6.6.19. Электрохимикотермический метод

Известно [131, 127, 85, 39], что температура (прежде всего рабочей среды) влияет на технологические показатели и возможности электрохимической обработки.

О.В. Донской и В.Я. Ходор в а.с. 180058 [1] предложили при электрохимической обработке каналов в стальных заготовках снижать температуру электролита до уровня, близкого к точке замерзания, что дало возможность выровнять условия обработки по длине и повысить качество поверхностного слоя. В а.с. 240437 предложено при обработке титановых сплавов повышать температуру электролита до 313-315 К, за счет чего ускорить съем материала и улучшить чистоту поверхности.

В а.с. 1707856 [24] температуру насыщенного электролита снижают ниже точки кристаллизации раствора и переходят на обработку в твердом электролите, обеспечивающем высокую локализацию процесса и снижение коробления заготовки. В течение времени формообразования поверхности агрегатное состояние среды изменяют охлаждением с жидкого на твердое, затем снова – на жидкое.

Повысить точность обработки по а.с. 847606 удалось интенсивным нагревом электролита на базе глицерина и спирта до достижения скачка проводимости (до 3 раз), что позволяет в месте нагрева локально ускорить съем припуска и повысить точность профиля. Способ применяется для плоских деталей с точечными источниками нагрева, например при секционных электродах с управлением от ЭВМ по обратной связи об исходном профиле заготовки.

В частности известно профилирование вафельных панелей с получением постоянной толщины стенки в донной части, когда в начале обработки снимают показания толщиномера в каждой точке заготовки, вводят их в управляющую машину, рассчитывают для каждой секции электрода режим, обеспечивающий съем требуемого припуска, находят изменение температуры электролита и поддерживают эту величину по командам от ЭВМ.

По а.с. 778981 [23] для повышения производительности и равномерности съема припуска, преимущественно крупногабаритных деталей, нагрев заготовки в месте ее обработки производят токами высокой частоты, а индуктор размещают на инструменте или при тонкостенной детали – под ней. Предлагается использовать способ нагрева при импульсной подаче тока в паузах между рабочими импульсами.

Все предложенные изобретения не вызывают изменения свойств обрабатываемых материалов.

При проектировании технологии с применением указанных способов следует учитывать:

• истинную величину проводимости рабочей среды, которая зависит от состава, концентрации, температуры, что следует принимать во внимание при расчете режимов обработки;

• побочные явления, например, снижение трения в контактных парах по а.с. 1707856 [24], что требует вводить коррективы в расчеты силы резания при продольном протягивании инструмента;

• корректировку выхода по току, потери напряжения, давления на входе электролита в рабочую зону.

При проектировании оборудования необходимо предусмотреть теплообменники с возможностью нагрева или охлаждения электролита до заданной температуры и поддержания расчетного теплового процесса, что возможно если станок оснащен микропроцессорами или адаптивным управлением.

В а.с. 737186 применен нагрев для изменения формы рабочей части инструмента для объемной ЭХО при использовании в этом случае металла с эффектом памяти. Последнее позволяет выровнять скорость анодного растворения на всех стадиях удаления припуска путем периодического сближения формы рабочей части инструмента с профилем противолежащего участка заготовки, полученного в процессе предшествующего периода формообразования. Здесь при проектировании технологического процесса следует обосновать количество деформаций металла с памятью (как правило, не более 2), рассчитать и заложить в память металла форму рабочей поверхности инструмента в момент корректировки его формы, найти время обработки между корректировками, скорость подачи инструмента.

При проектировании оборудования желательно применять блоки ЧПУ с управляемыми координатами по времени и температуре, подаваемой на инструмент, а также предусмотреть нагреватели в рабочей части электрода.

В [51] приведена схема лазерного легирования в магнитном поле, где легирующие порошки из ферросилиция, ферроброма, сормайта, феррохрома, керметов удерживаются на нужном участке силами магнитного притяжения. В рассматриваемом процессе удается изменять в нужном направлении поглощательную способность поверхности за счет поворота частиц относительно луча. Это повышает интенсивность лазерного облучения. Однако количественных зависимостей для проектирования режимов обработки в литературе обнаружить не удалось, т.к. этот процесс находится на стадии исследований.

6.6.20. ЭХО с управляемым вектором действия электромагнитного поля

В [111] показано, что при наложении на поверхность анода или катода диэлектрического шаблона его границы не совпадают с углублением, получаемым при анодном растворении в электрическом поле. Там же обоснована возможность использования на аноде многослойных шаблонов, часть которых может быть токопроводящими. На рис. 6.40 показана схема размещения шаблонов на заготовке.

Под действием электромагнитного поля, подаваемого на шаблон 2, происходит изменение вектора действия суммарного поля (показан на рис. 6.40 стрелкой). Шаблон 2 перераспределяет интенсивность (плотность силовых линий) и образуется участок I, где плотность достаточно высока, т.к. поверхность шаблона 2 наиболее близка к катоду 1 (зазор S). Оставшаяся часть поля (II) поступает на участок ab заготовки 4 и удаляет припуск со стороны шаблона 2. В зоне III плотность поля значительно выше, чем в зоне II (рис. 6.40), и съем материала будет интенсивным по всей глубине отверстия. Таким образом можно получить вертикальную кромку (dc) на детали и даже уклон, показанный пунктиром, что приблизит к вертикали суммарный вектор действия поля. При этом возникает повышенный съем материала под диэлектрическим шаблоном ("поднутрение" B), который со стороны металлического шаблона будет значительно меньше.

