Анодно- абразивная обработка

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ 

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И.НОСОВА.

 

 

 

 

 

Факультет – Механико-машиностроительный

Кафедра – «Технология машиностроения»

 

 

Реферат на тему:

«Анодно- абразивная обработка»

по дисциплине: Обработка материалов высококонцентрированными потоками энергии

 

                                                                                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск 2013

 

Оглавление:

Введение…………………………………………………………………………………….3

Понятие анодно- абразивной обработки……………………………………......….4

Виды анодно- абразивной обработки………………………………………………...6

Точность обработки……………………………………………………………………..9

Качество поверхности…………………………………………………………………..9

Производительность……………………………………………………………………..9

Режим обработки………………………………………………………………….…...10

Износ и профилирование…………………………………………………………….…12

Список литературы………………………………………………………………….….13

 

Введение

Электрофизические и электрохимические  способы изготовления деталей имеют  ряд существенных преимуществ перед  традиционными методами. К ним можно отнести:

— высокая точность ЭЭО;

— большая производительность электрохимической размерной обработки;

— хорошее качество поверхности, получаемой ультразвуковым методом.

Однако технологи хотели бы, чтобы существовали методы обработки, содержащие все вышеперечисленные достоинства. [1]

С этой целью стали оптимизировать процессы путем комбинации известных  методов, усиливая их положительные  черты. Большинство известных комбинированных методов обработки предложено, исследовано и применено в производстве советскими учеными и инженерами.

При совместном использовании  анодного растворения металла с  воздействием абразива – (анодно-абразивная обработка) – на обрабатываемую поверхность, твердые частицы (абразивные зерна или наполнитель) повреждают пленку, активируя тем самым процесс электрохимической обработки. Размеры абразивных зерен, определяющие межэлектродный зазор, как правило, не превышают десятых долей мм. При таких малых зазорах плотность тока будет значительно больше, чем в случае размерной ЭХО. Резко возрастает скорость съема металла в зоне действия абразивных зерен инструмента.

Кроме того, часть припуска удаляется механическим шлифованием. В отличие от обычного шлифования при анодно-абразивной обработке (ААО) на поверхности заготовки не образуется более прочный наклепанный слой, а производительность шлифования повышается.

Следовательно, интенсивность  съема металла при анодном  растворении возрастает вследствие механического удаления пассивирующей пленки и ускорения процесса выноса продуктов обработки из зазора, а электрохимическое растворение части металла, в свою очередь, способствует повышению скорости механического шлифования. Кроме указанных составляющих съема металла при малых зазорах может иметь место электроэрозионный процесс.

Различают несколько разновидностей использования анодно-абразивной обработки:

1) абразивнонесущим токопроводящим инструментом;

2) электронейтральным инструментом и свободным абразивом.

В первом случае инструмент имеет форму кругов, брусков, применяемых  при механическом шлифовании или  повторяющих форму обрабатываемых участков детали. Однако во всех случаях связка абразивного инструмента должна быть электропроводной.

 

1.Анодно-абразивная обработка.

 
              В основе обработки анодное  растворение и механическое (абразивное) действие на изделие. 
               Действующие факторы: 
- электрический ток, обеспечивающий анодное растворение; 
- механическая сила абразивных частиц; 
- тепловой поток, обеспечивающий тепловую эрозию поверхности изделия. 
                Схема анодно-абразивной обработки (ААО) представлена на рис. 1. Электрод-инструмент (1) подключен к отрицательному полюсу ИПТ и является катодом.

 

рис.1. Схема анодно- абразивной обработки

«ЭИ» движется со скоростью  «v_эи» вдоль обрабатываемой поверхности и прижимается к ней извне силой «F», но так, чтобы был минимальный зазор (α_мин). За счет внешней силы возникает сила трения «Fтр». 
Межэлектродный промежуток (МЭП) заполнен электролитом (2). 
Электрод-заготовка (ЭЗ) подключен к положительному полюсу ИПТ (5) и является неподвижным анодом (4). 
Расходуемая на обработку электрическая мощность (P=Uн/Iмэп) пропорциональна напряжению ИПТ и току, проходящему через МЭП. 
Расходуемая на обработку механическая энергия (А = VэиFтр) пропорциональна скорости движения ЭИ и силе трения. 
Таким образом, при ААО материал снимается с выступов на «ЭЗ» более интенсивно, чем во впадинах. 
Снятый с поверхности «ЭЗ» материал может находиться в трех конечных состояниях: 
- в виде металлических снятых частиц (результат механического воздействия); 
- в виде застывщих капель металла (результат электроэрозионной обработки); 
- химически связанном с составляющими электролита (результат электрохимической обработки). 
Следовательно, интенсивное снятие металла с микровыступов можно обеспечить подбором режима, меняя роль любого из этих воздействий. 
В МЭП процесс осуществляется следующим образом. 
Вначале идет анодное растворение металла на выступах, где плотность тока МЭП наиболее высокая. 
Применение электролитов, образующих оксиды или нерастворимые соединения металла, приводит к образованию пассивной пленки (3). 
Образовавшаяся пленка снижает плотность тока на микровыступах, интенсивность обработки снижается. 
Для возобновления анодного растворения на пассивном участке необходимо удалить образовавшуюся пленку механическим (абразивным) воздействием. 
Кроме того, электролит при прохождении через него тока вследствие газовыделения и выделения теплоты, расширяется. 
Для сближения электродов необходимо приложить внешнее усилие (F), уравновешивающее гидростатическое давление. 
Закон регулирования определяется соотношением:                                  (1)

