Материал: Нетрадиционные методы обработки в современном машиностроении

Рис.2.4 ЭХО межлопаточного канала в турбине

По схеме прошивания можно получить цилиндрические и кони­ческие глухие и сквозные отверстия любой формы поперечного се­чения.

Чтобы получить охлаждающие отверстия вдоль лопаток тур­бин, в процессе обработки изменяют направление подачи электро­да-инструмента в зависимости от закрутки профиля пера лопатки. Глубина таких отверстий может быть в 30...50 раз больше среднего диаметра.

При выполнении каналов для смазки в корпусных деталях, ко­ленчатых валах ЭХО позволяет соединить любые участки детали отверстием произвольного сечения с криволинейной осью (рис. 2.5). Для этого электрод-инструмент 2 подают к заготовке 3 по окружности радиусом R. Для устранения конусности отверстия электрод-инструмент 2 покрывают слоем изоляции 1. Скорость прошивания таких отверстий V_и=0,03 мм/с, глубина может в 30 раз превышать его диаметр.

Рис 2.5 Прошивание криволинейных отверстий

Схему точения можно применять при обработке части нежест­кой заготовки. На рис.2.6 показан выступ 3, например сварной шов, который необходимо сохранить.

Рис 2.6 Местная обработка заготовки

Такие заготовки при мини­мальных усилиях меняют свою форму, и обработка их возможна только с использованием электрических методов. ЭХО выполняют электродом-инструментом 1, через который подают электролит со скоростью V_э. Заготовка 2 совершает качательное движение вокруг оси так, что рабочая часть электрода-инструмента не достигает выступа на детали. Таким способом можно получать детали диа­метром до нескольких метров при толщине стенки, измеряемой до­лями миллиметров, с погрешностью не более 0,01…0,03 мм.

Схема протягивания позволяет проводить чистовую обработку отверстий любого поперечного сечения как с прямолинейной, так и с криволинейной осью, причем форма и размеры сечения могут изменяться по длине отверстия. На рис. 2.7 показан пример обра­ботки трубы с радиусом изгиба R.

Рис 2.7 ЭХО труб с изгибом оси

Электрод-инструмент 3 (рис. 2.7) выполня­ют бочкообразной формы. На его наружную поверхность наносят выступы 2 из диэлектрика и протягивают инструмент вдоль трубы 1, например тросом, со скоростью V_и. Например, при диаметре от­верстия d>7 ... 8 мм, радиусе изгиба R не менее двух диаметров трубы, припуск, кото­рый снимают в процессе ЭХО, обычно не превышает 1,5 мм на диаметр, при этом V_и = 0,3...1 мм/с. Шероховатость поверхно­сти детали R_a=0,6 ... 2,0 мкм, погреш­ность — 0,1...0,2 мм. Такие детали исполь­зуются в качестве входных патрубков дви­гателей, и снижение высоты неровностей внутренней поверхности позволяет сократить потери давления при движении по ним жидкостей, газов, повысить КПД и стабильность работы установок.

2.2. Исходная информация для проектирования

При разработке технологического процесса составляют после­довательность выполнения операций с учетом особенностей ЭХО. Если она выбрана правильно, то получают деталь с заданными фор­мой, размерами и качеством поверхности.

Прежде чем начать проектирование, необходимо знать:

1) материал обрабатываемой заготовки (марку, плотность, све­дения о структуре, твердости, наличии неэлектропроводных вклю­чений) Такую информацию берут из чертежа детали;

2) допуски на размеры (также указаны в чертеже детали);

3) припуск на обработку, его минимальный размер и неравномерность; данные получают из чертежей заготовки, детали и технических условий на заготовку;

4) шероховатость поверхности детали и заготовки;

5) размеры изготовляемой детали и заготовки;

6) анализ технологичности детали с учетом изготовления ЭХО;

7) сведения о технологических возможностях процесса.

2.3 Технологичность деталей при размерной электрохимической обработке

При использовании ЭХО необходимо учесть следующие требования, общие для всех видов заготовок и схем обработки.

1. Поверхность перед ЭХО должна быть очищена от окалины и других неэлектропроводных веществ.

2. В местах, где удаление металла планируют выполнять с применением ЭХО, не допускается местная зачистка поверхности, например, для контроля твердости.

3. ЭХО необходимо проводить после термической обработки заготовок. Это позволяет избежать нарушения точности за счет коробления при термообработке, предотвращает появление обезуглероженного слоя в готовой детали.

4. При проектировании заготовок припуск не должен быть меньше некоторого предельного значения, определяемого с учетом возможного растворения на обрабатываемых и соседних поверхностях, где металл может растворяться за счет токов рассеяния и ускоренного съема на кромках детали.

5. В технологическом процессе не предусматривают операции и переходы по удалению заусенцев и скруглению кромок на поверхностях после ЭХО.

6. При контроле может обнаруживаться местное проявление струк­туры материала и рисунок перемещений инструмента на предшест­вующих операциях. Это не является дефектом, и в чертежах следу­ет указывать допустимость таких явлений.

2.4. План проектирования технологического процесса

После изучения чертежей заготовки, детали, технологических возможностей ЭХО проектируют технологический процесс:

1. Выбирают схему ЭХО, учитывая форму обрабатываемой по­верхности, исходя из наличия оборудования и инструмента.

2. Оценивают технологичность детали и вносят необходимые из­менения в чертежи с учетом применения ЭХО.

3. Оценивают технологические показатели ЭХО и сравнивают их с аналогичными показателями механической обра­ботки.

Последовательность расчета технологических параметров приведена в п. 2.9

4. Обосновывают целесообразность применения ЭХО. Если де­таль нельзя изготовить другим способом, такого обоснования не требуется. В серийном производстве ЭХО целесообразно применять при обработке за­готовок сложной формы из высокопрочных сплавов или материалов с повышен­ной хрупкостью, вязкостью (жаропрочные, титановые и другие сплавы). Детали из конструкционных материалов изготовляют, используя ЭХО, если затруднен доступ инструмента в зону резания, например в случае обработки труб и отверстий не­круглой формы при отношении длины к диаметру более 10. Следует учитывать также, что процесс ЭХО легко поддается автоматизации и его можно применять для изготовления деталей из токсичных, огнеопасных материалов, например бериллия, магния.

5. Сравнивают полученные расчетным путем показатели точ­ности, качества поверхности с требованиями чертежа детали. Если возможности ЭХО не удовлетворяют этим требованиям, то преду­сматривают доводочные операции.

6. Определяют минимальный припуск на обработку и уточняют чертеж заготовки.

7. Разрабатывают маршрутный процесс ЭХО и уточняют его место в общем технологическом процессе изготовления детали.

8. Намечают способы защиты необрабатываемых поверхностей от анодного растворения: создание повышенных межэлектродных зазоров, использование диэлектрических покрытий.

9.Разрабатывают операционные карты с указанием режимов обработки.

10. Разрабатывают контрольные карты и технологию контроля с учетом специфики ЭХО.

11. Выдают технические задания на проектирование электродов-инструментов и приспособлений.

2.5. Основные этапы построения технологического процесса

ЭХО обычно включается как составная часть в процесс меха­нической обработки или сборки деталей. При выполнении опера­ций ЭХО следует предусматривать этапы, которые могут быть са­мостоятельными операциями или переходами: подготовительный, обработки на станке, промывки и консервации детали, ее конт­роля.

Подготовительный этап включает очистку заготовок от консер­вирующих смазок, создание базовых поверхностей для

установки заготовки и подвода тока, удаление неэлектропроводных участков и покрытий, проверку размеров.

Расконсервацию заготовок, например, после транспортировки, хранения на складе проводят, помещая их в горячее масло (t= 370...390 К) на 10...15 мин.

Если на детали не предусмотрены базовые поверхности, то их изготовляют на операциях, предшествующих ЭХО. Шероховатость таких поверхностей не хуже R_a = 5 мкм, точность- 8...10-й квалитет. Размеры участков для подвода напряжения рассчитывают в зависимости от силы тока, применяемого при обработке. Для этого вычисляют площадь участка как отношение силы тока к его плот­ности в местах контакта деталей: S=I/J_K. Плотность тока (А/мм²) выбирают в зависимости от материала токопроводящего элемента станка:

Медь ....... <3

Бронза, латунь . .0,8

Алюминиевые сплавы  1,5... 2

Нержавеющие стали 0,3

Заготовки очищают от загрязнений и окалины пескоструйной обработкой, химическим травлением в ваннах, зачисткой металли­ческими щетками, абразивным инструментом. Затем заготовку под­вергают химическому обезжириванию в ваннах с раствором каусти­ческой соды концентрацией 100...150 кг/м³, нагретым до темпера­туры 350...370 К, в течение 15...20 мин. После обезжиривания заго­товку промывают водой с температурой 350...360 К в течение 2 мин и сушат на воздухе. Места подвода тока протирают ветошью, смоченной бензином или другим органическим растворителем.

В процессе подготовительного этапа необходимо предусмотреть входной контроль заготовки. Выборочно на одном-двух экземпля­рах из партии контролер обязан проверить соответствие марки материала, указанной в чертеже.

На нескольких заготовках из партии в начале изготовления деталей и периодически в дальнейшем следует измерять размеры припусков по сечениям и наименьшее значение припуска. Для деталей, имеющих незначительный припуск, например для лопаток турбин и компрессоров, в процессе входного контроля приходится перераспределять припуск на обе стороны для каждой заготовки. Такую операцию выполняют на специаль­ных оптических приборах с автоматической установкой положения детали.

Выборочно контролируют наличие неэлектро-проводных участ­ков. Если они будут обнаружены, то необходимо подвергнуть конт­ролю всю партию заготовок. Контролер обязан также выборочно проверить твердость материала. Измерение твердости следует вы­полнить только на участках заготовки не подлежащих ЭХО, так как углубления от наконечника твердомера могут копироваться на детали и вносить дополнительную погрешность при последующей ЭХО.

Перед обработкой партии заготовок следует проверить состоя­ние электрода-инструмента, соответствие его цехового номера и размеров чертежу, отсутствие следов коротких замыканий, состо­яние диэлектрических покрытий. Эту работу выполняет оператор при установке инструмента на станок.

Если используется специальное приспособление, то следует про­верить соответствие цехового номера оснастки чертежу, правиль­ность закрепления приспособления на станке, правильность под­ключения полюсов источника питания, места подвода электролита, -отсутствие коротких замыканий между деталями. Этот контроль обязан выполнять оператор.

Перед началом смены оператор должен проверить состояние станка: измерить объем, плотность, температуру электролита в ванне, проконтролировать начальное и конечное положения элект­родов, герметичность гидравлических узлов, полярность, отсутствие коротких замыканий.

Обработка на станке включает установку заготовки, ее крепле­ние и крепление токоведущих проводов к зачищенным участкам, установку электрода-инструмента в исходное положение, обработ­ку в расчетном режиме, снятие и контроль детали. Механизмы станка приводят в действие в такой последовательности: 1) венти­ляцию; 2) вспомогательные движения детали или электрода-инст­румента (вращение, подвод и др.); 3) подачу электролита; 4) ра­бочее напряжение; 5) подачу электрода-инструмента.

Режим ЭХО контролируют по приборам, установленным на стан­ке. Оператор обязан проверить соответствие напряжения требова­ниям операционной карты, следить за силой тока, давлением элект­ролита, температурой и расходом электролита.

Первую деталь из партии контролируют настройщик и контро­лер или мастер. Это необходимо для настройки станка и корректи­ровки режима. При контроле первой детали следует также иметь в виду, что из-за неудачного расположения мест подвода электро­лита и нерасчетной скорости его протекания может возникнуть волнистость поверхности, которая не снижает прочности детали, но ухудшает внешний вид.

Выключение подачи инструмента и напряжения обычно осуще­ствляется концевыми выключателями. Подачу электролита и при­вод вращения заготовки или инструмента включает оператор с пульта управления станком. Электрод-инструмент следует перио­дически очищать от загрязнений, оседающих на нем из потока электролита.

Промывка и пассивация производится после обработки на станке. Детали из конструкционных сталей в течение 8...15 мин промывают и подвер­гают пассивации, чтобы избежать коррозии. Промывку выполняют проточной водой в течение 3—5 мин, при этом желательно удалить загрязнения с помощью щетки. Затем деталь промывают в течение 5—8 мин в горячей воде при t=330...350 К. Изделия пассивируют в слабом растворе каустической соды при температуре не ниже 330 К в течение 0,5...1 мин. Для пассивации можно применять так­же растворы мыла, кальцинированной соды, промывочные жидко­сти. После этого деталь сушат и смазывают маслом. Если деталь поступает на склад, то применяют более густые смазки.

В случае ЭХО нержавеющих сталей, меди, латуни применяют только промывку проточной водой для удаления остатков солей и загрязнений.

Окончательный контроль включает оценку соответствия линей­ных и угловых размеров детали чертежу, сравнение обработанных поверхностей с эталоном шероховатости, визуальный осмотр на отсутствие прижогов от коротких замыканий, коррозии, проверку качества консервации.

Кроме того, при освоении в производстве новых изделий может потребоваться специальный контроль эксплуатационных характе­ристик деталей после ЭХО. Это могут быть металлографические исследования материала, позволяющие выявить микрорастравливание и изменение химического состава поверхностного слоя, механи­ческие испытания при различных видах нагрузок, усталостные ис­пытания стандартных образцов и натурных деталей. Эти виды конт­роля выполняют на специальном оборудовании в лабораториях за­вода.

2.6. Технологические параметры электрохимической размерной обработки

2.6.1. Выбор электролита

В качестве электролитов наиболее часто используют нейтраль­ные растворы неорганических солей: хлориды, нитраты и сульфаты натрия и калия.

В растворы могут вводиться в качестве добавок:

• буферные вещества для снижения защелачивания электролита (борная, лимонная, соляная кислоты);

• ингибиторы коррозии, например нитрит натрия;

• активирующие вещества, которые снижают пассивирующее действие оксидной пленки;

• поверхностно-активные вещества для снижения гидравлических потерь и устранения кавитации. С этой целью применяют, напри­мер, моющую жидкость ОП-7;

• ускорители осаждения продуктов обработки — коагуляторы. Для большинства сталей в качестве электролитов используют растворы хлорида натрия (8...18%) или нитрата натрия (15...20%). Для низколегированных сталей в качестве антикоррозионной до­бавки используют 0,02...0,03% нитрита натрия.

Титановые сплавы обрабатывают в растворах хлорида натрия (5...15%) с добавкой 3...10% бромида калия при нормальной или повышенной (310...330 К) температуре. В случае обработки алю­миниевых сплавов используют растворы нитрата натрия (16...25%) с добавкой 1...3% лимонной кислоты.

Для каждого электролита удельная проводимость может быть самой различной и зависеть от концентрации, тем­пературы. На этот показатель влияют содержание газообразных продуктов реакции в растворе, частота импульсного напряжения и крутизна фронта импульсов.