Рис. 6.40. Схема установки шаблонов на аноде 1 – инструмент-катод; 2 – металлический шаблон; 3 – диэлектрический шаблон; 4 – заготовка; h1; h2 – толщина шаблонов; Н – толщина заготовки; В – "поднутрение" под шаблоном; S – межэлектродный зазор; I, II, III зоны с различной интенсивностью поля

Однако при стабильном режиме обработки для одинаковых размеров углубления величина B не изменяется и может считаться постоянной. При расчете профиля диэлектрического шаблона размер В может быть учтен путем уменьшения отверстия в шаблоне на величину "поднутрения" с обеих сторон шаблона.

Недостатком метода является удаление инструмента от заготовки из-за наличия шаблонов, что снижает предельную глубину размерного формообразования и точность контура отверстия. Кроме того, возможно анодное растворение токопроводящего шаблона 2 (рис. 6.40). Такой процесс устраняют нанесением на него покрытия со стороны инструмента, что еще больше удаляет катод и снижает эффективность действия шаблона 2, т.к. магнитные силовые линии попадают только на торец тонкого металлического листа и слабо действуют на положение результирующего вектора поля.

Имеется несколько способов усиления действия электрического поля: снизить толщину покрытия, что позволяет увеличить плотность тока на торце металлического шаблона; разработать способы защиты его от растворения покрытием, пропускающим электрический ток. По а.с. 1093456 предлагается при обработке зубчатых колес малого модуля и толщины создавать в углублениях зубьев защитный нетокопроводящий слой из формовочной смеси, которую осаждают в поле при напряжении 3 – 4 В. Такой метод оказался эффективным при удалении заусенцев на кромках зубьев, но не пригоден для получения углублений.

В а.с. 310772 и 529040 предложены способы защиты изделий от растворения путем образования на заготовках пассивных пленок, обладающих проводимостью, но защищающих металлический шаблон от анодного растворения. По а.с. 310772 пассивацию выполняют непосредственно на оборудовании (например для титановой технологической оснастки) на следующих режимах:

- плотность тока, А/см² – 0,1 – 0,5 (регулируют величиной межэлектродного зазора);

- электролит – 10 – 15% раствор хлористого натрия с предельной загрязненностью продуктами обработки (количество шлама 10 – 15%);

- время обработки, мин – 0,5 – 20;

- время пассивации, час – 2 – 3;

- количество циклов – 3 – 4.

По а.с. 529040 шаблон выполняют из листового никеля, после чего термообрабатывают до получения защитной пленки, которая при толщине менее 100 мкм проводит ток. Часть пленки с торцов удаляют, что усиливает изменение угла действия вектора поля. Режимы покрытия:

- температура нагрева, К – 1450 – 1490;

- время нагрева, час – 2 – 3;

- охлаждение – на воздухе.

Для повышения точности контура в а.с. 599951 и 537782 предлагается диэлектрический трафарет периодически перемещать в межэлектродном зазоре между катодом и анодом с расчетной частотой, что изменяет плотность поля в зоне обработки и снижает скорость растворения кромки углубления. Однако технического воплощения предложенных способов пока неизвестно, т.к. при межэлектродных зазорах менее 0,3 мм разместить в них жесткие шаблоны пока не удается.

Для увеличения плотности тока в зоне обработки по а.с. 1839126 предложено применять многослойные шаблоны, один из которых делают эластичным и по мере увеличения углубления прижимают его к заготовке, снижая тем самым межэлектродный зазор и поддерживая условия анодного растворения по глубине достаточно стабильными. При этом за счет выступания торцов эластичного шаблона удается снизить величину "подтравливания". Это повышает точность формообразования углубления.

Технологические режимы для обработки с многослойными шаблонами:

- напряжение, В – 8 – 16

- скорость прокачки электролита, м/с – более 0,5

- межэлектродный зазор, мм – 0,2 – 0,3

- толщина диэлектрического шаблона, мм – 0,05 – 0,1

- толщина металлического шаблона, мм – 0,04 – 0,08.

По а.с. 621519 за счет управления электромагнитным полем путем снижения его интенсивности удалось получить углубления (например, при маркировании деталей неподвижным инструментом), ширина которых была меньше, чем на инструменте, что позволило достичь размеров знаков, соответствующих стандартам по толщине штрихов.

Для этого предложены режимы обработки:

- напряжение, В – 2 – 7;

- начальный зазор, мм – 0,05 – 0,5;

- концентрация электролитов на базе

нейтральных солей, % – 3 –5

Получаемая ширина штриха (Н_ш) оценивается по зависимости

, (6.122)

где Н_и – ширина выступа на инструменте;

S₀ – начальный межэлектродный зазор;

С – концентрация электролита;

U – напряжение на электродах.

6.6.21. Электроабразивный метод при обратной

полярности (деталь-катод)

В [131] приведены сведения об использовании обратной полярности при шлифовании вязких материалов (медь, алюминий, жаропрочные сплавы). В таком случае происходит анодное растворение слоя металла, налипшего на инструмент и нарушающего нормальный процесс обработки. Без этого абразивные зерна покрываются вязким материалом заготовки, теряют способность резать, а в месте контакта инструмента с заготовкой развивается большой нагрев, и возникают дефекты в виде прижогов. Однако при использовании обратной полярности съем материала с абразивного инструмента может вызвать нарушение связки и осыпание зерен, что снижает точность и повышает износ инструмента. Поэтому назначают мягкие электрические режимы, которые осуществляют при низких напряжениях. Для обработки жаропрочных сплавов на токопроводящий инструмент (анод) подают напряжение 3-5 В, а в качестве рабочей среды применяют слабопроводящие жидкости, в основном, СОЖ.

При притирке и отделке поверхностей из вязких материалов используют те напряжения, при которых электроконтактная обработка протекает без искровых разрядов (возможен тлеющий разряд).