4.1. Сравнение методов электрообработки по расходу энергии

Название метода		Расход энергии, кВт/ч		Шероховатость поверхности
-	-		Rz, мкм		Ra, мкм
Электроконтактное черно­вое шлифование		0,8... 1		320... 80		-
Электроискровое шлифо­вание		12...14		От 80		До 2,5
Анодно-механическое чер­новое шлифование		5...10		—		2,5... 1,25
Электрохимическое шли­фование		10...20		От 20		До 0,63
Анодное травление		10...40		От 80		До 2,5

При выполнении аналогичных операций электроконтактный метод в группе электрообрабатывающих методов — это один самых энергетически эффективных методов. Например, сравнение расхода энергии для операций, аналогичных черновому шлифованию (табл. 4.1), показывает, что энергетические характеристики этого метода экономичнее на порядок.

Из табл. 4.1 видно, что, будучи весьма высокопроизводительным, электроконтактный метод является в то же время самым грубым из всех эрозионных методов. Поэтому его применяют в случаях, когда не требуется высокое качество поверхности обработки. При этом наивысшая достигаемая точность обработки соответствует 7—9-му, а при отрезке 11 —12-му квалитетам.

На шероховатость и состояние поверхностного слоя влияют напряжение, подача и удельное давление в зоне обработки.

4.3. Анодно-механическая обработка

Особенности метода. С точки зрения физической сущности процессов, протекающих при анодно-механической обработке (АМО) она является сочетанием электротермических и электрохимических процессов и поэтому занимает промежуточное положение между электроконтактной и электрохимической обработкой. Однако отличие от электроконтактного метода АМО проходит в жидкой токопроводящей среде — в электролите (в водном растворе жидкого натриевого стекла). В отличие от электрохимической обработки удаление продуктов распада и образующейся при электролизе пассивированной силикатной пленки, имеющей весьма боль- шое электрическое сопротивление и высокую механическую прочность, происходит за счет механического воздействия электрода-инструмента.

Рис. 4.2. Схема анодно-механической обработки периферией диска: 1 — электрод-инструмент; 2 — токо­съемник; 3 — выпрямитель; 4 — элек­трод-заготовка; 5 — лоток; осталь­ные обозначения см. на рис.4.1

Принципиальная схема АМО показана на рис. 4.2. Токоведущий электрод-инструмент 1 соединен токосъемником 2 с отрицательным полюсом выхода выпрямителя 3 и совершает два движения (враще­ние D_r и подачу D_s). Электрод-за­готовка 4 соединен с положительным полюсом источника. В зону обработки, поливом из лотка (или сопла) 5, непрерывно подают электролит, увлекаемый инстру­ментом в межэлектродный промежуток. Расплавленный металл, застывающий в виде сферических гранул, удаляется из зоны обра­ботки вращающимся электродом-инструментом.

Грубые или мягкие режимы анодно-механической обработки различаются эффективностью действия электротермических и элек­трохимических процессов в зоне обработки.

На грубых режимах, применяемых в основном на заготовитель­ных операциях, при отрезке, обдирке и т. д., ориентированный съем металла вследствие сравнительно высокого напряжения и значи­тельной силы тока между электродами осуществляется главным образом за счет электроэрозионных процессов.

Роль силикатной пленки сводится к обеспечению необходимой величины межэлектродного промежутка.

Пробой пленки или оплавление контактных мостиков проис­ходит не по всей поверхности зоны обработки, а только в отдель­ных ее точках, соответствующих либо наиболее слабым местам пленки, либо наиболее высоким микровыступам. Остальные мес­та остаются изолированными пленкой. На грубых режимах съем металла происходит за счет взрывоподобного расплавления, испа­рения и выброса металла из зоны импульсного разряда (рис. 4.3, а, зона 1): Разряд возникает как при пробое анодной пленки под влиянием высокого напряжения (25... 30 В) и плотности тока 1000... 2000 мА/м², так и за счет оплавления вершин микровыступов, контактирующих с рабочей поверхностью электрода-инструмента (см. рис. 4.3, а, зона II). Процесс проходит только в отдельных точках и не распространяется на всю поверхность обработки сразу. Точечные процессы, перекрываясь, возникают в разных точках всей поверхности обработки.

Локализация процесса и кратковременность действия импульсов, а также влияние охлаждающего действия электролита позво­ляют получить обработанную при грубых режимах поверхность с

Рис. 4.3. Условия протекания анодно-механического процесса обработ­ки периферией диска: а — на грубых режимах; б — на мягких режимах; 1 — электролит; 2 — анод обрабатываемая заготовка; 3 — катод-инструмент; 4 — продукты растворения; I-зона импульсного разряда, II— зона оплавления вершины микровыступа; D_s -движение тангенциальной подачи

меньшими структурными изменениями, нежели при электроконтактной обработке, при той же шероховатости (Rz 80...40 мкм) производительности (2000...5000 мм³/мин).

Очевидно, что съем металла будет происходить там, где толщина на пленки меньше, отсюда и возникает возможность регулировать процесс обработки изменением давления в зоне обработки подачей D_s инструмента на обрабатываемую заготовку.

