовку 5 (рис. 3.36, а) устанавливают в приспособление На плоскость хвостовой части и ориентируют в корпусе 4 при-
145
способлеиия по отверстию и фиксатору (на рисунке не изображен). Окончательно закрепляют заготовку эксцентриком 7 поворотом его на оси 6. При этом плоскость хвостовой части заготовки плотно поджимается к эластичной прокладке 8, закрепленной в полости корпуса. В результате этого предотвращаются утечки электролита из рабочей зоны.
Электрод-инструмент 3 фиксируют хвостовиком в посадочном отверстии пиноли 1 станка и крепят к ней болтами. Обойма 2 имеет уплотнительную манжету, которая предотвращает утечку электролита из накопительной камеры, образованной внутренней полостью обоймы.
Манжета не препятствует также свободному вертикальному перемещению электрода-инструмента и обоймы относительно друг друга. Нижний торец обоймы прижимается к уплотнительной прокладке 9, смонтированной в расточке корпуса, за счет силового воздействия электролита на нижнюю внутреннюю поверхность большей площади, чем верхняя. Следовательно, силовое воздействие электролита на нижиюю поверхность сбоймЫ выше, что и обеспечивает надежное прижатие ее к прокладке.
146
С учетом значительной высоты пояска (4,7 мм) у электрода-инструмента и значения ат = 0,3 мм боковой межэлектродный промежуток де составляет в данном случае 1,6—1,7 мм. При таком большом значении бокового межэлектродного промежутка обеспечить заданную точность обработки возможно только при стабилизации параметров (U3, х, уэ) процесса ЭХПр. В противном случае погрешность Да превысит допуск на длину и ширину полости (±0,15 мм).
Нормальное течение этой операции обеспечивается при использовании в качестве электролита 20%-ного водного раствора NaNO3 с рабочей температурой (30±3) °C. При этом режимы обработки следующие: //я= (14±0,25) В, давление электролита в камере (784±98)кПа, противодавление 196 кПа, v3 — (1,5± ±0,05) мм/мин, сила тока /=1300 А. Время формообразования полости при работе на этих режимах 10 мин.
Формообразование электрохимическим прошиванием цилиндрических отверстий большой глубины, в 30—40 раз превышающей их диаметр, — экономически выгодный и эффективный процесс; выполняется он, как правило, одноместными инструментами.
Вообще механическое формообразование отверстий небольшого диаметра (1—3 мм) й глубиной, во много раз превышающей их диаметр, в любых металлических материалах представляет весьма сложную технологическую задачу. Это объясняется повышенным на значительной глубине обработки трением режущей части, например сверла, о материал заготовки и малой прочностью сверл таких размеров.
При ЭХПр отверстий такого размера съем металла происходит без контакта электрода-инструмента с обрабатываемыми поверхностями заготовки, что позволяет электрохимически обрабатывать отверстия малого диаметра на неограниченную глубину. Так, освоена ЭХПр отверстий диаметром 1—2 мм и глубиной 200 мм в лопатках газовых турбин. Эти отверстия предназначены для охлаждения лопаток в процессе работы, турбины и повышения ее работоспособности. В качестве электродов-инструментов используют калиброванные латунные трубки соответствующего диаметра толщиной стенок 0,1—0,2 мм. Для предотвращения конусности обрабатываемых отверстий наружный Диаметр таких электродов-инструментов полностью покрывают электроизоляционным слоем. Электроды-инструменты с активным пояском на их рабочей части в данном случае не применяет из-за сложности выполнения такого пояска на тонкостенных тРубках малого сечения.
Для нормализации процесса ЭХПр глубоких отверстий элек-тРодами-инструментами без активного пояска толщину электроизоляционного слоя принимают равной 0,05—0,08 мм. Нанесение На электроды-инструменты электроизоляционного слоя такой
147
толщины способом окунания не обеспечивает в этих случаях качественного покрытия. Поэтому при малых сечениях и тонких стенках полых электродов-инструментов электроизоляционный слой небольшой толщины наносят электростатическим способом. Сущность этого способа заключается в том, что к электроду-инструменту на наружную поверхность которого наносят электроизоляционный слой, подводят положительный полюс ис-
точника высокого напряжения, а к электроду, расположенному в головке устройства-распылителя, — отрицательный полюс. Диэлектрический материал в порошкообразном состоянии засыпают в распылитель, присоединенный предварительно к цеховой
магистрали сжатого воздуха.
Трубчатые электроды-инструменты устанавливают на оправки, которые закрепляют в тисках. Подводят головку распылителя к образующей электрода-инструмента и включают подачу сжатого воздуха в распылитель. При срабатывании последнего
частицы диэлектрического порошка соприкасаются с электродом распылителя и получают отрицательный заряд. Заряженные
частицы порошка под действием сил
Рис. 3.37. Схема электрохимического формообразования глубоких отверстий малого сечей ия в турбинных лопатках
электрического поля, образованного головкой распылителя и наружной образующей электрода-инструмента, оседают на его наружной поверхности. Толщину слоя осевших на поверхность электрода - инструмента частиц порошка регулируют изменением расстояния между выходным торцом головки распылителя и образующей электрода-инструмента, а также использованием порошка с требуемыми характеристиками. После напыления слоя нужной толщины электрод-инструмент помещают в термостат, где под действием температуры порядка 200° С частицы порошка оплавляются; при этом электроизоляцио н н ы и слой прочно сцепляется с электродом-инструмеВ' том, образуя покрытие.
148
г
Электрохимическое формообразование глубоких отверстий малого сечения выполняют, как правило, при непрерывном вращении полых электродов-инструментов. Это предотвращает неперпендикулярность оси обрабатываемого отверстия и повышает тем самым точность формообразования.
На рис. 3.37 изображено типовое приспособление для электрохимического формообразования глубоких отверстий в турбинных лопатках. Заготовку 3 лопатки устанавливают на базовые опоры 4 и 5, а затем поджимают к ним заготовку прижимами 7 и 8. Для правильной ориентации электрода-инструмента 1 относительно базовых опор приспособления служит направляющая втулка 2, запресованная в крышку приспособления. Втулка 2 выполнена из диэлектрического материала, например капролона.
Основание 6 приспособления крепят на столе станка, а затем ориентируют отверстие относительно электрода-инструмента. Для свободного его перемещения в отверстии втулки 2 диаметр последней принимают на 0,02—0,03 мм больше наружного диаметра электрода-инструмента, покрытого электроизоляционным слоем.
Электролит в процессе ЭХПр подают через полость электрода-инструмента, а удаляют его из рабочей зоны вместе с продуктами растворения через межэлектродный промежуток в полость приспобления.
В начальный период формообразования отверстия в заготовке заданное направление движения электрода-инструмента обеспечивается направляющей втулкой. При этом по мере углубления электрода-инструмента в заготовку отклонение от перпендикулярности его оси относительно плоскости стола предотвращается обработанной частью отверстия. Этому способствует также осевое вращение электрода-инструмента.
При ЭХПр отверстий малого диаметра и большой глубины создаются условия для интенсивного удаления продуктов электролиза из рабочей зоны за счет повышения давления электролита, поступающего в межэлектродный промежуток. Это позволяет ускорить процесс формообразования таких отверстий использованием электролита с максимальной электропроводностью при малых значениях торцового межэлектродного промежутка. Такие условия обработки позволяют вести формообразование отверстий с повышенной рабочей подачей электрода-инструмента.
При обработке отверстий малого диаметра и большой глубины в заготовках лопаток из жаропрочных сплавов эффективно используют 20%-ный раствор хлористого калия, обладающий высокой электропроводностью по сравнению с другими растворами нейтральных солей, что повышает скорость электрохимического растворения на 20—30%.
149
В рассмотренном примере ЭХПр площадь активной части электрода-инструмента имеет относительно малое значение, поэтому сила тока в этом случае не превышает обычно 15—20 Д. Это позволяет ускорить процесс формообразования за счет применения ИП, имеющих низкий коэффициент пульсации тока. Благодаря этому в межэлектродном промежутке за определенное время реализуется большая электрическая энергия.
Отверстия диаметром 1—2 мм и глубиной до 200 мм обрабатывают по приведенной на рис. 3.37 схеме при напряжении на электродах £/э = 20 В, силе тока / = 20 А; при этом давление .электролита на входе в межэлектродный промежуток составляет 3000—4000 кПа, расход электролита не превышает 3—5 л/мин, частота вращения электрода-инструмента 15—20 об/мин, а рабочая подача его — 6 мм/мин. При этих режимах погрешность -обработки отверстия порядка 0,1 мм, а отклонение его оси не превышает 0,12 мм на каждые 100 мм глубины.
При электрохимическом формообразовании глубоких отверстий малого диаметра электрод-инструмент углубляется в заготовку в начале процесса без бокового межэлектродного промежутка, поэтому поток электролита часто разрывается, т. е. образуются «сухие зоны», что приводит к возникновению токов короткого замыкания. В этих случаях активная часть электрода-инструмента оплавляется и соответственно нарушается нормальное течение процесса ЭХО. При таких явлениях срабатывает автоматическая система управления станком, приостанавливающая процесс электрохимической обработки.
Для предотвращения токов короткого замыкания, возникающих в начальный период обработки, снижают скорость рабочей подачи электрода-инструмента до 2—3 мм/мин, а после углубле-, ния его в заготовку на 3—5 мм скорость подачи повышают до оптимального значения (6 мм/мин).
Снижение рабочей подачи электрода-инструмента в начальный период обработки отверстий малого диаметра обусловливает возникновение на входе инструмента в заготовку своеобразной воронки высотой 3—5 мм. Эту конусность обрабатываемого отверстия обычно удаляют на следующих после ЭХПр операциях снятием предварительно оставленного припуска. Этот припуск определяют, исходя из условий технологического процесса.
