ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОАБРАЗИВНОГО ШЛИФОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

 

Жильцов Е.В., Козлов А.М. (ЛГТУ, г. Липецк, РФ)

 

Process-dependent parameters of electrochemical grinding and their influence on surface layer quality are considered.

 

Развитие специальных от­раслей машиностроения, повышение эксплуатационных характеристик машин связано с использованием новых жаропрочных, высокопрочных и вязких конструкционных материалов, обработка которых резанием и дру­гими традиционными способами механической обработки затруднитель­на, особенно при изготовлении таких ответственных деталей, как корпус­ные детали пневмо- и гидрораспределительных механизмов. Одним из основных требований, предъяв­ляемых к деталям, является высокое качество поверхност­ного слоя, обеспечивающее высокую прочность деталей при различных условиях работы. Поэтому недопус­тимо наличие на деталях прижогов, шлифовочных тре­щин и других местных дефектов, а также высокие требования предъявляются к шероховатости поверхности. В связи с этим, в технологии машиностроения наряду с методами обработки материалов резанием находит применение комбинированная электрохимическая обработка.

Рассмотрим влияние технологических параметров электроабразивного шлифования на формирование шероховатости обработанной поверхности.

Высота неровностей при равных условиях электроабразивного шлифова­ния   зависит  от  того,   каким   образом   окончательно формируется поверхность обработки – электрохимичес­ким растворением или механическим воздействием абразив­ных зерен. Литературный обзор показал, что существует 4 схемы обработки (рис. 1)[1, 2]. На практике при шлифовании по I и III схемам (рис.1) оконча­тельное формообразование обрабатываемой поверхности происходит за счет электрохимического воздействия, в то время как по II и IV схемам — за счет механического воздействия абразивных зерен. Поэтому для выявления того, какая схема более рациональна с точки зрения по­лучения нужной шероховатости, достаточно рассмот­реть I и II схемы.

Установлено, что при шлифовании по III и IV схемам качество поверхности получается значительно ниже, чем при шлифовании по I и II схемам. С точки зрения воз­никновения прижогов и шлифовочных трещин, I и II схемы одинаковы. Эксперименты показали, что прижоги и трещины возникают в тех случаях, когда удельный съем металла значительный (большая глубина шлифования, высокая скорость продольной подачи), а также когда процесс обработки сопровождается сильными эро­зионными разрядами.

Для определения влияния технологических парамет­ров процесса на величину шероховатости были проведе­ны экспериментальные исследования. Результаты шлифования по схеме I приведены на рис. 2–7. Заготовка – материал 12ХН3А, химико-термическая обработка – цементация, твердость 62-65 HRC.

Рисунок 1 – Схемы шлифования:

1-обрабатываемая деталь; 2-шлифовальный круг; 3-электролит;

4-скребок; 5-форсунки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Зависимость шерох.                     Рисунок 3 – Зависимость шерох.     

поверхности от глубины                                   поверхности от напряжения на нарезания t         :                                                       электродах:

1- U = 12 В, Vп.п. = 5 м/мин;                                     1- Vп.п. = 5 м/мин, t = 0,08 мм;

2- U = 6 В, Vп.п. = 3 м/мин;                              2- Vп.п. = 5 м/мин, t = 0,04 мм;

3- U = 14 В, Vп.п. = 3 м/мин;                                     3- Vп.п. = 3 м/мин, t = 0,08 мм;

4- U = 12 В, Vп.п. = 3 м/мин;                                     4- Vп.п. = 3 м/мин, t = 0,04 мм;

5- U = 12 В, Vп.п. = 1 м/мин.                                     5- Vп.п. = 1 м/мин, t = 0,04 мм.

                  

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Зависимость шерох.                     Рисунок 5 – Зависимость шерох.     

поверхности от концентрации                          поверхности от скорости

электролита:                                                      продольной подачи при

1- U = 12 В, t = 0,06 мм, Vп.п. = 5 м/мин;        а_з=0,025 мм; U =12 В;

2- U = 14 В, t = 0,06 мм, Vп.п. = 3 м/мин;                с_э= 25% водный раствор NaCl;

3- U = 12 В, t = 0,04 мм, Vп.п. = 3 м/мин.                 c_а= 25%.

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 – Зависимость шерох.                     Рисунок 7 – Зависимость шерох.     

поверхности от концентрации                          поверхности от высоты

зерен в инструменте при                                   выступания зерен при U=12 В;

U=12 В; Vп.п. = 3 м/мин;                                  c_а= 25%; с_э= 25% водный

с_э= 25% водный раствор NaCl;                        раствор NaCl:

а_з=0,025 мм.                                                      1- t=0,06 мм, Vп.п. = 5 м/мин;

                                                                           2- t=0,1 мм, Vп.п. = 3 м/мин;

                                                                           3- t=0,06 мм, Vп.п. = 3 м/мин.

 

Анализ полученных результатов, показал что с увеличе­нием глубины шлифования шероховатость поверхности увеличивается. Изменение рабочего напряжения на элект­родах выявляет диапазон оптимального значения, который в данном конкретном случае находится в пределах U= 9-13 В. Однако следует отметить, что при увеличении напряжения свыше 13 В шероховатость поверхности резко возрастает. Сказывается тот факт, что при повышенных напряжениях и малых гарантированных зазорах (0,02— 0,05 мм) между электродами появляется возможность пробоя электрического тока, что ведет к возрастанию эрозионных процессов и ухудшению шероховатости. При высоких значениях напряжения U > 16 В обработанная поверхность имеет дефекты в виде оспин.

При изменении концентрации электролита, лучшее качество поверхности достигается при 15—20% водного раствора NaCl. Увеличение концентрации электроли­та свыше 25% ведет к значительному ухудшению показа­телей качества.

Значительное влияние на шероховатость обработки оказывает скорость продольной подачи V_п.п. Приведенные данные, показывают что с увеличением скорости про­дольной подачи шероховатость ухудшается. В связи с тем, что при больших скоростях продольного перемещения возрастают динамические нагрузки, а так­же в меньшей мере сказывается эффект электрохимиче­ского сглаживания неровностей.

Малая концентрация абразивных зерен в шлифоваль­ном круге отрицательно сказывается на шероховатость обработанной поверхности. При концентрациях зерен меньше 20% в про­цессе обработки наблюдаются явления эрозии, особенно при шлифовании с большим врезанием (t > 0,1 мм/дв.ход). При увеличении концентрации абразивных зерен свыше 50% также наблюдается ухудшение шероховатос­ти в связи с тем, что увеличивается омическое сопротив­ление круга, уменьшается рабочий ток, а поэтому сни­жается эффект электрохимического сглаживания неров­ностей.

Значительное влияние на величину шероховатости оказывает выступание абразивных зерен над поверх­ностью связки. Как показали экспериментальные иссле­дования, оптимальными значениями высоты выступания абразивных зерен над поверхностью связки в диапазоне применяемых рабочих режимов являются значения 0,02—0,05 мм. Остальные технологические параметры оказывают не значительное влияние на шероховатость обработанной поверхности.

Таким образом результаты исследований показали, что для получения необходимой величины шероховатости поверхности в ходе электроабразивного шлифования, необходимо определить оптимальные значения электрических и механических параметров обработки.

 

Литература

1.    Бердник В. В., Мамай А. В. Электроабразивное шлифование. -Киев: Техника, 1981. – 65 с.

2. Основы теории и практики электрохимической обработки металлов и сплавов. М. А. Толстая, А. П. Анисимов и др. -М.: Машиностроение, 1981. –263 с.