ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ АЛМАЗНОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ШЛИФОВАНИЯ

Соотношение составляющих схема припуска

Доминирующими составляющими процесса АЭХШ являются микрореза­ние и анодное растворение обрабатываемого материала. Процесс растворения может быть совмещен с процессом микрорезания по двум принципиально раз­личным схемам. Первая из схем (рис. 2.3, а) — с электронейтральным кругом и отдельным электродом-инструментом (катодом), причем зоны механического съема припуска и электрохимического его растворения в этом случае разнесены как во времени, так и в пространстве. Вторая схема (рис. 2.3, б) — с использова­нием токопроводящего алмазного инструмента и совмещением механического и электрохимического съема во времени и пространстве.

Рис. 2.3. Схемы сочетания микрорезания и анодного растворения
при алмазно-электрохимическом шлифовании

По технологическим показателям и физико-химическим закономерностям эти две разновидности АЭХШ существенно отличаются [14]. При совмещении зон резания и анодного растворения (вторая схема) наблюдается существенное снижение сил резания, эффективной мощности шлифования и значительное превышение величины удельного съема металла над суммой съемов каждого из слагаемых процесса. Все эти эффекты исчезают при работе по первой схеме. Из этого не следует, что при использовании электронейтрального инструмента электрохимический и механический процессы совершенно не зависят друг от друга. Удаление алмазными зернами с поверхности заготовки продуктов анод­ного растворения (оксидов или гидратов оксидов металлов) снижает омические потери в межэлектродном зазоре и в некоторой степени интенсифицирует про­цесс. Механическая депассивация в таких процессах не играет существенной роли, так как время пребывания заготовки в зоне анодного растворения значи­тельно превышает время, необходимое для полного удаления оксидных пленок.

Например, при круглом наружном шлифовании время пребывания заготовки в зоне электрохимического воздействия имеет порядок 10-1 с, а для ее пассивации при плотности тока 100 А/см достаточно всего 10" -10" с.

Процесс резания, в свою очередь, осуществляется в необычных условиях, т. е. с использованием в качестве смазывающе-охлаждающей жидкости элек­тролита и при наличии на обрабатываемой поверхности аморфных продуктов растворения металла и адсорбированного газа. Однако при учете этих специфи­ческих особенностей показатели комбинированного процесса могут быть най­дены по принципу суммирования без привлечения каких-либо новых законо­мерностей, не присущих каждому из составляющих процесса в отдельности.

В общем случае линейная скорость съема припуска при алмазном элек­трохимическом шлифовании может быть представлена как сумма трех основ­ных составляющих [15] процесса алмазного электрохимического шлифования — механической, электрохимической и электроэрозионной:

Qh = Оэх + Q/wex + Оээр-

Строгое количественное разделение и оценка каждого из входящих в об­щий процесс элементарных компонентов не представляется возможным. Учи­тывая низкие рабочие напряжения и высокую суммарную производительность процесса, электроэрозионным съемом в первом приближении обычно пренеб­регают. Скорость механического съема припуска отождествляют с рабочей по­дачей инструмента [14, 16], а скорость электрохимического растворения при­пуска определяют в соответствии с законом Фарадея по известной формуле:

$эх = КуЦІср!

где Iср — среднее значение технологического тока.

Однако при таком методе расчета скорости электрохимического раство­рения следует ожидать получения завышенных данных по следующим причи­нам. Фиксируемый рабочий ток включает в себя, помимо тока электролиза, суммарный ток коротких кратковременных замыканий вращающегося инстру­мента с заготовкой через стружку и связку, а также ток электрических разрядов, возникающих при разрыве таких контактов и пробое межэлектродного проме­жутка. Величина выхода по току п в условиях комбинированного процесса не установлена, однако нет оснований считать ее всегда равной единице, хотя бы из-за плохих условий массопереноса в зазоре. Степень завышения расчетных величин электрохимического съема над реальным значением должна, очевидно, возрастать по мере интенсификации процесса, например, при увеличении пода­чи инструмента или площади контакта его с заготовкой.

В работе [14] рассмотрено соотношение между механическим и электро­химическим съемами при плоском шлифовании периферией токопроводящего алмазного круга 0 150 мм АС6 125/100 100 % М1 твердого сплава ВК8 в вод­ном растворе NaNO3 (5 %) и NaNO2 (1 %) с рабочим напряжением 8 В. Скорость съема комбинированного процесса зафиксирована в диапазоне Qh = 15­90 мм/мин при среднем токе 7-22 А и эффективной мощности 0,45-0,84 кВт;

при тех же условиях скорость анодного растворения составила Qэх = 5,4— 17 мм/мин, а скорость чисто механического резания QMex = 3,5-22 мм/мин, По­лученные данные позволили установить следующее. Достигаемая в экспери­ментах производительность комбинированного процесса значительно превы­шает расчетную, полученную суммированием съемов от каждого составляюще­го Q + 0,мех 5,85—39 мм/мин); степень превы:^аения возрастает с увеличени­ем скорости съема. По мере интенсификации процесса (увеличения скорости съема припуска) доля электрохимического съема QdQh непрерывно снижается; несмотря на это, относительный рост скорости съема припуска Qh/QMex остается практически постоянным. Таким образом, в комбинированном процессе алмазного электрохимиче­ского шлифования по второй схеме скорость съема припуска превышает сум­марную скорость съема припуска компонентами процесса на величину Qc.^, определяемую сопутствующими эффектами, которые рассмотрены выше: Кроме того, в результате анодного растворения в процессе удаляется от­носительно небольшая доля снимаемого припуска (не более 15—20 %, в то вре­мя как производительность механического шлифования может быть превышена в несколько раз). Отсюда следует, что интенсификация процесса удаления при­пусков в большей степени зависит от механических режимов обработки, чем электрических. В связи с отсутствием или меньшим проявлением сопутствующих эффек­тов, возможности первой схемы шлифования (см. рис. 2.3, а) в направлении ин­тенсификации съема припуска ограничены в большей степени. Ужесточению механических режимов могут препятствовать прочностные характеристики ал­мазов и связки, процессы интенсивного засаливания рабочей поверхности кру­гов обрабатываемым металлом и продуктами его анодного растворения. Повы­шению объемов электрохимически растворенного металла могут препятство­вать размеры самой заготовки, так как возможность увеличения эффективной площади катода не беспредельна. Не смотря на это, дополнительный катод можно использовать для второй схемы в качестве резервного средства съема припуска на шлифование. Такой дополнительный катод (рис. 2.4) будет способствовать дальнейшему повыше­нию эффективности комбинированного процесса алмазного электрохимическо­го шлифования, особенно, если имеется возможность значительного повыше­ния площади межэлектродного промежутка. В формуле скорости съема при этом появится еще один компонент, оп­ределяющий чисто электрохимическую составляющую съема Q3X. don-

Следует отметить недостатки схемы. Прежде всего, это — усложнение средств технологического оснащения дополнительными элементами для под­вода технологического тока и рабочей среды (электролита). Это — ограничение доступа к обрабатываемой поверхности для визуального и метрологического контроля. Нелинейность зависимости величины Qэх. доп. от времени из-за уве­личения межэлектродного промежутка в течение операции шлифования пред­полагает использование систем автома­тизированного контроля и подналадки величины межэлектродного зазора. При некоторых видах шлифования (напри­мер, при плоском шлифовании периферией круга) реализация схемы требует увеличения длины рабочих ходов и перебегов исполнительных органов обору­дования.

Наличие преимущественно механического съема припуска реализуется при АЭХШ, если используется схема обработки по типу рассмотренной выше (см. рис. 2.3, б), когда круг является анодом, а обрабатываемая заготовка — ка­тодом (обработка на обратной полярности). Интенсификация скорости съема в этом случае достигается за счет того, что электрохимическому растворению подвергается связка круга. Это способствует удалению продуктов засаливания с рабочей поверхности алмазоносного слоя, дозированному разрушению по­следнего для обнажения новых режущих зерен с целью восстановления и по­вышения режущей способности затупившегося инструмента.