Электрохимическое формообразование одноместными электродами-инструментами позволяет обработать за одну технологическую операцию одно отверстие или одну полость, поэтому в условиях серийного и массового производства более рационально применять ЭХПр многоместными электродами-инструментами. Такими электродами-инструментами обрабатывают одновременно несколько отверстий или полостей в одной или нескольких заготовках, что значительно снижает тру*
150
доемкость изготовления деталей и дает существенный экономический эффект. При оценке экономической эффективности от
применения многоместных электродов-инструментов учитывают также, что изготовление их, как правило, сложнее, а следовательно, они дороже одноместных. Поэтому ЭХПр многоместными электродами-инструментами применяют в основном в серий-
ном и массовом производстве, где увеличение стоимости изго-
товления многоместных инструментов оправдывается значительной экономией, получаемой от снижения трудоемкости обработки.
В качестве типового примера рассмотрим ЭХПр четырех прямоугольных отверстий в плоских заготовках из стали Х18Н9Т (рис. 3.38). Заготовку 2 устанавливают в приспособление (рис. 3.39) на фиксаторы 3, запрессованные в основание 4.
Последнее заранее выверяют по отношению к базовому отверстию пиноли 10 станка и крепят болтами и гайками к столу 5. Заготовку после установки ее на фиксаторы крепят прижимами 7. Опорами прижимов являются ступенчатые подкладки 6.
Четыре электрода-инструмента 1 полой конструкции смонтированы в подэлектродной плите 8, которая скреплена с элек-трододержателем 9.
Электролит подается через центральные отверстия в пиноли станка и электрододержателе в
Рис. 3.38. Заготовка с отверстиями пря-моугольной формы
Рис. 3.39. Приспособление дли ЭХО отверстий многоместным инструментом
151
F
полость последнего. Эта полость является накопительной камерой; из нее электролит через центральные отверстия электродов-инструментов поступает в межэлектродный промежуток. Соединения деталей приспособления и станка, через которые может вытекать электролит, уплотнены резиновыми кольцами.
Латунные электроды-инструменты выполнены с пояском ца их торцах; остальные (пассивные) поверхности наружного й внутреннего контуров покрыты электроизоляционным слоем, что предотвращает возникновение конусности отверстий. Электроды-инструменты закреплены в подэлектродной плите гайками. Это обеспечивает быструю замену электродов-инструментов в случае повреждения их активной части.
Обработку отверстий выполняют с применением водного раствора азотнокислого натрия 25%-ной концентрации. Рабочая подача при высоте активного пояска 1 мм составляет 1 мм/мин, а напряжение на электродах— 12 В; боковой межэлектродный промежуток 0,6 мм, а торцовый — 0,3 мин; давление электролита на входе в межэлектродный промежуток равно 392 кПа. При указанных режимах зремя формообразования всех четырех отверстий составляет около 18 мин. На формообразование этих отверстий поочередно одноместным электродом-инструментом затрачивается 18 мин на каждое отверстие.
При обработке отверстий многоместными электродами-инструментами трудно обеспечить сплошность потока электролита на всех участках одновременно обрабатываемых отверстий. Это обусловливает большую, чем при обработке одноместными электродами, вероятность возникновения токов короткого замыкания.
Другой особенностью обработки многоместными электродами-инструментами является применение в одном наборе электродов-инструментов с одинаковой высотой активных поясков. При разнице высот более 0,1 мм заметно изменяются размеры обрабатываемых отверстий — отверстия, обработанные инструментами с большей высотой пояска, имеют большие размеры. Поэтому электроды-инструменты для многоместной обработки отверстий изготовляют с более высокой точностью, чем одноместные.
В процессе выполнения операции ЭХПр могут возникать различные неполадки (табл. 3.5), поиски причин которых довольно затруднительны. Сведения, представленные в табл. 3.5, призваны оказать помощь оператору в отыскании причин и устранении неполадок. Однако основная обязанность оператора заклЮ' чается в том, чтобы правильной настройкой оборудования, тШа' тельной подготовкой-электродов-инструментов и заготовок преД' отвратить появления в процессе выполнения операции любы неполадок. |
152
3.5. Неполадки при ЭХПр отверстий и полостей и способы иХ устранения
Неполадки Возможна» причина Способ устранения
Возникают короткие замыкания; станок отключается; на активной поверхности электродов-инструментов следы оплавления Содержание шлама в электролите выше допустимого Низкая концентрация электролита Прекратить обработку, очистить электролит от шлама Добавлением «сухой» соли довести концентрацию электролита до требуемого значения
- Температура электролита ниже указанной в документации Давление электролита ниже предусмотренного в документации Отрегулировать систему подачи охлаждающей электролит воды Открытием вентиля подачи электролита повысить его давление
В начале обработки значение тока ниже указанного в документации; параметры х и и» соответствуют указанным в документации Оксид на токопроводящей поверхности электрода-инструмента Перед креплением электрода-инструмента мелкой шлифовальной шкуркой с токопроводящей поверхности удалять оксидную пленку
Окислились поверхности токоподводов в местах соединения Разобрать токоподводы; поверхности их зачистить и снова смонтировать
Гок резко повысился На участках пассивной поверхности электрода-инструмента нарушено электроизоляционное покрытие (ЭИП) Прекратить обработку; заменить электрод-инструмент новым; проверить целостность ЭИП
Ток постепенно возрастает и превышает допустимое значение Истирание ЭИП на участках пассивной поверхности электрода- инструмента Повысилась температура электролита Отрегулировать систему подачи воды, охлаждающей электролит
Повысилось напряжение на электродах Вызвать специалиста и исправить систему стабилизации напряжения
Ток постепенно снижается ниже допустимого значения Понизилось напряжение на электродах
7 Зак. 476
153
Продолжение табл. 3 5
Неполадки Возможная причина г Способ устранения
Понизилась температура электролита Отрегулировать систему ц0, дачи воды, охлаждающей элек-тролит
Значение pH больше указанной в документации Отрегулировать систему дозирования кислоты в электролит
Электрохимическое формообразование внутренних поверхностей, например, четырех пазов в дисках, изготовленных из легированной стали ЗОХГСА (рис. 3.40,а), выполняют после их предварительной обработки другими мето-
дами. Конструктивные особенности этой детали — относительно высокая размерная точность пазов и малая шероховатость поверхностей — не позволяют формообразовы-вать эти пазы другими методами, например штамповкой. Кроме того, обработка пазов резанием (протягиванием)
6)
Рис. 3.40. Диск (а) и приспособление (б) для ЭХО его пазов
экономически невыгодна в условиях малосерийного производства. Поэтому после механической обработки дисков по наружному и внутреннему контурам, а затем после последующей термообработки (закалки) их производят ЭХО четырех пазов.
Электрохимическое формообразование пазов выполняют в приспособлении, конструкция которого изображена на рис. 3.40, б. Пакет заготовок 4 укладывают в расточку корпуса 5, который крепят прихватами 6 на столе электрохимического станка-На пакет заготовок устанавливают втулку 2 из диэлектрического материала, которую на"
154
девают на хвостовую часть электрода-инструмента 1 перед креплением его в цанговом зажиме пиноли станка. Втулку и пакет заготовок крепят в корпусе приспособления прихватами 3. Для правильной ориентации корпуса приспособления относительно цангового зажима и соответственно для центрования электрода-инструмента относительно набора заготовок корпус приспособления имеет выступ, входящий в центральное отверстие стола, расположенное соосно с посадочным отверстием цангового зажима.
Электролит через отверстие в пиноли станка и центральное отверстие электрода-инструмента поступает в полость корпуса приспособления, являющуюся своеобразной накопительной камерой. Далее электролит по четырем канавкам (2Х 14 мм) на заходной части электрода-инструмента попадает в межэлектродный промежуток. Затем электролит прокачивается в полость втулки и через отверстия в ее верхнем фланце сливается на стол станка, а далее в бак. Благодаря соосному расположению канавок на заходной части электрода-инструмента и четырех клинообразных выступов А основной поток электролита проходит из накопительной камеры корпуса приспособления в полость втулки через межэлектродный промежуток. В результате этого, а также за счет наличия электроизоляционного слоя на заходной части электрода-инструмента обеспечивается формообразование только четырех пазов.
Особенностью этой операции является большая, чем при электрохимическом формообразовании электродами-инструментами с торцовой активной частью, рабочая подача. Это объясняется тем, что скорость сближения боковых активных поверхностей выступов с обрабатываемыми поверхностями заготовок значительно меньше рабочей подачи. Разница в этих скоростях тем больше, чем меньше угол наклона поверхностей клинообразных выступов. Следовательно, при электрохимическом формообразовании внутренних поверхностей электродами-инструментами, имеющими активные боковые клинообразные выступы, рабочую подачу значительно увеличивают относительно скорости электрохимического растворения металла.
Пример расчета. При формообразовании пазов указанной формы и размеров электродом-инструментом с клинообразными выступами, имеющими уклон активных поверхностей 5°, скорость электрохимического растворения составляет 1 мм/мии. При этих условиях для обеспечения оЭх.р = сн (см. рис. 3.9) рабочая подача электрода-инструмента должна составлять o3=l/sinai = = 1/0,087=11,5 мм/мии.
Из этого примера видно, что при формообразовании электродами-инструментами рассмотренной конструкции заданная ин=1 мм/мин обеспечивается при рабочей подаче v3, значительно большей цн. Таким образом, при размерной ЭХО внутренних поверхностей с предварительно выполненными элемента-7* 155
ми рабочая подача электродов-инструментов выше, чем при ЭХО внутренних поверхностей в заготовках без предварительно
выполненных элементов.
Электроды-инструменты такой конструкции изготовляют, как. правило, из латуни и обрабатывают до нужной формы и требуемых размеров резанием. Толщина электроизоляционного слоя на наружных поверхностях таких электродов-инструментов (кроме активных поверхностей выступов) обычно 3—5 мин.
Учитывая высокие требования, предъявляемые к обрабатываемым пазам по точности размеров и качеству обработки, в данном случае применяют электролит NaNO3 15 %-ной концентрации с рабочей температурой (25±3)°С. Напряжение на электродах (12±0,3)В; давление электролита на входе в межэлектродный промежуток 1568 кПа. За счет разницы сечений межэлектродных промежутков в местах расположения четырех пазов на заходной части электрода-инструмента н отверстий в верхнем фланце втулки создается противодавление потоку электролита, равное 392 кПа.
