Анодно-абразивна обробка металів

Анодно-абразивна обробка є різновидністю анодно-

механічного методу. В цьому випадку функції інструмента- катода виконує електропровідний абразивний круг, а проміжок між кругом і оброблюваною деталлю підтримується виступаючими зернами абразиву.

Анодно-абразивна обробка основана на анодному розчиненні і механічній (абразивній) дії на оброблюваний виріб. При цьому на поверхню електрода-заготовки можуть діяти: електричний струм, який забезпечує анодне розчинення; механічна сила, що створюється частинками абразиву, ріжучи і дряпаючи поверхню заготовки; тепловий потік, який викликає теплову ерозію поверхневих шарів електрода-заготовки.

Схема міжелектродного проміжку для анодно-абразивної обробки показана на рисунку 4.11. Електрод-інструмент, поверхня якого рухається вздовж поверхні заготовки з

швидкістю Vіприєднаний до від'ємного полюса, а до додатного

 

 

 

1 ‒ теплоізоляційний корпус; 2 ‒ виріб (дріт, стрічка);

3 ‒ нагрівальні елементи

Рисунок 2.12 ‒ Схема протяжної електричної печі

 

Протяжні печі випускають на робочі температури від 650 до 1150 °С.

Високотемпературні печі опору

В установках цього типу здійснюють такі технологічні

процеси:

1) спікання виробів із тугоплавких і хімічно активних

металів;

2) термічну обробку тугоплавких металів і сплавів; 3) отримання монокристалів і їх термічна обробка;

4) плавлення і рафінування тугоплавких металів і сплавів.

Основні відмінності конструкцій високотемпературних печей

від звичайних такі:

1) герметичне виконання кожуха печі;

2) конструкція нагрівників основана на застосуванні

тугоплавких металів (молібдену, вольфраму, танталу), карборунду і графіту; живлення нагрівників здійснюють пониженою напругою (із-за можливості пробою) від спеціальних понижуючих

трансформаторів;

3) кладку печі для полегшення відпомповування із неї газів

виконують із легко дегазуючих матеріалів;

4) наявність системи відпомповування.

 

 

Вакуумні печі періодичної дії виготовляють серійно і

індивідуально; за типом конструкцій вони поділяють на камерні, шахтні, ковпакові й елеваторні. Робоча температура цих печей до 1800°С.

Вакуумні високотемпературні печі неперервної дії виконують такими, що уможливлюють здійснювати переміщення виробів механізмами, які розміщують поза робочим простором печі. Найширше застосування знайшли штовхальні печі, печі з висувним подом, а також тунельні і протяжні печі.

Тепловий розрахунок печі опору

Кількість енергії, що споживається із мережі, і установлена

потужність печі залежать перш за все від температурного режиму обробки, який заданий технологічним процесом, тобто циклом роботи печі.

На рис. 2.13, а показано найпростіший цикл, який передбачає тільки досягнення виробом заданої температури. Найчастіше цей цикл зустрічають у печах для нагрівання заготовок під гарячу деформацію кольорових металів або для загартування тонкостінних виробів.

 

 

а) ‒ нагрівання без витримки; d) ‒ нагрівання з витримкою;

в) ‒ нагрівання з витримкою і подальшим охолодженням;

t н ‒ час нагрівання, t п ‒ час перерви, t в ‒ час витримки;

t вир- температура виробу; tох‒ час охолодження

Рисунок 2.13 - Цикли роботи печі

 

 

Деталь 1 з'єднують з додатнім полюсом джерела струму

напругою 20-30 В, а інструмент 2 - з від'ємним. У проміжок між інструментом і поверхнею оброблюваного виробу вводять електроліт 3 - водний розчин рідкого скла.

Електродові - інструменту надають форму диска товщиною 0,1-6 мм. Швидкість обертання диска відносно деталі до 30 м/с. У процесі різання твердих сталей застосовують такі режими: U = 25-30 В, I = 50-200 А. Причому струм тим більший, чим більший поперечний переріз заготовки.

Анодно-механічне загострювання інструменту (рис. 4.9) використовують для загострювання різноманітного інструмента, що має пластини чи шари із твердих сталей чи сплавів.

 

Рисунок 4.9 - Схема загострювання інструменту анодно-

Механічним способом

 

Змінюючи густину струму можна послідовно проводити грубу обробку-очистку (j =. 15-25 А/см2), шліфування (j = 4-6 А/см2) і доведення чистоти поверхні заготовки до 11-12 класу (j =1-2 А/см2).

Суть електромеханічного шліфування (рис. 4.10) полягає у поєднанні процесу анодного розчинення металу з зніманням продуктів його розчинення електронейтральним інструментом. Цей процес застосовують, в основному для обробки твердосплавного матеріалу з високою чистотою поверхні (V10 ‒ VI2).

Основні переваги електрохімічного шліфування:

1) швидке знімання металу у поєднанні з високою

точністю обробки;

 

живлення використовують випрямлячі з робочою напругою 16-

20 В. Обробку здійснюють на анодно-механічних станках.

Особливостями анодно-механічної розмірної обробки є:

1) висока продуктивність за високої чистоти обробки;

2) можливість широкого регулювання режимів обробки від

чорнової до чистої без припинення процесу і без зняття деталі із

станка;

3) можливість обробки струмопровідних матеріалів

(металічних і металокерамічних) будь-якої твердості;

4) невелика кількість відходів у порівнянні з механічною обробкою на металорізальних станках.

 

 

1 ‒ заготовка; 2 ‒ плівка продуктів розчинення; 3 ‒ місце

контакту і перегріву; 4 ‒ інструмент; 5 ‒ електроліт

Рисунок 4.7 ‒ Схема чорнової анодно-механічної обробки

 

Проте існують і деякі недоліки. До них відносять необхідність взаємного відносного переміщення інструменту і оброблюваної деталі, що обмежує область застосування такого методу обробки в основному процесами різання, загострювання та шліфування. Схема анодно-механічного різання заготовок

приведена на рис. 4.8

Рисунок 2.13, б дає уяву про найбільш розповсюджений цикл

роботи печі, що уможливлює витримку виробів для заданої температури. Цей цикл характерний для процесів загартування, відпуску, нормалізації і термохімічної обробки металів.

Третій вид циклу роботи печі (рис. 2.13, в) має місце у печах для обпалювання металів, кераміки, спікання металокерамічних виробів, одержання монокристалів і в інших випадках. Печі періодичної дії за такого циклу роботи мають дуже низькі економічні показники. В кожному циклі за період охолодження піч втрачає велику кількість теплоти акумульованої кладкою у пері­оди нагрівання і витримки. Внаслідок цього ККД печі низький, питома втрата електроенергії велика. Такий цикл може бути ви­правданий тільки для термообробки дорогих матеріалів, для яких вартість витраченої електроенергії несуттєва.

У печах неперервної дії охолодження виробів здійснюють за межами печі у спеціальній камері охолодження, отже, ККД

печі і витрата електроенергії не залежить від часу охолодження.

Для визначення потужності печі, втрат неробочого стану, ККД з питомої витрати електроенергії необхідно обов'язково знати температурний графік теплової обробки матеріалу.

В загальному випадку час циклу обробки:

 ц   н   в   ох   п

У печах періодичної дії за час циклу виділяється кількість

тепла:

Qц=Qкор+ Qдод+ SDQ,

де Q кор‒ необхідна кількість тепла для нагрівання виробу;

Q дод‒ необхідна кількість тепла для нагрівання допоміжних

пристроїв (кошиків, піддонів);

S∆ Q ‒ сумарні витрати тепла.

Значення Q корі Q допвизначають для заданих температур і

відомих характеристик виробів (матеріалів).

Сумарні втрати тепла для циклу роботи з витримкою і

охолодженням у печі:

Рисунок 4.8 - Схема анодно-механічного різання

 

 

108 35

 Q  k  q t

механічним шляхом, як показано на рис. 4 6. Інструмент (катод)

в

нн

  qвtв   qохtох   Qвипр ,

і заготовка (анод) рухаються відносно один від одного з великою

де

kв ‒ коефіцієнт неврахованих теплових втрат;

∆qні ∆qв ‒ втрати тепла за 1 годину через стінки печі у період

швидкістю, інструмент і заготовка стиснуті так, що між ними є тільки дуже тонка плівка електроліту. Руйнування анода здійснюють

нагрівання і витримки;

∆qох ‒ втрати тепла за 1 годину через стінки печі у період

охолодження;

∆Qвипр ‒ втрати тепла випромінюванням через відкриті пройми і

щілини.

Ці втрати тепла визначають за відповідними законами теплопередачі.

Потужність печі періодичної дії визначають за витратою тепла у період нагрівання, оскільки в цей період у піч уводиться максимальна

енергія:

 

P  Q н,

 н

де

 

Qн  Qкор  Qдоп   qнtн   qохtох   Qвипр  Qц   qвtв

Для печі неперервної дії потужність:

анодним розчиненням металу, а видалення утвореної на поверхні анода мало електропровідної плівки - краєм інструмента. Механічні зусилля, що прикладають для цього до інструменту порівняно

невеликі, набагато менші, ніж для механічної обробки

 

1 ‒ заготовка; 2 - інструмент; З ‒ електроліт; 4 ‒ плівка

продуктів розчинення

Рисунок 4.6 - Схема чистої анодно-механічної обробки

 

Якщо поверхня заготовки нерівна, то анодне розчинення

проходить у спочатку на вершинах виступів, які згладжуються, і

P  Pкор  Pдоп  kв  q  qвипр,

шорсткість поверхні зменшується. Тобто, так

можна

де

 

печі.

SDq ‒ сумарні теплові втрати через стінки печі;

∆qвипр ‒ втрати за 1 годину на випромінювання через отвори

 

Для врахування можливого відхилення (зменшення напруги

здійснювати шліфування виробів. Така обробка проводиться для

малих густин струму (0,5-10 А/см2). Якщо потрібна висока продуктивність, а якість поверхні не має суттєвого значення, то можна підвищити густину струму до 100-500 А/см2. У цьому ви падк у пор яд з анодно -м еха нічн им руйн ува нн ям

мережі від номінальної, "старіння" електронагрівників, форсування

режиму розігрівання печі з неробочого стану) уводять коефіцієнт

запасу kз= 1.1-1.5. Отже, розрахункова встановлена потужність печі

Pâñò  k çP  (1,11,5) P.

ККД печі періодичної дії

 

Qкор

оброблюваного металу виникає його ерозійне руйнування (рис. 4.7) внаслідок появи багаточисленних точок контакту 3, в яких густина струму досягає тисячі А/см2. У цих місцях виникають мікродуги, метал сильно нагрівається, плавиться, частково випаровується і вибухом виноситься із зони обробки.

Внаслідок теплової ерозійної дії одночасно з ростом

продуктивності знижується чистота оброблюваної поверхні.

 

 

- печі неперервної дії



Qц

100;

Процес обробки металу у процесі анодно-механічної

обробки залежить від електричного режиму (напруги, густини струму) і від механічних параметрів (тиску на оброблювану поверхню, швидкості руху електроду інструменту). Як джерела

 

36 107

j  U  U  S  U .



 

Pкор

100.

Re  S

l  S

l

P

Основні області застосування анодно-гідравлічної розмірної

обробки матеріалів такі:

1) доведення поверхонь штампів, прес-форм, ливарних форм

після грубої, наприклад, електроіскрової обробки;

2) загострювання ріжучого інструмента з твердих сплавів;

3) профілювання виробів складної форми, наприклад,

турбінних лопаток;

4) прошивання наскрізних отворів - круглих, прямокутних і

фасонних, великих і дуже малих;

5) різання заготовок і деталей з одержанням чистого зрізу;

6) згладжування у вузьких каналах і фасонних порожнинах,

знімання загусениць.

Анодно-гідравлічну розмірну обробку здійснюють у станках, універсальних або спеціалізованих. Кожний такий станок має робочу камеру, в більшості закриту прозорим щитком для спостереження за ходом процесу, в яку введені шпинделі з тримачами інструмента (катода) і виробу. Шпинделі можуть одержувати поступальні (подача) і обертові рухи від супортів з електромеханічними приводами, які знаходяться поза робочою камерою на станині станка. В робочу камеру вводять електроліт, що вприскують під тиском у міжелектродний проміжок. Останній досить малий: віддаль між електродами залежно від процесу складає від 0,1 до 0,5 мм. У проміжках швидкість електроліту досягає 5-40 м/с. До складу станка

 

Питома витрата електроенергії для печі періодичної дії для

завантаження маси G

Q ö

a 

G

а для печі неперервної дії з продуктивністю

 

a  P

G