На мягких режимах обработка происходит за счет непрерывно го удаления анодной пленки рабочей поверхностью инструмента или абразивом и возникающего на очищенных от пленки мест процесса электролитического растворения металла заготовки. Поскольку (рис. 4.3, б) удаление пассивированной пленки (следовательно, и анодное растворение) осуществляется по вершинам микровыступов, постольку происходит сглаживание поверхности. Чистовая обработка происходит при низких (2...6 В) напряжениях невысоких плотностях тока (0,01 ...0,03 МА/м²). Эрозионные процессы на мягких режимах отсутствуют и шероховатость поверхности достигает Ra =0,16...0,04 мкм при очень незначительном изменении структуры подповерхностного слоя. При этом производи­тельность достигает всего 3... 5 мм³/мин.

Методом АМО обрабатывают заготовки из всех токопроводящих материалов, высокопрочных и труднообрабатываемых метал­лов и сплавов, вязких материалов.

В станках для анодно-механической обработки используют системы ЧПУ. Программа управляет скоростями движений заготовки и инструмента, поддерживает постоянство зазора в рабочем пространстве между ними, задает параметры электрического ре­жима при переходе с черновой обработки на чистовую.

Разновидности анодно-механической обработке. Электроабразив­ная и электроалмазная обработка — это разновидности чистовой АМО. При электроабразивной обработке инструментом-катодом является шлифовальный круг, выполненный из абразива на элект­ропроводящей основе. Такой основой может быть бакелитовая связ­ка с графитовым наполнителем. Применяется также и пропитыва­ние свинцом абразивных кругов.

Типовая схема электроабразивной обработки представлена на рис. 4.4. Торец токопроводящего круга 1 покрыт частицами абра­зива 2 из Al₂O₃ (размер зерна 60... 80 мкм). Как показано на схеме, частицы абразива 2 —изолирующая прокладка между анодом (об­рабатываемой заготовкой 4) и катодом — инструментом 1.

Условие оптимального проведения процесса — это поддержа­ние зазора, при котором плотность тока будет наибольшая, а ко­роткое замыкание еще не возникает. Этот зазор сохраняют высту­пающие из связки абразивные частицы.

Согласно схеме, представленной на рис. 4.4 (зона обработки А), абразивные зерна 2 при перемещении токопроводящего круга 1 в направлении стрелки проводят съем анодной пленки и некоторо­го количества металла 5 заготовки 4. Электролит подводят в зону обработки через лоток 3. Интенсивность анодного растворения вы­сока благодаря большой плотности тока, которая определяется размером межэлектродного промежутка 0,025...0,030 мм.

Производительность при предварительной обработке достига­ет 20...30 мм³/мин, при этом около 85.,90% металла снимается за счет анодного растворения и 15... 10 % - за счет механическо­го действия абразива. Удаление связки при износе круга прохо­дит автоматически. При пробое межэлектродного промежутка в месте наименьшего зазора связка и графит в дуге разряда выгора­ют. Поскольку этот процесс имеет локальный характер и проис­ходит в условиях охлаждения электролитом, существенного вли­яния на шероховатость и состояние поверхности искрение не оказывает.

Рис. 4.4. Схема электроабразивной обработки торцом круга: 1 — катод — токопроводящий круг; 2 — частицы абразива; 3 — лоток (или сопло); 4 — анод — обрабатываемая заготовка; 5— снимаемый материал; б — электролит;

А — зона обработки; остальные обозначения см. на рис. 4.1

Окружную скорость круга выбирают в пределах 8... 20 м/с. Электрические режимы зависят от вида обработки. При предварительной обработке напряжение выбирают в пределах 20...25 В и силу тока 20... 30 А, при окончательной — напряжение и силу тока снижают соответственно до 10... 15 В и 12... 15 А. Шероховатость верхности при электроабразивной обработке достигает Ra=0,16 мкм. Припуски на электроабразивную обработку выбирают в пределах 0,05...0,5 мм.

Электроалмазную обработку проводят по тем же схемам, но заменяя электропроводные круги с тонким слоем (s = 3 мм) алмазной крошки зернистостью А8—А10. Относительная концентрация алмазной крошки на этих кругах для предотвращения короткого замыкания достигает 100%, что значительно выше, чем кругах для механического алмазного шлифования.

Благодаря этому плотность тока при электроалмазной обработке может достигать 0,6... 1 МА/м², что значительно увеличивает производительность. Напряжение в зоне обработки низкое, все 5...45 В, что исключает возникновение эрозионных процессов. Износ алмазных кругов значительно ниже, стойкость круга достигает 10 000... 12 000 ч.

Окружные скорости при обработке алмазом принимают равными 25... 80 м/с, а давление может быть повышено до 0,3... 0,45 MПа

По данной схеме до 25 % металла удаляется абразивным действием круга и 75 % — анодным растворением. Шероховатповерхности достигает Ra= 0,16... 0,08 мкм при плоскостности 0,01 на 100 мм.