При указанных параметрах формообразования четырех пазов на пакете дисков из 10 шт. время обработки с учетом необходимости выхода активной части клинообразных выступов электрода-инструмента из нижней заготовки составляет 9 мин.
Схема электрохимического калибрования отверстий с помощью неподвижного относительно заготовки
Рис. 3.41. Приспособление для электрохимического калибрования отверстий пальцев
электрода-инструмента изображена на рис. 3.41. Обрабатываемая заготовка 5 представляет собой цилиндрический палец с центральным отверстием, предварительно обработанным резанием. При этом из-за значительной длины пальца (120 мм) после обработки этого отверстия указанным методом с требуемым допуском + 0,3 мм и шероховатостью 2,5 мкм по Ra выполняют трудоемкие механические операции — зенке-рование и шлифование.
Заготовку пальца, °т" верстие которого выполнено с припуском порядка 0,5 мм, устанавливают в верхнюю расточку корПУ' са 7; расточку уплотняю'1'
156
резиновой прокладкой, предотвращающей утечку электролита. При этом активную часть электрода-инструмента 6 размещают в отверстии пальца 5. Разница между диаметрами отверстия заготовки и активной части электрода-инструмента составляет межэлектродный промежуток; исходное значение последнего-равно в данном случае 0,5 мм.
Закрепление и центрирование заготовки осуществляют хомутом основания 9; стягивание хомута производят рукояткой 4. Электрод-инструмент закрепляют на подкладке 8, выполненной, как и корпус, из диэлектрического материла. Подкладка 8 смонтирована на основании 9.
В верхней части приспособления на пиноли 1 станка закреплена промежуточная плита 2, на которой расположена прижимная втулка 3. В расточке втулки находится резиновое кольцо. Прн перемещении пиноли вниз прижимная втулка торцом своей расточки прочно поджимает заготовку к торцу расточки корпуса, в которой также имеется уплотнение. Эти уплотнения предотвращают утечку и разбрызгивание электролита.
Электролит через штуцер в корпусе приспособления попадает в нижнюю расточку его, являющуюся накопительной камерой. Далее электролит прокачивается через межэлектродный промежуток, попадает в полость втулки и через ее штуцер сливается в бак. Противодавление потоку электролита создается за счет разницы сечений полости втулки и отверстия ее штуцера.
Электрохимическое калибрование отверстий в пальцах, изготовленных из стали 12ХНЗА, выполняют на двухшпиндельном станке модели 4405. На станке можно обрабатывать одновременно или поочередно две заготовки. В первом случае оба шпинделя станка одновременно перемещают в верхнее положение, устанавливают в оба приспособления заготовки, а затем опускают шпиндели и обрабатывают сразу две заготовки. В этом случае при перестановке заготовок станок простаивает. Поочередную обработку заготовок такого типа производят следующим образом. В то время, когда на одной позиции станка заготовку калибруют, на другой обработанную заготовку снимают и устанавливают очередную. При поочередной обработке заготовок исключается простой станка, что положительно сказывается на экономике производства.
При электрохимическом калибровании отверстий пальцев по рассмотренной технологии используют в качестве электролита раствор хлористого натрия 10%-ной концентрации. Режимы обработки отверстий следующие: напряжение на электродах 11 В; сила тока в начальный период ЭХО 1100 А, по мере увеличения межэлектродного промежутка сила тока снижается до 620 А; давление электролита на входе в межэлектродный промежуток 392—490 кПа; противодавление 98 кПа; рабочая температура электролита 25 °C. При указанных режимах ЭХО и поочередной
157
ойработке этих пальцев время калибрования одного отверстия составляет 1,5 мин.
3.4. Отделочные операции
кромок иЯ
имеющих
Типовыми операциями этой группы ЭХО является электрохимическое удаление заусенцев, притупление острых электрохимическое абразивное полирование.
Удаление заусенцев. Электрохимическое удаление заусенцев наиболее широко применяют при обработке деталей,
труднодоступные места, например внутренние полости, глубокие отверстия и т. д. При этом электрод-инструмент определенным образом ориентируют относительно обрабатываемого участка детали. Состав электролита, режимы ЭХО и конструкция приспособлений для установки
. 06S
деталей зависят от их материала и .формы, размеров заусенцев и других факторов. В каждом кон-| кретном случае режимы ботки могут существенно няться.
Электрохимичес удаление (0,5—1 мм) верстии втулки (рис. 3.42, а) про-| изводят на станке модели 4405. На обеих рабочих позициях этого станка установлены приспособления, в которых закреплено) по 20 втулок. Таким образом, на станке одновременно обрабатьн вают 40 деталей. На рис. 3.42, q изображена конструкция одной рабочей секции приспособления! Плита 3 каждого приспособлен ния скреплена хвостовиком d пинолью станка. На ней смон! тированы 20 электродов-инстру ментов 2, а также токоподводы 1. Эта плита несет на себе ко) предотвращающий раз прЧ
$
(а)
Рис. 3.42. Рабочая секция (б) приспособления для удаления заусенцев во втулках ЭХО
обра-изме-
кое заусенцев в центральном от-
жух 7, брызгивание электролита i сливе его из рабочей секции.
На основании 10 приспособ|И ления закреплена контактная^ плита 9. В полость между этими деталями поступает электролит, который далее подается через _•
158
отверстия в оправках 6 и радиально расположенных в них втулках 11, являющихся электродами-инструментами, в межэлектродный промежуток. Последний образуется между поверхностью центрального отверстия обрабатываемой детали 4 и торцом втулок, запрессованных в оправку. На наружные поверхности оправки, контактирующие с электролитом, нанесена диэлектрическая обмазка, что предотвращает воздействие электрического тока на поверхность центрального отверстия детали вне зоны удаляемых заусенцев. Таким образом, анодное растворение металла происходит только на границе отверстие — полость, т. е. на участке детали, где находится заусенец.
Обрабатываемые детали размещают в расточках подкладок 8, закрепленных на контактной плите. Детали устанавливают при поднятой плите с электродами-инструментами 2 и снятой обойме 5; при этом правильное (соосное) расположение отверстий в обрабатываемой детали относительно втулок, расположенных в оправке, обеспечивается фиксатором 12. Подкладки и обоймы выполнены из диэлектрического материала, с тем чтобы предотвратить растворение металла на необрабатываемых поверхностях.
При опускании плиты с электродами-инструментами 2 торцы их прижимают обрабатываемые детали к дну расточки подкладок. Одновременно к обрабатываемым деталям подводят электрический ток от положительного полюса ИП. Надежный прижим деталей к торцам электродов-инструментов обеспечивается резиновой подкладкой, являющейся амортизатором.
Особенностью этой операции является относительно большой межэлектродный промежуток (2—3 мм), что исключает механический контакт заусенцев с активной поверхностью втулок, являющихся электродами-инструментами, а соответственно предотвращает короткое замыкание. В таких условиях обработки оптимальную производительность процесса ЭХО можно достичь при соответствующем увеличении анодной плотности тока, что обеспечивается повышением напряжения на электродах. Электрохимическое удаление заусенцев в этом случае выполняют в 15%-ном водном растворе NaCI при следующих режимах: рабочая температура электролита 20 °C; напряжение на электродах 20 В, а сила тока 1000 А. Время удаления заусенцев у 40 таких деталей составляет 1 мин.
Другой особенностью этой операции является строгая выдержка установленного времени обработки и заданной рабочей температуры электролита. Особое внимание обращают на рабочую температуру электролита при обработке деталей на станках, не имеющих автоматических систем регулирования (например, станок модели 4405). В этом случае периодически замеряют рабочую температуру и в случае необходимости регулируют расход воды, поступающей в теплообменник.
159
При увеличении времени обработки может произойти растворение металла необрабатываемых поверхностей. Однако при больших размерах заусенцев невозможно за установленное технологией время полностью их удалить. В этих случаях изменяют -параметры процесса ЭХО и отмечают это в технологической карте.
Более широко применяют на практике электрохимическое жидкостно-абразивное удаление заусенцев с наружных поверхностей в барабанах. В качестве абразивного материала при электрохимической жидкостно-абразивной обработке используют дробленые минералокерамические пластины, куски шлифовальных кругов и другие подобные материалы. Дробленые минералокерамические куски предварительно обкатывают в галтовочных барабанах, с тем чтобы отделить от них непрочно связанные мелкие частицы, которые могут засорить систему подачи слива электролита. В качестве абразивного материала применяют также фарфоровые шары диаметром 2—12 мм. Диаметр фарфоровых шаров выбирают, исходя из формы и размеров галтуемых деталей и в первую очередь учитывая удобство их отделения от обработанных деталей. Так, при электрохимической жидкостно-абразивной обработке мелких деталей с размерами 3X3X3 мм применяют шары диаметром 2 мм, а при обработке более крупных деталей с размерами ЮХ Юх 10 — диаметром 9 мм.
При этом суммарный объем их не должен превышать 70— 80% объема внутренней полости барабана установки. При соблюдении этого условия обеспечивается интенсивное перемешивание обрабатываемых деталей и абразивного материала, что способствует повышению производительности процесса ЭХО. Соотношение загружаемых в барабан деталей и абразивного материала примерно 1:1.
Состав электролита для электрохимического удаления заусенцев во многом зависит от металла обрабатываемых деталей. Так, при обработке деталей из алюминиевых и никелевых сплавов эффективно применяют раствор азотнокислого натрия NaNO3; при обработке деталей из конструкционных и нержавеющих сталей используют хлористый натрий NaCl. Оптимальная температура электролита при электрохимической жидкостноабразивной обработке 20—25СС.
Напряжение на электродах, обеспечивающее максимальную производительность электрохимической жидкостно-абразивной •обработки, составляет в этом случае, как правило, 22—25 В. Сила тока зависит от напряжения на электродах, электропроводности электролита и соотношения загружаемы?: в барабан деталей и абразивного материала. При массе деталей с размерами 2X8X15, равной 12 кг, напряжение на электродах в сред-160
нем 22 В; сила тока примерно 180 А, электролит — 15%-ный водный раствор NaCl.
Продолжительность электрохимической жидкостно-абразивной обработки зависит как от технологических режимов, так и от размеров удаляемых заусенцев. Например, заусенцы размером 0,2—0,3 мм на кромках штампованных деталей удаляют электрохимической жидкостно-абразивной обработкой за 20— 30 мин, а размером 0,5—07 — за 2—3 ч.