Поскольку ААО предусматривает  присутствие абразивных частиц, то они могут вводиться двумя способами: 
- применением ЭИ в виде токопроводящих абразияных дисков; 
- использованием электролита, содержащего абразивные частицы. Первый способ применяется при грубой ААО. 
Зерна, выходящие из абразивного круга, образуют минимальный зазор между электродами и снимают микровыступы с ЭЗ, способствуя притоку свежего электролита. 
Второй способ применяется для тонкой ААО, улучшающей качество поверхности ЭЗ. 
Электролит, содержащий зерна абразива, подается в сравнительно большой зазор между электродами. 
В результате движения абразивных частиц с микровыступов удаляется пассивирующая пленка. 
Вследствие этого металл в этих местах быстро растворяется, зазор между электродами увеличивается, плотность тока снижается, интенсивность процесса падает.

 

 

2. Виды анодно- абразивной обработки

Различают электро-абразивное и электро-алмазное шлифование, полирование, притирку.

Рисунок 1— Схема анодно — абразивного шлифования 
1 – абразивное зерно; 2 – инструмент (круг); 3 – заготовка.

 

При шлифовании инструмент 2 выполнен в форме абразивного  или алмазного круга на металлической связке. Абразивные зерна 1 могут быть равномерно распределены по всему объему инструмента 2 или располагаться только на его поверхности. 
Алмазные зерна обычно закрепляют в форме кольца на внешней окружности инструмента или вдавливают их в наружную поверхность оправки. Инструмент 2 и заготовку 3 подключают к полюсам источника питания. 
В процессе обработки инструмент вращают и подают на врезание со скоростью  . 
           Межэлектродный зазор S ограничен выступанием зерен абразива 1, поэтому нет необходимости применять сложные следящие системы для поддержания постоянных зазоров. 
Электролит подают поливом на поверхность, либо прокачивают через внутреннюю полость инструмента. В последнем случае он должен иметь поры для протекания жидкости. Благодаря вращению инструмента электролит протекает через зазор со скоростью до 15...20 м/с. 
Следовательно, в пространстве между инструментом 2 и заготовкой 3 имеются все условия для интенсивного процесса ЭХО: малые зазоры, достаточная скорость протекания электролита, возможность протекания тока. 
Выступающие зерна в зависимости от усилия прижима инструмента к заготовке удаляют как срезаемый материал заготовки, так и продукты анодного растворения. 
           Во втором случае, когда используют диэлектрический абразивный круг 1, то напряжение подают на специальный электрод-инструмент 3. Такую разновидность метода называют ААО электронейтральным инструментом.

Рисунок 2 — Схема анодно-абразивного шлифования электронейтральным инструментом 
1 – абразивный круг; 2 – заготовка; 3 – электроинструмент.

 

Он может применяться  для шлифования, полирования, притирки, хонингования, суперфинишных операций. 
Здесь уже необходимы специальные устройства для поддержания зазора между электродом-инструментом 3 и заготовкой 2. 
С этой целью обычно используют диэлектрические упоры. При шлифовании абразивный инструмент (круг) 1 имеет скорость до 25...30 м/с. 
Круг и электрод-инструмент 3 подают к заготовке 2 со скоростью  . Электролит поступает через зазор со скоростью  .  
Процесс съема металла протекает за счет абразивного съема и анодного растворения. 
             При операции притирки вместо абразивного инструмента может применяться притир из пластмассы или дерева. Притир служит только для механического удаления пленки оксидов с обрабатываемой поверхности и способствует ускорению процесса анодного растворения заготовки. 
При ААО несвязанным абразивом абразивные зерна не связаны с заготовкой или инструментом. Их называют свободными. Зерна могут и не иметь абразивных свойств, тогда их называют наполнителем.

Рисунок .3 — Схема анодно-абразивной обработки свободным

 абразивом. 
1 – заготовка; 2 – свободный абразив; 3 – инструмент.

 

Абразивные зерна или  наполнитель 2 вместе с электролитом подают в зазор между токопроводящим инструментом 3 и заготовкой 1.

