Электрофизические и электрохимические методы обработки металлов

Процесс электрофизической обработки заключается в изменении формы, размеров и (или) шероховатости поверхности заготовки с применением электрических разрядов, магнитострик-ционного эффекта, электронного или оптического излучения (ГОСТ 3.1109-82 и ГОСТ 25330-82).

Процесс электрохимической обработки (ЭХО) заключается в изменении формы, размеров и (или) шероховатости поверхности заготовки вследствие растворения ее материала в электролите под действием электрического тока.

Электрохимическая обработка, при которой форма электрода-инструмента отображается в заготовке, называется электрохими­ческим объемным копированием. Если электрод-инструмент углуб­ляется в заготовку, образуя отверстие постоянного сечения, то данный вид ЭХО есть электрохимическое прошивание. Возможно электрохимическое точение и электрохимическая отрезка. При электрохимическом точении заготовка вращается, а электрод-инструмент поступательно перемещается.

Рис. 1. Схема электрохими­ческой обработки:

а) при вращающемся электроде;

б) при поступательном движении электрода

При электроэрозионной обработке (ЭЭО) (ГОСТ 25331—82) изменяются форма, размеры, шероховатость и свойства поверх­ности заготовки под действием электрических разрядов в резуль­тате электрической эрозии. Обрабатываемая поверхность при электроэрозионной обработке — это часть поверхности электрода заготовки, на которую во время ЭЭО воздействуют электрические разряды.

К видам ЭЭО относятся электроэрозионное упрочнение, объ­емное копирование, прошивание, маркирование, вырезание, отрез­ка, шлифование и др.

Электрофизические и электрохимические (ЭФХ) методы обра­ботки появились в связи с применением сверхпрочных металлов и других материалов, трудно поддающихся традиционной обра­ботке. Новые методы оказались эффективными для изготовления деталей сложной формы (штампов, пресс-форм), деталей малой жесткости или небольших размеров (с круглыми отверстиями, щелями), а также обработки в тех случаях, когда механическое воздействие на заготовку либо ограниченно, либо режущий инстру­мент (фреза, сверло, резец) не может быть подведен к обрабаты­ваемой поверхности.

ЭФХ методы обработки заготовок обладают большими потен­циальными возможностями. Они дополняют и в ряде случаев заменяют традиционные способы обработки при изготовлении деталей машин, аппаратов и приборов, работающих в широком диапазоне нагрузок и температур, а также в агрессивных средах. Особенно эффективны ЭФХ методы в инструментально-штамповом производстве: при изготовлении литейных форм, пресс-форм, кокилей, где они полностью или в значительной степени заменяют Дефицитный труд высококвалифицированных рабочих.

Для обработки заготовок из высокопрочных и коррозионно-стойких сталей, жаропрочных, магнитных и твердых сплавов, полупроводниковых и других материалов, а также заготовок слож­ной конфигурации из легированных сталей эффективно применять электрохимические методы размерной обработки, основанные на принципе анодного растворения металла. Имеются разновидности электрохимических методов раз­мерной обработки (ЭХРО) метал­лов, отличающиеся способами разрушения металла и удаления с обрабатываемой поверхности продуктов реакции. По этим двум определяющим признакам элект­рохимическую размерную обра­ботку можно разделить на три группы — собственно электрохи­мические, электрохимико-механические и комбинированные электрохимико-физнческие методы обработки.

Рис.2 Формообразование при злектроэрезнонной обработке: а - прошивание; б - обработка с круговыми поступательными движениями электрода -инструмента; в - вырезка электродом-проволокой; г - обработка огибанием (обкаты­ванием) электродом обрабатываемой поверхности; д - обработка вращающимся элек­тродом-инструментом; е — обработка электродом-инструментом, совершающим винто­вые движения; Э - электрод-нкструмент; Д - обрабатываемая деталь

Электрохимическая обработка производится в основном методом прямого копирования электрода-инструмента (рис. 18.10), так называемые копировально-прошнвочные операции, или электро­химическое формообразование (рис. 18.11), при котором съем металла осуществляется путем анодного растворения его, а про­дукты реакции удаляются с обрабатываемой поверхности потоком электролита.

Специфические особенности процесса ЭХО обусловливают целе­сообразность его применения в условиях серийного производства. Наиболее эффективен процесс для производства лопаток газотур­бинных двигателей и энергетических турбин. Наряду с этим технологию электрохимической обработки применяют для кали­брования отверстий различной формы, изготовления полостей сложной конфигурации (штампов, пресс-форм, литейных форм), обработки заготовок корпусных деталей и др.

Расширилась номенклатура материалов, обрабатываемых элек­трохимическим способом, появились новые марки сталей, сплавы на основе ниобия, молибдена, вольфрама. Широко используется технология ЭХО в производстве изделий из титановых сплавов. Осваивается технология ЭХО заготовок из монокристаллического молибдена н вольфрама.

В зависимости от свойств обрабатываемых металлов удельная скорость съема 50 ... 200 мм³/(А-ч) при анодном выходе по току 40 ... 100 % и удельной энергоемкости процесса 5 ... 25 кВт-ч/кг. Достигнута точность обработки 0,05 ... 0,15 мм при прошивке отверстий и 0,2 ... 0,5 мм в полостях сложной конфигурации. Созданы универсальные и специальные электрохимические станки, производство которых освоено промышленностью.

Физическая сущность ультразвуковой размерной обработки (УЗРО) заключается в размерном удалении материала заготовки в процессе многократно повторяющихся ударов абразивных зерен, скалывающих в результате хрупкого разрушения микрочастицы обрабатываемого материала. Взвесь большого числа абразивных

Рис.18.12. Схема ультразвуковой обработки:

1 - магнитострикцнонный преобразователь; 2 - ванна; 3 - стол ультразвукового станка; 4 - обрабатываемая заготовка; 5 - инструмент; 6 - концентратор; а - подвод тока от генератора; б - подвод абразивной суспензии; Р — сила при­жима инструмента к детали.

зерен в жидкости образует рабочую среду — абразивную суспензию. Виб­рация инструмента с ультразвуко­вой частотой, торец которого по­гружен в суспензию, вызывает удары абразивных зерен о поверхность обрабатываемой детали. Кавитациоиные явления в рабочей жидкости интенсифицируют удаление частиц снятого материала из зоны обработки и замену затупившихся и разрушенных абразивных, зерен неизношенными (рис. 18.12). Твердые сплавы обладают меньшей обрабатываемостью вследствие меньшей их хрупкости.

Производительность обработки УЗРО повышается с увеличе­нием амплитуды колебаний инструмента, причем при больших амплитудах для оптимальных условий обработки необходимы более крупные зерна абразива. Применение больших сил инстру­мента, действующих на заготовку, и обработка с большей глуби­ной снижают производительность. Подачей суспензии через полый инструмент (с помощью специальных отверстий, пазов) улучшают условия обработки и увеличивают производительность.