Следует отметить, что увеличение времени обработки относительно заданного технологией приводит к равномерному снятию металла со всех наружных поверхностей. При этом размеры обрабатываемых деталей соответственно уменьшаются. Следовательно, увеличивать установленное время обработки можно только в крайних случаях с разрешения технологической службы. В противном случае возможен брак обрабатываемых деталей.
Электрохимическое абразивное полирование. Отделка поверхностей деталей, изготовленных из труднообрабатываемых сталей и сплавов, механическим полированием — трудоемкая и не всегда технологически выполнимая операция. В этих случаях используют электрохимическое абразивное полирование, например, листов из нержавеющей стали марки Х18Н9Т; размеры листов 2X150X450 мм.
В качестве электрода-инструмента для этой операции применяют специальный притир, конструкция которого изображена на рис. 3.43. Бруски 1, изготовленные из дерева, например липы, закреплены в обоймах 2 стойким от воздействия электролита клеем. Обоймы смонтированы в отверстиях диска 3 и могут перемещаться в вертикальном направлении за счет амортизирующих свойств резиновой прокладки 4. Это обеспечивает поджим обойм с брусками при полировании плоскостей с неровностями и другими дефектами. В этом случае обойма, бруски которой находятся в зоне дефекта полируемой поверхности, сжимает резиновую прокладку и не препятствует тем самым остальным брускам полировать заниженные относительно указанной неровности участки листа. Диск скреплен с планшайбой 5 винтами, кото-
L-fct
161
Рис. 3.44. Схема крепления листов иа столе станка при электрохимическом абразивном полировании:
1 — стол станка, 2 — ванна, 3 — патрубок подачи сжатого воздуха. 4 - подкладка, 5 — упор, б — полируемый лист, 7 — притир, 8 — клиновые прижимы
рая посредством конусного отверстия и резьбы на шпинделе станка соединяется с ним и при этом вращается. Между каждыми двумя брусками расположен клин 6, которым их поджимают к стенкам окна обоймы.
Предназначенный для полирования лист после соответствующей подго
товки устанавливают подъемным устройством на стол станка (рис. 3.44) в специальную ванну. Лист крепят прижимными клиньями, которые одновременно предназначены для токоподводов. Клинья располагают так, чтобы не мешать работе притира, т. е. обеспечить обработ-’ ку всей площади листа.
При исходной шероховатости поверхности листа 1,25 мкм по Ra и требуемой от 0,04 мкм по Ra до 0,01 мкм по Rz анодно-ме-
ханическое полирование выполняют за две операции последовательно на двух однотипных станках, оснащенных одинаковыми притирами и ваннами. В станках для этих операций предусматривают продольное перемещение стола со скоростью 250 мм/мин, вращение вертикально расположенного шпинделя с притиром с окружной скоростью 1,5—2 м/с, прижим последнего к полируемому листу с усилием 98—196 кПа и поперечную подачу шпинделя с притиром 150 мм/мин.
Предварительное полирование выполняют с абразивонесу-щим электролитом — в водный раствор NaNOs добавляют 10% шлифовального порошка № 3 марки Э9А. Эту смесь подают из бака в ванну со скоростью 5—10 л/мин. После заполнения ван-
ны до уровня, превышающего уровень полируемого листа, скорость ее заполнения снижают, не допуская перелива смеси, но , обеспечивая при этом обновление ее в ванне. Вращающийся протир опускают до соприкосновения брусков и полируемой по- £ верхности. Включают рабочую подачу стола и притира, а затем. J подают сжатый воздух в ванну. Воздух проходит по трубкам и через отверстия в них попадает в абразивонесущий электролит, перемешивая зерна абразива в смеси и не давая им оседать на дно ванны. Предварительное полирование обеспечивает шеро-ховатость до 0,32 мкм по Ra. '
Предварительное и окончательное полирование выполняют при напряжении на электродах 10 В. В электролит для окончательного полирования добавляют 10% оксида хрома Сг20з-В конце окончательного полирования отключают ИП и выполняют один проход по всей полируемой поверхности. При этом с , 162
полируемой поверхности механически удаляется характерная для электрохимического абразивного полирования оксидная пленка, имеющая темный цвет; в этом случае полируемая поверхность приобретает зеркальный металлический блеск. Производительность электрохимического абразивного полирования 2 м2/ч.
3.5. Вспомогательные операции
В процессе ЭХО различных деталей выполняют ряд вспомогательных операций, предшествующих обработке или выполняемых после нее. К первым, в частности, относят операции по подготовке оборудования, заготовок или деталей. К числу вспомогательных операций, выполняемых после ЭХО, относят, например, промывку н пассивацию обработанных деталей или заготовок, а также контроль этих операций. Необходимость выполнения контрольных операций оговаривается в технологических картах обработки деталей.
К числу вспомогательных операций при электрохимической обработке относят также уход за рабочим местом. Нередко оператор, выполняющий электрохимическую обработку, производит наладку применяемых приспособлений и электродов--инстру-ментов. Эти виды работ оговариваются в специальных инструкциях или технологических картах.
Подготовка оборудования. Эту работу выполняют а строгом соответствии с требованиями технических паспортов к инструкций, с указаниями бригадира или мастера. Ежедневная подготовка электрохимического оборудования перед началом работы сводится к выполнению следующих работ.
Визуально осматривают шины заземления и в случае необходимости подтягивают крепеж, а при обнаружении серьезных неисправностей сообщают об этом бригадиру или мастеру. Эти работы выполняют не только на самом станке, но и на всем вспомогательном оборудовании, включая насосы, баки, агрегаты для очистки электролитов и т. д.
Проверяют места крепления шлангов и трубопроводов для подачи и слива электролита. Особенно внимательно осматривают трубопроводы подачи электролита, работающие на повышенных давлениях, и аппаратуру (предохранительные клапаны^ вентили-краны н т. д.)_ При пробном кратковременном: включении системы подачи электролита необходимо убедиться в исправности трубопроводов и аппаратуры.
Проверяют состав электролита и его уровень в баке. Уровень электролита в баке контролируют по соответствующим меткам, нанесенным на внутренние стенки бака. Состав электролита проверяют по изложенной выше методике (см. с.. 32:);..
Одновременно с этим- проверяют рабочую температуру электролита, находящегося в баке, по показанию термометра. Датчик термометра встроен в бак и находится в электролите. Если рабочая температура электролита ниже заданной, то открывают вентиль подачи в теплообменник горячей воды; при этом обеспечивают одновременную подачу электролита из бака через теплообменник и возврат его в бак. Если рабочая температура электролита в баке превышает заданную по технологии, то вместо горячей воды пропускают через теплообменник холодную воду. Как правило, перед началом работы, а также после продолжительных перерывов в работе рабочую температуру находящегося в баке электролита повышают до заданной по технологии, так как при продолжительных перерывах в работе тем-, пература электролита в баке снижается ввиду более низкой тем- S пературы окружающей среды. j
Перед началом работы определяют зашламленность электро- J лита в баке. Это производят по контрольной пробе электролита, взятого при окончании предыдущей смены. Такую пробу обычно берут в стеклянные мензурки; при этом электролит в баке тщательно перемешивают. По уровню отстоявшегося в мензурке шлама определяют пригодность электролита Для дальнейшего использования. Процентное содержание шлама оценивают по шкале, нанесенной на стенке мензурки, и сравнивают его с допустимой нормой, указанной в инструкции или технологической карте. Если процентное содержание шлама превышает допустимую норму, то электролит очищают в центрифуге, пресс-фильтре или в другом очистном устройстве.
Тщательно осматривают места крепления электродов-инструментов и приспособлений на пиноли или шпинделе и столе станка. Особое внимание обращают на наличие на поверхностях забоин, царапин других механических дефектов. Эти дефекты недопустимы также на соответствующих поверхностях электродов-инструментов и приспособлений. При обнаружении таких дефектов производят зачистку поверхностей надфилями и напильниками с мелкой насечкой, а также шлифовальной шкуркой соответствующей зернистости.
Особое внимание при подготовке оборудования к работе уделяют очистке поверхностей пиноли или шпинделя и стола станка от оксидных пленок. Для этого соответствующие поверхности обрабатывают шлифовальной шкуркой. Зачищенные от оксидных пленок, пыли и грязи места протирают технической салфеткой и смазывают тонким слоем консистентной смазки (технический вазелин, солидол). Перед установкой электрода-инструмента и приспособления на станок смазку не удаляют.
После указанной подготовки оборудования производят н а-ладку станка, приспособлений и электродов- : инструментов. При этом в первую очередь взаимно ориен
164
тируют приспособление и электрод-инструмент. Крепление электрода-инструмента на пиноли и приспособления на столе станка должно быть надежным; при необходимости болты и гайки тщательно подтягивают гаечными ключами. Затем производят пробное крепление обрабатываемой заготовки в приспособлении и проверяют плотность прилегания базовых поверхностей к соответствующим поверхностям приспособления, а также токоподводящих элементов к заготовке.
Дальнейшая подготовка электрохимического оборудования к работе сводится к установлению заданных режимов работы. Для этого включают источник питания, а при необходимости и подачу сжатого воздуха и воды. Далее в соответствии с указаниями технологического процесса регулируют соответствующими приборами и аппаратурой напряжение на электродах, рабочую подачу электрода-инструмента, а после закрытия рабочей камеры регулируют давление электролита.
После наладки оборудования производят электрохимическую обработку первой заготовки. При этом строго соблюдают установленное технологией время ЭХО. При работе с подвижными электродами-инструментами регулируют их конечное положение при обработке первой заготовки. Это выполняют за счет соответствующей перестановки конечных переключателей или других устройств. После проверки первой обработанной заготовки на соответствие ее чертежу приступают к обработке заданной партии заготовок.
Подготовка заготовок. Перед ЭХО осматривают заготовки, поступившие с операции, предшествующей электрохимической обработке. При этом особое внимание уделяют состоянию базовых поверхностей заготовки. При наличии на этих поверхностях забоин, заусенцев и грязи заготовку обрабатывают напильником, надфилем с мелкой насечкой и протирают салфеткой. Масляные пятна удаляют технической салфеткой, смоченной бензином или ацетоном. Окалины с поверхностей снимают напильником или шлифовальной шкуркой.