 

Абразив перемещается инструментом со скоростью , удаляет часть припуска и вместе с электролитом выносит  продукты анодного растворения из зазора. Требуемый зазор поддерживается абразивными зернами, находящимися между инструментом 3 и заготовкой 1. Если необходимо только удалить пленку, вызывающую пассивацию обрабатываемой поверхности, применяют наполнитель из фарфоровых, стеклянных или пластмассовых шариков, диаметр которых меньше заданного значения зазора между инструментом и заготовкой.

Рисунок 4 — Схема подачи наполнителя к заготовке 
1 – сопло; 3 – дозатор; 2 – наполнитель; 4 – заготовка.

 

 

 

 

 

 

3.Точность обработки

Анодно-абразивный метод  используется как для черновых, так  и для чистовых операций. При черновой обработке режимы выбирают исходя из условия получения максимальной производительности. Для чистовых операций необходимо обеспечить высокую точность и хорошее качество обработанной поверхности.

Погрешность после электро-абразивного  шлифования находится в пределах 0,02...0,05 мм, а после электро-алмазного  — 0,01...0,02 мм.

 

4. Качество поверхности

Из-за постоянного обновления абразивных зерен усилия резания  при анодно-абразивной обработке (ААО) в 1,5...2,0 раза ниже, чем при шлифовании. При этом снижается наклеп поверхности, не образуются микротрещины. Металл, снимаемый  с заготовки, не налипает на инструмент – исключается сильный нагрев из-за трения контактных поверхностей и не возникают местные прижоги.

Такие дефекты особенно опасны для высоконагруженных деталей, работающих в условиях знакопеременных  нагрузок (зубчатых колес, элементов  шлицевых соединений).

 

5. Производительность.

 
              При черновых режимах ААО съем металла происходит в основном за счет эрозии. Черновая обработка выполняется при повышенных напряжениях. 
При использовании электронейтрального инструмента скорость съема возрастает из-за анодного растворения и, главное, из-за интенсификации процесса резания абразивным инструментом. 
Производительность процесса ААО с применением свободного абразива или наполнителя в несколько раз выше, чем при аналогичных операциях механической обработки. 
Скорость съема металла при электроэрозионно-химическом методе может быть оценена зависимостью:

 
Q= L₁ z₁                            (2)

 
 
 
где        – суммарная сила тока через межэлектродный промежуток, А. 
 
               z₁– коэффициент, учитывающий материалы электродов, режим обработки и условия эвакуации продуктов обработки; 
 

Значение z₁ зависит прежде всего от глубины получаемой полости или отверстия. Так, в начале процесса скорость подачи электрода-инструмента может достигать 1,5 мм/с (z1=20...30), но уже на глубине 2...4 мм она снижается в 5...10 раз. Скорость подачи электрода-инструмента зависит от скорости прокачки электролита.

 

 

6. Режим обработки.

 
         При проектировании процесса обработки следует выбрать и рассчитать: 
        1) Состав электролита в зависимости от обрабатываемого сплава. 
         При электро-абразивном и электро-алмазном шлифовании применяют растворы, содержащие хлориды натрия и калия, нитрат и нитрит натрия. 
        Массовая доля нитрита натрия в растворе не превышает десятых долей процента (для защиты от коррозии деталей оборудования и заготовки). 
          Для снижения вязкости в раствор добавляют несколько процентов фторида натрия. 
       Для повышения качества поверхности добавляют: олеиновую кислоту, сульфаты, фосфаты. 
      Шлифование электронейтральным инструментом выполняют с применением водных растворов буры, нитратов натрия и калия. Для твердых сплавов в электролит добавляют жидкое стекло. 
       Обработку электролитом с твердым наполнителем ведут в растворе хлорида натрия. Применение даже слабого (2...3 %) раствора кислоты способствует значительному повышению электропроводности электролита. 
        Электроэрозионно-химическая обработка может осуществляться в 10...13 %-ных растворах хлорида или нитрата натрия (Na₂SO₄). Для снижения износа инструмента в рабочую зону подают углеродосодержащие газы, в частности бутан. 
              2) Температуру электролита в баке. 
        При всех методах комбинированной обработки она остается такой же, как и при электрохимической обработке — более 20^оС. 
                3) Напряжение на электродах. 
         При анодно-абразивной обработке для черновых операций — 15...32 В, для чистовых операций – 3...15 В. Для твердых сплавов — нижние пределы. Если используют электропроводный наполнитель, то напряжение на электродах может быть до 80 В. При электроэрозионно-химической обработке — 12...30 В; для прошивания отверстий — 25...30 В; при разрезании вращающимся электродом-инструментом напряжение должно быть меньше 20 В. 
При наложении ультразвуковых колебаний значение напряжения зависит от размеров абразивных зерен. Напряжение рассчитывается по экспериментальной зависимости: