Алмазно-электрохимическое шлифование

2.1. ОСОБЕННОСТИ АЛМАЗНО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ШЛИФОВАНИЯ И ОБЛАСТЬ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Физико-химические закономерности процесса

Алмазно-электрохимическое шлифование (АЭХШ) представляет собой комбинированный процесс, при котором припуск снимается в результате одно­временно протекающих явлений: микрорезания, анодного растворения и элек­троэрозионного съема. Составляющие процесса взаимосвязаны и существенно влияют друг на друга [8]. В результате электрохимического растворения метал­ла и снижения сопротивления его пластическим деформациям в условиях на­ложения анодного потенциала уменьшается толщина стружки, подлежащей удалению резанием. Толщина стружки, срезаемая каждым зерном, не зависит от глубины резания и скорости подачи инструмента. Она пропорциональна скорости и длительности электрохимического растворения металла, снижается по мере увеличения средней высоты выступания режущих зерен над связкой, их количества и частоты вращения алмазного инструмента. Зависимость для определения толщины стружки имеет вид [8]:

Ab = S3xt3x = с — GO/(h3mznи ),

где S3X — скорость электрохимического растворения;

2~эзс — длительность электрохимического растворения;

Нэ — средняя высота выступания режущих зерен над связкой инструмента;

mz — количество режущих зерен инструмента; пи — частота вращения инструмента;

с — интенсивность электрохимического растворения припуска. Она нахо­дится из следующего выражения:

C=(Up — Ц<Р)куТ7/р, где Up — напряжение на электродах, В;

^ ср — сумма электродных потенциалов заготовки и связки круга, В; ку — объемный электрохимический эквивалент, см /(А-мин);

П — коэффициент выхода по току;

р — удельное электрическое сопротивление среды, Ом см.

В результате уменьшения толщины срезаемой стружки снижаются на­грузки на абразивные зерна, падает температура в зоне резания и уменьшается износ инструмента. Средняя температура шлифуемой поверхности не превы­шает 250-300 °С на форсированных режимах обработки и 80-150 °С на скоро­стях подачи инструмента, близких к скорости электрохимического растворения.

Благодаря отсутствию контакта дискретных контактирующих поверхно­стей инструмента и заготовки, а также выступанию зерен алмаза из связки, ме­жду ними образуется зазор, заполненный электролитом. За величину МЭЗ при­нимают среднее расстояние от связки инструмента до поверхности заготовки. В процессе шлифования величина зазора меняется и зависит от среднего размера зерен абразива, давления круга, площади контакта детали с кругом, свойств об­рабатываемого материала и концентрации зерен в алмазоносном слое. Напри­мер, при АЭХШ твердых сплавов величина МЭЗ может быть рассчитана по экспериментальной формуле [7]:

8 = 1,65p“°’23×1’25K0’015F“°’02,CM,

где р — давление круга, МПа/10 (кгс/см );

х — средний размер зерен алмазов, см;

К — концентрация алмазов в алмазоносном слое круга, %;

F — площадь контакта, см.

В МЭЗ под воздействием электрического тока происходит анодное рас­творение поверхности заготовки. Максимальное количество материала, которое может быть снято с детали при прохождении электрического тока согласно за­кону Фарадея пропорционально рабочему току и электрохимическому эквива­ленту обрабатываемого материала [9]:

V =kvl тэх>],

где I — технологический ток.

Таким образом, поверхностный слой при электрохимическом шлифова­нии образуется в результате протекания электрохимического процесса и меха­нической работы круга, производимой зернами круга. Зерна удаляют продукты анодного растворения и срезают обрабатываемый материал, а также играют роль депассиваторов, разрушая и удаляя пленку оксидов металла, образую­щуюся на поверхности заготовки.

Если электрохимический съем значительно преобладает над механиче­ским съемом, процесс по результатам воздействия на обрабатываемую поверх­ность близок к электрохимической размерной обработке в проточном электро­лите. В этом случае процесс можно считать «холодным», а обработанную по­верхность свободной от дефектов механической обработки. Но при малых площадях контакта эффективность съема припуска снижена; для ее повышения следует использовать глубинные схемы шлифования [10].

В случае значительного преобладания механического съема качество об­работанной поверхности приближается к результатам алмазного шлифования, а эффективность съема припуска высока. Целесообразно использование подоб- ного режима в начальный период финишной технологической операции для съема основного объема припуска с оставлением меньшей части для после­дующего выхаживания обрабатываемых поверхностей в режиме преимущест­венного электрохимического растворения.

При электрохимическом шлифовании трудно обеспечить постоянную ве­личину межэлектродного зазора, так как связка инструмента в отдельных точ­ках кратковременно контактирует с выступами микронеровностей обрабаты­ваемой поверхности. При наличии высокой плотности тока это создает благо­приятные условия для возникновения электроэрозионных разрядов. Кроме того, срезаемая стружка на отдельных участках заполняет межэлектродное простран­ство, ухудшает прокачку электролита и вызывает пробои межэлектродного промежутка даже при относительно низком рабочем напряжении около 6 В [8]. Электрическая эрозия может также осуществляться с помощью пробоя межэ­лектродного зазора, обладающего наименьшей диэлектрической проницаемо­стью при отсутствии непосредственного контакта между электродами, то есть в условиях образования на границе раздела металла и электролита парогазовой прослойки из электролита [11].

В зоне действия электрических разрядов с контактирующим участком высокие температуры вызывают плавление и выброс микродоз обрабатываемо­го металла и связки инструмента с образованием характерных лунок. Эрозион­ные явления — один факторов устранения возможного засаливания алмазного инструмента, поддержания его высокой работоспособности путем обнажения и введения в действие новых режущих зерен (самозатачивание кругов). Возмож­но использование этих явлений для интенсификации съема припуска.

Известно достаточное число методов, схем и приемов АЭХШ, сочетаю­щих в той или иной мере три основных фактора процесса, рассмотренных вы­ше. Они направлены на решение отдельных технологических задач, стоящих перед исследователями. Выбор конкретных схем, параметров и условий прове­дения технологических операций зависит от технолога и требуемых результа­тов обработки. Чаще всего требуется обеспечение при шлифовании взаимоис­ключающих требований: с одной стороны, существенной производительности обработки, а с другой — высокого качества. Совмещение требований возможно при условном разграничении операции АЭХШ на две стадии: предварительного высокопроизводительного съема основной части припуска и последующего вы­хаживания при минимальном съеме. В этом случае можно оптимизировать процесс удаления припуска на каждой стадии, выбирая требуемые критерии оптимизации.