Перед установкой заготовки в приспособление особое внимание уделяют состоянию участков заготовки, являющихся местами подвода электрического тока. Эти участки вне зависимости от разновидности операции электрохимической обработки зачищают от оксидных пленок шлифовальной шкуркой мелкой зернистости.
Операции, следующие после ЭХО. Для предотвращения коррозии обработанных ЭХО заготовок и деталей их после снятия со станка промывают в теплой проточной воде, подвергают сушке, а затем пассивируют. При необходимости смазывают их тонким слоем антикоррозионной смазки (моторное, веретенное или трансформаторное масло).
Детали и заготовки промывают? теплой (30—40 °C) про
165
точной воде в течение 2—3 мин. Это выполняют сразу после chjj, тия их со станка, не позже чем через 20—30 мин. Если это вре-мя значительно превысить, то возникает коррозия металла, что потребует более трудоемкой механической очистки. При про-мывке следят за тем, чтобы на обработанной заготовке или детали не оставались характерные для ЭХО затемненные участки. При наличии таких участков их удаляют после промывки в течение указанного времени волосяными щетками. Несвоевременное удаление таких затемнений может привести к дополнительным операциям по их удалению.
Детали небольших размеров и малой массы промывают в сетчатых корзинах или аналогичных приспособлениях. Детали больших размеров промывают в специальных промывочных баках или других устройствах. Часто такие детали устанавливают после ЭХО на сетчатую подставку, имеющую сток воды, и промывают водой из шланга. При этом обычно применяют волосяные щетки.
Для удаления характерных для ЭХО затемненных участков на обработанных поверхностях и для придания деталям товарного вида используют обдувание их нейтральной солью. Эту операцию выполняют в специальных устройствах, имеющих рабочую камеру, куда через люк загружают детали. Смонтированный в корпусе нагревательный элемент прокаливает соль, предварительно насыпанную на выдвигающийся из корпуса противень. Детали при обдувании вращают в рабочей камере маховиком. Это ускоряет операцию и улучшает качество обработки.
Устройство для подачи соли в рабочую камеру снабжен^ комплектом, сменных наконечников, которые закрепляют в спе] циальном пистолете. Форма и размеры применяемого наконец ника зависят от формы очищаемых деталей и выбираются со] гласно указаниям технологии. Соль K2SO4 просеивают через сито с размерами ячеек 1,5x1,5 мм, а затем прокаливают прц температуре 400—500°С в течение 29—30 мин. При этом обяза] тельно включают вентиляцию. После прокаливания соль ссын пают в бак, откуда подают ее через наконечник в зону обдувки. После выполнения операции детали выгружают и сжатым воздухом очищают внутреннюю поверхность рабочей камеры от остатков соли. Затем последние ссыпают на противень и используют повторно после предварительного прокаливания. Применение таких установок гораздо рациональнее, чем промывочных ванн; они, в частности, повышают производительность труда более чем в 5—10 раз. Однако применение их ограничивается деталями небольших размеров. Преимуществом обдувания деталей после ЭХО по сравнению с промывкой является отсутствие сушки, что сокращает трудоемкость изготовления деталей.
После промывки обработанных ЭХО заготовок иди деталей
16S
их кратковременно погружают в бак с 10%-ным раствором кальцинированной соды или 5%-ным мыльным раствором. Если при этом обнаружат на обработанных поверхностях участки с неудаленными продуктами электрохимического растворения, то для их окончательного удаления пользуются волосяными щетками или техническими салфетками. Наиболее ответственные детали и заготовки, к которым предъявляют повышенные требования по качеству обработки, подвергают вторичной промывке в 20 %-ном растворе кальцинированной соды с подогревом его до температуры 18—25 °C. Особенно часто двойную промывку обработанных деталей в растворах кальцинированной соды применяют после выполнения отделочных электрохимических операций. Указания на необходимость многократной промывки деталей после ЭХО оговариваются технологическими картами и инструкциями.
Промытые после ЭХО детали и заготовки подвергают сушке. Эту операцию обычно выполняют в сушильных шкафах или обдувают подогретым воздухом. В сушильных шкафах, как правило, сушат детали и заготовки небольших размеров; детали и заготовки больших размеров обдувают калориферами или шлангами. Укладывая детали для сушки, следят, чтобы между ними соблюдался определенный промежуток. Это обеспечит равномерный обдув деталей, а соответственно — качественную и своевременную сушку.
Особенно качественно сушат детали после выполнения отделочных операций, например электрохимического абразивного полирования, хонингования и суперфиниширования. Эти операции обеспечивают шероховатость обработанных поверхностей высокого класса, и поэтому любое нарушение заданных технологическим процессом условий сушки может отрицательно повлиять на качество обработанных поверхностей. Для предотвращения этого не допускают попадания в зону сушки вместе с потоком воздуха пыли, грязи, песка и других включений. При попадании таких включений на обработанные указанными методами поверхности на них могут появиться дефекты, приводящие к браку.
Промытые и просушенные заготовки и детали подвергают пассивации для предупреждения коррозии. Большинство обрабатываемых ЭХО металлов пассивируют в 0,3—0,5%-ном растворе каустической соды при температуре не ниже 23—30 °C в ваннах в течение 30—50 с. При пассивации некоторых металлов используют 10—15%-ный раствор нитрита натрия при той же температуре. В этом растворе пассивация длится 3—5 мин. Иногда применяют и другие пассивирующие растворы.
Пассивацию выполняют обычно в ваннах с применением сетчатых корзин и других приспособлений, используемых при промывке обработанных ЭХО заготовок и деталей. При пассивации
167
с применением каустической соды нельзя допускать попадания капель раствора на незащищенные места рук и лица. Для этого необходимо погружать приспособления с заготовками или де. талями в раствор, не вызывая брызг или перелива раствора. Извлекать цз раствора сетки и другие приспособления с заготовками или деталями надо также осторожно.
Крупные заготовки и детали обычно пассивируют смачиванием их поверхностей техническими салфетками, предварительно пропитанными пассивирующим раствором. Для этого, как
правило, применяют такие растворы, как, например, нитрит натрия. Эти растворы менее опасны, чем каустическая сода. Во всех случаях при пассивации заготовок и деталей после ЭХО необходимо строго соблюдать все указания технологической документации.
После пассивации детали и заготовки сушат, как и после промывки, а затем смазывают антикоррозионными смазками. Затем обработанные детали или заготовки передают на контроль пли склад.
К числу вспомогательных операций относится также уборка оборудования и рабочего места. По окончании, смены тщательно промывают станок, приспособление и электрод-инструмент от остатков электролита, шлама, грязи и пыли. Промывку обычно производят теплой проточной водой. Затем все промытые узлы и детали насухо протирают техническими салфетками, а затем смазывают тонким слоем антикоррозионной смазки. До нанесения антикоррозионной смазки на активные поверхности электрода-инструмента удаляют с этих поверхностей характерный темный налет, который после высыхания может уплотняться и к началу следующей смены удалить его будет трудно. Этот налет в конце смены удаляют тампоном, смоченным 1—3%-ным раствором соляной кислоты, или механически — шлифовальными шкурками.
Контрольныеввпросы Л
1. Что такое производственный процесс? И
2. Расскажите об организации работы цехои предприятия. И
3. Дайте определение технологического процесса. И
4. Перечислите способы электрохимической отрезки заготовок и их ос<Я бенности. И
5. Дайте характеристику межэлектродного промежутка при ЭХО наруиИ иых поверхностей непрямолииейной формы. И
6. Назовите способы правильной ориентации заготовок при ЭХО наЧ ружных поверхностей.
7. Дайте краткую характеристику кругов для электрохимического шлифования.
8 Расскажите о конструкции узла крепления токопроводящих абразиву иых кругов.
9. Назовите способы электрохимического маркирования. Д
10. Расскажите об особенностях электродов-инструментов для ЭХО внуЯ рениих поверхностей. Н
168 I
11. Назовите способы подачи электролита в межэлектродиый промежуток при ЭХО отверстий и полостей. Укажите их особенности.
12. Перечислите преимущества ЭХО отверстий многоместными инструментами.
13. Назовите типовые отделочные операции и их технологические особенности.
14. Перечислите технологические параметры, оказывающие решающее влияние иа качество электрохимическою удаления заусенцев.
15. Расскажите о конструктивных особенностях притиров для электрохимического абразивного полирования.
16. Перечислите вспомогательные операции, выполняемые до и после ЭХО.
4. МЕХАНИЗАЦИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ТРУДА
4.1. Механизация и автоматизация процессов
Механизация производственных процессов — это замена ручного труда машинным с применением различных видов энергии или тяги. Основной задачей механизации является повышение производительности труда и освобождение человека от выполнения тяжелых, трудоемких и утомительных ручных операций. При механизации производственных процессов одновременно с основной задачей решаются такие вопросы, как экономия сырья и материалов, повышение качества продукции, улучшение условий труда, выполнение требований техники безопасности.
Механизация может быть частичной или комплексной. В первом случае механизируют отдельные производственные операции, но при этом сохраняется определенная доля ручного труда. Комплексная механизация предусматривает замену ручного труда машинным на всех основных и вспомогательных операциях производственного процесса. При этом ручной труд может сохраняться на отдельных нетрудоемких операциях, механизировать которые экономически нецелесообразно. К средствам механизации относят станки и машины, турбины и электродвигатели, автомобили и тракторы, паровозы и тепловоды, конвейеры и автопогрузчики, подъемно-транспортные механизмы, технологическую оснастку и т. д.
На базе комплексной механизации создаются условия для автоматизации производственных процессов, при которой все или часть функций, ранее выполнявшихся человеком, передаются машинам: автоматам и полуатоматам. Различают частичную, комплексную и полную автоматизацию. Частичная предусматривает автоматизацию отдельных операций, когда с помощью простых автоматических устройств эффективно заменяют ручной труд. При комплексной автоматизации определенный производственный участок (цех или завод) работает как единый взаимосвязанный комплекс; при этом роль человека
169
сводится к управлению работой комплекса. Полная Автоматизация производства предусматривает передачу всех функций по управлению и контролю автоматическим системам.
Современными средствами, позволяющими частично или полностью автоматизировать производственные процессы, являются манипуляторы и роботы. Манипулятор — это устройство, управляемое дистанционно и оснащенное рабочим органом, который осуществляет двигательные функции, заменяющие аналогичные функции рук человека при перемещении заготовок. Рабочие органы манипуляторов выполняются в виде захватов, удерживающих заготовку в ориентированном положении. Промышленным роботом называют автоматическую машину, включающую манипулятор и устройства управления, а также предназначенную для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека при перемещении предметов производства (заготовок) или технологической оснастки.
Промышленные роботы универсального вида отличаются возможностью переналадки их основных и вспомогательных механизмов, что позволяет эффективно применять их даже в условиях мелкосерийного производства. Такие роботы применяют для работы с различными группами моделей технологического оборудования.
Примером частичной автоматизации производства может служить применение станков-автоматов, в том числе с программным управлением, для обработки резанием деталей массового производства, например, пальцев шатунов автомобильных двигателей. Комплексная автоматизация решается в машиностроении за счет применения автоматических поточных линий с гидравлическими, пневматическими, электрическими или комбинированными системами управления, роботизированных комплексов (РТК) и линий. Полностью автоматизировано производство многих видов радиодеталей, электронных ламп, транзисторов и других элементов микроэлектроники и радиотехники.
Механизированы и частично автоматизированы и процессы ЭХО. Так, при размерной ЭХО сложнопрофильных деталей применяют системы автоматического слежения и поддержания заданного межэлектродного промежутка, системы автоматической t подачи электрода-инструмента на заготовку или заготовки на ‘ электрод-инструмент и др. С помощью различных подъемных механизмов механизируют загрузку заготовок в станок и съем их после обработки. Центрифуги механизируют очистку электролита от шлама, кроме того, обеспечивают автоматическую выгрузку его без остановки центрифуги, что сокращает простои электрохимических станков и повышает производительность труда.
170
Основная задача механизации и автоматизации процессов ЭХО — это создать системы и устройства автоматического регулирования, обеспечивающие оптимальные в процессе обработки значения параметров ЭХО.
Решение этой и других проблем ЭХО на базе применения РТК, устройств с числовым программным управлением (ЧПУ) и электронно-вычислительных машин (ЭВМ) позволит повысить производительность, точность и качество электрохимической обработки.
4.2. Организация труда на производстве
Любой труд определенным образом организуется. Различают такие понятия, как организация труда и организация производства.
Организация труда охватывает, в частности, подбор, расстановку и подготовку кадров, устройство рабочих мест и упорядоченность собственно труда на каждом рабочем месте, установление трудовой дисциплины, включая распорядок рабочего дня и другие стороны трудовой деятельности работающих.
Организация производства — это порядок соеди-нения собственно труда с вещественными элементами производства, т. е. включает вопросы технической подготовки производства, кооперирования, установления размеров партий и сроков запуска и выпуска деталей, узлов и изделий, размещения оборудования в производственных помещениях, обслуживания производства и т. д.
Рациональная организация труда и производства решается на основе внедрения на предприятиях научной организации труда (НОТ). НОТ основывается на современных достижениях науки и техники, передовом производственном опыте, достижениях новаторов и рационализаторов и обеспечивает наиболее эффективное использование материальных и трудовых ресурсов, стабильное повышение производительности труда, наилучшие условия для выполнения трудового процесса.
Научная организация труда опирается на экономические, социальные, технические, правовые и другие науки, включая достижения экономической кибернетики. В то же время НОТ тесно связана с производством и является звеном, соединяющим науку с производством, т. е. является действенным рычагом повышения эффективности общественного производства.
Научная организация труда на предприятиях предусматривает разработку рациональных форм разделения и кооперации труда, улучшение устройства и обслуживания рабочих мест, рационализацию приемов и методов труда, его нормирование и стимулирование, подготовку и повышение квалификации кадров, улучшение условий труда, воспитание чувства ответствен-
171.
ности за порученную работу и сознательного отношения к тр ДУ-
Разделение и кооперация труда тесно взаимосвязаны между собой. Под разделением труда на предприятии понимают выполнение отдельными участками производственного процесса различных по характеру операций или переходов; кооперация труда предусматривает выполнение несколькими участниками производственного процесса однородной работы. При технологическом разделении труда виды работ не подразделяют по технологической однородности, а при пооперационном — по определенным, но разнородным по технологической сущности операциям. В зависимости_от особенностей производства форма кооперации труда может иметь межцеховой и внутрицеховой характер. Задачей службы НОТ является изыскание и внедре- ; ние наиболее рациональных форм разделения и кооперации ! труда. При этом добиваются узкой специализации рабочих с уче- | том возможности совмещения ими нескольких профессий или I функций, что в конечном счете повышает производительность ] труда и его культуру.
НОТ имеет также целью обеспечить ряд требований по паи- ) более рациональной организации рабочего мес-т а. При этом особое внимание уделяется размещению орудий труда (оборудования, подъемно-транспортных средств, технологической оснастки, инструментов и т. д.), а также правильной организации обслуживания рабочих мест: выдаче заданий и соответствующей технологической документации, снабжению заготовками и материалами, приспособлениями и инструментами, наладке и своевременному ремонту оборудования и т. д. Правильная научно обоснованная и проверенная на практике организация рабочих мест оказывает большое влияние на эффективность труда.
Работы по НОТ на предприятиях выполняют специально организованные службы (отдел, бюро, лаборатория, сектор) или работающие на общественных началах специалисты. Последних объединяют в творческие бригады или группы; руководство их , работой осуществляет заводской совет НОТ, который возглавляет технический руководитель предприятия (главный инженер). ; Специалисты, занятые работой по НОТ, должны иметь соответствующее образование, достаточный опыт организаторской работы и склонность к творческому совершенствованию производства и управления. Значительная роль в разработке и особенно во внедрении мероприятий НОТ принадлежит творческим брига-- дам, организуемым в подразделения предприятия (цехах, участках и отделах). В состав таких бригад входят технологи, конструкторы, мастера и рабочие — передовики производства, рационализаторы и изобретатели. ।
172
Создаются творческие бригады приказом руководителя цеха, отдела или предприятия. Методическое руководство работой таких бригад осуществляет заводской совет НОТ или соответствующая служба.
Основными задачами творческих бригад НОТ является изучение уровня организации труда на рабочих местах, передового опыта, научных и методических рекомендаций, разработка и внедрение планов НОТ применительно к конкретным условиям производства.
I 4.3. Особенности участков ЭХО
I Эксплуатация оборудования для ЭХО связана с применением I источников питания и электролитов, при работе с которыми вы-I деляются пары и водород. Поэтому устанавливать такое обору-I дование необходимо в отдельных помещениях. При наличии нескольких станков для ЭХО такие помещения выделяют в от- дельные участки. В соответствии с действующими нормативами I помещение, где установлено и эксплуатируется такое сборудо-I вание, относят к категории помещений с повышенной взрыво-I опасностью. Эти помещения должны иметь основной и запасной I выходы на случай эвакуаций работающих и отвечать противопожарным и санитарным требованиям.
Ввод в эксплуатацию новых и реконструированных участков для ЭХО допускается только с разрешения отдела техники безопасности, технической инспекции, санитарного и пожарного надзора и профсоюзной организации предприятия. Эти участки оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией, естественным и । электрическим освещением; окна в таких помещениях должны I иметь открывающиеся створки — фрамуги; пол и стены кирпич-I ной кладки облицовывают кафельной плиткой. Перегородки, от-I деляющие основное помещение участка от вспомогательных I (кладовых и т. д.), выполняют из стеклоблоков. Пол обычно де-I лают с небольшим уклоном в одну сторону (например, к цен-I тру), с тем чтобы .обеспечить надежный сток в канализацию по-I павшего на пол электролита. Сток в канализацию осушествля-I ется через соответствующие очистные устройства.
I На практике не всегда размещают электрохимическое обору-I дование в самостоятельных помещениях. Зачастую его устанав-Ч ливают на участках механической обработки материалов, т. е. вместе с металлорежущими станками. Хотя это технологически и организационно оправдано, но крайне нежелательно, так как приводит к коррозии деталей металлорежущих станков, как правило, не имеющих защитных покрытий, т. е. такие детали не приспособлены для работы в условиях ЭХО. Кроме того, размещение оборудования для ЭХО рядом с металлорежущими стан-j ками может привести к попаданию в отдельные узлы электро-I 173
химических станков и, в частности ИП, металлической стружкиЛ что может привести к поломкам оборудования. Применяемые I для предотвращения этого щитки, сетки и другие устройства Я малоэффективны и требуют постоянного надзора за их исправ- 1 костью. I
При наличии на участке ЭХО нескольких станков агрегаты и устройства для их обслуживания располагают в отдельном g помещении, которое также должно отвечать всем требованиям I к производственным помещениям для ЭХО. I
Крупногабаритное оборудование для ЭХО практикуется рас- I полагать на участке в два этажа. На нижнем этаже размещают I устройства и агрегаты для приготовления, хранения, очистки и I подачи в станок электролита, а на верхнем — станок, ИП, шка- ' фы, управления и различные стеллажи. Такая планировка экономит производственные площади, но требует хорошего отсоса паров электролита во избежание коррозии оборудования, расположенного на верхнем этаже.
Каждый станок для ЭХО должен оборудоваться индивидуальной приточно-вытяжной вентиляцией. При неисправности общей или индивидуальной вентиляции блокировочные элемен- । ты электросхемы, управляющей работой станка, должны обео I печивать автоматическое выключение приводов самих станков и I остальных устройств. I
Все помещения участка ЭХО оборудуют пожарной сигналя- I зацией и средствами тушения пожара. На видных местах дол- I жны быть вывешаны инструкции по технике безопасности и про- I тивопожарным мероприятиям. 4
В соответствии с утвержденной планировкой участка ЭХО к местам размещения станков и ИП, а также к каждому рабочему месту подводят холодную и горячую воду для охлаждения оборудования и мытья рук после работы с электролитами и обработанными деталями. Давление воды в системе водоснабжения оборудования должно соответствовать требованиям паспортов на станок и ИП.
Для подачи в станки для ЭХО электролитов, особенно кислот, используют толстостенные резиновые шланги с размещенными в них полихлорвиниловыми трубками, что предохраняет резиновые шланги от быстрого разрушения. Для водоснабжения применяют резиновые шланги или металлические трубы нужного сечения. При этом недопустимо, чтобы резиновые шланги имели переплетения, так как это может привести к их пережиму и нарушению циркуляции воды. Во избежание пережима шлангов их закрывают деревянным или металлическим каркасом. Концы шлангов прочно закрепляют на штуцерах специальными зажимами. Утечка воды и электролитов недопустима. Трубы для слива воды должны быть у каждого станка; не допускается объединять их,, так. как при этом не обеспечивается надежный 174 I
слив воды. Укладывают такие трубы с небольшим уклоном в сторону стока.
При работе с заготовками массой более 20 кг рабочее место электрохимобработчика оборудуют подъемным механизмом (тельфером, краном и т. п.). Целесообразно в этих случаях использовать накопители — тележки, облегчающие межоперационные перемещения таких заготовок.
При организации рабочего места электрохимобработчика необходимо обеспечить наиболее удобное размещение всех применяемых приспособлений, инструментов, заготовок и обработанных деталей, с тем чтобы исключить при работе ненужные движения, т. е. способствовать производительной и качественной работе. Комплект приспособлений и инструментов подбирают в соответствии с технологией на данную операцию; хранить всю оснастку необходимо в верстаке или тумбе.
Контрольные вопросы
1. Что такое робот?
2 Для чего предназначен манипулятор?
3. Назовите пример частичной автоматизации.
4. Что такое механизация и автоматизация?
5. Перечислите требования НОТ к организации рабочего места.
6. Назовите службы, занимающиеся НОТ на предприятии.
7. В чем особенности организации участков ЭХО?
К БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА
°* И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ САНИТАРИЯ
5.1. Общие положения по охране труда
Основные положения советского трудового законодательства направлены на обеспечение здоровых и безопасных условий труда работающих. Охрана труда установлена и регламентируется Конституцией, Кодексом законов о труде (КЗоТ), стандартами и инструкциями. Основные положения КЗоТ предусматривают:
1. Надзор, по которому предприятие не может функционировать или переводиться в другие помещения без разрешения органов охраны труда, санитарно-промышленного и технического надзора.
2. Принятие мер к устранению вредных условий труда, предупреждению возможности несчастных случаев и содержанию рабочих мест, участков и цехов в нормальном санитарно-гигиеническом состоянии.
3. Сокращение продолжительности ночных смен, ограничение применения сверхурочных работ, а также работ в общевыходные и праздничные дни.
175
4. Ограничения в применении женского и подросткового тру. да на тяжелых и вредных работах; льготы при определении времени очередного отпуска и его продолжительности, а также сокращенный рабочий день для подростков.
5. Предоставление всем рабочим бесплатной спецодежды, а работающим во вредных условиях — молока, согласно действу, ющим на данном предприятии нормативам.
На основе этих положений в отрасли и на предприятиях по согласованию с профсоюзными организациями разрабатываются специальные инструкции по технике безопасности и производи ственной санитарии. Такие инструкции обязательны и для производства, где эксплуатируется электрохимическое оборудование любой мощности и назначения; они являются основой для проведения инструктажа всех работающих на предприятии.
Все рабочие, поступающие на предприятие, проходят вводный инструктаж по технике безопасности, производственной са- . нитарии и пожарной безопасности, а затем текущий инструктаж и обучение безопасным приемам работы непосредственно на своем рабочем месте. Вводный инструктаж проводится службой техники безопасности предприятия, а текущий — мастером; последний проводится не реже одного раза в квартал. При переходе на работу с одного вида оборудования на другой оператор должен получить дополнительный (внеплановый) инструктаж на рабочем месте.
Инструктаж на рабочем месте производят периодически в-течение первых 6—10 смен работы на оборудовании независимо от квалификации работающего. При этом рабочего подробно знакомят с устройством и особенностями эксплуатации данного . оборудования, безопасными приемами работы на нем. Одновре- : менно рабочему выдают инструкции по технике безопасности при выполнении данной операции (или нескольких операций).
Борьба с травматизмом на производстве невозможна без учета и анализа всех несчастных случаев, о которых необходимо немедленно сообщить бригадиру, мастеру или руководителю це- , ха, где произошел несчастный случай. На каждый случай трав- , матизма составляется соответствующий акт по установленной | форме. Служба техники безопасности регулирует факт травма- f тизма для анализа его причин и подготовки рекомендаций руко-Д водству предприятия по устранению причин его возникновеннЛИ Акт должен быть составлен не позднее 24 ч после происшествиями
Задача техники безопасности состоит в том, чтобы не допуски кать производственного травматизма и профессиональных забо^И леваний; своевременно принимать меры по их предупреждеии|^И и устранению.
176
5.2. Безопасность труда при эксплуатации электрохимического оборудования
Общие положения. Электрохимическое оборудование относят к установкам, работа на которых выполняется в условиях использования электрического тока, электролита, механических движений деталей, механизмов. Все указанные факторы, как специфичные для электрохимической технологии, так и общие для любого станочного оборудования, могут оказать вредное воздействие на организм человека и требуют поэтому принятия общепринятых и специальных мер безопасности. Специальные меры безопасности рассмотрены в соответствующих главах книги. Здесь в основном приведены общие для электрохимической обработки сведения о безопасной работе.
Практика показывает, что строгое соблюдение правил техники безопасности в сочетании с необходимыми мерами, предупреждающими нарушение этих правил, позволяет полностью исключить случаи травматизма и профессионального заболевания персонала, работающего на электрохимических станках. Для этого необходимо знать правила и приемы безопасной эксплуатации электрохимического оборудования, регулярно инструктировать весь персонал, связанный с работой на этом оборудовании, и проводить другие профилактические мероприятия.
К работе на электрохимических станках допускаются операторы, изучившие руководство по эксплуатации данного станка. Как правило, в этих руководствах подробно освещаются все правила техники безопасности, специфичные для данного оборудования; соблюдение этих правил гарантирует безопасность работы и предотвращает возможность травматизма.
Источники питания электрохимических станков относят к установкам с высоким электрическим напряжением. Поэтому персонал, занятый их наладкой и ремонтом, должен периодически инструктироваться и экзаменоваться по правилам техники безопасности при эксплуатации электрических установок.
Основные правила безопасного проведения работ. Безопасность работы на электрохимических станках обеспечивается, как правило, их конструкцией и правильной эксплуатацией. При работе на таких станках необходимо выполнять следующие основные правила безопасности:
1. Не приступать к работе, предварительно не изучив устройство, принцип действия оборудования и правила техники безопасности, изложенные в руководстве и паспорте на данное оборудование.
2. Получить соответствующий инструктаж на рабочем месте по эксплуатации данного оборудования. Подготовить необходимые приспособления и инструменты, не применяемую при данной операции оснастку убрать в шкаф или тумбочку. Размещать
177
применяемую оснастку необходимо в отдалении от шин электро^^И снабжения станка, чтобы предотвратить возможность короткогс^^В замыкания.
3. Проверить исправность заземления станка, источника пи^И тания, бака и насосов. Проверить исправность всех проводов|^И труб электроснабжения и правильность положения рубильников^Ч на силовых щитах и шкафах.
4. Проверить отсутствие течи в соединениях труб подвода и стока электролита и воды, а также исправность манометров (по сроку их годности).
5. Проверить исправность системы «ощупывания», для чего необходимо искусственно создать короткое замыкание между обрабатываемой заготовкой и корпусом станка и следить за работой индикатора.
6. Проверить наличие, исправность и надежность крепления всех щитков, крышек, ограждений, кожухов и выпрямителя.
7. Проверить исправность вентиляции, сигнализации или блокировки, если таковая предусмотрена конструкцией данного станка.
8. Не открывать щитки, дверцы и кожухи оборудования в случае обнаружения неисправностей. Работы по ремонту электрических установок могут выполнять только лица, имеющие специальное разрешение (допуск) и только после отключения оборудования от электрической сети.
9. Не работать при отсутствии на рабочем месте исправного резинового диэлектрического коврика. Следить за правильностью его положения.
10. Нельзя работать на электрохимических станках, если в помещении находится один человек.
И. Не допускать к работающим электрическим станкам посторонних лиц.
12. Не отвлекаться посторонними делами. Следить за исправностью спецодежды и индивидуальных средств защиты.
13. Немедленно сообщить мастеру, бригадиру или другому ответственному за работы на участке лицу о всех замеченных неисправностях в работе оборудования; до этого необходимо предварительно выключить станок и источник питания.
На участках ЭХО, включая вспомогательные и складские ломец^ния, категорически запрещено курить и пользоваться открытым огнем. Тряпки, бумагу и другие подобные материалы необходимо складировать в специально отведенные для этой цели места и обязательно в бачки или урны, заполненные водой. ь
5.3. Производственная санитария |
Для создания благоприятных санитарно-гигиенических условий труда на производстве, для исключения профессиональных ?
й
178
заболеваний и травматизма необходимо соблюдать правила производственной санитарии и гигиены труда.
К самостоятельной работе на электрохимических станках допускают лиц не моложе 18 лет, прошедших медицинское освидетельствование, специальное обучение и имеющих документ, дающий право работы с агрессивными жидкостями, а также прошедших инструктаж.
Работающих на электрохимических станках обеспечивают спецодеждой, спецобувью и индивидуальными защитными средствами (комбинезоном, халатом, респиратором, очками и т. д.) согласно установленным нормам. В процессе работы с агрессивной средой следует применять резиновые перчатки или две пары перчаток: нательные — хлопчатобумажные и наружные — резиновые или резиновые перчатки с хлопчатобумажной подкладкой. При работе с жидкостями нельзя допускать намокания хлопчатобумажных перчаток. Тип резиновых перчаток подбирают с учетом условий работы, т. е. требований кислотостойкости, теплостойкости и т. д.
При работе на станках, где происходит выделение паров или брызг едких электролитов, необходимо пользоваться очками или респираторами; применяют для защиты лица и противогазы.
На каждом участке электрохимобработки должна быть аптечка с необходимым комплектом медикаментов, в который входят бинты, вата, йод, нашатырный спирт. 3%-ный раствор соды, притовоожоговая мазь, вазелин, танин, 5%-ный раствор этилового спирта, раствор борной кислоты. На участке ЭХО желательно иметь устройство с фонтанчиком чистой воды для немедленной промывки пораженных частей тела (лица или рук) обильной водяной струей, а также бачок с 3%-ным раствором питьевой соды для нейтрализации кислоты.
Необходимо соблюдать правила гигиены труда и личной гигиены: проветривать помещение, производить влажную уборку полов, мыть руки горячей водой с мылом перед принятием пищи, следить за исправностью спецодежды и т. д. Прием пищи на рабочих местах и участках электрохимобработки недопустим.
К профилактическим мероприятиям, предупреждающим возможное вредное воздействие электрохимических процессов, относят:
предварительные медицинские осмотры с целью выявления противопоказаний при приеме на работу по специальности;
периодические медицинские осмотры не реже одного раза в год, способствующие своевременному выявлению предболез-иенного состояния;
правильный режим питания и отдыха, включающий прием пищи, богатой белками и витаминами, занятие спортом и нормальный отдых;
перерывы в работе с выходом на свежий воздух или в помещение, где нет действующего электрохимического оборудования, через каждые 2 ч на 10 мин по согласованию с профсоюзной организацией и с разрешения администрации.
5.4. Противопожарные мероприятия
Производственные помещения, где функционирует электрохимическое оборудование, относят к числу помещений с повышенной пожарной опасностью.
В связи с этим к работе на электрохимических станках допускаются только лица (рабочие и ИТР), прошедшие соответствующий инструктаж по противопожарным правилам и профилактике; при выполнении любых работ в помещении должно находиться не менее двух человек; в помещениях ЭХО категорически запрещаются курение и работы с открытым огнем; при тушении очагов загорания применять только углекислотные снежные огнетушители. В помещении ЭХО должно быть не менее двух огнетушителей типа ОУ-5 или ОУ-8; все рабочие и ИТР, связанные с работами на установках, должны уметь пользоваться огнетушителями; категорически запрещается хранение на участках ЭХО промасленной спецодежды, запасов легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) и протирочных материалов, превышающих сменную потребность; ИП необходимо устанавливать в удалении от металлорежущих станков, достаточном для исключения возможности попадания в них стружки и брызг СОЖ, могущих вызвать короткое замыкание; запрещается присутствие в помещениях посторонних лиц, не занятых непосредственной эксплуатацией и ремонтом электрохимического оборудования; запрещается применение электропредохранителей, не соответствующих установленному номиналу; при уходе на обед и после окончания смены обязательно закрывать все форточки, фрамуги и окна, а также выключать силовую и световую электроэнергию.
5.5. Первая помощь при несчастных случаях
При работе с электрическим оборудованием возможны случаи поражения оператора электрическим током. Оказать первую помощь при этом обязаны работающие рядом с пострадавшим сотрудники, бригадир или мастер.
Все работающие с оборудованием для ЭХО должны быть обучены правилам оказания первой помощи при поражении электрическим током. При этом в первую очередь необходимо освободить пострадавшего от действия электрического тока, если он не может сделать это самостоятельно. Для этого необходимо отключить электроснабжение; если это сделать невоз
180
можно, то необходимо отделить пострадавшего от токоведущих частей, оттащив его за сухие части одежды. Для самозащиты необходимо пользоваться при этом резиновыми диэлектрическими перчатками или встать на сухой резиновый коврик; в крайнем случае необходимо обмотать, руки сухой одеждой.
До прибытия врача пораженному электрическим током необходимо оказать первую помощь. Не потерявшему сознание, но находящемуся в обмороке (шоке, испуге), необходимо обеспечить покой в течение 2—3 ч (желательно под медицинским наблюдением), а затем доставить его в медицинское учреждение.
Если пострадавший после освобождения его от воздействия электрического тока находится в бессознательном состоянии, но дыхание сохранено, то его необходимо уложить, расстегнув одежду и создать приток свежего воздуха (открыть окна или воспользоваться кислородным аппаратом). Пострадавшему дают нюхать нашатырный спирт, растирают грудь, согревают тело. Если это не помогает, то делают искусственное дыхание и массаж груди в области сердца.
Искусственное дыхание необходимо делать без промедления, если пострадавший находится в тяжелом состоянии (очень слабое дыхание и сердцебиение). Это выполняют до тех пор, пока дыхание не станет нормальным.
Сразу же необходимо вызвать медицинскую помощь, Доложив о случившемся в санитарный пост, цеховой или заводской медпункт и администрации.
Небольшие порезы надо смазать йодом и перевязать чистым бинтом. На место легкого ушиба необходимо положить холодный компресс. При тяжелых ушибах пострадавшего отправляют к врачу.
При легких ожогах обрабатывают обожженное место слабым раствором марганцовокислого калия; при тяжелых — обращаются за врачебной помощью.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные задачи техники безопасности.
2. Какие виды инструктажа проводят на предприятии?
3. Назовите меры личной безопасности при работе иа электрохимических стайках.
4. Каковы задачи производственной санитарии?
5. Что нужно знать о соблюдении противопожарных правил при ЭХО?
6. Как оказать первую помощь при несчастных случаях?
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ’
Многообразие видов ЭХО, элементов металлических заготовок, наличие большого количества отличающегося по своей конструкции специального технологического оборудования, предназначенного для выполнения операций ЭХО, не позволило в полной мере изложить в пределах данной книги материал, отвечающий на все вопросы, возникающие на производстве при выполнении электрохимической обработки металлов. Содержание книги определялось как ее назначением (программой обучения), так и отбором наиболее необходимой для начинающего электрохимобработчика информации.
Полученные знания о сущности и закономерностях ЭХО, а также о свойствах электролитов позволят электрохимобработчику с достаточной достоверностью проверять перед настройкой оборудования правильность установленных технологией режимов и легко ориентироваться в ситуациях, возникающих при появлении различных неполадок в процессе обработки. Умение найти и быстро устранить причины, вызывающие неполадки, а также наличие навыков, позволяющих предупредить их появление, является главным показателем квалификации электрохимобработчика. Поэтому изложение материала о конструкциях оборудования и особенно о типовых операциях ЭХО подчинено основной задаче данной книги — развитию этих навыков у молодого рабочего.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Байсупов И. А., Арзяева Г. В. Электроизоляционные покрытия электродов-инструментов для электрохимической обработки. Л., 1983.
Байсупов И. А., Волосатое В. А. Справочник молодого рабочего по электрообработке. М„ 1983.
Байсупов И. А. Электрохимическая обработка металлов. М., 1981.
Грилихес С. Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. Л., 1983.
Гродзинский Э. Я. Абразивно-электрохимическая обработка. М., 1976.
Оборудование для размерной электрохимической обработки деталей машин / Под ред. Ф. В. Седыкииа. М., 1980.
Попилов Л. Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов. М., 1982.
Попов С. А. Заточка и доводка режущего инструмента. М., 1981.
Румянцев Е. М„ Давыдов А. Д. Технология электрохимической обработки металлов. М., 1984.
Смоленцев В. П., Смоленцев Г. П., Садыков 3. Б.
Электрохимическое маркирование деталей. М., 1983.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие....................................................
Введение.......................................................
1. Основные сведения об электрохимической обработке
1.1. Основы процессов ЭХО ..................
1.2. Разновидности процессов ЭХО .... ...
1.3. Электролиты . .... ...................
1.4. Технологические характеристики.........................
2. Средства технологического оснащения........................
2.1. Общая характеристика...................................
2.2. Станки универсального назначения ......
2.3. Специализированные станки ... ...............
2.4. Источники питания.......................... г . . .
2.5. Вспомогательное оборудование ......
2.6. Системы управления работой оборудования ....
3. Типовые операции электрохимической обработки ....
3.1. Заготовительные операции...................................
3.2. Обработка наружных поверхностей........................
3.3. Формообразование внутренних поверхностей . . . .
3.4. Отделочные операции . .....................
3.5. Вспомогательные операции . ’ . . ~................
4. Механизация и организация труда . . ...............
4.1. Механизация и автоматизация процессов..................
4.2. Организация труда на производстве......................
4.3. Особенности участков ЭХО...............................
5. Безопасность труда и производственная санитария
5.1. Общие положения по охране труда . . . ...
5.2. Безопасность труда при эксплуатации электрохимического обору дования ....................................................
5.3. Производственная санитария.............................
5.4. Противопожарные мероприятия..............................
5.5. Первая помощь при несчастных случаях...................
Заключение . ............................................
Синеок рекомендуемой литературы................................
3 5
-6
6 9
23
34
49
49
55
71
79
86
90
100
100 109
138
158 -163
169
169
171 1-73
'175
175
180
180
182
183
Учебное издание
Измаил Абдулович Байсупов -
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
МЕТАЛЛОВ
Заведующий редакцией Г. П. Стадниченко
Редактор Г. В. Садыков
Младшие редакторы: А. С. Шахбанова, А. А. Сидоров
Художник А. И. Шавард
Художественный редактор М. И. Чуринов
Технический редактор Ю. А. Хорева
Корректор Г. А. Чечеткина
ИБ № 6947 ' •’
Изд. № М-349. Сдано в набор 30.06.87. Подп. в печать 14.12.87. Формат 60Х88'/ц. | Бум. офсетная № 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Объем 11,27 усл. печ. л. j 11.76 усл. кр.-отт. 11.87 уч.-изд. л. Тираж 20 000 экз. Зак. № 476. Цена 35 коп. з
2 Издательство «Высшая школа». 101430. Москва, ГСП-4, Неглинная ул„ д. 29/14. i
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома цри Государственном комитете СССР | по делам издательств! полиграфии и книжной торговли. 129041, Москва, Б. Переяслав- j екая ул., д. 46.